Các chuẩn biểu diễn và nén âm thanh Các chuẩn nén MP3 Các chuẩn tái hiện (surround) âm thanh số

NÔI DUNG:I. CÁC CHUẨN NÉN MP321. ĐỊNH NGHĨA MP325. KĨ THUẬT NÉN MP34II. CÁC CHUẨN TÁI HIỆN (SURROUND) ÂM THANH SÔ61.LỊCH SỬ CỦA SURROUND ÂM THANH SỐ62.CÁC CHUẨN SURROUND ÂM THANH SỐ7a. Stereophony7b.Âm thanh Quadraphony7e. Âm thanh Dobly pro Logic10g. Chuẩn Dobly Digital11g. Chuẩn Dobly TrueHD13III. KẾT LUẬN14I. CÁC CHUẨN NÉN MP3 1. ĐỊNH NGHĨA MP3Mp3 là gì?MP3 là viết tắt của MPEG1 Audio Layer 3. Thoạt nhìn thì trông những từ ngữ này có vẻ phức tạp nhưng đơn giản mà nói thì MP3 chỉ là phần mở rộng của một tập tin âm thanh. Hay chính xác hơn là một định dạng mã hóa âm thanh kỹ thuật số, được dùng để tạo ra các tập tin với dung lượng được giảm đi rất nhiều, trong khi chất lượng thu được vẫn gần giống như những gì thể Các tập tin MP3 thường được chúng ta tải về từ internet hoặc được tạo ra từ việc sử dụng những chương trình chuyên dụng. Nó có thể được phát bằng những phần mềm nghe nhạc thông dụng ngay trên máy tính hay đa số các thiết bị di động ngày nay.2. SỰ RA ĐỜI CỦA MP3Như chúng ta vẫn biết, đa số các định dạng phổ biến ngày nay vẫn thường được tạo ra bởi một tổ chức nào đó trên thế giới và MP3 cũng không phải là một trường hợp ngoại lệ. Nó được thiết kế bởi Moving Picture Experts Group (MPEG), đây là một tập đoàn chịu trách nhiệm về thiết lập tiêu chuẩn mã hóa cho các loại âm thanh hay video.Thật sự thì rất khó để xác định chính xác ngày mà MP3 được tạo ra cũng như ngày mà nó bắt đầu trở nên phổ biến trong xã hội. Nhưng chúng ta vẫn có thể biết được rằng, các tập tin MP3 đầu tiên bắt đầu xuất hiện vào khoảng những năm 1990 và được công bố chính thức vào năm 1993. Khi mà Internet và mạng ngang hàng (peer to peer) đang dần trở nên phổ biến thì MP3 cũng nhanh chóng trở thành định dạng âm thanh được lựa chọn nhiều nhất bởi chất lượng tốt và kích thước nhỏ.3. ỨNG DỤNG CỦA MP3Trong những ngày đầu của máy tính và truyền thông, không gian lưu trữ trong ổ cứng còn rất hạn chế. Bên cạnh đó, dưới sự xuất hiện của Internet thì nhu cầu chia sẻ thông tin của con người cũng được nâng cao, nhất là nhu cầu chia sẻ những nội dung giải trí. Người dùng không thể nào gửi cả một CD nhạc với dung lượng lên đến 700 MB qua mạng chỉ bằng việc sử dụng đường truyền DialUp 56 Kbps. Do đó, các nhà nghiên cứu và các tổ chức lớn đã cố gắng tìm ra những định dạng âm thanh mới, sử dụng những thuật toán riêng nhằm giảm bớt dung lượng dữ liệu của các tập tin âm thanh, trong khi vẫn giữ cho âm thanh được tạo ra gần với âm thanh gốc nhất. Chính vì những lý do đó mà MP3 ra đời, và đương nhiên, nó trở thành một định dạng phổ biến trong lĩnh vực định dạng và mã hóa âm thanh. MP3 đã chứng tỏ mình là một

THẢO LUẬN MÔN TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN

Đề tài:

Câu 16 Các chuẩn biểu diễn và nén âm thanh

- Các chuẩn nén MP3

- Các chuẩn tái hiện (surround) âm thanh số

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN :

1 TỐNG THỊ HỒNG LÝ

2 HOÀNG THỊ NGA

NÔI DUNG:

I CÁC CHUẨN NÉN MP3 2

1 ĐỊNH NGHĨA MP3 2

5 KĨ THUẬT NÉN MP3 4

II CÁC CHUẨN TÁI HIỆN (SURROUND) ÂM THANH SÔ 6

1.LỊCH SỬ CỦA SURROUND ÂM THANH SỐ 6

2.CÁC CHUẨN SURROUND ÂM THANH SỐ 7

a Stereophony 7

b.Âm thanh Quadraphony 7

e Âm thanh Dobly pro Logic 10

g Chuẩn Dobly Digital 11

g Chuẩn Dobly TrueHD 13

III KẾT LUẬN 14

I CÁC CHUẨN NÉN MP3

1 ĐỊNH NGHĨA MP3

Mp3 là gì?

MP3 là viết tắt của MPEG-1 Audio Layer 3 Thoạt nhìn thì trông những từ ngữ này có vẻ phức tạp nhưng đơn giản mà nói thì MP3 chỉ là phần mở rộng của một tập tin âm thanh Hay chính xác hơn là một định dạng mã hóa âm thanh kỹ thuật số, được dùng để tạo ra các tập tin với dung lượng được giảm

đi rất nhiều, trong khi chất lượng thu được vẫn gần giống như những gì thể Các tập tin MP3 thường được chúng ta tải về từ internet hoặc được tạo ra từ việc sử dụng những chương trình chuyên dụng Nó có thể được phát bằng những phần mềm nghe nhạc thông dụng ngay trên máy tính hay đa số các thiết bị di động ngày nay

2 SỰ RA ĐỜI CỦA MP3

Như chúng ta vẫn biết, đa số các định dạng phổ biến ngày nay vẫn thường được tạo ra bởi một tổ chức nào đó trên thế giới và MP3 cũng không phải là một trường hợp ngoại lệ Nó được thiết kế bởi Moving Picture Experts Group (MPEG), đây là một tập đoàn chịu trách nhiệm về thiết lập tiêu chuẩn

mã hóa cho các loại âm thanh hay video

Thật sự thì rất khó để xác định chính xác ngày mà MP3 được tạo ra cũng như ngày mà nó bắt đầu trở nên phổ biến trong xã hội Nhưng chúng ta vẫn

có thể biết được rằng, các tập tin MP3 đầu tiên bắt đầu xuất hiện vào khoảng những năm 1990 và được công bố chính thức vào năm 1993 Khi mà

Internet và mạng ngang hàng (peer to peer) đang dần trở nên phổ biến thì MP3 cũng nhanh chóng trở thành định dạng âm thanh được lựa chọn nhiều nhất bởi chất lượng tốt và kích thước nhỏ

3 ỨNG DỤNG CỦA MP3

Trong những ngày đầu của máy tính và truyền thông, không gian lưu trữ trong ổ cứng còn rất hạn chế Bên cạnh đó, dưới sự xuất hiện của Internet thì nhu cầu chia sẻ thông tin của con người cũng được nâng cao, nhất là nhu cầu chia sẻ những nội dung giải trí Người dùng không thể nào gửi cả một CD nhạc với dung lượng lên đến 700 MB qua mạng chỉ bằng việc sử dụng đường truyền Dial-Up 56 Kbps

Do đó, các nhà nghiên cứu và các tổ chức lớn đã cố gắng tìm ra những định dạng âm thanh mới, sử dụng những thuật toán riêng nhằm giảm bớt dung lượng dữ liệu của các tập tin âm thanh, trong khi vẫn giữ cho âm thanh được tạo ra gần với âm thanh gốc nhất Chính vì những lý do đó mà MP3 ra đời,

và đương nhiên, nó trở thành một định dạng phổ biến trong lĩnh vực định dạng và mã hóa âm thanh MP3 đã chứng tỏ mình là một sự lựa chọn hàng đầu khi có khả năng làm giảm kích thước tập tin gấp nhiều lần so với kích

thước ban đầu Thêm vào đó là việc tạo ra các tập tin MP3 cũng rất dễ dàng

mà vẫn không làm mất đi tính rõ ràng của âm thanh

4 ƯU ĐIỂM VƯỢT TRỘI CỦA MP3

- Mp3 giảm dung lương như thế nào?

