BÀI TIỂU LUẬN MÔN AN NINH CƠ SỞ DỮ LIỆU NÉN ÂM THANH SỐ

GIỚI THIỆU Trong bài tiểu luận này, em xin trình bày về Nén âm thanh số. Bài trình bày đi vào tìm hiểu về âm thanh số, các phương pháp nén âm thanh số, độ an toàn của nén âm thanh số cũng như là các ứng dụng của nén âm thanh số. Trong bài tiểu luận em đi sâu vào nghiên cứu định dạng nén có mất mát “AAC – Advanced Audio Coding”, là một bước kế tiếp so với chuẩn nén MP3 mà rất phổ biến hiện nay. Cuối bài, em xin giới thiệu một chương trình nén file từ định dạng không nén (wav) sang định dạng aac và đồng thời giải nén theo hướng ngược lại (từ định dạng mp3 sang định dạng aac). Bài tiểu luận của em được trình bày theo những điều em tìm hiểu được, hoặc được trích dẫn lại từ các website mà em tham khảo. Có điều gì chưa đúng, mong thầy góp ý để bài tiểu luận của em hoàn thiện hơn, chính xác hơn. Em xin chân thành cảm ơn Học viên: Nguyễn Khắc Minh NỘI DUNG GIỚI THIỆU 2 CÁC THUẬT NGỮ 3 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ÂM THANH SỐ 3 1.1. Âm thanh số 3 1.2. Các định dạng của âm thanh số 3 CHƯƠNG 2. NÉN DỮ LIỆU ÂM THANH SỐ 3 2.1. Các phương pháp nén 3 2.1.1. Nén dữ liệu không mất mát 3 2.1.2. Nén có mất mát 3 2.2. So sánh nén không mất mát với nén có mất mát 3 2.3. Một phương pháp nén dữ liệu âm thanh số AAC 3 2.3.1. Các khối trong kiến trúc của AAC 3 2.3.2. Những cải tiến so với chuẩn Layer3 3 2.4. Độ an toàn của phương pháp nén dữ diệu âm thanh số 3 2.4. Ứng dụng của phương pháp nén dữ diệu âm thanh số 3 CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH NÉN ÂM THANH SỐ 3 3.1. Giới thiệu 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO 3 CÁC THUẬT NGỮ TừThuật ngữ Viết đầy đủTừ tiếng Anh Giải thíchTham chiếu Âm thanh số Digital audio Âm thanh được lưu trữ dạng số ADC Analog To Digital Converter Bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số

BÀI TIỂU LUẬN MÔN AN NINH CƠ SỞ DỮ LIỆU NÉN ÂM THANH SỐ GV hướng dẫn : Học viên : Lớp : PGS TS Trịnh Nhật Tiến Nguyễn Khắc Minh K19HTTH GIỚI THIỆU Trong tiểu luận này, em xin trình bày Nén âm số Bài trình bày vào tìm hiểu âm số, phương pháp nén âm số, độ an toàn nén âm số ứng dụng nén âm số Trong tiểu luận em sâu vào nghiên cứu định dạng nén có mát “AAC – Advanced Audio Coding”, bước so với chuẩn nén MP3 mà phổ biến Cuối bài, em xin giới thiệu chương trình nén file từ định dạng khơng nén (wav) sang định dạng aac đồng thời giải nén theo hướng ngược lại (từ định dạng mp3 sang định dạng aac) Bài tiểu luận em trình bày theo điều em tìm hiểu được, trích dẫn lại từ website mà em tham khảo Có điều chưa đúng, mong thầy góp ý để tiểu luận em hồn thiện hơn, xác Em xin chân thành cảm ơn! Học viên: Nguyễn Khắc Minh NỘI DUNG CÁC THUẬT NGỮ Từ/Thuật ngữ Âm số Digital audio ADC Analog To Digital Converter DAC Digital to Analog Converter LZ77 LZ77 LZW LZW PPM Prediction by Partial Matching ZIP Viết đầy đủ/Từ tiếng Anh Giải thích/Tham chiếu Âm lưu trữ dạng số Bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Bộ chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự Là