XỬ lý âm THANH và HÌNH ẢNH ngành công nghệ viễn thông

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG SÁCH HƯỚNG DẪN HỌC TẬP XỬ LÝ ÂM THANH VÀ HÌNH ẢNH (DÙNG CHO SINH VIÊN HỆ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC TỪ XA) Biên soạn: TS Nguyễn Thanh Bình ThS Võ Nguyễn Quốc Bảo TP HỒ CHÍ MINH - 2007 LƯU HÀNH NỘI BỘ LỜI NÓI ĐẦU Tài liệu hướng dẫn học tập môn "Xử lý âm thanh và hình ảnh" dành cho khối đào tạo từ xa chuyên ngành điện tử viễn thông. Tài liệu này giới thiệu những kiến thức cơ bản về xử lý âm thanh và hình ảnh. Đặc biệt, tác giả chú trọng tới vấn đề xử lý tín hiệu ứng dụng trong mạng viễn thông: đó là các phương pháp nén tín hiệu, lưu trữ, các tiêu chuẩn nén tín hiệu âm thanh và hình ảnh. Những kiế n thức được trình bày trong tài liệu sẽ giúp học viên tiếp cận nhanh với các vấn đề thực tiễn thường gặp trong mạng viễn thông. Vì khối lượng kiến thức trong lĩnh vực xử lý âm thanh cũng như hình ảnh rất lớn, trong tài liệu hướng dẫn chỉ có thể nêu lên một số vấn đề chính. Để tìm hiểu sâu và rộng hơn học viên phải nghiên cứu thêm trong các sách tham khảo được tác giả đề c ập tới trong phần cuối của tài liệu này. Đây là lần biên soạn đầu tiên, chắc chắn tài liệu còn nhiều sơ sót, rất mong các bạn đọc trong quá trình học tập và các thày cô giảng dạy môn học này đóng góp các ý kiến xây dựng. Tp. Hồ Chí Minh 10/11/2007 Nhóm biên soạn Biên soạn phần xử lý âm thanh: ThS Võ Nguyễn Quốc Bảo Biên soạn phần xử lý hình ảnh: TS Nguyễn Thanh Bình Chương 1 Giới thiệu chung về xử lý tín hiệu  3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XỬ LÝ TÍN HIỆU 1.1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ LÝ THUYẾT CƠ BẢN Xử lý tín hiệu là lĩnh vực khoa học được nghiên cứu và phát triển trong một thời gian dài. Hệ thống xử lý tín hiệu tương tự cũng như xử lý tín hiệu số được ứng dụng rất rộng rãi trong ngành viễn thông cũng như trong nhiều ngành khoa học khác. Trong những năm gần đây, các phương pháp xử lý tín hiệu số đang dần chiếm ưu thế, cho dù, về mặt bản chất, tín hiệ u nguyên thủy được truyền đi và tín hiệu mà người nhận tin có thể tiếp thu được vẫn là tín hiệu tương tự. Xu hướng phát triển trên hình thành do hệ thống số có nhiều tính năng nổi trội của so với các hệ thống analog cổ điển: 1. Các hệ thống xử lý số có độ linh hoạt cao: có thể nhanh chóng thay đổi cơ chế hoạt động của phần cứng thông qua phần mềm điều khiển. 2. Độ ổn định cao, ít chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh, tính chất của hệ thống số hầu như không thay đổi theo thời gian. 3. Khả năng xử lý tín hiệu với độ chính xác cao. Tín hiệu số cho phép lưu trữ và sao chép nhiều lần với mức độ tin cậy cao. Khả năng chống nhiễu của tín hiệu số cao hơn so với tín hiệu tươ ng tự. 4. Thời gian thiết kế và thi công các hệ thống số nhanh, kích thước nhỏ gọn, mức tiêu hao năng lượng thấp v.v. Trước đây, do tốc độ xử lý của máy tính còn chậm, việc xử lý các tín hiệu "phức tạp" như tín hiệu âm thanh chất lượng cao hay tín hiệu ảnh số không thể thực hiện được trong thời gian thực. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, với sự phát triển mạ nh mẽ của công nghệ vi điện tử, nhược điểm nêu trên đã được khắc phục. Ví dụ điển hình là DSP xử lý ảnh và âm thanh cao cấp của hãng Texac Instrument TMS320DM6446 Digital Media System-on-Chip làm việc với tần số xung nhịp 594 Mhz, cho phép thực hiện nén video theo chuẩn MPEG-2 và MPEG-4 thời gian thực (http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tms320dm6446.html ). Tốc độ xử lý của DSP này là 4752 MIPS (Million Instructions Per Second - MIPS). DSP TMS320DM6446 được tích hợp 4 kênh biến đổi DAC (54MHz) để tạo các tín hiệu video tiêu chuẩn theo hệ NTSC/PAL, S-Video cũng như video thành phần (Component video). Giá thành của DSP xử lý video chuyên dụng nói trên khoảng <45$. Hiện nay, kỹ thuật xử lý tín hiệu số đang được sử dụng rất hiệu quả trong các lĩnh vực xử lý âm thanh (nhận dạng tiếng nói, tổng hợp âm thanh và tiếng nói v.v.), xử lý ảnh (nâng cao chất lượng ảnh, phân vùng, nh ận dạng .v.v), đo lường và điều khiển, thiên văn học v.v. Tài liệu hướng dẫn học tập môn xử lý âm thanh và hình ảnh này thực chất có thể được gọi là tài liệu hướng dẫn "nhập môn" xử lý âm thanh và hình ảnh. Thông thường các tài liệu nghiên cứu về xử lý ảnh và âm thanh được tách riêng vì: 1- Đây là hai lĩnh vực xử lý tín hiệu rất rộng, liên quan tới rất nhiều ngành khoa học khác nhau; 2- Quá trình xử lý tín hiệu âm thanh và hình ảnh phả i được thực hiện dựa trên những hiểu biết sâu sắc về hệ thống thính giác và thị giác của con người. Ở các phần sau, ta sẽ thấy rằng đa số các kỹ thuật xử lý tín hiệu âm thanh và hình ảnh sẽ dựa trên đặc điểm tiếp thu thông tin của các giác quan nói trên; 3- Tín hiệu âm thanh và hình ảnh khác nhau về bản chất: tín hiệu âm thanh là tín hiệu một chiều còn tín hiệu hình ảnh (tĩnh hay động) là tín hiệu hai hoặc ba chiều. Chính vì th ế, công cụ toán học để mô tả và phân tích quá trình xử lý hai loại tín hiệu trên cũng khác nhau. Tuy âm thanh và hình ảnh là hai tín hiệu tương đối khác nhau, nhưng quá trình xử lý chúng Chương 1 Giới thiệu chung về xử lý tín hiệu  4 vẫn được mô tả dựa trên nền tảng lý thuyết xử lý tín hiệu tổng quát. Sau đây chúng ta nhắc lại một số những khái niệm cơ bản về tín hiệu và hệ thống xử lý tín hiệu. 1.1.1 Tín hiệu và phân loại tín hiệu Tín hiệu do một thiết bị đầu cuối tạo ra, tín hiệu là biểu diễn vật lý (dòng điện, điện áp ) của tin tức, được truyền đi từ đầu phát đến đầu thu. Tín hiệu có thể được biểu diễn bằng một hàm của nhiều biến số: () ( ) ϕ ,,, f vt f tm = , f - tần số, t - thời gian, v - biên độ, ϕ - trạng thái pha. Khi phân loại tín hiệu ta có thể dựa trên các cơ sở khác nhau như phân loại theo năng lượng, hình thái, theo tính chất của phổ của tín hiệu v.v. Trong lý thuyết