OSA 2

(1)

29.10.2008 Audiosignaalinen käsittely / Kari Jyrkkä 1

Sisältö:

– Lineaariprediktioon perustuvan puheenkooderin ja dekooderin toteutus projektityönä

• Puhesignaalin katkominen ja ikkunointi

• Ennustussuodattimien kertoimien laskeminen

• Residuaalisignaalin muodostaminen FIR suodatuksella

• Kvantisointi

• Puhesignaalin rekonstruointi IIR suodatuksella

• Kvantisointi

OSA 2

(2)

Tehtävät:

1. Lue annetusta materiaalista kappaleet 5.3 – 5.3.5 ja suorita lukemasi perusteella:

2. Jos puhesignaalia on näytteistetty taajuudella 16 kHz, niin kuinka monta kerrointa tulisi ennustussuodattimessa olla?

3. Kuinka pitkiä (N näyteisiä) puhelohkoja ennustussuodattimella

suodatetaan, kun näytetaajuus on 16 kHz ja puhelohkon pituus = 20 ms?

4. Mistä yhtälöstä (yhtälön numero) voidaan laskea ennustussuodattimen kertoimet?

5. Piirrä puhekooderin ja dekooderin lohkokaaviot lukemiesi kappaleiden perusteella (siis millaisia toimenpiteitä puhesignaalille pitää tehdä

kooderissa ja millaisista puheparametreista puhesignaali muodostetaan uudelleen (ja miten) dekooderissa.

OSA 2

(3)

OSA 2

(4)

(5)

(6)

Puhedekooderi:

• Suodattimen kertoimet + heräte signaali

• Suodatin mallintaa ääniväylää

• Mitä parempi suodatin, sitä vähemmän bittejä tarvitaan herätesignaalin esittämiseen.

• Toisaalta esim DPCM:ssä kohtuu paljon bittejä herätesignaalissa ja silloin ei

tarvita kovin tarkkaa mallia ääniväylästä (yksi suodatin käy jatkuvasti)

(7)

(8)

Tehtävä

(9)

Tehtävä

(10)

Tehtävä

1. Puhesignaalin s(n) suodatus H(z):n läpi antaa residuaalin E(z) = S(z)H(z). Tämä esitys on taajuustason esitys

residuaalisignaalille, puhesignaalille ja suodattimen siirtofunktiolle. Projektissa meillä on kuitenkin käsiteltävä aikatason signaaleja. Millainen on siis residuaalisignaalin aikatason esitys?

2. Piirrä kolmen näytteen liukuvaa keskiarvoa laskevan suodattimen lohkokaavioesitys, kun suodattimen differenssiyhtälö on y(n) = 1/3x(n) + 1/3x(n-1) + 1/3x(n-2).

3. Z-muunna edellisen tehtävän differenssiyhtälö

4. Laske tehtävän 2 suodattimen siirtofunktio H(z) edellisen tehtävän z-muunnoksesta.

5. Muunna ennustussuodattimen (1) taajuusesitys aikatason esitykseksi, käytä p=3.

6. Piirrä ennustussuodattimen lohkokaavio ja kirjoita Matlabin syntaksia käyttäen ohjelmaluuppi, joka laskee suodattimen ulostulot.

7. Muunna synteesisuodatin (2) aikatason esitykseksi, käytä p=3. Piirrä synteesisuodattimen lohkokaavio ja kirjoita Matlab syntaksia käyttäen ohjelmaluuppi, joka laskee suodattimen ulostulot.

p

1

(11)

Tehtävä



 

 ^p

k

z k

k a z

H

1

) ( 1

) ( (1)



 

 _p

k

z k

k a z

H

1

) ( 1

) 1 ( ) 2 (

(12)

Tehtävä



 

 ^p

k

z k

k a z

H

1

) ( 1

) ( (1)

(13)

Tehtävä



 

 _p

k

z k

k a z

H

1

) ( 1

) 1 ( ) 2 (

(14)

