Pertemuan 2 Representasi Digital Sinyal Multimedia

Objective The objective of this chapter is to : discuss the basic characteristics and system requirements of digital audio. study the properties of analog audio signals, the process of converting analog signals to digital signals, and digital representations of common audio applications.

Komputasi dan Komunikasi Multimedia https://pnj.academia.edu/zulhelmanSTMT

Characteristics and Requirements of Multimedia Data Sistem multimedia secara serentak dapat memproses dan mengkomunikasikan berbagai type informasi dg waktu yg kontinyu. seperti audio dan video digital.

Basic Characteristics of Audio Signal Audio disebabkan oleh gangguan tekanan udara yang sampai di gendang telinga manusia.

Parameter Sinyal Audio Frekuensi : range 20 – 20 kHz. Amplitudo Variasi amplitudo mempengaruhi perubahan kekerasan suara . Rentang dinamis pendengaran manusia sangat besar: Batas bawah disebut threshold of audibility. Batas atas disebut threshold of pain. audibility threshold untuk gelombang sinusoidal 1-kHz sinusoidal 0.000283 dyne per cm2 amplitude ini dapat ditingkatkan dengan factor antara 100,000 dan 1,000,000 dinyatakan dalam desibel (dB). dB= 20 log(X/Y)

If the above audibility threshold of 0 If the above audibility threshold of 0.000283 dyne per square centimetre for a 1-kHz signal is used as the reference for 0 dB, then the threshold of pain for most people is reached at a sound pressure level of around 100 to 120 dB.

Representasi Digital Audio Gelombang audio dirubah menjadi sinyal listrik oleh microphone , dan amplitudonya dapat dikuatkan beberapa kali. Diukur dalam volts. sinyal analog.

ADC Agar komputer dapat memproses dan mengkomunikasikan sinyal audio, sinyal listrik kontinyu dirubah menjadi sinyal digital. Tahapan proses ADC sampling Quantization Coding

Sampling Sampling adalah Proses perubahan nilai kontinyu menjadi nilai discrete. sampling rate berupa Frequency clock atau sampling frequency. Nilai yang disample dijaga constant sampai interval waktu berikutnya. Sirkit yang melakukan fungsi ini disebut sirkit sampling dan hold.

Quantization Quantization adalah proses perubahan nilai sampel ke nilai diskrit range sinyal dibagi menjadi beberapa intervals. Setiap interval ukurannya sama . interval disebut quantization step.

Coding coding adalah proses untuk menyajikan nilai kuantisasi secara digital. Bila delepan level kuantisasi digunakan, maka dapat dikodekan dg 3 bits

Penentuan Sampling Rate Sampling rate ditentukan oleh frekuensi maximum sinyal analog yang akan dirubah. Nyquist Theorem : Fs <= 2 fa.

Contoh Sampling rate CD-audio, 44.1 kHz, dan sampling rate digital audio tape (DAT), 48 kHz untuk mendigitalkan range frequency 20 kHz. Komponen frequency suara manusia pada 3.1 kHz, Untuk merubah ke sinyal digital digunakan sampling rate 8 kHz.

Aliasing Terjadi Jika bandwidth (frequency range) sinyal analog lebih besar dari setengah sampling frequency.

Penentuan jumlah level kuantisasi Jumlah level kuantisasi akan menentukan fidelitas amplitude sinyal digital relatif thd sinyal analog original.

Quantization noise quantization error atau quantization noise, terjadi akibat kuantisasi. Lebih banyak jumlah level kuantisasi lebih kecil nilai quantization step, dan lebih kecil quantization noise

Jumlah bit (b) Jumlah level kuantisasi menentukan jumlah bit yang diperlukan untuk pengkodean sampel. Rumus yang digunakan : b=log2Q b is the number of bits needed to represent each sample Q adalah jumlah level kuantisasi. Misal Q = 16 maka b adalah 4

Signal-to-noise ratio (SNR) Parameter untuk menentukan ukuran Kualitas signal digital terhadap signal analog original yang diukur dalam dB. SNR=20 log10 (S/N) S adalah maximum signal amplitude N adalah quantization noise.

Asumsikan step kuantisasi adalah q , maka N=q dan S=2bq. SNR = 20 log 10 S/N SNR=20 b log10 2 = 6b

Kasus CD-audio uses 16 bits per sample, so we have SNR=96 dB.

linear quantization. Audio digital disample secara kontinyu pada fixed rate. Setiap sample direpresentasikan dengan jumlah bit yang tetap, disebut quantisasi linear.

Nonlinear quantization Nonlinear quantization dapat mengurangi jumlah data yang diperlukan untuk menyajikan kualitas audio yang sama. Nonlinear quantization biasanya menggunakan teknik compression.

Problem 2.1 Define audio and describe its main characteristics.

Problem 2 For a certain audio application, the required audio quality in terms of signal-to-noise ratio is 54 dB. How many bits are required to represent each audio sample to provide the required audio quality?

Problem 3 For CD-quality audio, we need to capture all audible sound and a SNR of 96 dB. It has two channels to provide stereo effect. List and explain the required sampling rate, the number of bits per sample, and bit rate. If we need to store two hours of such audio, determine the storage requirement.