Giáo trình XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO VÀ VIDEO - Chương 1 docx

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video Về mặt toán học, điều này có thể được chứng minh bằng phép phân tích Fourier các tín hiệu video tiêu biểu, song nó có thể được chứng minh theo trực giác bằng cách quan sát và thấy rằng, các thành phần có ý nghĩa nhất của sóng video là tín hiệu xoá dòng, đó là một chuỗi xung của tần số quét dòng. Tất nhiên, phổ của xung này có thể bao gồm tần số quét dòng và hài của nó, như hình 1.10. Bản chất này là phổ năng lượng tín hiệu tập trung vào gần hài của tần số dòng. Có nghĩa là, có thể quét các dòng v ới tín hiệu mà các thành phần tần số của nó hầu hết có thể bị giảm ở giữa các hài của dòng. Nếu điều này được thực hiện một cách chính xác sẽ giảm thiếu được nhiễu giữa hai tín hiệu. 1.8.4.3. Hệ thống truyền hình màu tổng hợp NTSC Hệ thống truyền dẫn màu tổng hợp đầu tiên là công nghệ truyền hình màu NTSC xuất hiện tại Mỹ vào những năm 50. Hệ thống này kết hợp các tín hiệu thành phần ba màu thành một tín hiệu tổng hợp phù hợp với kênh 6MHz, kênh này sử dụng cho truyền hình quảng bá đen trắng. Hơn nữa, tín hiệu này có thể đáp ứng được tính tương hợp giữa truyền hình màu và truyền hình đen trắng, tức là tín hiệu màu đen trắng có thể thu được tín hiệu màu và cả đen trắng nữa. Hệ NTSC hiện nay vẫn được sử dụng hơn 50 năm sau khi ra đời. 210 x f H 211 x f H 212 x f H 0 1.0 2.0 3.0 4.0 Biên đ ộ Tần số MHz Sóng mang màu Dải tín hiệu sắc Dải biên tín hiệu chói Phổ tín hiệu chói Phổ tín sắc được chèn Hình 1.11. Phổ của tín hiệu video màu tổng hợp minh họa quá trình chèn tần số Ở hệ truyền hình màu NTSC hoặc PAL, hai tín hiệu màu được điều biên nén vuông góc đặc điểm của phương pháp điều chế này là sóng mang phụ sẽ bằng 0 khi không có tín hiệu, nó xảy ra khi truyền ảnh đen trắng. Vì vậy, tín hiệu sóng mang màu sẽ biến mất ở ảnh đen trắng hoặc các vùng đơn sắc của ảnh màu. Bởi vì các tín 19 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video Sóng mang màu được chọn ở miền tần số cao của phổ tín hiệu chói, bởi vì đặc tính của tín hiệu video là các thành phần tần số cao thường nhỏ và sự nhiễu tần số cao thì khó nhìn thấy hơn tần số thấp. Cả hai vấn đề này điều làm giảm khả năng nhìn các sự xuyên âm giữa các thành phần quét dòng. Một đặc điểm cuối cùng góp phần làm giảm thiểu sự xuyên âm giữa các thành phần của tín hiệu NTSC là độ phân giải của mắt tuỳ theo màu. Vì vậy, bằng cách chọn các thành phần màu phù hợp, nó sẽ giảm dải tần số tín hiệu màu R-Y và B-Y có thể đến hơn một nữa, điều này yêu cầu thay đổi tín hiệu màu R-Y và B-Y thành hai tín hiệu Y (cùng pha) và Q (cầu phương). Biểu thức ma trận của tín hiệu này là: I = 0.6R - 0.28G - 0.32B Q = 0.21R - 0.51R + 0.30B Trong tiêu chẩn NTSC, tín hiệu I được truyền với dải thông là 1,3MHz, tín hiệu Q có dải thông là 0,5MHz, và tín hiệu Y được sử dụng toàn bộ dải thông 4,2MHz. Bảng 1.3 đưa ra các thông số thực tế cho ba hệ truyền hình. Danh mục NTSC PAL SECAM Tần số quét dòng 525 625 625 Tỷ lệ quét cách dòng 2:1 2:1 2:1 Tần số quét mành (Hz) 59,94 50,0 50,0 f H (Hz) 15.734.26 15.625 15.625 Dải thông tín hiệu chói (Mhz) 4,2 5,0 hoặc 5,5 50 hặc 5,5 f SC (Hz) 3.579.545 4.433.619 4.250.000 