tên thuật toán nén liệu không mát, công bố thành báo tác giả Abraham Lempel Jacob Ziv năm 1977 Là thuật tốn nén liệu khơng mát tồn cục, tạo Abraham Lempel, Jacob Ziv Terry Welch Kĩ thuật nén liệu thống kê thích nghi, dựa mơ hình ngữ cảnh dự đốn Là định dạng file nén Mã hóa Mã hóa CD DVD Codec MPEG PCM DPCM việc nén liệu Một file ZIP chứa nhiều file nén, để giảm kích thước, lưu trữ file có đuôi mở rộng zip Một định dạng file ZIP cho phép nhiều thuật toán nén Encrypt Là cách thức thay đổi liệu trình bày, cách sử dụng phương thức khóa hạn chế, có tính tốn chun sâu Nó thường dùng để che giấu liệu với số người, không che giấu với số người khác Encode Cũng cách thức thay đổi liệu trình bày, bảo tồn liệu, dễ dàng hồi phục sau số loại chuyển đổi Compact Disc Là loại đĩa quang, lưu trữ 80 phút âm 700MB liệu máy tính mã hóa theo kĩ thuật số Digital Versatile Disc, Là định dạng lưu trữ đĩa Digital Video Disc quang, để lưu trữ video liệu, có dung lượng lớn đĩa CD Compressor-Decompressor, Là thiết bị, chương trình Coder-Decoder, có khả mã hóa giải Compression/Decompression mã dịng liệu tín algorithm hiệu The Moving Picture Experts Hội phim ảnh giới, Group sản phẩm nhóm mang tính ISO/IEC phát triển cho thiết bị âm hình ảnh cách nén liệu chuẩn Tên thức MPEG ISO/IEC JTC1/SC29 WG11 Pulse Code Modulation Điều chế mã xung Differential Pulse Code Điều chế mã xung khác biệt Modulation ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation u-law Wrapper Global GMO, Bethlehem, Music Outlet Pennsylvania, USA Dolby Digital Water making Điều chế mã xung khác biệt thích nghi Loại nén có mát, tham khảo [u-law] Là loại đóng gói Là nhà phân phối nhạc tiếng đông bắc Mỹ Là tên công nghệ nén âm phát triển hang Dolby Laboratories Là q trình nhúng thơng tin vào tín hiệu số dùng để xác minh tính xác thực nhận dạng tác giả… CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ÂM THANH SỐ 1.1 Âm số Âm nghe thấy tai Những âm sóng áp lực khơng khí truyền tới tai qua khơng khí Nếu khơng có khơng khí, khơng thể nghe thấy Và khơng có âm khơng gian Chúng ta nghe thấy âm tai nhạy cảm với dạng sóng áp lực Sóng dạng kiện tiếng vỗ tay theo chu kì tiếng bấm chng, lắc đồng hồ Hình vẽ mơ dạng sóng lượng tử hóa loại bỏ giá trị ngưỡng (Sóng âm thanh, đường màu xám) Figure : Sóng âm (Nguồn tham khảo: http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_audio) Âm số việc tái tạo lại âm cách sử dụng điều chế mã xung tín hiệu số Hệ thống âm số gồm chuyển đổi từ tương tự sang số (ADC), chuyển đổi từ số sang tương tự (DAC), lưu trữ số, thành phần xử lý truyền liệu Thuận lợi việc sử dụng âm số khả lưu trữ, truy xuất truyền tín hiệu mà khơng có tổn thất nhiều chất lượng Figure : Hệ thống chuyển đổi âm số (http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_audio) Những âm mà nghe thấy thường âm có tần số nằm khoảng 20Hz-20kHz Có yếu tố xác định chất lượng việc ghi âm số gồm: • Tỉ lệ lấy mẫu (sample rate): Tỉ lệ mà mẫu ghi âm phát lại, đo đơn vị Hertz (Hz), số lượng mẫu giây Một đĩa âm số thường có tỉ lệ mẫu 44,100Khz, viết