Biều diễn thông tin đa phương tiện

NỘI DUNG BÁO CÁO: BIỂU DIỄN THÔNG TIN ĐA PHƯƠNG TIỆN 1,Introduction(giới thiệu) 2,Digitization principles(Nguyên tắc số hóa) 2.1 Analog signal(Tín hiệu tương tự) 2.1.1 Sampling rate(Tốc độ lấy mẫu) 2.1.2 Quantization intervals(Khoảng lượng tử) 2.2 Encoder design(Thiết kế mã hóa) 2.3 decoder design(Thiết kế giải mã) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1,Introduction(giới thiệu) Tất thơng tin máy tính sử lý lưu trữ dạng số Vì phải mã hóa tất liệu việc vô quan trọng Và để đơn giản dễ hiểu liệu mà người tiếp nhận phải biến đổi từ mã máy sang ngôn ngữ tự nhiên cần thiết  Với dạng Text: Được biểu diễn chuỗi ký tự ký tự mã hóa thành dãy bít nhị phân bit gọi từ mã (Codeword) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mã hóa bảng mã ACSII ký tự đặc biệt:  Với dạng hình ảnh: Ảnh Raster: biểu diễn tập hợp phần tử ảnh(pixel) Ảnh Vector: Biểu diễn tập đoạn thẳng, đoạn cong định nghĩa đại lượng toán học  Các phần tử ảnh,đoạn thẳng, đoạn cong mã hóa thành dãy nhị phân từ tọa độ đầu đến kết thúc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  Với Audio Video: Là tín hiệu điện có tần số biên độ thay đổi liên tục theo thời gian Để mã hóa Cách đơn giản mã hoá cách xấp xỉ dao động sóng âm chuỗi byte thể biên độ dao dộng tương ứng theo khoảng thời gian Quá trinh biến đổi từ tín hiệu liên tục sang tín hiệu số mơ tả sau: Khi máy tính nhận tín hiệu vào từ thiết bị vào máy tính mã hóa tín hiệu (signal encoder) Ở giai đoạn thiết bị mã hóa chuyển đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong có q trình gọi lấy mẫu tín hiệu(sampling),đó thay tín hiệu liên tục biên độ thời điểm cách nhau, gọi chu kỳ lấy mẫu Mơ q trình lấy mẫu: Sau lấy mẫu thiết bị mã hóa tiến hành lượng tử hóa tức từ mẫu lấy biểu diễn thành dạng số Quá trình Lượng tử hóa: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lượng tử hố q trình xấp xỉ giá trị tín hiệu lấy mẫu s(nT) bội số giá trị q (q gọi bước lượng tử) Mơ q trình lượng tử hóa: Đây mơ qua trình lượng tử hóa tín hiệu tín hiệu tương tự chuyển đổi thành tín hiệu số dạng giống hình bậc thang 2, Digitization principles(Nguyên tắc số hóa) Trong phần tìm hiểu: 2.1Biểu diễn tín hiệu tương tự 2.2Thiết kế mã hóa tín hiệu tương tự thành tín hiệu số LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2.1 Quá Trình lấy mẫu: Sampling rate(Tỉ lệ lấy mẫu) Nguyên tắc lấy mẫu 2.2.2 Q trình lượng tử hóa Quantization intervals(Khoảnglượng tử hóa) Biểu diễn bit nhị phân trog mẫu lấy 2.1 Analog signal(tín hiệu tương tự) Bất kỳ tín hiệu liên tục biểu diễn dạng hình a sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Có thể sử dụng phương pháp phân tích Fourier (Fourier analysis) để thị cho tín hiệu tương tự tạo từ tín hiệu hình sin tần số vơ hạn có biên độ, tần số liên tục theo thời gian ví dụ biểu diễn thành phân tần số cao thành phần tần số thấp tín hiệu hình sau (hình b): Băng thơng(Bandwidth) dải tần số mà tín hiệu tập trung vào dạng tín hiệu cho trước chứa nhiều thành phần tần số dải tần rộng thực tế môi trường truyền đáp ứng việc đáp ứng dải hữu hạn tần số tín hiệu Khỏang thành phần tần số tạo nên tín hiệu hình Sin gọi băng thơng tín hiệu Ở hình sau ta thấy dải băng thơng tiếng nói âm nhạc cụ phát hình c: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ở ví dụ ta thấy băng thơng tiếng nói nằm khoảng hẹp băng thông nhạc cụ phát Khi tín hiệu truyền mạng phạm vi tần số kênh phải lớn tần số tín hiệu Nếu số băng thơng thấp tần số tín hiệu vài số thấp hay cao tín hiệu bị làm giảm chất lượng tín hiệu nhận hiểu giới hạn băng thơng ta phải chọn băng thơng kênh truyền lớn tần số cao tín hiệu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2 Encoder design(Thiết kế mã hóa) Như biết máy tính sử lý lưu trữ dạng số mã hóa có nhiệm vụ chuyển từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số q trình thực qua giai đoạn sau: A,Tín hiệu vào B, Tín hiệu khỏi lọc C, Được sử dụng để lấy mẫu biên độ tín hiệu lọc khoảng thời gian thường xuyên D, Tổ chức mẫu biên độ không đổi mẫu E, Tin hiệu 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Có hai mạch : Bandlimiting filter(Bộ lọc băng tần), Analog-toDigital Convert(ADC) chuyển tín hiệu liên tục sang tín hiệu số Sample-and-hold(mạch lấy mẫu tín hiệu tương tự sau giữ lấy tín hiệu giá trị lấy mẫu tiếp