4.406.250 Dải thông tín hiệu sắc (Mhz) I = 1,3 Q=0,5 U = 1,3 V = 1,3 D R = 1,3 D B = 1,3 Bảng 1.3. Các thông số hệ thống của các hệ thống màu tổng hợp Tần số mành 59,94 Hz của hệ NTSC có sự khác biệt rất nhỏ so với tần số 60Hz vì một lý do rất quan trọng. Nhằm giảm thiểu hiện t ượng nhiễu điều biến xuyên có thể xảy ra giữa tần số mang âm thanh 4,5MHz và tần số mang này thì tần số quét 20 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video dòng phải là ước số nguyên của 4,5MHz. Tần số gần nhất tần số dòng 15.725Hz của tiêu chuẩn màn hình trắng đen là ước số thứ 286 của 4,5MHz là 15.7345,26Hz con số này chia cho 525 và nhân với 2 sẽ cho tần số mành 59,94 Hz. 1.8.4.4. Hệ thống truyền hình màu tổng hợp PAL Vài năm khi hệ NTSC đưa vào sử dụng, hệ truyền hình màu PAL của châu Âu cũng đ ược phát triển và đã thừa hưởng thành quả của hệ thống NTSC, nó có dải thông lớn h ơn hệ NTSC và nó được dùng quảng bá châu Âu. Cũng giống như NTSC hệ PAL cũng đáp ứng đ ược tính tương hợp đối với hệ thống truyền hình đen trắng ở châu lục này. ư Hầu hết các n ớc châu Âu có hệ thống đen trắng 625 dòng và có tầng số quét mành là 50Hz. Với độ rộng band tần là 5,5MHz, hệ PAL sử dụng tần số quét màu cao h ơn hệ NTSC và có dải thông của 2 tín hiệu màu là như nhau cho mỗi kênh. Từ đó hệ PAL dùng trực tiếp các thành phần B-Y và G-Y. Các thành phần này đ ược gọi là U và V. Các biểu thức của nó là: U = 0.493(B-Y) V = ± 0.877(R-Y) Tuy nhiên có sự khác biệt quan trọng ở hệ PAL chính là tên gọi của hệ này “đảo pha theo từng dòng” đ ược đánh dấu bằng kí hiệu ± trong biểu thức. Pha của sóng mang màu tín hiệu V sẽ bị đảo ng ược từ dòng này đến dòng khác. Mục đích của nó là sửa méo pha, méo này có thể gây nên sự méo sắc độ của màu, đây chính là nh ược điểm của hệ NTSC, mặc dù nó có thể giảm bớt khi các hệ thống và thành phần đ ược thiết kế một cách cẩn thận. Các thông số của hệ PAL cũng được cho trong bảng 1.3. 1.8.4.5 Hệ thống truyền hình màu SECAM Một hệ thống truyền hình màu khác được phát triển tại Pháp có tên là SECAM và nó đ ược sử dụng hai sóng mang điều tần để mang hai tín hiệu hiệu màu B-Y và R-Y. Hệ thống này đã loại bỏ các thông số biên độ và pha bởi vì các thông số này không quan trọng với điều tần. Tuy nhiên nó chỉ đ ược sử dụng ở Pháp và Liên Xô cũ. Các thông số của SECAM cũng được cho trong bảng 1.3 1.8.4.6 Các vấn đề nảy sinh với màu tổng hợp Mặc dù hiện nay có khoảng 10.000 trạm phát hình tới hàng trăm triệu máy thu trên toàn thế giới, tất cả đều sử dụng màu tổng hợp, song những hệ thống này vẫn còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết. Kết quả của quá trình điều chế màu và quét cách dòng không hoàn hảo, độ phân giải tín hiệu đen trắng bị tiêu hao, độ phân giải màu bị giảm quá nhiều không thể tái tạo đ ược truyền đi từ máy tính. Quét cách 21 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video dòng tạo ra một hiệu ứng giả và các tín hiệu lại không chấp nhận hiện tượng nhiễu hoặc méo do việc truyền hay ghi hình gây nên. Nhìn chung, ng ười xem truyền hình đều hài lòng với hệ thống hiện có, song đó là do ch ưa có hệ thống nào để họ chọn lựa. Tuy nhiên, cần nói thêm là các tiêu chuẩn truyền hình hiện nay còn nhiều hạn chế. Đây là mục tiêu của những ng ười đang nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn HDTV mới. Sử dụng kỹ thuật số, những hạn chế của truyền hình tổng hợp sẽ đ ược loại bỏ và bằng cách áp dụng công nghệ nén hình số, các tín hiệu có độ phân giải cao h ơn nhiều sẽ đ ược truyền đi trên cùng các kênh có tần số 6MHz đang được sử dụng cho hệ thống NTSC. Tất nhiên, mỗi hệ thống đều có hạn chế riêng, song các tiêu chuẩn HDTV có sự cải thiện chất l ượng đáng kể hơn cả so với các hệ thống khác. Tuy nhiên quá trình chuyển đổi từ t ương tự sang số sẽ rất khó khăn đối với hệ thống này. Trong thế giới của kỹ thuật số không có không gian giành riêng cho màu tổng hợp 1.9. CÁC TÍN HIỆU VIDEO T ƯƠNG TỰ ư Các tín hiệu do quá trình quét ảnh tạo nên đ ợc xử lý trong camera và định dạng theo tiêu chuẩn của camera. Cùng với việc xác định các tần số quát ảnh tiêu chuẩn video t ương tự cũng xác định rõ dạng sóng của tín hiệu video. 1.9.1 Dạng sóng tín hiệu video Các dạng sóng video t ương tự có thể nhìn thấy trên màn hiển thị dạng sóng hoặc trên OSC, nó đ ược đồng bộ hoá với tín hiệu của cả ảnh, mành và tỉ lệ dòng. Ở bất cứ các tỉ lệ này thông tin video th ường là ngẫu nhiên và tất nhiên nó sẽ thay đổi khi ảnh thay đổi. Tuy nhiên phần xoá dòng và đồng bộ hoá tín hiệu video không thay đổi và lặp đi lặp lại vì vậy chúng xuất hiện rất nét. Hình 1.12 biểu diễn các dạng sóng video của tiêu chuẩn truyển hình NTSC. Như biểu diễn ở hình 1.12a. là dạng tín hiệu video trong một chu kì quét dòng, nó minh họa chi tiết dữ liệu trong khoảng xoá dòng bao gồm xung đồng bộ dòng và burst đồng bộ màu. Burst đồng bộ màu bao gồm ít nhất 8 chu kì tần tần số sóng mang màu. Hìmh 1.12b minh hoạ chi tiết không xoá mành. Trong khoảng xoá mành có chứa một xung lớn để đồng bộ quá trình quét mành, tuy nhiên trong khoảng rộng xung này, các xung hẹp lại bị biến thành hình răng c ưa để đồng bộ hoá quá trình quét dòng. Bởi vì mối quan hệ giữa sự dịch các xung dòng và xung mành giữa mành chẵn và mành lẻ do tỉ lệ tần số cần cần để quét các dòng nên các xung hình răng c ưa trong khoảng đồng bộ mành và các xung cân bằng ở xung quanh có tần số gấp đôi. Nhờ đó xung mành và các xung quanh nó giống nhau cả ở mành chẵn và mành lẻ. 22 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video Đỉnh mức trắng Mức đen Xung đồng bộ dòng Tín hiệu hình trên dòng Bust màu Khoảng xóa dòng VBI Xung đồng bộ mành Xung đồng bộ mành và cân bằng Hình 1.12. Dạng sóng tín hiệu video NTSC Hầu hết các hệ thống truyền hình đều có một vài bộ phận và tín hiệu video phải đ ược truyền giữa các bộ phận đó, vì vậy phải đề ra các tiêu chuẩn kết nối video để xác định cáp, bộ kết nối, mức điện áp. Điều này giúp cho các bộ phận của các nhà sản xuất khác nhau có thể kết nối cùng một hệ thống. 1.9.2. Các đặc điểm của truyền hình tương tự Tín hiệu ở đầu vào và đầu ra của một hệ thống video luôn là tín hiệu tương tự ngay cả khi hệ thống đó đã được số hoá toàn bộ, người ta vẫn sử dụng các thông số video tương tự để đánh giá hệ thống số. 1.9.2.1. Thang xám Đặc tuyến thang xám được kiểm tra bằng một ảnh có dạng bậc thang hoặc bằng một tín hiệu có dạng bậc thang xám được biểu diễn trên hình 1.13. Hình (hoặc tín hiệu) bao gồm các bậc thang xám cân bằng các bậc này có thể được tạo lại tuyến tính bởi