tắt thành 44kHz • Định dạng mẫu gọi kích thước mẫu: Nó số bit để thể dạng số cho mẫu Nếu coi tỉ lệ lấy mẫu độ xác theo chiều ngang sóng âm số, kích thước mẫu độ xác theo chiều dọc Một đĩa CD âm có kích thước mẫu thường 16 bits, tương ứng với số thập phân Ngồi ra, có nhiều thuộc tính khác với file âm số, • Định dạng file • Số kênh (mono – đơn kênh, stereo nhiều kênh) • Tốc độ liệu • Định dạng nén khơng nén Âm số lưu trữ truyền Các thiết bị lưu trữ âm số CD, digital audio player, ổ cứng, ổ cứng di động USB, CompactFlash, thiết bị lưu trữ số liệu khác Tín hiệu số chỉnh sửa theo quy trình gọi xử lý tín hiệu số, lọc áp dụng hiệu ứng khác Có loại file âm số bản: • Dạng không nén, hệ thống phổ biến, định dạng WAV, ví dụ file CD audio • Các định dạng sử dụng kĩ thuật nén, không liệu nén, gọi kĩ thuật nén khơng mát Ví dụ loại định dạng file flac, aif, wav • Các định dạng mà bị vài thành phần liệu gốc, đảm bảo chất lượng tương đối, gọi nén có mát Các kĩ thuật nén liệu âm số, ví dụ MP3, Advanced Audio Coding (AAC), Ogg Vorbis, FLAC kĩ thuật phổ biến để giảm kích thước file Âm số truyền trực tiếp sang thiết bị khác 1.2 Các định dạng âm số Các file âm số thường gồm phần: phần tiêu đề phần liệu âm Phần tiêu đề thường gồm thông tin file, bao gồm độ phân giải, tỉ lệ lấy mẫu loại nén Thường wrapper dùng để thêm chức năng, thông tin quyền khả streaming cho file âm số Định dạng file âm số kiểu liệu âm số lưu file Kiểu file mô tả cấu trúc liệu file Thường file có định dạng sử dụng nhiều loại kiểu file Ví dụ, định dạng PCM tìm thấy loại file WAV AIFF Bảng định dạng file phổ biến: Kiểu file Phần file mở rộng Codec AIFF (Mac) aif, aiff *PCM AU (Sun/Next) au *u-law CD Audio (CDDA) N/A PCM MP3 mp3 MPEG Audio LayerIII Windows Media wma Proprietary Audio QuickTime (Microsoft) qt Proprietary (Apple Computer) RealAudio ra, ram Proprietary (Real Networks) WAV wav *PCM Có thể sử dụng với nhiều codec khác MP3 Định dạng MP3, định dạng file âm phổ biến nhất, ví dụ tiêu biểu hệ thống nén có mát Định dạng MP3 phát triển vào cuối năm 1980 bắt đầu phổ biến vào năm 1990 với phổ biến phương tiện chia sẻ file Internet Những file MP3 lý tưởng cho việc chia sẻ trực tuyến, hồn cảnh mà khơng gian lưu trữ trung bình, chúng nén xuống kích thước nhỏ nhiều so với định dạng WAV Chất lượng file MP3 giảm, hầu hết khoảng 160 320kb/s, so với 1411.2kb/s file WAV, với nhiều người, mát chất lượng âm khơng đáng ý, đặc biệt với người nghe khơng có nhu cầu đòi hỏi chất lượng âm cao AAC – Advanced Audio Coding Ra đời năm 1997 từ Fraunhofer Institue (Đức) kết hợp với số công ty AT&T, Sony, Dolby; định dạng file âm số khác định dạng phổ biến thời kì internet Nó hệ thống nén file so với MP3 phổ biến chất lượng âm tốt so với tỉ lệ nén giống MP3 Vorbis Định dạng Vorbis định dạng biết đến hơn, có tính chất phổ biến rộng rãi, định dạng âm số, tương tự với MP3 AAC Vorbis hình thành dạng kết hợp MP3, khi có nguy MP3 trở thành định dạng file phải trả tiền quyền Vorbis file gắn đuôi mở rộng ogg, wrapper coi Ogg Vorbis file Chất lượng Vorbis so sánh