Các thuật toán mã hóa MP3 làm việc dựa trên các quy tắc về mức độ cảm nhận âm thanh của tai người Tai con người chỉ có khả năng cảm nhận được những âm thanh nằm trong khoảng tần số từ 16 Hz - 20 KHz, âm thanh nằm ngoài dải tần số đó coi như vô nghĩa Hơn nữa tại cùng một thời điểm, khi nghe những âm thanh với âm lượng lớn, người dùng sẽ khó có thể cảm nhận được những âm thanh có âm lượng rất nhỏ Bằng cách sử dụng các thuật toán riêng giúp MP3 có thể phân biệt được các đoạn âm thanh có tần số quá cao hay quá thấp, và loại bỏ những tạp âm không cần thiết

Nói một cách khái quát hơn là nó có thể nén các tập tin bằng cách loại bỏ đi những âm thanh dư thừa bao gồm cả tiếng ồn, âm tầng quá cao hoặc quá thấp và âm nhiễu của sóng điện do dụng cụ thu âm gây ra Đây cũng là những âm thanh chiếm khá nhiều dung lượng của bản nhạc

Một thông số quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh của tập tin MP3 đó chính là bit rate Luôn có một sự liên quan tỷ lệ thuận giữa bit rate

và kích thước tập tin khi tạo ra một file MP3 Tỷ lệ bit rate càng lớn cũng đồng nghĩa với việc dung lượng của file MP3 được tạo ra cũng lớn Các bit rate thường thấy trên những tập tin Mp3 có giá trị vào khoảng 128 Kbps,

192 Kbps, 256 Kbps, 320 Kbps Đây vẫn là con số khá thấp so với 1411 Kbps trên các CD có âm thanh chuẩn Chính việc giảm bit rate xuống thấp cũng góp phần làm giảm kích thước của các tập tin MP3

Song, bên cạnh quá trình loại bỏ những âm thanh không cần thiết, MP3 vẫn

có một số thuật toán để bù đắp lại những chỗ mất mát mà nó đã lược bỏ bằng cách tạo ra những âm thanh méo mó so với âm gốc, mà vẫn không làm

giảm chất lượng cảm nhận khi so sánh với các tập tin chưa qua nén MP3 Tuy nhiên, với những tập tin được nén với bit rate càng thấp thì hiện tượng méo mó âm thanh xảy ra càng nhiều

Chính việc loại bỏ đi những âm thanh ở tần số cao hoặc thấp cũng làm cho MP3 trở nên yếu thế hơn so với các chuẩn nhạc lossless Nhất là trong việc thể hiện âm thanh của nhạc cụ trong các buổi biểu diển nhạc hoà tấu hay nhạc cổ điển vì những âm thanh do nhạc cụ này phát ra thường rất trầm (tần

số cực thấp) hoặc rất bổng (tần số cực cao) Và khi chúng được nén bằng MP3, dãy tần số này bị loại bỏ hoặc điều chỉnh khác đi so với thực tế, đối với một số người thì điều này thực sự không thể chấp nhận được

Nếu một tập tin MP3 được tạo ra bằng cách sử dụng bit rate ở mức 128 kbps với thời lượng 4 phút sẽ có dung lượng khoảng 3,5 MB so với 40 MB trên các tập tin gốc Điều này có nghĩa là dung lượng của nó sẽ được giảm xuống

11 lần Nói đơn giản hơn là với những tập tin này, người dùng có thể tăng số lượng bài hát lưu trữ trên thiết bị lên thêm 11 lần Hoặc giảm thiểu thời gian download xuống 11 lần so với việc sử dụng các tập tin trên đĩa CD được tạo

ra từ nguồn âm thanh ban đầu

5 KĨ THUẬT NÉN MP3

MPEG là nhóm các chuẩn mã hóa audio cảm quan chất lượng cao MPEG-1 hoạt động ở ba chế độ khác nhau gọi là lớp (layer), với mức độ phức tạp và hiệu quả tăng dần từ lớp 1 đến lớp 3 [1] MPEG-1 lớp 3 (còn gọi là MP3) là nhóm MPEG-1 phức tạp nhất, cung cấp chất lượng audio gần với chất lượng