hệ thống. Bằng cách đưa ra 2 ảnh: 1đi lên và 1 đi xuống, chúng ta có thể so sánh đặc tuyến của điểm giữa. Với hệ thống tuyến tính thật sự, điểm giữa sẽ gặp nhau chính xác ở 50% thang xám. Nếu hệ thống kiểm tra có lỗi gamma thì các bậc này sẽ gặp nhau ở điểm khác nhau như hình đã miêu tả. 23 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video Đồ thị thang xám Dạng sóng tuyến tính Dạng sóng phi tuyến Hình 1.13. Ảnh kiểm tra thang xám minh hoạ dạng sóng tuyến tính và phi tuyến 1.9.2.2. Tỉ lệ tín hiệu trên tạp nhiễu Tỉ lệ tín hiệu trên tạp nhiễu (SNR) được đo bằng cách đo tách riêng tín hiệu và tạp nhiễu. Tuy nhiên ở một hệ thống tương tự, tín hiệu đồng bộ và tín hiệu xoá phải cùng xuất hiện thì mới có tín hiệu. Phép đo SNR, vì vậy được thực hiện bằng cách cung cấp tín hiệu hiện mành dạng phẳng, tín hiệu này thường phải là 50% độ chói đồng đều của thang xám. Cổng do tạp nhiễu dùng để đo sự thay đổi (sự thay đổi này chính là tạp nhiễu) của mành xám. Đồng thời, mành phẳng có thể được quan sát trên bộ kiểm tra dạng sóng và chúng ta có thể đánh giá được độ dày của dòng thuộc mành phẳng. Công thức SNR là: SNR = (mức tín hiệu đen tới trắng)/(độ dày của dòng thuộc mành phẳng) Phương pháp này có thể được dùng khi đánh giá tạp nhiễu ở mỗi bậc thuộc thang xám để kiểm tra tạp nhiễu độ chói của hệ thống. Việc kiểm tra tạp nhiễu ở mành phẳng khó hơn khi dùng camera bởi vì camera có thể gây ra sự thay đổi về phông (gọi là bóng) trên mành phẳng khiến người ta nhầm với tạp nhiễu. 1.9.2.3. Các thông số màu sắc Việc kiểm tra màu sắc phụ thuộc vào bảng chất hệ thống đó là tổng hợp hay thành phần. Ở hệ thống thành phần, chỉ tiêu màu sắc được xác định bởi sự kết hợp các mức độ tín hiệu. Đối với việc kiểm tra các tín hiệu dạng này cần phải đưa vào hệ thống một tín hiệu màu RGB dạng thang. Một hệ thống được điều chỉnh đúng sẽ tạo ra các tín hiệu màu RGB dạng thanh ở đầu ra của nó. Hình 1.14 mô tả một ảnh màu dạng thanh và các dạng sóng RGB của nó. Một hệ thống tổng hợp sẽ tạo ra các dạng sóng đặc trưng với định dạng của nó. Ví dụ dạng sóng NTSC cho ảnh màu dạng thanh như mô tả trong hình thứ 3 của hình 1.14. Hình màu dạng thanh ở một hệ thống NTSC hay PAL cũng có thể được quan sát trên một màn hình đặc biệt là màn hình dao động tạo sóng hiển thị các 24 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video thành phần chói, màn hình này chỉ rõ tọa độ cực màn hình của pha và biên độ sóng mang. B R G Ảnh Dạng sóng NTSC ( 75 biên đ ộ) Dạng sóng RGB Hình 1.14. Các tín hiệu thanh màu RGB và ảnh 1.10. TÍN HIỆU AUDIO TƯƠNG TỰ Hầu hết các âm thanh tự nhiên là sự kết hợp phức tạp các sóng âm thanh có tần số và dạng sóng khác nhau. Vì vậy, phổ của tín hiệu âm tiêu biểu đều phức tạp như nhau, gồm một hoặc nhiều tần số cơ bản, song hài của những tần số đó và các sản phẩm của sự biến điệu xuyên. Vì đa số tần số cơ bản của âm thanh đều dưới 500Hz nên phổ trên mức tần số này chỉ bao gồm các sóng hài. Điều này có nghĩa là mật độ năng lượng của quang phổ âm thanh sẽ giảm ở tần số cao. Đây là một đặc tính cần được khai thác trong quá trình nén tín hiệu hoặc trong các hệ thống giảm tạp âm. Tín hiệu âm thanh là lưỡng cực, vì vậy chúng dao động trên hoặc dưới giá trị zero. Khi ở đặc tuyến tần số có hiện tượng bị cắt ở thành phần tần số thấp, sẽ không có thành phần một chiều trong bất kỳ một tín hiệu nào. Không giống như tín hiệu video vốn có cấu trúc dựa vào quá trình quét ảnh, tín hiệu audio tương tự hoàn toàn không có cấu trúc. Không có bất cứ khoảng cách nào trong tín hiệu audio mà ta có thể đoán được giá trị của nó, hoặc có thể chèn thêm thông tin vào được. Một khi tín hiệu audio được số hóa chúng ta có thể xây dựng cấu trúc của nó ở dạng số. Điều này là cần thiết như việc lấy lại thời gian chuẩn cho đồng hồ và chống lỗi trong hệ thống số. Kỹ thuật audio tương tự rất phát triển, các đặc tính của tín hiệu được hiểu rất cặn kẻ. Các phương pháp đo được sử dụng rông rãi. Phần bàn luận dưới đây là những đặc tính quan trọng nhất và ý nghĩa của chúng trong môi trường số. 25 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video Nguyên lý cơ bản để xây dựng dạng phổ rất quan trọng trong việc nghiên cứu các đặc tính của tín hiệu audio. Đây là nhược điểm cố hữu của hệ thống tương tự, tuy nhiên sang hệ thống số nó đã được khắc phục. Sự suy yếu cơ bản của hệ thống số chỉ xảy ra ở bộ phận A/D và D/A. Theo đó, ứng dụng duy nhất của các đặc tính tương tự trong hệ thống số là ở bộ phận chuyển đổi A/D và D/A. Các thành phần còn lại của hệ thống số được đánh giá chỉ cần dựa vào các chỉ tiêu của lỗi. Tuy nhiên, hệ thống số có một vài quá trình có thể ảnh hưởng đến chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống tương tự. Một trong những quá trình đó là nén dữ liệu; nếu quá trình nén dữ liệu xảy ra trong hệ thống thì chúng ta phải đánh giá tác động của nó lên chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống. Hơn nữa, nếu quá trình nén và giải nén diễn ra liên tục trong hệ thống, sẽ gây ra nguy cơ méo tín hiệu trong tường hợp đó, quá trình nén và giải nén sẽ xảy ra ở bất cứ thời điểm nào mà tín hiệu truyền qua máy ghi âm. 1.10.1. Đặc tuyến tần số Khoảng tần số từ 20Hz đến 20kHz ±0.1dB nhằm dự phòng các tầng analog đã tạo nên đặc thù của đặc tuyến tần số. Trong khi điều này thể hiện độ trong suốt cho một đường truyền thì còn lâu nó mới đạt độ bền vững như toàn bộ hệ thống. Như đã đề cập ở trên, hầu hết con người không thể nghe được ngoài phạm vi 30 đến 15.000 Hz, và không ai có thể phát hiện được sự thay đổi đặc tuyến ở phạm vi 0,1dB. Tuy nhiên, một vài máy CD những đặc tính như vậy đơn giản chỉ là ưu thế của kỹ thuật số. Đặc tuyến tần số của hệ thống số tương ứng với đặc tuyến tần số của hệ thống tương tự được xác định trước tiên bằng việc chọn tần số lấy mẫu, sau đó là quá trình lọc tần số tại các điểm của bộ A/D và D/A. Khi sử dụng kỹ thuật lấy mẫu tần cao được đề cặp trong phần 1.12 và trong chương 2, thì các chỉ tiêu mô tả trên đây là tương đối dễ chấp nhận ở một hệ thống audio số. Tuy các chỉ tiêu trên khá cao, nhưng nếu hạ thấp giá thành thiết bị cũng không giảm đáng kể. Đặc tuyến tần số tương tự được đo nhờ một loạt các tín hiệu hình sin ở đầu vào có tần số khác so với tần số của bộ phận đang kiểm tra, và quan sát biên độ của tín hiệu đầu ra. Việc này có thể thao tác đơn giản bằng tay với những tần số riêng lẻ hoặc có thể thao tác bằng những thiết bị tự động quét tần số quá phạm vi và vẽ sơ đồ tín hiệu đầu ra. Vì có những tần số thấp, nên quá