với MP3, số người cịn nói tốt vài tình – thành cơng xuất phát từ thực tế khơng có sáng chế Vorbis thường phổ biến cộng đồng mã nguồn mở WAV Wav định dạng mặc định cho âm số máy tính Windows cá nhân Những file WAV thường mã hóa định dạng PCM, có nghĩa chúng khơng nén chiếm nhiều không gian Các file WAV mã hóa định dạng khác, ví dụ mp3 AIFF AU AIFF định dạng âm mặc định Macintosh, AU định dạng mặc định hệ thống SUN Cả hai định dạng hỗ trợ hầu hết tảng khác ứng dụng âm khác Mỗi định dạng số chúng nén, việc nén tạo vấn đề tương thích với tảng khác Âm truyền trực tuyến Những âm truyền trực tuyến tránh nhiều vấn đề file âm lớn Thay phải đợi để tải xuống tồn file lớn, bạn nghe âm chúng tải xuống máy tính bạn Trình chơi âm truyền trực tuyến lưu vài giây liệu đáng giá đệm trước bắt đầu phát lại Những định dạng chuẩn Những định dạng chuẩn làm cho người phát triển phần mềm nhà sản xuất phương tiện dễ dàng sản xuất sản phẩm với chi phí rẻ tương thích nhiều với phần khác Tính tương thích cung cấp định dạng chuẩn giúp đảm bảo khách hàng cho nhạc họ thiết bị không bị lạc hậu Băng cassette, đĩa nén PCM ví dụ định dạng âm chuẩn mà phù hợp với khách hàng nhà sản xuất PCM PCM (Điều biến mã xung) phương pháp phổ biến để lưu trữ truyền liệu âm số không nén Vì loại định dạng chung, đọc hầu hết ứng dụng âm – tương tự với cách file văn túy đọc ứng dụng xử lý văn PCM sử dụng Audio CDs băng âm số (DAT) PCM định dạng phổ biến file AIFF WAV PCM cách thể rõ ràng dãy số nhị phân cho giá trị mẫu (1s 0s) Khi âm PCM truyền, byte ‘1’ thể xung điện áp dương giá trị ‘0’ thể có mặt xung DPCM DPCM (Điều biến mã xung khác biệt) dạng đơn giản nén có mát mà lưu trữ khác mẫu liên tiếp DCPM sử dụng bits để lưu trữ khác 10 2.3 Một phương pháp nén liệu âm số - AAC Chuẩn AAC (Advanced Audio Coding ) chuẩn nén audio tiếp nối chuẩn MP3, sử dụng kho lưu trữ âm nhạc trực tuyến Apple iTunes Về mặt kiến trúc, AAC có kiến trúc tương tự Mp3 khác chỗ AAC dùng phương pháp module hóa, phát triển thêm nhiều cơng cụ mã hóa mới, giúp cải tiến audio tốc độ bit thấp AAC phần thức chuẩn MPEG-4, sử dụng để tạo file âm số có kích thước nhỏ Các loại biến thể chuẩn ISO/IEC 14496-3 AAC mặt khái niệm tương tự với định dạng MP3 Giống MP3, sử dụng đặc điểm khả nghe tai người để loại bỏ bit mà tương ứng với âm người nghe Tai người nghe âm im lặng có âm khác cao mức tần số tương tự Ví dụ, hội thoại khơng thể nghe có máy bay phản lực bay đầu Hiện tượng gọi mặt nạ thính giác, cho phép loại bỏ liệu với độ mát trung thực nhỏ Cũng giống MP3, AAC thuật tốn nén có mát, có nghĩa file âm số gốc khơng thể tái tạo lại từ liệu nén Theo thuật ngữ độ tin cậy âm thanh, khơng có mát audio nén mã hóa đắn AAC lợi MP3 điểm: Trong MP3 yêu cầu tỉ lệ bit phải xấp xỉ mức 256 kilobits per second để đạt tính “trong suốt”, AAC đạt chất lượng tương đương mức 128kps Điều cho phép AAC giảm nửa kích thước file so với Mp3 với chất lượng 1/10 kích thước liệu CD Ngồi đặc điểm trên, kiểm sốt tần số âm mức cao thấp hơn, cung cấp tới 48 kênh audio cho phép tạo file audio độ trễ thấp cho