ANALISA DAN SIMULASI TEKNIK PENGKODEAN SUARA CELP (CODE EXCITED LINEAR PREDICTIVE CODING) DENGAN PEMROGRAMAN MATLAB

ABSTRAK
ANALISA DAN SIMULASI TEKNIK PENGKODEAN SUARA
CELP (CODE EXCITED LINEAR PREDICTIVE CODING)
DENGAN PEMROGRAMAN MATLAB

Oleh
EDY KURNIAWAN
Keterbatasan bandwidth sebagai kanal komunikasi bergerak menjadi salah satu
persoalan yang dihadapi oleh para penyelenggara jasa telekomunikasi. Kapasitas
kanal yang terbatas mendorong untuk terus melakukan efisiensi di semua bagian
pada sistem komunikasi. Komunikasi suara pada lebar pita 4 kHz pada format
PCM 8-bit menyebabkan kanal harus menyediakan lebar pita 64 kbps untuk dapat
mengirimkan informasi yang dapat ditangkap sesuai dengan aslinya.
Teknik pengkodean CELP (Codebook Excited Linear Prediction) adalah salah
satu teknik pengkodean sinyal suara yang dapat mengkodekan sinyal suara dengan
bit rate yang rendah sehingga dapat menghemat kanal komunikasi. Pada
penelitian ini telah disimulasikan teknik pengkodean CELP dengan bit rate 9,5
kbps. Dimulai dengan pengambilan sampel suara melalui proses perekaman,
mensimulasikan dengan Encoder dan Decoder sampai dengan pengambilan suara
hasil keluaran CELP. Sinyal yang didapatkan akan dihitung MSE (Mean Square
Error) dan SNR (Signal to Noise Ratio) untuk mengetahui rata-rata

kesalahannya.
Sinyal hasil keluaran CELP memiliki amplitudo yang kecil dibandingkan dengan
suara aslinya, namun bentuk sinyal voice, unvoiced dan silence akan tetap terlihat
nyaris sama dengan sinyal aslinya. Sehingga dapat meminimalisasi energi sinyal
wicara yang dikirimkan. Sinyal keluaran yang dihasilkan dari teknik pengkodean
CELP memiliki nilai MSE yang mendekati nol sehingga nyaris tidak ada
kesalahan.
Kata kunci: CELP, bit rate, Encoder, Decoder.

ABSTRACT
ANALYSIS AND SIMULATION OF VOICE ENCODING TECHNIQUE
OF CELP ( CODE EXCITED LINEAR PREDICTIVE CODING)
BY MATLAB PROGRAMMING
By
EDY KURNIAWAN
Limitation of bandwidth as mobile communication channel become one of
problem faced by the telecommunications service organizers. Limited channel
capacity motivated them to always does efficiency in all parts at communications
system. Voice communications at bandwidth 4 kHz at format PCM 8-bit causes
the channel must provide bandwidth 64 kbps to be able to send information which

can be received as according to the original signal.
Encoding technique of CELP (Codebook Excited Linear Prediction) is one of
encoding technique of voice signal which can decode voice signal with low bit
rate so it can economize communication channel. At this research has been
simulation encoding technique of CELP with bit rate 9.5 kbps. It is started with
voice sampling through recording process, Encoder and Decoder simulation up to
retrieval of voice result of output CELP. Signal got will calculated MSE (Mean
Square Error) and SNR (Signal to Noise Ratio) to know average of the error.
The output signal of CELP has small amplitude compared to the original voice,
but form of signal voice, unvoiced and silence would still seen almost equal to the
original signal. So it can minimized speech signal energy sent. Output signal from
encoding technique of CELP has value MSE closing zero so that almost there is
no error.
Key words: CELP, bit rate, Encoder, Decoder.

I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Jumlah kanal yang tersedia untuk komunikasi menjadi semakin terbatas
seiring dengan makin pesatnya penggunaan kanal komunikasi. Kapasitas
kanal yang terbatas mendorong untuk terus melakukan efisiensi di semua

