Biến đổi tín hiệu Analog & Digital Tín hiệu tương tự tín hiệu số Trong thực tế ta gặp nhiều trường hợp chuyển qua lại tín hiệu tượng tự (Analog) tín hiệu số (Digital) Trong phần tơi giới thiệu q trình chuểyn đổi lạo tín hiệu dạng lý thuyết đơn giản Phần giúp bạn hiểu bit rate tạo ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu thu Phần tín hiệu Analog (có dạng sóng hình sin), miền liên tục, có rất nhiều giá trị (trục thẳng đứng biên độ tín hiệu, liên tục nên có vô số giá trị - bác học vi phân lớp 12 biết ạ) Phần tín hiệu Digital (có dạng xung vng) có giá trị : Mức không thiết phải điện áp dương lớn mức Điện được, miễn có mức khác Ví dụ: 15V mức -5 mức 1, tùy thuộc vào hệ thống Có thể đặt mức theo khoảng điện áp, từ 0V>3V mức ; từ 3V->6V mức 1.Trên hình, có chỗ điện áp 4V mức Nhiễu tăng/ giảm biên độ tín hiệu hệ thống số, tín hiệu có mức nên 4V mức Rõ ràng, tín hiệu số có khả hạn chế nhiễu Nếu tín hiệu 3V ? Lúc đó, khơng xử lý -> treo máy , hihihi Nói chung, người ta ln chọn khoảng cách mức mức cho hệ thống hoạt động tốt với mức ảnh hưởng lớn nhiễu Nhiễu thường bé ! Cỡ mili vôn ! Nhiễu nhỏ vậy, cỡ mili vôn micrô vôn mà nghe cát-xét nghe tiếng xì ? Bởi tín hiệu đọc đầu từ cỡ vài mili vơn thơi! Mà nhiễu chỗ ảnh hưởng, xâm nhập được, tức đầu từ bị nhiễu Do vậy, lúc đó, vài mili vôn ảnh hưởng ghê! Mới đọc từ băng lên có 10mV mà nhiễu tới 3mV rồi! Suy nghĩ chút, ta thấy để đánh giá mức ảnh hưởng nhiễu khơng thể dựa vào điện áp nhiễu Tín hiệu 5V cịn nhiễu vài 5mV khơng tín hiệu 200mV mà nhiễu cỡ vài mV ghê ! Để đánh giá điều này, người ta sử dụng thông số S/N ( signal/noise ) , tức tỷ số tín hiệu/nhiễu Ví dụ : S/N = 5V / 5mV = 1000 Ví dụ : S/N= 200mV/ 5mV = 40 Rõ ràng, ví dụ cho chất lượng tốt mức tín hiệu gấp 1000 lần nhiễu (nhiễu nhỏ), ví dụ tín hiệu gấp có 40 lần nhiễu (nhiễu tương đối lớn) Các bạn hay chơi Ampli, cát-xét, Equalizer hay nhìn thấy chữ “dB”, gì? Ngồi cách đánh giá mức tín hiệu so với nhiễu trên, cịn có đại lượng PSNR PSNR = 20lg S/N (peak signal to noise ratio ) Ví dụ : PSNR = 20log 5V/5mV = 20log 1000 = 20x3 = 60dB Tại phải lấy log ? Vì tai người, mắt người thường khơng tuyến tính, tức khơng tăng theo hàm bậc Ví dụ : bạn nghe âm 2W 8W chưa có cảm giác lớn gấp lần Gía trị dB âm sử dụng log mà, ví dụ lg (0/1000) = -2 Khi nghe nhỏ Hàm lg phép tốn ngược với phép lũy thừa 102 = 100 =>lg 100= Chắc nhiều người thắc mắc, trình ghi đọc đĩa CD diễn ? Xin thưa đại khái sau : Trong q trình ghi đĩa CD, luồng tín hiệu dạng số đưa vào đầu vào tia lazer (chuỗi bít 0, , ví dụ 100110111010 ….),gặp bít tia lazer bắn lỗ vào bề mặt đĩa, cịn bít khơng bắn Khi đọc đĩa CD trình ngược lại, mắt thần (len) đầu đọc đĩa phát tia lazer chiều vào mặt đĩa CD Khi gặp lỗ mặt CD, tia lazer không bị phản xạ lại, đầu đọc hiểu bít Chỗ cịn nguyên (không bị lỗ), tia lazer bị phản xạ ngược lại, mắt thần nhận tia phản xạ đó, đầu đọc đĩa hiểu bít Rõ ràng, với hệ thống tương tự, máy móc phải thiết kế để phân biệt nhiều mức tín hiệu Trong đó, với hệ thống số, máy móc cần phân biệt mức Với mức dễ chế tạo Ví dụ như, cơng tắc=đóng mở, đèn=sáng tắt, dây điện=dẫn ngưng, tụ điện= phóng điện nạp điện Tóm lại, với đĩa CD vơ tư chép, miễn đĩa tốt