hai cách giao tiếp (truyền telephone nhanh chóng) AAC cho phép quản lý quyền số (Digital Rights Management), kiểm soát cách sử dụng file âm số 16 Không giống MP3, khơng có phiên miễn phí thuật tốn tốn mã hóa/giải mã AAC Tất người dùng AAC phải trả tiền quyền công nghệ thông qua VIA Licensing Corporation AAC sử dụng dòng iPod hãng Apple Computer, phần đặc tả hệ DVD AAC thuật tốn nén âm băng thơng rộng mà khai thác chiến lược mã hóa để giảm lượng liệu thể file âm chất lượng cao, gồm • Các thành phần tín hiệu khơng tác động tới cảm nhận bị loại bỏ • Dư thừa tín hiệu âm mã hóa bị loại bỏ Quá trình nén thực gồm bước sau: • Tín hiệu chuyển từ miền khơng gian sang miền tần số sử dụng chuyển đổi cosine rời rạc sửa đổi forward (MDCT) Nó thực cách sử dụng filter banks lấy số lượng mẫu thời gian phù hợp chuyển chúng sang dạng mẫu không gian • Tín hiệu miền tần số lượng tử hóa dựa mơ hình cảm nhận âm nén • Thêm mã sửa lỗi nội • Tín hiệu lưu trữ truyền • Để phòng ngừa mẫu bị hỏng, cài đặt thuật toán Luhn mod N áp dụng cho frame Chuẩn audio MPEG-4 không định nghĩa một tập chiến lược nén hiệu cao, có đề cập tới toolbox phức tạp để thực thao tác phạm vi rộng từ mã hóa speech mức tốc độ bit thấp tới mã hóa âm chất lượng cao tổng hợp nhạc • Dịng thuật tốn mã hóa MPEG-4 mở rộng phạm vi từ mã hóa speech tốc độ bit thấp (xuống tới kbps) tới mã hóa âm chất lượng cao (tới 64 kbps cho kênh cao hơn) • AAC khuyến nghị tần số lấy mẫu khoảng 8kHz tới 96kHz số lượng kênh từ tới 48 kênh 17 • Ngược với filter banks lai MP3, AAC sử dụng chuyển đổi cosine rời rạc có sửa đổi (MDCT) với việc tăng độ dài cửa sổ lên 1024 960 điểm Bộ mã hóa AAC chuyển đổi linh động khối MDCT đơn với độ dài 1024 points khối 128 điểm (hoặc 960 điểm với 120 điểm, tương ứng) • Nếu tín hiệu thay đổi kiện thoáng qua xảy ra, cửa sổ ngắn 128/120 điểm chọn độ phân giải tạm thời tốt • Mặc định, cửa sổ dài 1024/960-điểm chọn việc tăng độ phân giải cho phép mơ hình cảm nhận chi tiết hơn, dẫn tới việc mã hóa cải thiện Nén Modular AAC sử dụng phương pháp modular để nén Tùy thuộc vào độ phức tạp dòng bit nén, mong muốn hiệu suất, kết đầu chấp nhận được, người cài đặt tạo profile để định nghĩa tập cụ thể công cụ mà họ mong muốn để tạo ứng dụng riêng theo nhu cầu Chuẩn MPEG-2 Part khuyến nghị sử dụng profile sau (mặc định) • Profile có độ phức tạp thấp (LC) – đơn giản sử dụng hỗ trợ rộng rãi • Main Profile (Main) – Giống LC profile, với việc có thêm dự đốn backwards • Scalable Sample Rate (SSR) (MPEG-4 AAC-SSR) – biết đến tên gọi Sample-Rate Scalable (SRS) Chuẩn MPEG-4 Part (MPEG-4 Audio) định nghĩa nhiều công cụ nén khác (như loại đối tượng âm thanh) cách sử dụng chúng profile AAC không sử dụng vài profile âm MPEG-4 MPEG-2 Part AAC LC profile, AAC Main Profile AAC SSR Profile kết hợp với Thay nhiễu cảm nhận (Perceptual Noise Substitution) định nghĩa chuẩn MPEG-4 Audio Object Types (dưới dạng tên AACLC, AAC main AAC SSR) Chúng kết hợp với Object Types khác MPEG-4 Audio profiles 18 Toolkit bảo vệ lỗi AAC Việc áp dụng bảo vệ lỗi cho phép việc sửa lỗi