CD ở tốc độ bit thấp

MP3 hỗ trợ các tần số lấy mẫu khác nhau như 32kHz, 44.1kHz và 48kHz; tốc độ bit có thể thay đổi từ 32 đến 448 kbps; mode mã hóa có thể thay đổi, bao gồm: mono, dual mono, stereo và joint stereo

Hình sau đây là sơ đồ khối của bộ mã hóa mp3 điển hình

- Giàn lọc (Filterbank): phân tích tín hiệu vào thành 32 băng con, đầu ra của các bộ lọc băng con được nối với bộ biến đổi Cosin rời rạc MDCT

(Modified Discrete Cosine Transform) MDCT chia tiếp các đầu ra của giàn lọc thành 576 băng con nhằm đạt độ phân giải tốt hơn trong miền tần số Việc phân chia băng con là nhằm lợi dụng đặc điểm độ nhạy của tai thay đổi đối với các thành phần tần số khác nhau

- Lập mô hình cảm quan (Psychoacoustic model): khâu này quyết định chất lượng của tín hiệu MP3 Bộ mã hóa MP3 tiến hành ánh xạ từ miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi Fourier nhanh FFT (Fast Fourier Trasform) 1024 điểm, để giúp phân giải tần số tốt hơn nhằm ước lượng ngưỡng mặt nạ chính xác hơn

- Lượng tử hóa và mã hóa (Quantization and Coding): thực hiện lượng tử hóa và mã hóa các thành phần phổ với yêu cầu nhiễu lượng tử hóa thấp hơn ngưỡng mặt nạ Các giá trị lượng tử hóa được mã hóa Huffman với bảng mã thay đổi đối với những dải tần số khác nhau, để thích nghi tốt hơn với tín hiệu Vì mã Huffman là mã có độ dài từ mã thay đổi và cần giữ cho nhiễu

thấp hơn ngưỡng mặt nạ nên phải tính độ lợi và các hệ số tỷ lệ trước khi lượng tử hóa Để tìm được độ lợi và các hệ số tỷ lệ tối ưu đối với một khối cho trước, MP3 dùng hai vòng lặp lồng vào nhau

- Vòng lặp trong hay vòng lặp điều khiển tốc độ (rate control loop): hiệu chỉnh độ lợi để tăng dần kích thước bước lượng tử hóa, giảm dần số mức lượng tử hóa cho đến khi số bit yêu cầu cho mã hóa Huffman đủ nhỏ, dẫn đến bit tốc độ bit của tín hiệu MP3 đủ nhỏ

- Vòng lặp ngoài hay vòng lặp điều khiển nhiễu (distortion control loop): hiệu chỉnh hệ số tỷ lệ để giảm dần nhiễu lượng tử hóa, lúc đó số mức lượng

tử hóa tăng dần lên, làm tốc độ bit tăng dần lên, dẫn đến vòng lặp trong phải hiệu chỉnh độ lợi Nếu không đồng thời thỏa mãn được yêu cầu về tốc độ bit

và chất lượng audio thì hai vòng lặp sẽ không có điểm hội tụ Để tránh trường hợp này, phải hiệu chỉnh các thông số mã hóa khi bộ mã hóa hoạt động ở các tốc độ bit khác nhau

- Định dạng dòng bit (bitstream formatting): dòng bit MP3 được định dạng theo từng khung, gồm các hệ số phổ đã được mã hóa, đầu khung là header gồm:từ mã đồng bộ, tốc độ bit, tần số lấy mẫu, lớp, mode mã hóa Do các thông tin trên được lặp lại trong tất cả các khung nên ta có thể giải mã vào bất cứ lúc nào

II CÁC CHUẨN TÁI HIỆN (SURROUND) ÂM THANH SÔ

1.LỊCH SỬ CỦA SURROUND ÂM THANH SỐ

*Năm 1928

Là khởi điểm của âm thanh Surrournd được gọi là MonauralSound

*Năm 1976

- Âm thanh Dolby Stereo và hệ thống Stereo bắt đầu hình thành và phát triển

*Năm 1984

- Hệ thống âm thanh Dolby Surround bắt đầu hình thành và phát triển

Năm 1987

- Hệ thống âm thanh Dolby Pro-Logic

Năm 1995

- Dolby Digital(AC- 3) ra đời thay thế cho hệ thống âm thanh Dolby Pro-Logic

Năm 1997

- DTS ra đời đây chính là một dấu ấn quan trọng trong ngành công nghiệp giải trí.,DVD home