bagian pada sistem komunikasi. Komunikasi suara pada lebar pita 4 kHz pada
format PCM 8-bit menyebabkan kanal harus menyediakan lebar pita 64 kbps
untuk dapat mengirimkan informasi yang dapat ditangkap sesuai dengan
aslinya.
Pada perkembangannya, telah dilakukan upaya untuk melakukan kompresi
sinyal suara agar diperoleh laju yang lebih rendah, untuk menghemat
penggunaan kanal transmisi. Sinyal suara telah diolah sedemikian rupa
sehingga dapat menghilangkan redundansi dan diperoleh informasi yang
cukup ringkas untuk ditransmisikan.
Sinyal suara manusia memiliki komponen yang hampir periodik, terutama
pada bagian sinyal yang bergetar. Jenis sinyal suara selain yang bergetar ada
juga yang memiliki sifat periodik, misalnya sinyal desis. Sinyal suara manusia
terdiri atas bagian bergetar yang umumnya dilambangkan dalam bentuk huruf
vokal dan bagian yang tidak bergetar yang dilambangkan sebagai konsonan.
Sinyal bergetar memiliki periode getar tertentu yang disebut sebagai pitch.
Sinyal yang periodik, secara teoritis dapat didekomposisi dalam bentuk
sinusoida dengan menggunakan bantuan deret Fourier.
Jika ditinjau dari kawasan frekuensi, maka sinyal bergetar memiliki spektra
tertentu. Bagian-bagian spektra yang menonjol, yaitu frekuensi-frekuensi yang
memiliki nilai amplituda terbesar dibanding sekitarnya disebut sebagai

formant. Pada umumnya, suara manusia memiliki empat formant untuk daerah
frekuensi dari 0 sampai dengan 4 kHz.
Selain itu terdapat formant yang lebih tinggi untuk frekuensi di atas 4 kHz.
Sinyal tidak bergetar memiliki spektra frekuensi dari nol sampai dengan tak
terhingga, seperti spektra sinyal derau. Sinyal ini lebih sulit dianalisis
mengingat karakteristiknya yang mirip derau. Berdasarkan karakteristik sinyal
suara yang demikian, maka dapat dilakukan pemodelan dengan mengacu pada
bentuk sinusoida seperti dilakukan oleh beberapa peneliti.
Dalam pengkodean sinyal suara telah dikenal dengan adanya pengkodean
transformasi sinusoidal (STC). Dilain pihak ada model lain yang dikenal
sebagai STN (Sines + Transients + Noise). Masing-masing mempunyai
kelebihan dan kekurangannya sendiri. Dengan menggunakan teknik
pengkodean CELP dapat dilakukan proses kuantisasi untuk mengkodekan
sinyal suara pada laju bit rate yang rendah. Kuantisasi adalah proses untuk
mengelompokkan elemen-elemen yang bernilai kontinyu. Pada proses
pengubahan sinyal analog menjadi digital, mula-mula sinyal analog diambil
pada selang waktu yang tetap yang disebut juga dengan proses pencuplikan.
Hasil pencuplikan adalah berupa PAM (Pulse Amplitude Modulation).
Selanjutnya nilai PAM dikelompokkan atau dikuantisasi ke dalam nilai-nilai
sinyal digital yang dikenal sebagai PCM (Pulse Code Modulation). Proses

kuantisasi juga dilakukan pada pengolahan sinyal suara, utamanya pada

pengkodean sinyal suara.
Pada pengkodean berbasis CELP (Codebook Excited Linear Prediction),
sinyal acak dikelompokkan atau dikuantisasi dalam bentuk buku kode. Buku
kode disusun berdasarkan sifat-sifat sinyal yang akan dikelompokkan. Jika
sinyal yang akan dikelompokkan bersifat Gaussian seperti halnya pada sinyal
kesalahan prediksi dari sinyal suara, maka buku kode harus disusun dengan
memperhatikan sifat sinyal acak Gaussian. Pada tulisan ini dipaparkan proses
pengkodean suara CELP yang disimulasikan dengan menggunakan Matlab.
B. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini yaitu :
• Memahami teknik pengkodean sinyal suara dengan teknik pengkodean
CELP (Codebook Exited linier Prediction).
• Membuat simulasi pengkodean CELP dengan menggunakan perangkat
lunak.
• Mengetahui perbandingan kualitas suara asli dengan suara hasil
pengkodean CELP.
C. Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan memberikan manfaat sebagai berikut:

1. Memberikan suatu referensi mengenai penggunaan teknik pengkodean
sinyal suara yang efektif dan efisien pada bit rate rendah.
2. Mengetahui efektifitas dari kinerja pengiriman sinyal suara yang
menghasilkan suara dengan tingkat yang dapat diperbandingkan pada bit
rendah untuk suara dari tingkat medium sehingga diperoleh suara
keluaran yang hampir sama dengan suara asli.
D. Permasalahan
Pentransmisian sinyal suara digital tidak terlepas dari metode pengkodean
sinyal yang mendukung kinerja dari pengiriman sinyal tersebut, metode
pengkodean sinyal suara pada umumnya bekerja pada bit rate pada tingkat
medium yang tidak terlalu rendah. Sedangkan pada pengkodean suara pada bit
rate yang rendah lebih sulit dilakukan karena sinyal asli yang kecil dengan
persentase noise yang begitu besar. Bandwidth yang digunakan pada jalur
telekomunikasi memiliki kapasitas yang terbatas yang dibagi pada beberapa
kanal untuk dilewatkan data dan suara. Pada komunikasi suara diperlukan
kompresi suara untuk memperkecil laju bit dan menghindari pemborosan
kanal transmisi. Oleh karena itu diperlukan teknik pengkodean sinyal suara
yang dapat bekerja secara efektif pada laju bit rendah yaitu teknik pengkodean
sinyal suara CELP (Codebook Excitation Linear Prediction).
E. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Pemrosesan sinyal dilakukan dengan pengkodean CELP.
2. Efektifitas CELP pada pengkodean sinyal suara pada bit rate rendah
sekitar 9,5 kbps dengan frekuensi, 8 kHz dan durasi 4 detik.
3. Suara yang dikodekan memiliki format wav.
4. Pembuatan simulasi dan pengujian kualitas audio asli dan hasil
pengkodean CELP dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak
Matlab.

5. Pengujian dilakukan dengan menghitung nilai MSE (Mean Square Error)
dan SNR (Signal to Noise Rasio) dan membandingkan bentuk sinyal asli
dan keluaran dari simulasi pengkodean CELP.
F. Hipotesa
Pengkodean sinyal suara CELP memiliki kinerja yang cukup baik untuk laju
bit yang rendah. Hal ini didasari pada keefektifitasan CELP untuk
membangun kode dari sinyal suara frekuensi rendah dengan laju bit rendah.
Dimana pada sinyal suara dengan frekuensi yang rendah akan lebih sulit
diterjemahkan dalam kode karena memiliki persentase noise yang relatif
besar.
G. Sistematika Penulisan

Dalam rangka penulisan skripsi ini, disusun suatu sistematika penulisan
dengan membaginya menjadi beberapa bab. Susunan sistematika tersebut
adalah:
BAB I PENDAHULUAN
Dalam bab ini diuraikan tentang latar belakang, tujuan penulisan, manfaat
penelitian, permasalahan, batasan masalah, hipotesa dan sistematika
penulisan.

V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan simulasi dan pembahasan yang telah dilakukan, dapat
disimpulkan hal-hal sebagai berikut:
a. Bit rate yang digunakan pada pengiriman sinyal suara dengan teknik
pengkodean suara CELP memiliki kecepatan 9,5 kbps dengan suara asli
yang sebelumnya direkam dengan bit rate 128 kbps, sehingga dapat
dibedakan sinyal asli dan keluarannya pada kuat magnitudo-nya yang
mengecil.
b. Dengan kualitas yang cukup baik, CELP hanya mengirimkan beberapa
parameter saja seperti gain, alokasi bit, delay, dan beta (pitch reduksi),
yang dinyatakan dalam bentuk stream. Tentu saja hal ini akan sangat

menghemat bandwitdh transmisi dan mengurangi daya pancar, sehingga
CELP sangat efisien untuk komunikasi seluler.
c. CELP dijalankan pada frekuensi masukan sebesar 8.000 Hz dengan durasi
4 detik atau sekitar 200 frame, menyebabkan sinyal masukan dan keluaran
CELP memiliki sampling rate 32000. Hal ini menunjukkkan bahwa
semakin lama durasi suara pada frekuensi yang sama maka nilai sample
rate akan semakin besar.
d. Suara yang diperoleh dari teknik pengkodean CELP memiliki kualitas
suara yang cukup bagus dengan nilai kasalahan sinyal yang kecil dimana
MSE mendekati nol dan nilai SNR yang rata-rata cukup besar.
B. Saran
a. Berdasarkan efisiensi pengiriman, maka CELP sangat cocok untuk
diterapkan dalam pemakaian komunikasi yang memiliki keterbatasan
bandwidth. Dan ini cocok digunakan untuk daerah-daerah yang memiliki
kapasitas bandwidth sinyal komunikasi yang sangat minim karena
kurangnya sarana komunikasi.
b. Pada simulasi teknik pengkodean suara CELP dalam skripsi ini
menggunakan fixed codebook yang dapat dieksitasi dengan suara masukan
yang berbeda-beda, ada baiknya bila nantinya dibuat pula simulasi teknik
pengkodean CELP yang menggunakan adaptif codebook yang

implementasinya dapat digunakan pada sistem keamanan berbasis suara
seperti scurity voice lock dan pengenalan identitas melalui suara.