đạt tới mức độ định Mã sửa lỗi áp dụng giống cho toàn payload Tuy nhiên, phần khác AAC payload có độ nhạy với lỗi khác nhau, cách áp dụng giống tỏ cách hiệu Payload AAC chia nhỏ thành phần với độ nhạy lỗi khác • Mã sửa lỗi độc lập áp dụng cho thành phần nhờ sử dụng dự đoán lỗi (EP) định nghĩa chuẩn audio MPEG-4 • Bộ cơng cụ cung cấp khả sửa lỗi cho hầu hết phần nhạy cảm với lỗi payload giúp cho việc thêm liệu mức tối thiểu (tránh việc thêm nhiều liệu, gây q tải) • Cơng cụ tương thích ngược với giải mã đơn giản có trước AAC Một phần lớn chức sửa lỗi dựa vào thông tin lan tỏa tín hiệu audio ngang luồng liệu AAC phục hồi lỗi (ER – Error Resilient) ER kĩ thuật dùng để nén để chống lại lỗi tốt Với AAC, có phương thức tùy chỉnh phát triển định nghĩa MPEG-4 Audio • Sắp xếp lại từ mã Huffman (HCR) để tránh việc lây lan lỗi liệu phổ • Khối mã ảo (Virtual Codebooks – VCB11) để phát lỗi nghiêm trọng liệu phổ • Mã độ dài biến thiên ngược (RVLC – Reversible Variable Length Code) để giảm việc lây lan lỗi liệu scale factor data Cấp phép sáng chế Để truyền trực tiếp phân phối nội dung định dạng AAC khơng u cầu quyền trả tiền Đó lý mà AAC định dạng hấp dẫn so với MP3, đặc biệt việc streaming content (như Internet radio) 19 Tuy nhiên, để phát triển AAC codec nhà sản xuất người phát triển phải trả tiền quyền Vì lý mà FOSS cài đặt FFmpeg FAAC phân phối dạng mã nguồn, để tránh việc vi phạm quyền Việc mở rộng cải tiến Một vài mở rộng thêm vào chuẩn AAC (được định nghĩa MPEG-2 Part năm 1997) • Thay nhiễu cảm nhận (PNS), thêm vào MPEG-4 năm 1999 Nó cho phép việc mã hóa nhiễu loại liệu giả ngẫu nhiên • Bộ dự đốn dài hạn (LTP), thêm vào MPEG-4 năm 1999 Nó dự đốn trước với độ phức tạp tính tốn thấp • Kháng lỗi (ER) thêm vào chuẩn MPEG-4 Audio version năm 2000, dùng cho việc truyền kênh dễ gặp lỗi • AAC-LD định nghĩa năm 2000, sử dụng cho ứng dụng chuyển đổi thời gian thực • AAC hiệu cao (HE-AAC), biết đến aacPlus v1 AAC+, việc kết hợp SBR (Việc chép dải phổ) AAC LC; sử dụng cho tốc độ bit thấp, định nghĩa vào năm 2003 • HE-AAC v2 biết đến aacPlus v2 eAAC+, kết hợp Parametric Stereo (PS) HE-AAC; sử dụng cho tốc độ bit thấp nữa, định nghĩa vào năm 2004 2006 • MPEG-4 Scalable To Lossless (SLS), định nghĩa năm 2006, bổ sung luồng AAC để cung cấp lựa chọn giải mã không mát, sản phẩm Fraunhofer IIS’s “HD-AAC” Các định dạng chứa Ngoài định dạng chứa MP4, 3GP định dạng file media dựa vào chuẩn ISO liệu âm AAC đóng gói định dạng Audio Data Interchange Format (ADIF) gồm header theo sau khối liệu âm AAC thơ Ngồi ra, đóng gói định dạng streaming gọi 20 Audio Data Transport Stream (ADTS), gồm chuỗi frame, frame có phần header đến liệu âm AAC Cả hai định dạng định nghĩa MPEG-2 Part 7, xem xét informative MPEG-4, giải mã MPEG-4 không cần hỗ trợ định dạng Những container này, dịng AAC thơ, chứa file mở rộng aac Ngồi cịn định dạng khác định nghĩa MPEG-4 Part 3: Low overhead MPEG-4 Audio Transport Multiplex (LATM), cng cấp cách kết hợp payload âm riêng rẽ, Low overhead Audio Stream (LOAS), định dạng streaming tự đồng Kiến