Tehtävä

Lue annettu materiaali kvantisoinnista ja vastaa:

1. Mitä tarkoittaa many to one mapping? Ja mihin se johtaa?

2. Mitä tarkoittaa scalar quantization?

3. Mitä tarkoittaa uniform quantization?

4. Millainen nyrkkisääntö on olemassa kvantioinnista aiheutuvan signaali- kohinasuhteen arvioimiseksi.

5. Milloin nyrkkisääntö on voimassa?

6. Taulukko 4.1 esittää tasavälisen kvantisoinnin suorituskyvyn signaalille, jonka arvojen jakauma noudattaa Gaussin jakaumaa. Vertaa tasavälisen kvantisoinnin suorituskykyä epätasaisin välein suoritettuun kvantisointiin (taulukot 4.2-4.4).

Kumpi menetelmä on parempi? Miksi?

7. Mikä on logaritmisen kompandoinnin idea?

8. Minkä ongelman adaptiivinen kvantisointi ratkaisee?

9. Adaptiiviset kvantisointitavat voidaan jakaa kahteen luokkaan. Mihin? Ja mikä on niiden toimintaperiaate?

(15)

Tehtävät 6.2.2009

• Kokeeseen kertaaminen

• Kvantisointimenetelmät itseopiskellen

– Vastataan kysymyksiin kvantisoinnnista – Vastaukset KÄSIN kirjoitetulla paperilla

viimeistään koe perjantaina 13.2.2009.

– Kukin palauttaa omalla nimellä varustetun

vastauksensa, vaikka yhteistyö tietoa etsittäessä on

suotavaa.

(16)

Tehtävät 6.2.2009

Kokeeseen kertaaminen

• Opettajan kotisivuilta löytyy sekä materiaali että ydinaiheet.

• Kokeeseen tulevat 4 tehtävää seuraavista osa-alueista:

– Ihmiskorvan toiminta

• Kokeessa voi esim olla kuva korvasta ja pyydetään selittämään eri osien merkitys

• Kokeessa voi olla myös kuva kuulokäyrästä ja sitä pitää pystyä tulkitsemaan

• Pitää osata selittää peittoilmiö ja sen käyttö äänenkoodauksessa.

– Audiosignaalien käsittelyn osa-alueet

• Korkealuokkainen musiikki. Mitä se tarkoittaa ja millaisia ratkaisuja osa-alueella käytetään?

• Puheenkoodaus tietoliikennettä varten

• Puheen syntesointi ja tunnistus

• Mitä eroa on musiikin ja puheen kompressoinnissa?

– Puheenkoodauksen geneerinen malli ja eri puheenkoodausmenetelmät

• Millainen tuo geneerinen malli on?

• Miten eri puheenkoodausmenetelmät eroavat toisistaan?

– MP3 kooderin toiminta

• Kokeessa voi olla esimerkiksi kuva MP3 kooderista ja pitää osata selittää eri osien merkitys

• Mitä eroa on MP1,2,3 koodereilla?

• Missä kohtaa MP3 kooderissa redundanssin poistaminen tapahtuu?

(17)

Tehtävät 6.2.2009

Kvantisointi tehtävä

a) Mitä tarkoittaa? (1p)

• Uniform kvantisointi

• Skalaari kvantisointi

• Logaritminen kompandointi

• Adaptiivinen kvantisointi

b) Kvantisoinnista aiheutuvalle signaalikohinasuhteelle on olemassa nyrkkisääntö SNR = 6.02b. Millä ehdoilla tuo nyrkkisääntö on voimassa? (1p)

c) Miten kvantisointi stepit kannattaa suunnitella non-uniform kvantisoinnin tapauksessa? (1p)

d) Mitä vektorikvantisointi tarkoittaa? Esitä joku esimerkki (1p)

e) Miten vektorikvantisointia käytetään hyväksi CELP tai ACELP puhekoodekeissa?

(2p)

• Miten/millainen herätesignaali (=residuaalisignaali) lähetetään dekooderille?