khơng xì xì chép nhiều Chính nên chép file nhạc (khơng có convert) từ đĩa sang đĩa kia, từ PC sang USB… Thì khơng baio chất lượng Chúng ta bắt đầu tìm hiểu cách biến tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ngược lại Lấy mẫu: (SAMPLING) Có đóng hát Tuấn Vũ, lấy ngẫu nhiên nghe kết luận : đại ca hát hay => Cái gọi lấy mẫu T1, T2 lần lấy mẫu T1 lần lấy mẫu thứ nhất, T2 lần thứ … t1, t2 khoảng thời gian đẻ tiếp tục lấy mẫu tiếp theo, theo hình lần lấy mẫu thứ T1 cách lần lấy mẫu thứ hai T2 khoảng thời gian t2 Lấy mẫu giai đoạn đầu trình chuyển tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (tức điện áp micro thành điện áp số để lưu vô đĩa CD) Cứ sau khoảng thời gian cố định, người ta đo mức tín hiệu tương tự - tất nhiên thiết bị điẹn tử đ có cha ngồi để đo Từ t1 đến t2, có vơ số giá trị ta lấy “9V” làm giá trị đại diện Tương tự cho thời điểm khác Vì khơng lấy hết giá trị mà lấy thời điểm T1 ? Dễ hiểu thơi ! Vì khơng kiểm tra ngun bao gạo mà lấy nhúm coi kết luận gạo ngon hay dở? Vì nhiều ! Nếu ta lấy mẫu hết rõ ràng ta cần nhiều đĩa để lưu trữ Bởi mà từ t1->t2, ta lấy giá trị ! Số lần lấy mẫu giây gọi tần số lấy mẫu (Sampling rate) Ví dụ : Sampling rate f= 8KHz => T=1/f = 1/8000Hz = 0,125ms Nghĩa : 0,125 giây người ta lại đo lấy mẫu lần , tương đương giây lấy mẫu 8000 lần Kinh khủng Lượng tử hóa (Quantize) Người ta chia điện áp đo thành mức Một mức đại diện cho khoảng giá trị Ví dụ 16 mức - 1V : mức 1V - 2V: mức 15V - 16V : mức 15 giả sử điện áp đo : 0.5V -> mức , 1V -> mức , 1.2V -> mức , 3V -> mức , 5.4V -> mức , Sau bước lượng tử hóa, miền giá trị điện áp đọc rộng trở thành số giá-trị hữu hạn định Như ta thấy, 1V 1.2V mức Vậy bước này, lần ta lại làm sơ lược tín hiệu -Số lần lấy mẫu vô hạn > khoảng thời gian lấy số mẫu định - giá trị mẫu lấy vô hạn > chia thành mức khoảng giá trị đại diện mức Bước này, nói cho tốn học chút " Ta rời rạc hóa tín hiệu" Đang đường liền tục biến thành 101010 MÃ HOÁ Bước đơn giản ta đổi hệ 10 thành nhị phân Sau đó, dĩ nhiên truyền lưu vô đĩa CD, đĩa cứng (nếu thu âm ) Vd: lấy ví dụ trên, giả sử dùng bit để mã hoá mức 0.5V -> mức (0000) 1V -> mức (0001) 1.2V -> mức (0001) 3V -> mức (0011) 5.4V -> mức (0101) Luồng tín hiều thu 00000001000100110101 Thiết bị thu đọc lần lượt, dựa vào số bít dùng để mã hố tín hiệu thống từ trước, tách nhóm bit dãy số ra, ví dụ 0000 hiểu 0, 0001 mức … Số mức gọi độ rộng mẫu (Resolution, ), ví dụ độ rộng 16 mức => dùng bit nhị phân để lưu trữ Dùng số nhị phân có bit có tất 16 số nhị phân : 0001, 0010, 1111 Bởi : mũ =16 Muốn lưu trữ 256 số số bit cần dùng để mã hố (vì mũ = 256 ) Tốc độ lấy mẫu = (tần số lấy mẫu) x (độ rộng mẫu) Tiếng Anh gọi sampling rate vd: 16khz x bit = 16000 x = 128000b/s = 128kb/s He he, đến người biết bit rate hát hình thành tính tốn Ở q trình tạo tín hiệu PCM Khi bạn thu âm micro vào PC, CD thực ta thực trình Bây nhìn vào thơng số "PCM 44khz 16bits " bạn hiểu ý nghĩa chúng Khơng biết có hiểu thật khơng, tơi giải thích lại lần cho chắc, + Tần số lấy mẫu (sampling rate) = 44KHz + Số bít dùng để mã hố mức tín hiệu = 16bít => Tốc độ (bit rate) = 44Khz x 16 bit = 44000Hz x 16 bit = 704000b/s = 704kb/s Đó q trình biến đổi từ Analog sang Digital Vậy có file dạng Digital rồi, để đọc ta phải Qúa trình ngược lại so với trinhg mà Giải mã : Các bạn thấy sau giải mã ta thu đường gấp khúc đường gốc đường cong Chuyện dễ hiểu không ? Các bạn có thấy hình đường gấp khúc nhìn rõ khơng ? Cũng dễ thấy, ta tăng tần số lấy mẫu, tăng độ rộng mẫu đường giải mã mịn (trên hình : đường nối lần lấy mẫu nhỏ lại, nhỏ ta thấy mịn không) giống đường gốc Điều giải thích bitrate cao nghe hay, giống thực, kết tái tạo lại xác Một ơng tên Nyquyst nghiên cứu nói tần số lấy mẫu lớn lần băng thơng kết thu gần trung thực Ví dụ: tai người nghe 0Hz->20Khz,suy băng thơng = 20khz-0hz = 20khz, tần số lấy mẫu phải 2x 20khz =40khz Thời nay, với đĩa DVD, người ta dùng tới 96kHz Dù tần số lấy mẫu có tăng lên rõ ràng ta thông tin Ta không lưu trữ tất Cái mà chuyển sang Digital cắt thành khúc hết ! Khi có khơng thể thêm Bởi đừng dùng phần mềm convert để tăng bitrate hay tần số lấy mẫu bác Ảnh số tương tự Khi phóng to ảnh máy vi tính q ghê ! Càng phóng ghê ! Q trình scan đó! Người ta chia hình thành nhỏ, gọi pixel Trong cú có nhiều điểm với màu khác người ta lấy màu làm đại diện Dễ thấy, số pixel cao độ sâu màu cao ảnh đẹp sắc nét Với máy ảnh số hình bao gồm cảm biến Mỗi cảm biến pixel, màu cảm biến màu điểm ảnh Cảm biến từ thiết bị cảm nhận biến đổi Nói chung, mà biến ánh sáng, nhiệt độ, thành điện cảm biến (sensor) Ánh sáng, nhiệt độ, thay đổi điện thay đổi theo Và gọi thiết bị nhỏ xíu Tới đây, người thắc mắc " Tại tín hiệu mà khơng cảm thấy vậy" Đó vù nhanh q nên khó nhận đấy!, tai người mà có phải tai … Đâu , hihihihi Kết luận: - Bitrate, tần số lấy mẫu cao nghe hay - Convert lại để tăng bit rate : dùng file MP3 64kbs Convert lên MP3 128kbs hồn tồn khơng hay thêm tí Nếu dùng file MP3 64kbs 32kHz Convert lên MP3 128kbs 44kHz hồn tồn khơng hay thêm tí - Hạn chế có mặt thiết bị Analog trình xử lý/biên tập âm thanh/hình ảnh Các file WMA, MP3 , AAC, dạng lossy(mất thông tin) Các encoder Mp3, cắt bớt phần mà tai người nhận ra, ví dụ khoảng tần số cao từ 16khz-20khz, lúc có nhiều âm to, nhỏ âm nhỏ bỏ Nói chuyện vui chút, bạn mua đĩa chợ trời không ?Các bạn để ý điều : đĩa VCD mua chợ thường ca nhạc lồng thêm người mẫu ThaiLand phim đám đá hự hự họ lồng vào bán cho chạy Nguồn ông làm đĩa mạng mà thơi ! Trên mạng mp3, wma, dạng lossy Sau đó, phải chuyển thành MPEG để ghi đĩa VCD Mà MPEG lại dạng lossy Hai lần lossy nên chất lượng phải Hehe, Chắc đến bạn có chút hiểu biết thêm lĩnh vục điện tử số, đặc biệt liên qua trực tiếp đến file MP3 Tuấn Vũ – tài sản vơ giá Hy vọng giúp ích nhiều sống số muôn màu ... mịn khơng) giống đường gốc Điều giải thích bitrate cao nghe hay, giống thực, kết tái tạo lại xác Một ông tên Nyquyst nghi? ?n cứu nói tần số lấy mẫu lớn lần băng thơng kết thu gần trung thực Ví... khoảng thời gian cố định, người ta đo mức tín hiệu tương tự - tất nhiên thiết bị điẹn tử đ có cha ngồi để đo Từ t1 đến t2, có vô số giá trị ta lấy “9V” làm giá trị đại diện Tương tự cho thời điểm khác... lấy mẫu 8000 lần Kinh khủng Lượng tử hóa (Quantize) Người ta chia điện áp đo thành mức Một mức đại diện cho khoảng giá trị Ví dụ 16 mức - 1V : mức 1V - 2V: mức 15V - 16V : mức 15 giả sử điện