MONOGRAFIA MODELO DE ALGORITMO PARA COMPRESSÃO DE ÁUDIO BASEADO NA TÉCNICA DPCM E ALGORITMO DE HUFFMAN Acadêmico: Fernando Barboza da Costa Orientador: Prof. Marcelo Daniel Berejuck, Esp. PALHOÇA 03/12/2007

Estrutura Introdução; Objetivos; Teoria; Projeto; Desenvolvimento; Validação; Conclusão; Propostas Futuras; Referências.

Introdução Digitalização de sinais; Compressão de dados; Técnica semelhante à adotada em imagens; Sistemas embarcados de baixo custo.

Objetivos Estudo de compressores de dados; Sem perdas ou baixas perdas; Foco para descompressão “leve”; Uso em sistemas embarcados baixo custo; Redução de custo com menor demanda de memória.

Digitalização de áudio - PCM V t 4.1 4.6 Sinal de voz 3.3 2.8 3.0 2.2 2.4 1.4 1.1 t V Amostragem Ts 001 011 010 100 101 5 1 3 2 4 t V Quantização PCM * Inserção de erros.

DPCM V Palavra PCM t Amostras PCM DPCM 1 2 3 -1 4 5 -3 6 7 8 9 -2 1 3 001 011 010 100 101 t V Palavra PCM Amostras PCM DPCM 1 2 3 -1 4 5 -3 6 7 8 9 -2

Huffman Inicialmente desenvolvido para texto; Probabilidade de distribuição; Menos bits para símbolos mais freqüentes.

Huffman Tabela de incidência. Amostras DPCM 1 2 3 -1 4 5 -3 6 7 8 9 -2 Valores Incidência -3 1 -2 -1 2 3

Huffman Ordenação por incidência. Valores Incidência -3 1 -2 -1 2 3 3/9 -1 2/9 -3 1/9 -2 3

Huffman Árvore e a codificação (borbulhar). Valores Incidência Código Valores Incidência Código 2 3/9 00 -1 2/9 11 -3 1/9 010 -2 110 001 3 101

Huffman Resultados. Xi P(Xi) Código Ni NiP(Xi) 2 3/9 00 6/9 -1 2/9 11 4/9 -3 1/9 010 3 -2 110 001 101 _____ Total 2,444

Projeto Especificação dos algoritmos; Sugestão das ferramentas para o desenvolvimento; Detalhes do condicionamento do áudio.

Codificador

Decodificador

Desenvolvimento Ferramentas utilizadas; Detalhes da implementação; Hardware do decodificador; Simulação do hardware.

Codificador GoldWave®

Codificador DevC++

Codificador WinHex

Quantizador DPCM Tabela de incidência dos valores DPCM encontrados.

Ponderação DPCM Ordenação decrescente dos valores DPCM.

Dicionário Huffman Vetor em ordem decrescente de incidência.

Código de Huffman Alterado Gera bits “1” de acordo com o número do índice no vetor do dicionário; Finaliza com um bit “0”. Índice Dicionário Código X 1 10 2 110 3 1110 4 11110 n (n*1)+0

Arquivo binário Agrupa os bits de acordo a plataforma utilizada;

Decodificador Hardware - Proteus®

Decodificador Software - Keil®

Decodificador de Huffman Conta bits “1” entre bits “0”.

Dicionário Huffman Usa o contador como índice no dicionário.

Quantizador DPCM Soma o valor DPCM lido à amostra anterior.

Decodificador code_atual <<= 1; if ( CY == 0 ) { amostra = amostra + code_book[cont_bits]; cont_bits = 0; } else cont_bits++;

Decodificador

Validação Taxa de codificação ~38%; Redução em espaço de memória; Ambiente simulado; Decodificador embarcado no 8051 (baixo custo); Baixas perdas.

Conclusão Estudo de técnicas de compressão e codec’s; Taxas satisfatórias; Aplicável a produtos comerciais de baixo custo: Unidades Resposta Audível (URA); Esperas telefônicas; Secretária eletrônica (DTAM). Performace codificador x amplitude do sinal.

Propostas futuras Aplicação com PCM linear 16 bits; Reduzir ou eliminar a dependência do codificador com a amplitude; Estudar aplicação com sinais de voz dinâmicos: VOIP; Telefones sem fio digital.

Referências COUCH, Leon W.. DIFFERENCIAL PULSE CODE MODULATION In: COUCH, Leon W.. Digital and Analog Communication systems: Sixth edition: Prentice Hall PTR, 2000. p. 188-191. COUCH, Leon W.. PULSE CODE MODULATION In: COUCH, Leon W.. Digital and Analog Communication systems: Sixth edition: Prentice Hall PTR, 2000. p. 137-151. RIBEIRO, Paulo Sérgio. Visão geral das telecomunicações: Parte II. In: Comunicações Digitais III, 2007, Palhoça. Unisul   RUSCHEL, Orlando T. Princípios da Comunicação Digital. Porto Alegre: EDIPUCRS, 1996 SKLAR, Bernard. HUFFMAN CODES In: SKLAR, Bernard. Digital Communications, Fundamentals and Applications: Second edition: Prentice Hall PTR, 2002. p. 862-866. WILLRICH, Roberto. Conversão A/D e D/A. In: Voz sobre IP Parte I, 2005, Florianópolis. UFSC

Agradecimentos A Deus; A família, em especial à esposa e ao filho; Ao orientador Prof. Marcelo Daniel Berejuck, Esp.; Aos professores da Unisul em especial ao Prof. Mauro Pacheco Ferreira, M.sc.; Aos colegas de trabalho da Intelbras, em especial Robson Veronezi, Nelson Campaner, Patrick Argoud e Fernanda Argoud; Aos esquecidos;