Một số hình ảnh về chuẩn âm thanh số (surround)

2.CÁC CHUẨN SURROUND ÂM THANH SỐ

a Stereophony

Thông tin trong tái hiên có thể đạt được bằng cách thêm một kênh loa phụ ở phía trước của người nghe Hệ thống này được gọi là âm thanh stereo

Hệ thống âm thanh Stereophony

b.Âm thanh Quadraphony

Là một hệ thống âm thanh dùng để ghi và tái tạo 4 kênh âm

thanh thông qua 2 kênh trung gian.Đây là điểm khởi đầu cho việc

nghiên cứu ma trận 4-2-4

Ma trận Surround là gì?

Là quá trình nén 4 hay nhiều kênh hơn được chia làm hai, sau đó

thử cài trở lại vào cuối lúc thu gọi là “lập ma trận” & hệ thống được

gọi là hệ thống “Ma trận Surround”

Sơ đồ ma trận 4-2-4

Hai hệ thống Quadraphony được trình bày

Các yêu cầu cho một ma trận

 Khả năng tái tạo lại âm thanh là chính xác

 Không làm giảm chất lượng tín hiệu (tiếng ồn, tần số, )

 Bốn kênh tương thích bằng cách sử dụng các thành phần tiêu chuẩn và xây dựng khi có thể

 Âm thanh nổi tương thích: khả năng tái sản xuất các chương trình bốn kênh bốn trên hai kênh tiêu chuẩn

 Mono khả năng tương thích: phát lại có thể trên tất cả các tiêu chuẩn môi trường mà không bị mất hoặc thay đổi mức độ tương đối của các âm thanh

 Khả năng thích nghi với các tiêu chuẩn cho sản xuất phần mềm

 Có thể sử dụng với tất cả các phương tiện truyền thông ghi âm và phát sóng chính

Ma trận 4 kênh mã hóa và giải mã được mô tả

Trong đó :

ch1t ,ch2t là kênh đầu vào, x1… xn là hệ số kênh ma trận

ch1 …… chn là kênh đầu ra

 Giải mã ma trận

Trong đó:

ch1 ‘ là các kênh giải mã ,X1d, , y1d là các hệ số của giải mã ma trận

c Âm thanh Ambisonics

Đó là một hệ thống hoạt động tốt hơn Quadraphonic Một nhóm ở Anh đã phát minh ra nó vào cuối thời của Quadraphonic những năm 70 Nguyên tắc

cơ bản của Ambisonics là nắm giữ & tạo ra một trường âm thanh trong khoảng cách hiệu quả nhất, chuyển nó với một số kênh & chạy lại nó với một số loa mà bạn có thể xếp đặt một cách hợp lý trong phòng của bạn

d Dolby surround

Âm thanh Surround Dolby là một biến thể của hệ thống quadraphony Bốn kênh được sử dụng với các loa phía sau được sử dụng để tạo ra tuyệt đối với các loa phía trước Ba kênh phía trước, còn trung tâm và quyền được sử dụng cho các khu vực nghe lớn hơn

Surround Dolby cũng có kênh ma trận 4-2-4 Bốn kênh đầu vào đã được chuyển đổi thành hai kênh

L :đầu vào kênh bên trái, C : đầu vào kênh trung tâm,R kênh đầu vào bên phải, S = bao quanh kênh đầu vào

Ma trận giải mã

Một số hệ số của ma trân kênh

e Âm thanh Dobly pro Logic

Dolby Pro Logic vượt qua những giới hạn của Dolby Surround thông thường bằng cách gắn thêm vào phần cứng và phần mềm trong trong IC giải mã bằng cách nhấn mạnh những tín hiệu quan trọng về phương hướng trong âm thanh của phim

