CHƯƠng I: TỔng quan về audio- video số TỔng quan về audio số

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ AUDIO- VIDEO SỐ

1.1. TỔNG QUAN VỀ AUDIO SỐ:

1.1.1 Tín hiệu AUDIO:

Âm thanh là những biến đổi áp suất nhanh xảy ra trong không khí do nhiều quá trình tự nhiên gây nên. Tiếng gió thổi trên cành cây, tiếng sóng biển vỗ bờ, tiếng chim hót… tất cả đều là âm thanh tự nhiên. Nhiều hệ thống do con người chế tạo cũng tạo ra những biến đổi áp suất tương tự, đôi khi là có chủ định song đôi khi là khách quan.

Tai con người phản ứng lại với những biến đổi áp suất không khí ở phạm vi tần số trong khoảng từ 30 Hz đến 15.000 Hz sau đó đưa đến não và đó chính là âm thanh. Độ lớn hay biên độ dao động của những biến đổi áp suất này tạo nên cảm giác về tiếng ồn.

2. Tái tạo âm thanh tự nhiên:

Âm thanh điện tử được gọi chung là Audio. Âm được thu từ nguồn nhờ một hoặc nhiều micro và những tín hiệu audio thu được truyền qua hệ thống cho đến khi tới loa phát.

Hình 1.1: Hệ thống tái tạo âm thanh điện tử

Mục đích tái tạo âm thanh điện tử là để tải các sóng âm thanh đến những khoảng cách xa cả về không gian và thời gian, để người nghe có thể tiếp nhận như thể họ đang nghe âm trực tiếp từ nguồn. Một mục đích khác nữa là để chau chuốt âm thanh tự nhiên, làm cho âm thanh điện tử hay hơn âm gốc, hoặc tạo ra những âm thanh mới không có trong tự nhiên.

1.1.2. Tín hiệu AUDIO số:

Quaù trình laáy maãu thöïc hieän vieäc nhaân tín hieäu audio töông töï vôùi chuoãi xung coù thôøi gian laëp laïi vôùi taàn soá laáy maãu. Ñoù laø quaù trình ñieàu bieân xung (PAM) trong mieàn thôøi gian hình 1.2 vaø trong mieàn taàn soá hình 1.3.

Khi taàn soá laáy maãu f_s 2f_max thì khoâng coù söï xuyeân nhieãu giöõa hai phoå, chæ caàn moät loïc (LPF) laø taùch ñöôïc tín hieäu goác.

- Khi f_s < f_max tín hieäu qua LPF bò xuyeân nhieãu goïi laø Aliasing noise khoâng chaáp nhaän ñöôïc. F_max laø taàn soá cao nhaát cuûa tín hieäu nguyeân thuûy, ôû Audio f_max = 20 KHz choïn f_s = 44.1 KHz, f_s laø taàn soá laáy maãu.

- Tröôùc khi thöïc hieän ADC, phaûi giôùi haïn baêng taàn audio ñeán ½ f_s, neáu khoâng coù theå gaây ra hieän töôïng choàng phoå vaø meùo tín hieäu khoâi phuïc.

- Xung laáy maãu phaûi coù thôøi gian heïp, baèng moät chu kyø laáy maãu .

Hình 1.3: Quaù trình ñieàu bieân trong mieàn taàn soá

Hieän nay thöôøng duøng 4 chuaån taàn soá laáy maãu cho tín hieäu Audio:

- 32 KHz (tieâu chuaån chuyeân duïng) duøng trong truyeàn daãn vaø phaùt thanh FM stereo.

- 44.1 KHz (tieâu chuaån daân duïng ) : Duøng trong VCR, CD, R_DAT player.

- 48 KHz (tieâu chuaån phaùt thanh) : Tieâu chuaån phaùt thanh baêng taàn roäng vaø truyeàn hình chaát löôïng cao.

- Laáy maãu taàn soá cao (over sampling) 4f_s ñeå giaûm meùo löôïng töû

SNR[db] = 6.02n + 1.76 + 10log₁₀d

Vôùi d : heä soá laáy maãu taàn soá cao (d = 4)

N : Soá bit / maãu löôïng töû.

2. Löôïng töû hoaù (Quantizing):

Sau quaù trình laáy maãu laø quaù trình löôïng töû hoaù. Caùc möùc bieân ñoä ñöôïc rôøi raïc töøng möùc bieân ñoä vôùi giaù trò nhò phaân töông öùng. Neáu n bit laáy maãu seõ coù 2ⁿ khoaûng löôïng töû.

• 
  Khoaûng löôïng töû laø khoâng ñoái xöùng vôùi caùc chuyeån dòch döông vaø aâm cuûa tín hieäu audio goác.
  
• 
  Soá möùc löôïng töû caøng taêng thì méo löôïng töû caøng taêng thì meùo löôïng töû caøng giaûm.
  
• 
  Goïi Q laø khoaûng löôïng töû hoaù () ta coù tæ soá tín hieäu / nhieãu löôïng töû SNR laø :
  

Vôùi tín hieäu Sine V = [volt rms]

Nhieãu löôïng töû N = [Vms]

SNR [db] = 6,02n + 1,76

Vôùi n laø soá bit löôïng töû hoaù (soá bit/maãu löôïng töû hoaù)

Moãi giaù trò löôïng töû hoaù nhò phaân caàn phaûi ñöôïc maõ hoaù ñeå phuø hôïp vôùi loaïi tín hieäu laáy maãu, truyeàn daãn vaø ghi aâm. Heä thoáng thöôøng duøng laø PCM (ñieàu bieán maõ xung), PWM (ñieàu cheá ñoä roäng xung), ADM (ñieàu cheá delta thích nghi), DPCM (ñieàu xung maõ vi sai), floating point (ñieåm di ñoäng ).

Loaïi PCM ñöôïc duøng nhieàu vì ñôn giaûn, tuy nhieân ít hieäu quaû. Ñaëc ñieåm cuûa noù laø thöïc hieän tuyeán tính cho taác caû caùc khoaûng löôïng töû hoùa. Caùc möùc löôïng töû hoaù ñöôïc gaùn baèng caùc töø maõ theo moät traät töï logic. Hình 1.7 laø sô ñoà khoái laø quaù trình maõ hoaù vaø giaûi maõ PCM.



Hình 1.7 : Sô ñoà khoái ñôn giaûn hoaù cuûa heä thoáng PCM

1.1.3. Giao diện số AES/EBU:

1. Câú trúc cơ bản của giao thức AES/EBU

Tiêu chuẩn tín hiêụ video số AES/EBU là một giao thức cho phép các thiết bị số có thể phát và thu tín hiệu audio số.

Khung dữ liệu được tạo bởi hai khung con (khung con A và B). Mỗi mẫu dữ liệu được phối hợp từ một nguồn audio hoặc một kênh, dữ liệu phụ, dữ liệu mở đầu, các thông tin về giá trị (V), thông tin thêm vào để trợ giúp người sử dụng dữ liệu (U), thông tin về các tham số hệ thống (C) và bít chẵn lẻ (P) để phát hiện sai số truyền để kiểm tra độ tin cậy của kênh.

Các khung dữ liệu audio được nhóm lại thành các khối (block) gồm 192 khung. Một tín hiệu cờ được gửi đi trong dòng dữ liệu cho phép nhận biết mỗi block. Khoảng thời gian tồn tại một khung audio là 20,83 µs trong hệ thống lấy mẫu 48 KHz. Do đó thời gian tồn tại một khối AES/EBU là: 20,83 µs x 192=4000 µs.

Dữ liệu mở đầu gồm 4 bit, hay còn gọi là từ đồng bộ, được dùng để nhận biết sự bắt đầu của một mẫu mới và của một block mới. Ba từ còn lại được sử dụng trong:

- Từ đồng bộ Z: dãy bít này cho biết sự bắt đầu của khung đầu tiên của một khối (block) audio mới. Từ này tạo ra cờ Z.

- Từ đồng bộ X: từ này cho biết sự bắt đầu của tất cả các khung con A.

- Từ đồng bộ Y: từ này cho biết sự bắt đầu của mọi khung con B.

Mỗi khung audio gồm 2 khung con, trong đó mỗi khung gồm 32 bit. Mỗi mẫu tín hiệu audio, theo lý thuyết có thể gồm 16 đến 20 bít hoặc tới 24 bít khi 4 bít phụ được coi như các bít mẫu tín hiệu audio. Bít phụ cho biết tình trạng các dãy bit trong kênh, nó nằm trong byte 2, các bít 0-2.

Mỗi khung con có 4 bit phụ:

• 
  Bit giá trị (V): bit này cho biết các bit dữ liệu lấy mẫu âm thanh trước đó có đúng hay không.
  
• 
  Bit sử dụng (U): bit này cho biết mọi thông tin thêm vào để trợ giúp người sử dụng dữ liệu.
  
• 
  Bit kênh (C): cũng giống như bit sử dụng, bit kênh có mặt trong các khung phụ, nó được gửi tới các hàng đợi được tạo bởi 28 hàng. Nội dung của hàng đợi rất quan trọng trong việc xác định nội dung của từ dữ liệu audio.
  
• 
  Bit parity (P): bit parity được đặt để chỉ định một parity chẵn. Bit parity cho phép phát hiện số lẻ của lỗi do quá trình truyền dẫn. Một số thiết bị đã bỏ qua những bit này hoặc thi hành không chính xác trong quá trình chỉ định.
  

Đặc điểm của định dạng giao diện sử dụng AES/EBU được chỉ ra trong bảng sau:

+ Định dạng: truyền dẫn nối tiếp của hai kênh số liệu được lấy mẫu và mã

hoá tuyến tính.

Các bộ nối: giắc cắm âm thanh RCA.

Biên độ tín hiệu ra: 500mV_{đỉnh-đỉnh} ứng với tải 75 (không cân bằng).

+ Các thông số thu: Tín hiệu vào không cân bằng.

Các bộ giắc cắm âm thanh RCA.

Trở kháng vào 75.

Định dạng kênh người sử dụng này được dùng trong các thiết bị CDs và RDATs với tín hiệu vào ra số.
1.2 Tổng quan về VIDEO sè:

1.2.1. Tín hiệu VIDEO:

1.2.2. Số hóa tín hiệu VIDEO:

1. Laáy maãu tín hieäu Video soá

Tín hieäu vaøo f_v coù taàn soá f_b seõ ñöôïc bieán ñoåi töø hình bao daïng soùng qua caùc xung heïp vôùi chu kyø laáy maãu T_S. Taàn soá laáy maãu laø :

Do phoå cuûa tín hieäu sau laáy maãu coù theå choàng leân nhau taïo thaønh nhieãu aliasing neân taàn soá laáy maãu phaûi thoaû ñònh lyù laáy maãu, töùc laø f_s 2f_b. Vôùi taàn soá naøy seõ baûo ñaûm taùi taïo laïi ñöôïc tín hieäu nguyeân thuyû khi thöïc hieän quaù trình bieán ñoåi soá – töông töï.