sistemas de telecomunicação voz

8/3/2019 Sistemas de Telecomunicao Voz

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Caractersticas do sinal de voz

Anlise na frequncia:

a voz apresenta um contedo espectral que vai de 20 Hz a 20 kHz; os sons vozeados ou nasais (e.g. vogais e algumas consoantes j, l, m)

apresentam um espectro discreto com uma frequncia fundamental de 100a 200 Hz nos homens e 200 a 400 Hz nas mulheres;

os sons no vozeados (e.g. f, s, p, ch) que so gerados pelo fluxo de ar na

boca modulado pelos maxilares, lngua e lbios apresentam uma variaoaleatria. O seu espectro contnuo;

500 3500 Hz

Energia(dB) Discurso de voz bsico

Emoo

25

5

as frequncias mais baixas

transportam a energia do sinal e

as mais elevadas a emoo.


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Caractersticas do sinal de voz (cont.)

Anlise no tempo: vrias slabas por segundo;

a fala concentra-se em intervalos de durao aleatria (com mdia de

cerca de 1 seg.) separados por intervalos de durao aleatria (superior a

100 ms, quando se est a falar) variao temporal bastante irregular e

aleatria;

o sinal de voz s est presente num canal telefnico, em mdia, em 40%

do tempo. Pode-se aproveitar este facto para intercalar outras

conversaes (sistema TASI - time assignement speech interpolation).


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Caracterizao do sistema auditivo

Um indivduo normal com idade compreendida entre os 18 e 25 anos

capaz de detectar sons puros entre 20 Hz e 20 kHz;

Com a idade, o limite superior da frequncia audvel reduz-se

significativamente, e.g. em mdia um homem de 65 anos tem a 8 kHzuma perda de sensibilidade de 40 dB;

A sensibilidade do ouvido varia com a frequncia e com a intensidade

sonora. Este aspecto ter de se reflectir na anlise do desempenho das

redes telefnicas, em particular na medida da potncia do rudo:potncia psofomtrica (dBmp)

Rudo branco (0-4000Hz) 3.6dB; (300-3400Hz) 2.5dB

O ouvido tem uma elevada gama dinmica, com valores que podem ir

acima dos 100 dB. Para uma boa reproduo da voz basta valores daordem dos 30 dB.


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Banda de frequncias normalizada para a voz

As recomendaes G.132 e G.151 do ITU-T indicam a banda atribudaao sinal de voz de 300 - 3400 Hz;

Nos EUA a banda de frequncias atribuda para um canal de voz 200

- 3200 Hz; Estas larguras de banda resultam de um compromisso entre o que os

assinantes telefnicos pretendem e o que lhes pode ser fornecidoeconomicamente.

300 3400 Hz

Largura de banda total, 4 kHz

Banda dos sinais de voz

humana

B a n d a d e

g u a r d a

Band

ad

egua

rd

a


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Transmisso digital de sinais analgicos

Fonte de

informao Transdutor Amostrador QuantificadorCodificador

de fonte

Descodificador

de fonte

Conversor

D/A

TransdutorDestino

Fluxo de bits codificados

e.g. microfone

Transforma o sinal da fonte

num sinal elctrico

e.g. auscultador

e.g. pessoa a falar

e.g. ouvido da pessoa


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PCM - Pulse Code Modulation- Diagrama de blocos -

F Hz

Filtro passa-baixo Quantificador de L nveis

s(t) s(iT)

fs = 2F

Entrada analgica

F Hz

CodificadorCanal

de tx Descodificador

s(t) (estimativa)

Converso das

amostras num

conjunto deamplitudes

discretas Errode quantificao

Palavras de Nb bits, Nb=log2L

Filtro passa-baixo

Circuito de

amostragem e

reteno


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PCM - Pulse Code Modulation- Exemplo -

1.4

3.3

2.2

4.1

1.1

2.82.4

4.6

3.0

Ts

1

3

2

4

1

3

2

5

3

001 011 010 100 001 011 010 101 011

Sinal original

Resultado da amostragem

Resultado da quantificao pelo

inteiro mais prximo

Resultado da codificao

(palavra binria), i.e. sinal

PCM


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Amostragem

A base do PCM comea com o Teorema da Amostragem:

Um sinal de banda limitada pode ser representado pelas suas amostras obtidas a umritmofs que deve ser pelo menos igual ao dobro da frequncia mxima presente no

sinal (F), i.e. fs 2F.

-F F f t

g(t) G(f)Transformada

de Fourier

Domnio do tempo: Domnio da frequncia:

gs(t)

Ts

t-F F f

Gs(f)Resposta do filtro

do receptor

fs=1/Ts

fs 2fs0-fs-2fs

Se fs = 2F (Ritmo de Nyquist):

Consideraes:

Sinal g(t) tem uma largura de banda finita (F Hz) - Na prtica no se verifica Aliasing As amostras so retiradas com pulsos de largura infinitsimal

Filtro passa-baixo ideal


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Quantificao

A quantificao converte um sinal contnuo em amplitude num sinal

discreto em amplitude. Notar que o processo de amostragem converte

um sinal contnuo no tempo num sinal discreto no tempo - PulseAmplitude Modulation (PAM).

x, entrada

y=F(x), sada

x0 x1 x2

yi

xixi-1

q

Caracterstica do quantificador linear ou uniforme:

Erro = y-x = q

x

xN

x0

Erro de sobrecarga Erro de sobrecargaErro de quantificao

Caracterstica do erro:

limiares de deciso

NOTA: Quando o valor de entrada est entre

xi-1 e xi o quantificador ir produzir o valor yi

O erro est limitado a q/2

Caracterstica ideal


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Rudo de quantificao

O desempenho de um quantificador pode ser descrito pela relao

sinal-rudo de quantificao;

A potncia de rudo de quantificao descrita em termos estatsticosatravs do erro quadrtico mdio:

qqqq dp +

>=< )(22

/ 2 22 2

/ 2

1

12

q

q q q q

q

qn d

q

=< >= =

Para uma distribuio uniforme do erro em cada intervalo de

quantificao de largura q;

Para um quantificador linear, todos os intervalos de quantificao

apresentam o mesmo erro quadrtico mdio.

p(q )

-q/2 q/20 q

1/q


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Clculo da relao sinal-rudo de quantificao

Assume-se que o sinal de entrada uma sinuside com amplitudeA,logo a potncia mdia desse sinal vem

A relao sinal-rudo de quantificao, em dB:

Para PCM uniforme, relao sinal-rudo de quantificao no inferior a

26dB

Nmero de intervalos de quantificao para uma gama de

quantificao de -Amax aAmax:

Nmero de bits por amostra:

( )2

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