trúc chuẩn AAC thể hình sau: Figure : Sơ dồ khối mã hóa MPEG-2 AAC 2.3.1 Các khối kiến trúc AAC 2.3.1.1 Filterbank Giàn lọc phân tích tín hiệu đầu vào thành 32 dải băng con, đầu lọc băng nối với biến đổi Cosine rời rạc (MDCT – Modified Discrete Cosine 21 Transform) MDCT chia tiếp đầu giàn lọc thành 1024 băng (so với 576 băng MP3) nhằm đạt độ phân giải tốt miền tần số Việc phân chia băng để tận dụng đặc điểm độ nhạy tai người thành phần tần số khác Độ phân giải giàn lọc AAC tốt so với MP3 2.3.1.2 Mơ hình cảm nhận Khâu có tính chất định chất lượng tín hiệu AAC Bộ mã hóa AAC tiến hành ánh xạ từ miền thời gian sang miền tần số phép biến đổi Fourier nhanh FFT (Fast Fourier Transform) 1024 điểm, để giúp giải tần số tốt nhằm ước lượng ngưỡng mặt nạ xác 2.3.1.3 Lượng tử hóa nén Thực lượng tử hóa nén thành phần phổ với yêu cầu nhiễu lượng tử hóa thấp ngưỡng mặt nạ Các giá trị lượng tử hóa mã hóa Huffman với giá trị bảng mã thay đổi dải tần khác nhau, để thích nghi tốt với tín hiệu Vì mã Huffman mã có độ dài từ mã thay đổi cần giữ cho nhiễu thấp ngưỡng mặt nạ nên phải tính độ lợi hệ số trước lượng tử hóa Để tìm độ lợi hệ số tỉ lệ tối ưu khối cho trước, AAC dùng hai vòng lặp lồng 2.3.2 Những cải tiến so với chuẩn Layer-3 2.3.2.1 Cải tiến để nâng cao hiệu mã hóa • Độ phân giải tần số cao hơn: Số lượng dòng tần số AAC nâng cao tới 1024 kênh, thay 576 nhý chuẩn Layer-3 • Dự đốn: Một dự đốn backward lựa chọn, tính theo dịng, đạt kết mã hóa tốt hơn, đặc biệt với tín hiệu gần giống tone (ví dụ, pitchpipe) Chức sẵn có main profile sử dụng 22 • Nâng cao mã hóa joint stereo: So với Layer-3, mã hóa mid/side mã hóa mật độ linh động hơn, cho phép áp dụng để giảm bit-rate thường xun • Nâng cao mã hóa Huffman: Trong AAC, việc mã hóa cách gấp lần số dòng tần số (frequency lines) áp dụng thường xuyên hơn.Thêm nữa, phân công bảng mã Huffman với phần mã hóa linh động 2.3.2.2 Cải tiến để nâng cao chất lượng audio Ngoài cải tiến giúp làm tăng chất lượng q trình nén, AAC có cải tiến giúp nâng cao chất lượng âm cho lớp tín hiệu khó (? Difficult signals) • Nâng cao việc chuyển đổi khối Thay sử dụng dàn lọc lai (cascaded) Layer-3, AAC sử dụng lọc MDCT chuyển đổi chuẩn với đáp ứng xung (với khối ngắn) 5.3 ms tần số lấy mẫu 48 kHz So sánh giá trị với giá trị thường gặp 18.6ms Layer-3 giảm tỉ lệ pre-echo artifacts (xem giải thích bên dưới) • Temporal Noise Shaping, TNS Kĩ thuật thực nắn nhiễu miền thời gian (noise shaping) cách mở dự đoán lặp miền tần số TNS kĩ thuật mà chứng tỏ thành công đặc biệt việc cải tiến chất lượng speech tốc độ thấp Với tổng hợp nhiều cải tiến nhỏ, AAC đạt tới chất lượng trung bình Layer-3 với tỉ lệ bit-rate 70% chuẩn Layer-3 2.4 Độ an toàn phương pháp nén diệu âm số Nén liệu âm số công cụ đảm bảo an tồn thơng tin Nén liệu âm số, ngồi tác dụng việc giảm kích thước file lưu trữ truyền liệu, cịn giúp ngăn chặn, hạn chế việc bổ sung, sửa liệu khơng phép • Dữ liệu âm số chứa thông tin cần bảo vệ gồm thông tin tác giả, ca sỹ, hát, quyền thu âm, thông tin nhà sản xuất Đối với định dạng độc quyển, thơng