trình xác định đặc tuyến tần số có thể mất một vài giây (nếu là tự động) đến vài phút (nếu bằng tay). Đặc tuyến thường được trình bày dưới dạng biểu đồ biên độ như hình 1.15. Do phạm vi tần số rộng, thang đo tần số được chia theo logarit và tung độ được tính theo dB tương đương với đặc tuyến ở một tần số “trung tâm”, thường là 1.000Hz. Phần lớn các đơn vị đều thể hiện đặc tuyến dạng “phẳng” trên toàn bộ 26 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video phạm vi tần số trung tâm và dốc xuống ở mỗi đầu. Đặc tuyến tần số được xác định rỏ bằng cách đưa ra một giá trị dung sai, trong khoảng đó đặc tuyến phải thực sự có ảnh hưởng đến phạm vi tần số được xác định. Hình 1.15 là một ví dụ về dạng đặc tuyến phẳng trong khoảng ±20 dB trên phạm vi từ 20 ÷ 20.0000Hz. -6 -4 -2 0 2 4 6 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 Tần số (Hz ) Biên độ (dB) Hình 1.15. Đồ thị đặc tuyến tần số audio điển hình 1.10.2. Tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR) Mọi hệ thống điện tử đều có tạp âm, vấn đề chỉ là ở chổ giữ cho tạp âm vừa đủ nhỏ so với các tín hiệu yêu cầu để toàn bộ chỉ tiêu hoạt động của hệ thống có thể chấp nhận được. Trong một hệ thống audio tương tự, SNR được xác định bằng dB tương đương với mức độ tín hiệu “bình thường”. Đối với hệ thống audio, cả tiếng ồn và tín hiệu đều được tính theo giá trị quân phương (rms). Hệ thống này được thiết lập cho mức độ tín hiệu bình thường ở 0dB, tín hiệu bị khử và tín hiệu thu được ở đầu ra (được xác định là tạp âm) được đo xấp xỉ là 0dB. Đây là một phương pháp đo đơn giản cho kết quả là một số đơn. Quang phổ của tín hiệu tạp âm cũng là vấn đề cần quan tâm. Điều này cũng quan trọng đối với các hệ thống audio vì độ nhạy của tai với tạp âm giảm xuống ở vị trí cuối tạp âm. Nó sẽ đánh giá đặc tuyến tần số của tai (hình 1.14). Một vài chuẩn mực được cung cấp với mục đích này, vì vậy khi thực hiện quá trình đo tạp âm có trọng số, người ta phải xác định rõ kỹ thuật trọng số. Trọng số được sử dụng rộng rải nhất là A và CCIR. Trong hệ thống audio số, tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR) của analog tương ứng không bị ảnh hưởng bởi phần số của hệ thống. Nó chỉ bị ảnh hưởng bởi quá trình chuyển đổi A/D và D/A. Việc đo SNR các phần số của một hệ thống mà không có 27 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video tín hiệu hiện thời sẽ là vô nghĩa. Phần số tương ứng của SNR analog thường được coi như là tỉ lệ lỗi bit. 1.10.3. Méo tín hiệu Tính phi tuyến của các đặc tính chuyển đổi ở hệ thống analog gây ra hiện tượng méo (biến dạng). Ở miền tần số, người ta có thể coi sự méo là những thành phần tần số tạp do sự xuất hiện của một tín hiệu gây ra. Các đặc tính đưa ra đều là biến dạng hài toàn phần (THD), và khi sự biến dạng hài vượt quá khoảng 1% thì ta có thể nghe thấy sự biến dạng này. Các thành phần màu của hệ thống analog thường đưa ra những giá trị nhỏ hơn rất nhiều để dự phòng trong hệ thống lớn. Quá trình xác định biến dạng analog được thực hiện nhờ sử dụng một tín hiệu âm thuần hình sin (đối với toàn hệ thống) và ở điểm đo, quá rình lọc ra tín hiệu âm thuần sẽ do một thiết bị lọc khấc nhọn thực hiện. Cái còn lại sau bộ lọc này chính là THD. Tuy nhiên, nó cũng chứa cả tạp âm của hệ thống, điều này có lẽ sẽ hạn chế đến quá trình đo, những biến dạng nhỏ trong các hệ thống ồn. THD được xác định là số phần trăm của mức độ tín hiệu bình thường, tất cả được phân định bằng phép đo sự sai lệch bình phương trung bình (rms). Biến dạng có thể là một hàm tần số tín hiệu và điều này có ý nghĩa trong việc thiết kế hệ thống. Song hầu như chỉ tiêu kỹ thuật đưa ra đều bỏ qua vấn đề này và xác định biến dạng cho một tần số tín hiệu là 1000Hz. Méo tương ứng ở phần tương tự trong hệ thống audio số chỉ bị ảnh hưởng bởi quá trình chuyển đổi A/D và D/A. Việc xác định biến dạng ở hệ thống những phần số là hoàn toàn vô nghĩa. 1.10.4. Dịch chuyển pha Nếu thời gian trễ ở hệ thống analog thay đổi theo tần số tín hiệu, hệ thống sẽ báo lỗi dịch chuyển pha. Ban đầu, tai có vẻ như không nghe thấy những lỗi này. Tuy nhiên, dịch pha có thể xác định được và đôi khi được xác định rõ trong các thành phần của hệ thống chất lượng cao. Lưu ý thông số này rất quan trọng đối với một hệ thống video, ở hệ thống này nó được gọi là méo thời gian truyền nhóm. Người ta đo sự dịch chuyển pha nhờ sử dụng một tín hiệu hình sin ở đầu vào và so sánh pha tín hiệu ở đầu ra với đầu vào. Nếu dịch chuyển pha là một hàm tần số tuyến tính của tín hiệu đầu vào, khi đó sự trễ là ổn định và không có biến dạng. Đối với các hệ thống số, dịch chuyển pha hầu như chỉ xảy ra ở các thành phần ở quá trình chuyển đổi A/D và D/A. Phần đa các bộ lọc số đều không có lỗi dịch chuyển mặc dù bộ lọc số IIR có thể đưa vào những sai số của pha. Vì những đặc tính này bộ lọc IIR rất ít được sử dụng trong hệ thống audio số. 1.10.5. Méo sai tốc âm tần 28 [...]... yêu cầu quá trình xử lý thành phần Song, lấy mẫu con với tỉ lệ 2 :1 vẫn được sử dụng rộng rãi Một thiết kế đơn giản của ITU-6 01 đã xác định: 4:4:4 lấy mẫu toàn bộ các thành phần R,G,B 32 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video 4:2:2 lấy mẫu con theo dòng với tỉ lệ 2 :1 R-Y, B-Y 4 :1: 1 lấy mẫu con theo dòng với tỉ lệ 4 :1 R-Y, B-Y 4:2:0 lấy mẫu con theo dòng và theo cột với tỉ lệ 2 :1 R-Y, B-Y Lưu ý... thống video số 1. 13 .1 Hệ thống số tổng hợp Trong một hệ thống số tổng hợp, tín hiệu NTSC hay PAL được tạo ra bình thường như trong một thiết bị tương tự, và quá trình chuyển đổi A/D được thực hiện trên tín hiệu đơn này Do ở các tín hiệu này, sóng mang màu là một thành phần có năng lượng cao và biên độ cũng như pha của nó phải được tái tạo một cách chính 31 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video. .. chuẩn audio sử dụng cho máy tính cá nhân, ở đây tỉ lệ lấy mẫu thấp hơn do yêu cầu lưu trữ dữ liệu và phải sử dụng nén dữ liệu Bảng 1. 4 đưa ra một vài tiêu chuẩn lấy mẫu tiêu biểu Telephone (μ-low) 8,0 8 Fs (KHz) Bit/mẫu CD-DA stereo 44 .1 WAV mono (speech) WAV stereo (music) Tiêu chuẩn 3,5 Dải thông (kHz) 64.000 Tốc độ dữ liệu (byte/s) 16 20 17 6.400 11 ,05 8 5 11 .050 22 .1 16 10 88.400 29 Chương 1: Đại... thường thấp dưới 0,0 01% 1. 11 CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU AUDIO TƯƠNG TỰ SANG SỐ Những tham số của quá trình chuyển đổi A/D là tần số lấy mẫu và số bit/ mẫu Theo chương 2 quá trình sử dụng hệ thống sẽ quyết định độ rộng band tần như mong muốn các chỉ tiêu của SNR Điều này tạo ra các đặc tính của tần số lấy mẫu và số bit/mẫu Các hệ thống audio số bao gồm từ CD các hệ thống audio số Hi-Fi đến một vài hệ thống được.. .Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video Các tín hiệu audio tương tự truyền qua một số thiết bị như máy ghi băng từ tính hoặc máy ghi đĩa có thể phải chịu sự biến điệu tần số do có sự chuyển động không đồng nhất về chuyển động cơ học của băng và đĩa Nó được xác định bởi những thông số của sự méo sai tốc âm tần và phách động (W&F) Người ta đo W&F bằng cách đặt một tín hiệu kiểm tra (thường 3 ,15 kHz)... băng ghi Đĩa CD, được Sony và Philip phát triển và giới thiệu vào đầu những năm 80, vẫn áp dụng công nghệ LVD để ghi số trên đĩa nhựa có kích thước 12 cm Ở đây chúng ta chỉ đề cập đến các thông số lấy mẫu Sự lựa chọn các tiêu chuẩn của CD cho audio số (CD-DA) phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng, độ rộng band tần ít nhất 33 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video là 18 KHz và SNR phải lớn hơn 90 đồng... như trong bảng 1. 5 Tiêu chuẩn fs (KHz) Bit/mẫu Tốc độ dữ liệu Mb/s NTSC 3fSC 8 85.9 NTSC 4 fSC 8 11 4.5 PAL 3 fSC 8 10 6.3 PAL 4 fSC 8 14 1.8 Bảng 1. 5 Các thông số lấy mẫu của các hệ thống số tổng hợp Một vài hệ thống số tổng hợp xử lý các tín hiệu nhằm thay đổi bộ mã hóa, di chuyển khoảng xóa dòng-mành, hoặc tạo ra một số thay đổi khác tận dụng triệt để các thế mạnh của kỹ thuật số 1. 13.2 Hệ thống số... đối với tín hiệu mức thấp bằng với số lượng mà bộ ép giãn tăng hệ số khuếch đại của những tín hiệu này Thông thường tiếng ồn giảm 10 dB hoặc hơn nữa Ngỏ vào Độ tăng ích thay đổi Hệ thống Điều khiển Độ tăng ích thay đổi Ngỏ ra Điều khiển Hình 1. 16 Sơ đồ khối ép giãn Quá trình ép giãn đặt ra rất nhiều vấn đề, bao gồm vấn đề thích ứng hoặc xác định quá trình xử lý đầu vào Đó là sản phẩm của một vài công... 16 10 88.400 29 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video Bảng 1. 4 Các tiêu chuẩn lấy mẩu audio điển hình Do tín hiệu âm tương tự là lưỡng cực, nên tất cả các hệ thống đều phải dựa vào sự mã hoá bù của cả hai cực mặc dù những hệ thống nén có thể sẽ không truyền mẫu trực tiếp trong định dạng này Hầu hết các hệ thống đều sử dụng quá trình lượng tử hoá tuyến tính, trừ một số thiết bị như điện thoại... trường băng đĩa thu âm và tạo ra bước đột phá của máy tính cá nhân thông qua ổ đĩa CD-ROM và một vài ứng dụng khác 1. 14 .1 Đĩa compact (CD) Công nghệ ghi đĩa quang được phát triển vào những năm 70 và xuất hiện lần đầu tiên ở dạng analog là đĩa hình laser (LVD) Sản phẩm này chưa bao giờ xuất hiện trên thị trường tiêu dùng nhưng lại đóng một vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo Vì trong . CD-DA stereo 44 .1 16 20 17 6.400 WAV mono (speech) 11 ,05 8 5 11 .050 WAV stereo (music) 22 .1 16 10 88.400 Telephone (μ-low) 8,0 8 3,5 64.000 29 Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio. về tín hiệu audio và video 4:2:2 lấy mẫu con theo dòng với tỉ lệ 2 :1 R-Y, B-Y 4 :1: 1 lấy mẫu con theo dòng với tỉ lệ 4 :1 R-Y, B-Y 4:2:0 lấy mẫu con theo dòng và theo cột với tỉ lệ 2 :1 R-Y,. yêu cầu thay đổi tín hiệu màu R-Y và B-Y thành hai tín hiệu Y (cùng pha) và Q (cầu phương). Biểu thức ma trận của tín hiệu này là: I = 0.6R - 0.28G - 0.32B Q = 0.21R - 0.51R + 0.30B Trong