tín hiệu có hai lớp tín hiệu quan trọng đó là tín hiệu xác định và ngẫu nhiên. Tín hiệu xác định là tín hiệu có quá trình biến đổi biểu diễn bằng một hàm thời gian, và có thể xác định chính xác ở mọi thời đi ểm. Các tín hiệu xác định có vai trò rất quan trọng trong lý thuyết tín hiệu cổ điển. Tín hiệu xác định còn chia ra thành tín hiệu tuần hoàn (theo chu kỳ T) và không tuần hoàn (phi chu kỳ).Tín hiệu tuần hoàn là những tín hiệu có thể biểu diễn bằng công thức như sau: () ( ) nguyeânkk T t x t x −+= - tín hiệu này tuân theo quy luật lặp lại đều với chu kỳ T. Tín hiệu ngẫu nhiên là các tín hiệu mà không thể dự kiến trước hành vi của chúng theo thời gian và để biểu diễn chúng phải dựa trên lý thuyết thống kê. Trên thực tế, các tín hiệu thông tin đều mang tính chất ngẫu nhiên. Tín hiệu có thể có biên độ và biến thời gian (không gian) là rời rạc hay liên tục, do đó chúng ta còn phân biệt bốn loại tín hiệu sau: Tín hiệu tương tự (analog) Tín hiệu lượng tử Tín hiệu rời rạc Tín hiệu số (digital) Biên độ liên tục rời rạc liên tục rời rạc Biến thời gian liên tục liên tục rời rạc rời rạc Như vậy, tín hiệu tương tự là tín hiệu có biên độ và biến thời gian là liên tục. Nếu tín hiệu được biểu diễn bằng hàm của biến rời rạc thì tín hiệu đó là tín hiệu rời rạc. Ký hiệu chung của tín hiệu rời rạc là ( ) s s x nT , s nT là biến độc lập, rời rạc, n là số nguyên, s T là chu kỳ lấy mẫu. Tín hiệu có biên độ và thời gian đều rời rạc được gọi là tín hiệu số, ký hiệu là () d x n . Ngoài ra, dựa trên tính chất của tin tức truyền đi, người ta còn phân loại các tín hiệu sau: - Tín hiệu thoại (tiếng nói con người). - Tín hiệu hình ảnh tĩnh hay ảnh động (tín hiệu video) - Tín hiệu dữ liệu (data) dùng trong hệ thống máy tính, bộ vi xử lý. Một số tín hiệu khác, phân biệt theo bề rộng phổ và tần số (tín hiệu dải rộng, dải hẹp, cao tần v.v.) cũng sẽ được định nghĩa và sử dụng trong những phần tiếp theo. 1.1.2 Tín hiệu rời rạc Tín hiệu x(t) có biến thời gian t rời rạc được gọi là tín hiệu rời rạc, chúng ta có thể ký hiệu là {x n } với n là số nguyên (n = 0, ±1, ±2, … ). Chương 1 Giới thiệu chung về xử lý tín hiệu  5 1.1.2.1 Biểu diễn tín hiệu rời rạc a- Biểu diễn tốn học Xét hàm x(n) với n là phần tử ngun. Ký hiệu tín hiệu rời rạc : {()}xxn n=−∞<<+∞ ⎩ ⎨ ⎧ ≤≤ = lại còn toán thức biểu n NnN nx 0 )( 21 b- Biểu diễn bằng đồ thị Để minh hoạ theo kiểu nhìn trực quan, ta có thể vẽ đồ thị (hình 1.1.1) của dãy x(n). c- Biểu diễn bằng dãy số Chúng ta khơng để ở dạng chung (một tổng hay tích) mà khai triển các giá trị của tín hiệu rời rạc như sau : ), }1n(x),n(x),1n(n{ ,)n(x + − = ↑ = 0, , 4 1 , 2 1 , 4 3 1, 0 , },{ ,)n(x ↑ : chỉ mẫu tại n = 0. 1.1.2.2 Các phép biến đổi tín hiệu rời rạc a- Phép nhân hai tín hiệu rời rạc : )}().({. nynxyx = (1.1.1) b- Phép nhân tín hiệu rời rạc với hằng số : )}(.