theo), Quantizer(bộ lượng tử hóa) Một dạng sóng điển hình cho mã hóa tín hiệu thể phần b: Ở trang thái lấy mẫu biểu diễn dãy nhị phân bit 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.1.1 Sampling rate (Tỉ lệ lấy mẫu) : Theo định lý lấy mẫu Nyquist : Phải lấy mẫu it gấp lần tần số tín hiệu khơng tín hiêu bị méo hay cịn gọi tín hiệu cưa(Alias signal) hay cịn gọi tượng chồng phổ (alias) Một dạng tượng alias: Đây ví dụ tín hiệu có tần số cao 6kHz theo định lý Nyquist tỉ lệ lấy mẫu phải 12ksps tín hiệu tỉ lệ lấy mẫu 8ksps nên tín hiệu mã hóa bị mát làm cho tín hiệu khơng giống tín hiệu ban đầu Xem Ví dụ sau: Xác định tỷ lệ lấy mẫu băng thông lọc băng thông giới hạn mã hóa sử dụng cho việc số hóa tín hiệu tương tự có hình thức băng thơng 15Hz đến 10Hz giả sử tín hiệu số hóa: 1,Được lưu trữ nhớ máy tính 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2, truyền kênh có băng thông từ 200Hz 3,4KHz Trả lời: 1,Theo định lý lấy mẫu Nyquist ta có tần số lấy mẫu hai lần tần số cao tín hiệu nên : x 10 KHz =20KHz Hay tỉ lệ lấy mẫu băng 20ksps khoảng giới hạn băng thong từ 0Hz đến 10KHz 2,Theo định lý lấy mẫu Nyquist ta có : x 3,4 KHz = 6,8 KHz hay tỉ lệ lấy mẫu 6,8ksps băng thông giới hạn từ Hz đến 3,4KHz 2.1.2 Quantization interval(Khoảng lượng tử hóa): Nếu V tín hiệu lớn nhỏ tối đa biên độ n số bit nhị phân sử dụng độ lớn khoảng lượng tử hóa q Cho cơng thức : q= Cũng thấy, tín hiệu thời điểm khoảng thời gian lượng tử đại diện từ mã nhị phân điều có nghĩa từ mã tương ứng với mức biên độ danh nghĩa mà trung tâm khoảng thời gian lượng tử tương ứng Do mức độ tín hiệu thực tế khác hình thành lên để cộng trừ q / 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Q trình mơ tả dạng sau: Ví dụ trạng thái lấy mẫu biểu diễn dãy nhị phân bít biểu diễn trang thái tương ưng với biên độ mà ta quy định khoảng biên độ Sự khác biệt biên độ tín hiệu thực tế biên độ tín hiệu lượng tử hóa gọi Lỗi lượng tử (quantization error) lỗi diễn ngẫu nhiên biến đổi từ tương tự sang số ngược lại nên thương gọi (quantization noise) hay thuật ngữ “tiếng ồn” tượng thể hình sau: 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hiện tượng tiếng ồn: Khi lượng tử hóa tín hiệu qua tình lấy mẫu lấy khoảng thời gian ngắn nên ta lấy số lượng mẫu định mà số mức ta lấy dãy nhị phân định để biểu diễn Một yếu tố làm ảnh hưởng đến tín hiệu số lượng khoảng thời gian lượng tử tín hiệu cụ thể biên độ thấp cao tín hiệu Tỉ lệ biên độ gọi (dynamic range) ký hiệu là: D Và biểu diễn qua công thức: 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com D = 20 ( ⁄ ) dB Ta thấy ví dụ trạng thái lấy mẫu biểu diễn n = bit nhị phân Số bit tính tốn cho hợp lý Nếu nhiều trạng thái lấy mẫu biểu diễn dãy nhị phân tín hiệu khơng chung thực tín hiệu ban đầu biểu diễn trạng thái lấy mẫu khơng lượng bít qua nhiều dung lượng lưu trữ lớn nên cần có cách số hóa hiệu phủ hợp với ứng dụng dựa hai công thức tìm hiểu ta biết cách sử số hóa tốt 2.3 Decoder Design(Thiết kế giải mã) Như biết máy tính sử lý tín hiệu số tín hiệu Loa(loudspeaker) hay thơng tin hình lại tín hiệu tương tự Thiết bị đổi tín hiệu biết đến Bộ giải mã(Decoder) Ngun tắc mơ tả qua hình sau: 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khi thiết bị giải mã nhận tín hiệu số qua phận có tên DAC (Digital to Analog converter) thiết bị chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự sau thiết bị chuyển đến Low pass filter thiết bị lọc tín hiệu có tần số thấp cuối tín hiệu tương tự mã hóa Ta tìm hiểu ví dụ tín hiệu số chuyển đổi thành tín hiệu tương tự hình sau: 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ví dụ mơ tả tín hiệu số chuyển đổi thành tín hiệu liên tục 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... trạng thái lấy mẫu biểu diễn n = bit nhị phân Số bit tính tốn cho hợp lý Nếu nhiều trạng thái lấy mẫu biểu diễn dãy nhị phân tín hiệu khơng chung thực tín hiệu ban đầu cịn biểu diễn trạng thái lấy... Quantization intervals(Khoảnglượng tử hóa) Biểu diễn bit nhị phân trog mẫu lấy 2.1 Analog signal(tín hiệu tương tự) Bất kỳ tín hiệu liên tục biểu diễn dạng hình a sau: LUAN VAN CHAT LUONG download... thể sử dụng phương pháp phân tích Fourier (Fourier analysis) để thị cho tín hiệu tương tự tạo từ tín hiệu hình sin tần số vơ hạn có biên độ, tần số liên tục theo thời gian ví dụ biểu diễn thành