tin mã hóa, che giấu người khơng phép 23 • Với loại âm cần che giấu hồn tồn, mã hóa tần số, định dạng mà người khơng có quyền khơng biết Đối với định dạng âm số nén, với thuật toán nén quyền người dùng phép đọc mà không sửa đổi thông tin, bên gửi cung cấp chương trình giải mã để đọc (gọi codec) Đối với định dạng không biết, codec hồn tồn che giấu, người dùng hồn tồn khơng thể đọc thơng tin không cung cấp codec phù hợp Nếu người khơng phép xem thơng tin vơ tình tải đoạn audio mạng xem Bên gửi che giấu thơng tin âm số, dạng nén liệu thành mẩu liệu với dải tần cao thấp ngẫu nhiên Với âm số nằm “cảm nhận tai người”, hầu hết chương trình codec coi “nhiễu”, không thỏa thuận trước, loại bỏ thơng tin này, coi khơng có giá trị 2.4 Ứng dụng phương pháp nén diệu âm số Với phát triển máy tính internet, nhu cầu chia sẻ thông tin nhạc ngày cao Nhưng người ta gửi phải đợi chờ lâu gửi album nhạc đến 1000MB qua internet với tốc độ thấp Do nhóm nghiên cứu, tổ chức, cơng ty khác cố gắng tìm định dạng âm sử dụng thuật toán riêng để nhằm giảm bớt dung lượng liệu cần để diễn tả âm gốc lúc cố gắng giữ cho âm gần với âm gốc Do việc nén liệu âm số cho ta file đầu với kích thước nhỏ nhiều so với file gốc, giúp cho việc lưu trữ hay chia sẻ dễ dàng 24 CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH NÉN ÂM THANH SỐ 3.1 Giới thiệu Chương trình “Switch Sound File Converter” để nén giải nén file âm số Đây chương trình miễn phí, Bước 1: Cài đặt chương trình Giao diện chương trình Bước 2: Chọn file audio cần nén Để thực nén audio chọn “add file” ; chọn file audio cần nén; chọn định dạng đầu file nén dạng *.aac 25 Bước 3: Thực nén Sau chọn file muốn giải nén chọn “Convert” để nén thành định dạng aac Bước 4: Kết nén 26 Quá trình nén sau kết thúc, file acc có tên giống tên file đầu vào tạo nằm thư mục với file gốc ban đầu có dung lượng nhỏ nhiều chất lượng đảm bảo yêu cầu người nghe đại chúng 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] MP3 AND AAC EXPLAINED KARLHEINZ BRANDENBURG [2]http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_audio [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Lossless_compression [4] http://searchfiletype.com/MPEG-Audio-Compression-fs297240.html [5] http://www.audiocoding.com/ [6] http://www.wisegeek.org/what-are-different-types-of-digital-audio-files.htm [7] http://en.wikipedia.org/wiki/MPEG-2 [8] http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1274864 28 ... Trong tiểu luận này, em xin trình bày Nén âm số Bài trình bày vào tìm hiểu âm số, phương pháp nén âm số, độ an toàn nén âm số ứng dụng nén âm số Trong tiểu luận em sâu vào nghiên cứu định dạng nén. .. lệ nén đáng kể với loại liệu không thuộc dạng mà chúng đặt để giải Ví dụ với liệu âm thanh, khơng thể nén tốt với thuật toán nén giả sử liệu quy ước văn Việc nén không mát quan trọng liệu nén liệu. .. chuẩn Layer-3 2.4 Độ an toàn phương pháp nén diệu âm số Nén liệu âm số công cụ đảm bảo an tồn thơng tin Nén liệu âm số, tác dụng việc giảm kích thước file lưu trữ truyền liệu, cịn giúp ngăn chặn,