{. nyy α α = (1.1.2) c- Phép cộng hai tín hiệu rời rạc : )}()({ nynxyx +=+ (1.1.3) d- Phép dịch (trễ) : Dãy x được dịch sang phải n 0 mẫu, thành dãy y : )()( 0 nnxny −= với n 0 > 0 (1.1.4) Dãy x được dịch sang trái n 0 mẫu, thành dãy y : )nn(x)n(y 0 += với n 0 > 0 (1.1.5) Như vậy một tín hiệu x(n) bất kỳ có thể biểu diễn : ∑ ∞ −∞= −= k knkxnx )()()( δ (1.1.6) n -1 0 1 2 3 4 5 6 ) n ( x Hình 1.1.1 Tín hiệu rời rạc Chương 1 Giới thiệu chung về xử lý tín hiệu  6 e- Tín hiệu rời rạc tuần hoàn với chu kỳ là N nếu thoả mãn : )()( Nnxnx += , ∀ n. (1.1.7) Tín hiệu tuần hoàn có thể được ký hiệu với chỉ số p (period) : x p (n). Tín hiệu chỉ được xác định trong một khoảng hữu hạn N mẫu được gọi là tín hiệu có độ dài hữu hạn N. f- Tín hiệu năng lượng và tín hiệu công suất: * Năng lượng của tín hiệu được định nghĩa bằng tổng bình phương các modul : 2 () xN n Exn ∞ =−∞ = ∑ (1.1.8) * Công suất trung bình của tín hiệu rời rạc được định nghĩa như sau: 2 1 lim ( ) 21 N xN N nN Pxn N →∞ =− = + ∑ (1.1.9) g- Tín hiệu tuần hoàn và tín hiệu không tuần hoàn * Tín hiệu là tuần hoàn với chu kỳ N (N > 0) , nếu và chỉ nếu x(n + N) = x(n) (1.1.10) Giá trị nhỏ nhất của N được gọi là chu kỳ. x(n + kN) = x(n) ; k nguyên dương * Nếu không có giá trị N thỏa (1.1.10), thì tín hiệu gọi là không tuần hoàn. h- Tín hiệu chẵn và tín hiệu lẻ Tín hiệu x(n) được gọi là chẵn khi x(-n) = x(n) (1.1.11) Ngược lại, tính hiệu x(n) được gọi lẻ khi x(-n) = -x(n) (1.1.12) i- Phép gập tín hi ệu: Thay biến n bằng (-n), kết quả ta có ( ) x n thay vì ( ) x n − . Phép biến đổi này thực hiện bằng cách lấy đối xứng tín hiệu ( ) x n qua gốc thời gian. 1.1.3 Phân loại hệ thống 1.1.3.1 Hệ thống tương tự Quá trình biến đổi tín hiệu được thực hiện trong hệ thống xử lý tín hiệu. Các hệ thống xử lý tín hiệu được phân loại dựa vào đặc trưng của tín hiệu mà nó xử lý. Từ cách phân loại tín hiệu trên đây, ta có các hệ thống xử lý tín hiệu tương ứng như sau: Hệ thống tương tự: các mạch lọc tương tự, mạch khuyếch đại, nhân tầ n số, điều chế tín hiệu v.v. Hệ thống rời rạc: mạch tạo xung, điều chế xung v.v Hệ thống số: mạch lọc số Chương 1 Giới thiệu chung về xử lý tín hiệu  7 Ngoài ra cũng còn các hệ thống hỗn hợp khác như hệ thống biến đổi tương tự- số hay ngược lại. Tín hiệu vào và tín hiệu ra của một hệ thống quan hệ với nhau thông qua toán tử biến đổi T: ( ) ( ) ( ) ( ) T T x t y t hay x t y t=⎯⎯→ ⎡⎤ ⎣⎦ (1.1.13) 1.1.3.1.1 Các tính chất của hệ thống tương tự a) Tính tuyến tính: Hệ thống là tuyến tính khi nó có tính xếp chồng: nếu )t(ya)t(ya)t(xa)t(xa )t(y)t(x )t(y)t(x 22112211 22 11 +→+ → → (1.1.14) b) Tính bất biến theo thời gian: Hệ thống được gọi là bất biến nếu ( ) ( ) y tTxt= ⎡⎤ ⎣⎦ thì ( ) ( ) 00 yt t T xt t−= − ⎡ ⎤ ⎣ ⎦ (1.1.15) c) Tính nhân quả Hệ thống được gọi là nhân quả nếu đáp ứng của nó tại thời điểm bất kỳ chỉ phụ thuộc vào các giá trị của tín hiệu vào ở thời điểm hiện tại và quá khứ. d) Tính ổn định: Một hệ thống được gọi là ổn định nếu tín hiệu ra giới hạn với tất cả các tín hiệ u vào giới hạn. Dựa trên các tính chất đã nêu của hệ thống, chúng ta có thể phân loại các hệ thống như sau: hệ thống tuyến tính, hệ thống bất biến, hệ thống nhân quả, hệ thống tuyến tính bất biến. 1.1.3.1.2 Các hệ thống tuyến tính bất biến (LTI) Các hệ thống tuyến tính bất biến thường được biểu diễn trong miền thời gian dưới các dạng sau: - Phương trình vi phân - Phương trình trạng thái - Đáp ứng xung. Đáp ứng xung của hệ thống ( ) ht là đáp ứng ra của hệ thống khi tín hiệu đưa vào là xung đơn vị. Nếu hệ thống là tuyến tính và bất biến thì tín hiệu ra của hệ thống có thể tìm được thông qua tích chập giữa tín hiệu vào và hàm đáp ứng xung: () () () ( ) ( ) y txtht xht d τ ττ ∞ −∞ =∗= − ∫ (1.1.16) Các tính chất của hệ thống LTI  Tính nhân quả Hệ thống LTI là nhân quả nếu ( ) 0ht = với t ∀ và ngược lại nếu ( ) 0ht = với t∀ thì hệ thống là nhân quả. Chương 1 Giới thiệu chung về xử lý tín hiệu  8  Tính ổn định của hệ thống LTI Cho tín hiệu vào hệ thống được giới hạn biên độ: ( ) x xt M ≤ <∞ , x M là hằng số. Trong trường hợp này, hệ thống sẽ là ổn định nếu đáp ứng xung của nó thỏa mãn điều kiện: () ht dt ∞ −∞ <∞ ∫ . Điều kiện này là cần và đủ để hệ thống LTI là ổn định.  Hệ thống LTI không nhớ: hệ thống tuyến tính bất biến là không nhớ nếu ( ) 0ht = với 0t ≠ . 1.1.3.1.3 Phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng Cho () x t và () yt là tín hiệu vào ra của hệ thống tuyến tính bất biến. Phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng tổng quát của hệ thống có thể biểu diễn dưới dạng: () () () () 00 NM kr kr kr ay t bx t == = ∑∑ (1.1.17) N, M là số nguyên dương, N là bậc của phương trình. Nghiệm đầy đủ của phương trình bằng tổng nghiệm riêng ( ) r yt và nghiệm thuần nhất () 0 y t : ( ) ( ) ( ) 0r yt y t y t=+ . Trong đó nghiệm thuần nhất ( ) 0 yt là nghiệm của phương trình thuần nhất: () () 0 0 N k k k ay t = = ∑ . (1.1.18) 1.1.3.2 Hệ thống rời rạc Hệ thống rời rạc được đặc trưng bởi toán tử T làm nhiệm vụ biến đổi dãy vào () x n (là tín hiệu rời rạc) thành dãy ra ( ) yn . Toán tử T cho chúng ta thấy quan hệ vào ra của hệ thống. Chúng ta có hai cách để biểu diễn toán tử T: ( ) ( ) ( ) ( ) T Txt yt hay xt yt=⎯⎯→ ⎡⎤ ⎣⎦ (1.1.19) Dãy vào còn được gọi là kích thích, còn dãy ra là đáp ứng của hệ thống đối với kích thích đang khảo sát. 1.1.3.2.1 Hệ thống rời rạc tuyến tính bất biến (LTI) a. Hệ thống tuyến tính Hệ thống tuyến tính là hệ thống mà quan hệ vào ra của hệ thống thoả mãn nguyên lý xếp chồng. Với ( ) 1 x n và ( ) 2 x n là các chuỗi vào bất kỳ, ( ) 1 yn và ( ) 2 yn là các chuỗi ra tương ứng. Hệ thống được gọi là tuyến tính khi: 112 2 11 22 11 2 2 () (); () () () () () () TT T xn yn xn yn axnaxn aynayn ⎯⎯→⎯⎯→ +⎯⎯→+ (1.1.20) trong đó a 1 , a 2 là các hằng số. Chương 1 Giới thiệu chung về xử lý tín hiệu  9 b. Hệ thống tuyến tính bất biến Nếu ( ) yn là đáp ứng của kích thích ( ) x n thì hệ thống tuyến tính gọi là bất biến