Sự hạn chế của Dolby Pro-logic

Hiệu ứng của nó chỉ có thể nhìn nhận được chỉ trong phương diện tái tạo lại

Và mặc dù có hai loa ở đằng sau, chúng vẫn là tín hiệu mono

g Chuẩn Dobly Digital

Dolby Digital và công nghệ mã hóa âm thanh AC-3 được sửng dụng rộng rãi

và trở thành không thể thiếu được trong các máy giải trí gia đình, DVD và HDTV

Ưu điểm chính của Dolby Digital chính là nó có thể “khít chặt” ở nơi mà âm thanh surround chưa nén không tới được sự phát triển tiếp theo của Dolby

Digital hợp với chuẩn THX, tạo ra không gian âm thanh rộng hơn bằng cách tạo thêm một kênh âm thanh surround trung tâm được gọi la Dolby Digital Surround EX

h Chuẩn âm thanh DTS

Khái niệm DTS:

DTS chuyên về công nghệ âm thanh kỹ thuật số Bộ giải mã DTS của công

ty là một trong những bộ giải mã hàng đầu trong công nghệ âm thanh

surround kỹ thuật số 5.1

Một số chuẩn âm thanh DTS:

DTS Digital Surround

Đó là công nghệ mã/giải mã âm thanh surround 5.1 với chất lượng 20-bit, tốt nhất hiện nay trên thế giới của công ty DTS Công nghệ này mã hóa 6 kênh 20-bit audio (5.1)

DTS-ES Matrix 6.1

Có các kênh âm thanh tương tự như Dolby Digital surround EX, song âm thanh surround được cải thiện hơn, chiều sâu phía sau và không gian tốt hơn

DTS ES Discrete 6.1

Là âm thanh được mã 6.1 thực thụ (âm thanh được thu thật với 7 kênh, khác với DTS-ES Matrix 6.1 kênh thứ 7 ở trung tâm phía sau được tái tạo từ các kênh còn lại)

DTS Neo 6

Là đối thủ trực tiếp của Dolby Pro-Logic II Neo 6 Cinema được dùng để xem phim còn Neo 6 Music để nghe nhạc, khi đó kênh center ít được sử dụng để tăng hiểu quả không gian stereo

k Chuẩn âm thanh THX

THX là tên thương mại cho hệ thống tái tạo âm thanh chất lượng cao dành cho rạp chiếu phim, phòng chiếu phim, hệ thống rạp hát tại gia, loa máy

tính, máy trò chơi, âm thanh xe hơi THX được phát triển bởi Tomlinson Holman

THX không phải là một công nghệ thu âm và nó cũng không đưa ra một định dạng âm thanh nào Tất cả định dạng âm thanh kỹ thuật số (Dolby Digital, SDDS, DTS) và kỹ thuật tương tự analog (Dolby SR, Ultra Stereo) đều có thể được "thể hiện qua THX"

THX là bản quyền chứng nhận chính thức (tiêu chuẩn) trên thế giới về chất lượng âm thanh và hình ảnh của các rạp hát, rạp chiếu phim và các công cụ giải trí

Tiêu chuẩn THX

 Độ nhiễu âm thanh thấp

 Độ cách âm tốt,

 Độ vang vọng của âm thanh (reverb) đúng theo tiêu chuẩn quy định

 Phần âm thanh lời thoại phải dễ nghe

 Âm thanh có tần số cao được nghe rõ và trong suốt

 Âm thanh trầm không gây cộng hưởng ở xung quanh

 Nhà hát hay phòng chiếu phim phải được thiết kế sao cho khán giả ngồi

ở bất cứ chỗ nào cũng nghe

Một số chuẩn âm thanh THX

 THX TruStudio Pro Crystalizer

 Tăng cường âm nhạc và phim ảnh để làm cho hCông nghệ THX

TruStudio Pro

Nó được thiết kế đặc biệt để mang lại trải nghiệm âm thanh tuyệt vời cùng tìm thấy trong biểu diễn trực tiếp, phim, và hãng ghi âm đến máy PC

 THX TruStudio Pro Surround THX Surround Pro TruStudio

Nó cung cấp điều khiển nhúng để nâng cao ý thức tự nhiên của âm thanh sâu

và rộng rãi bằng cách tạo ra các kênh âm thanh vòm ảo