khi () yn k− là đáp ứng của hệ thống đối với kích thích ( ) x nk − . Nếu biến số là thời gian thì ta có hệ thống bất biến theo thời gian. Đối với hệ thống bất biến, khi kích thích giống nhau thì đáp ứng sẽ giống nhau tại mọi thời điểm. c. Hệ thống nhân quả và không nhân quả Một hệ thống gọi là nhân quả khi tín hiệu ngõ ra tại một thời điểm nào đó chỉ phụ thuộc vào các giá trị của tín hiệu vào từ thời điểm đó trở lại. Ta có thể biểu diễn quan hệ vào - ra của hệ thống nhân quả bằng một phương trình toán học như sau: () () ( ) ( ) , 1 , 2 yn F xn xn xn=−− ⎡⎤ ⎣⎦ , với F là một hàm số nào đó. Nếu hệ thống không thỏa mãn được điều kiện trên thì ta gọi hệ thống đó là không nhân quả. d. Hệ thống ổn định và không ổn định Một hệ thống gọi là ổn định nếu nó bị chặn (Bounded Input Bounded Output - BIBO), tức là với một tín hiệu vào ( ) x n hữu hạn thì tín hiệu ra ( ) yn cũng hữu hạn: nếu ( ) x xt M≤<∞ , x M là hằng số thì () y yt M≤<∞ , y M là hằng số. 1.1.3.2.2 Đáp ứng xung của hệ thống tuyến tính bất biến Nếu hệ thống là tuyến tính và bất biến ta có: Khi hệ thống là tuyến tính và bất biến, thì ta có quan hệ sau : () ()( ) k yn xkhn k ∞ =−∞ =− ∑ (1.1.21) ( ) hn là đáp ứng xung của hệ thống tuyến tính bất biến, không phụ thuộc vào biến k. Đáp ứng của hệ thống có thể tìm được thông qua tích chập của kích thích và đáp ứng xung: () ()( ) () () k yn xkhn k xn hn ∞ =−∞ =−=∗ ∑ (1.1.22) Như chúng ta đã biết, các hệ thống có tín hiệu ra chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào trong quá khứ và hiện tại được gọi là hệ thống nhân quả. Định lý : Hệ thống tuyến tính bất biến là nhân quả nếu và chỉ nếu đáp ứng xung h(n) = 0 với mọi n < 0. 1.1.3.2.3 Hệ thống tuyến tính bất biến và ổn định Tính ổn định là một điều kiện ràng buộc quan trọng cần xét đến trong thực tế đối với các hệ thống xử lý tín hiệu. Theo định nghĩa, một hệ thống được gọi là ổn định hay là hệ BIBO (Bounded Input Bounded Output) nếu đáp ứng của hệ thống đó luôn bị chặn khi kích thích vào bị chặn. Thuật ngữ bị chặn có thể hiểu là “có giá trị hữu hạn”. Chương 1 Giới thiệu chung về xử lý tín hiệu  10 Định lý: Một hệ thống tuyến tính bất biến được xem là ổn định nếu và chỉ nếu đáp ứng xung thoả mãn điều kiện sau : ∞<= ∑ ∞ −∞=n nhS )( (1.1.23) 1.1.3.2.4 Phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng a. Phương trình sai phân tuyến tính Về mặt toán học, kích thích vào x(n) và đáp ứng ra y(n) của hầu hết các hệ thống tuyến tính thoả mãn một phương trình sai phân tuyến tính sau đây : ∑∑ == −=− N k M r rk rnxnbknyna 00 )()()()( (1.1.24) ở đây N và M là các số nguyên dương, N gọi là bậc của phương trình sai phân. Trong phương trình này, tập hợp các hệ số a k (n) và b r (n) sẽ quyết định toàn bộ hành vi của hệ thống. Phương trình này chính là ảnh rời rạc của phương trình vi phân tuyến tính đối với các hệ số liên tục, phương trình vi phân tuyến tính có dạng sau : 00 () () () () kr NM kr kr kr d y tdxt at br dt dt == = ∑∑ (1.1.25) Chúng ta có thể nhận được phương trình sai phân tuyến tính từ một phương trình vi phân tuyến tính bằng cách thay gần đúng của các đạo hàm vào vị trí của các đạo hàm. Ví dụ với đạo hàm bậc một, ta có gần đúng như sau : () () ( )dy t y t y t t dt t −−Δ ≈ Δ b. Phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng Hệ tuyến tính bất biến đóng vai trò rất quan trọng trong nhiều ứng dụng thực tiễn. Một lớp hệ con của hệ tuyến tính bất biến là các hệ có tín hiệu vào và tín hiệu ra thoả mãn phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng (PT-SP-TT-HSH) dưới dạng: 00 () () NM kr kr a y nk bxnr == −= − ∑∑ (1.1.26) trong đó tập các hệ số a k và b r đặc trưng cho hệ tuyến tính bất biến. Hệ tuyến tính bất biến mô tả bằng PT-SP-TT-HSH đóng vai trò đặc biệt trong xử lý tín hiệu số. Trong tài liệu này, chúng ta chỉ sử dụng các hệ thống xử lý tín hiệu được mô tả bằng phương trình tuyến tính bất biến hệ số hằng nói trên. 1.1.3.2.5 Các hệ thống đệ quy và không đệ quy a. Hệ thống không đệ quy Một hệ thống tuyến tính bất biến được đặc trưng bởi PT-SP-HSH bậc N như sau : 00 .( ) .( ) NM kr kr a y nk bxnr == −= − ∑∑ (1.1.27) [...]... liệu? 16 Cho biết các định dạng ảnh tĩnh và ảnh động thông dụng được sử dụng trong hệ thống truyền phát multimedia hiện nay?    15  Chương 2 Kỹ thuật xử lý âm thanh CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT XỬ LÝ ÂM THANH 2.1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ÂM THANH 2.1.1 Giới thiệu sơ lược về âm thanh và hệ thống xử lý âm thanh 2.1.1.1 Đặc tính của âm thanh tương tự Mục đích của lời nói là dùng để truyền đạt thông tin Có rất nhiều cách mô... thuật xử lý âm thanh 2.2.1.6 Kiến trúc tổng quát của bộ mã hóa – giải mã âm thoại Tín hiệu âm thoại ngõ vào PCM Phân tích và xử lý Trích và mã hóa thông số 1 Chỉ số 1 Trích và mã hóa thông số 2 Chỉ số 2 Trích và mã hóa thông số N Chỉ số N Chuỗi bit Đóng gói Chuỗi bit Mở gói Chỉ số 1 Giải mã thông số 1 Chỉ số 2 Giải mã thông số 2 Kết hợp và xử lý Chỉ số N Giải mã thông số N Âm thoại tổng hợp Hình 2.2.4... truyền thông đa dịch vụ, vai trò của xử lý ảnh và âm thanh trở nên vô cùng quan trọng Trong các chương tiếp theo của tài liệu này, chúng ta sẽ giới thiệu cụ thể hơn về các công cụ toán học được sử dụng để phân tích từng loại tín hiệu cũng như các ứng dụng riêng của xử lý âm thanh và hình ảnh CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 1 1 Cho biết ưu điểm và nhược điểm của hệ thống xử lý tín hiệu số 2 Kỹ thuật xử lý âm thanh. .. thay đổi, mặc dù công nghệ có vẻ xử lý tốt hơn Trong hệ thống xử lý âm thanh tương tự, thông tin được truyền đạt bằng thông số liên tục biến thiên vô hạn Hệ thống xử lý âm thanh số lý tưởng có những tính năng tương tự như hệ thống xử lý âm thanh tương tự lý tưởng: cả hai hoạt động một cách “trong suốt” và tạo lại dạng sóng ban đầu không lỗi Tuy nhiên, trong thế giới thực, các điều kiện lý tưởng rất hiếm... nói chung Những kiến thức này sẽ được sử dụng và mở rộng để phục vụ cho quá trình nghiên cứu xử lý tín hiệu âm thanh và hình ảnh ở những chương sau Phạm vi ứng dụng kỹ thuật xử lý âm thanh và hình ảnh nói chung rất rộng Nhưng, nói riêng trong ngành viễn thông, mục đích chính của việc xử lý các tín hiệu nói trên nhằm vào việc nâng cao chất lượng tín hiệu và nén dung lượng tín hiệu để truyền qua kênh... Mô hình hóa tín hiệu âm thanh Có rất nhiều kỹ thuật xử lý tín hiệu được mô hình hóa và áp dụng các giải thuật trong việc khôi phục âm thanh Chất lượng của âm thoại phụ thuộc rất lớn vào mô hình giả định phù hợp với dữ liệu Đối với tín hiệu âm thanh, bao gồm âm thoại, nhạc và nhiễu không mong muốn, mô hình phải tổng quát và không sai lệnh so với giả định Một điều cần lưu ý là hầu hết các tín hiệu âm. .. rồi mới được đưa vào bộ xử lý số Hình 2.2.1 minh họa một cấu hình tiêu biểu cho hệ thống xử lý tín hiệu tương tự bằng phương pháp số Trong các phần sau, ta bỏ qua sai số lượng hóa phát sinh trong quá trình biến đổi A/D 26 Chương 2 Kỹ thuật xử lý âm thanh Tín hiệu liên tục Mạch lọc y (n) x(n) xa (t ) Mạch xử lý tín hiệu số A/D ya (t ) D/A x'a (t ) Mạch lọc Hình 2.2.1 Cấu hình hệ thống xử lý tín hiệu tương... qui 1.2 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ÂM THANH VÀ HÌNH ẢNH VÀO MẠNG BĂNG THÔNG ĐA DỊCH VỤ 1.2.1 Đặc điểm của multimedia Multimedia là nguồn dữ liệu được tổng hợp từ các dạng thông tin khác nhau Multimedia có thể có dạng rất đơn giản, đơn cử như một vài hình ảnh kèm với dữ liệu text hay có thể có dạng phức tạp như các file trình diễn multimedia sử dụng video clips, âm thanh, ảnh động và dữ liệu text File multimedia... 2 Kỹ thuật xử lý âm thanh Hình 2.2.5 Mô hình chung của bộ mã hóa âm thoại Hình trên: bộ mã hóa, hình dưới: bộ giải mã Bộ giải mã thực hiện việc phân tích chuỗi bit nhận được, các chỉ số nhị phân được phục hồi sau quá trình phân tích và dùng để kết hợp với các thông số tương ứng của bộ giải mã để có được các thông số đã được lượng tử Các thông số giải mã này sẽ kết hợp với nhau và được xử lý để tạo lại... hóa và giải mã âm thoại Đối với bộ mã hóa, tín hiệu âm thoại đầu vào được xử lý và phân tích nhằm thu được các thông số đại diện cho một khung truyền Các thông số ngày được mã hóa và lượng tử với mã chỉ số nhị phân và được gửi đi như là một chuỗi bit đã được nén Các chỉ số này được đóng gói và biểu diễn thành chuỗi bit, chúng được sắp xếp thứ tự truyền dựa vào các thông số đã quyết định trước và được . thuật xử lý âm thanh 16 CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT XỬ LÝ ÂM THANH 2.1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ÂM THANH 2.1.1 Giới thiệu sơlược về âm thanh và hệ thống xử lý âm thanh. học tập môn xử lý âm thanh và hình ảnh này thực chất có thể được gọi là tài liệu hướng dẫn "nhập môn" xử lý âm thanh và hình ảnh. Thông thường