Đồ án tìm hiểu về các phương pháp mã hoá và nén âm thanh theo chuẩn Mpeg

Khoa CNTT – HBKHN Đ GVHD th y: D Thanh ầ ư Bình M c l cụ ụ 1 L i nói uờ đầ 3 PH N I . LÝ THUY TẦ Ế 4 CH NG 1. CÁC KI N TH C C B N V ÂM THANHƯƠ Ế Ứ Ơ Ả Ề 5 I. NH NG KHÁI NI M C B N - SÓNG CỮ Ệ Ơ Ả Ơ 6 1.1. S hình thành sóng trong môi tr ng àn h iự ườ đ ồ 6 1.2. Các c tr ng c a sóng.đặ ư ủ 7 1.3. Ph ng trình sóng.ươ 8 II. SÓNG ÂM VÀ C TÍNH ÂM THANH.ĐẶ 8 2.1 Dao ng âm và s truy n dao ng.độ ự ề độ 8 2.2 n v v t lý c a âm thanh.Đơ ị ậ ủ 9 2.3. c tính sinh lý v s c m th âm.Đặ ề ự ả ụ 12 CH NG 2. WAVE FILE.ƯƠ 16 I. MULTIMEDIA WINDOWS 16 II. C U TRÚC WAVE FILE.Ấ 17 2.1 RIFF file 17 2.2 C u trúc File Wave.ấ 17 III. C RIFF FILESĐỌ 21 CH NG 3. LÝ THUY T X LÝ TÍN HI U SƯƠ Ế Ử Ệ Ố 25 I. TÍN HI U VÀ H TH NG R I R CỆ Ệ Ố Ờ Ạ 25 1. Gi i thi uớ ệ 25 2. áp ng xung trong h TTBBĐ ứ ệ 25 3. Tính ch t c a t ng ch p c a h TTBBấ ủ ổ ậ ủ ệ 26 4. H nhân quệ ả 27 5. Tính n nhổ đị 27 6. Ph ng trình sai phân tuy n tính h s h ngươ ế ệ ố ằ 28 7. Bi u di n các h r i r c trong mi n t n sể ễ ệ ờ ạ ề ầ ố 28 8. nh lý l y m u ShannonĐị ấ ẫ 30 II. PHÉP BI N I FOURIER R I R CẾ ĐỔ Ờ Ạ 30 1. Chu i Fourier r i r c c a tín hi u r i r c tu n hoànỗ ờ ạ ủ ệ ờ ạ ầ 30 2. Bi n i Fourier r i r c c a tín hi u có dài h u h nế đổ ờ ạ ủ ệ độ ữ ạ 31 3. Phép bi n i nhanh Fourier (FFT)ế đổ 32 CH NG 4. GI I THI U V MPEG.ƯƠ Ớ Ệ Ề 33 I. GI I THI U.Ớ Ệ 33 1. MPEG là gì? 33 2. So sánh các chu n MPEGẩ 33 3. Am thanh MPEG 34 4. Các khái ni m c b nệ ơ ả 35 5. Ho t ngạ độ 38 SVTH: V n Tu nĐỗ ă ấ Trang 1 Khoa CNTT – HBKHN Đ GVHD th y: D Thanh ầ ư Bình II. CÁC KHÁI NI M TRONG ÂM THANH MPEGỆ 40 1. L c mã hóa Perceptual Sub-bandượ đồ 40 2. Gi i thích hi u q a che (masking efficiency)ả ệ ủ 41 3. Các l p c a âm thanh MPEGớ ủ 43 III. CÁC THÔNG S .Ố 45 CH NG 5. CÁC GI I THU T NÉN ÂM THANHƯƠ Ả Ậ 50 I. LÝ THUY T THÔNG TINẾ 50 II. CÁC GI I THU T NÉN KHÔNG CÓ T N TH TẢ Ậ Ổ Ấ 51 1. Mã hóa Huffman 51 2. Mã hóa Huffman s a iử đổ 53 3. Mã hóa s h cố ọ 54 4. Gi i thu t Lempel-Ziv-Welch (LZW)ả ậ 55 III. CÁC GI I THU T NÉN CÓ T N TH TẢ Ậ Ổ Ấ 57 1. Các ph ng pháp nén âm thanh n gi nươ đơ ả 57 2. Nén âm thanh dùng mô hình âm tâm lý 57 3. Nén âm thanh theo chu n MPEGẩ 58 PH N II. THI T K CH NG TRÌNHẦ Ế Ế ƯƠ 60 CH NG 6. L U GI I THU T VÀ C U TRÚC D LI UƯƠ Ư ĐỒ Ả Ậ Ấ Ữ Ệ 61 I. S KH I.Ơ ĐỒ Ố 61 II. C U TRÚC D LI U VÀ NH NGH AẤ Ữ Ệ ĐỊ Ĩ 62 A. C U TRÚC D LI UẤ Ữ Ệ 62 1. Các c u trúc v fileấ ề 62 2. Các c u trúc v dòng bít d li uấ ề ữ ệ 63 3. Các c u trúc nh d ng dòng bít d li uấ để đị ạ ữ ệ 63 4. Các c u trúc huffmancodetab.ấ 67 5. Các c u trúc tính MDCTấ 67 6. Các c u trúc scalefac_structấ 67 B. CÁC NH NGH AĐỊ Ĩ 68 1. Các nh ngh a dùng trong truy xu t d li uđị ĩ ấ ữ ệ 68 2. Các nh ngh a dùng trong tính toán FFTđị ĩ 68 3. Các nh ngh a dùng trong nh d ng dòng d li uđị ĩ đị ạ ữ ệ 68 4. Các nh ngh a dùng trong b mã hoá Huffmanđị ĩ ộ 68 5. Các nh ngh a dùng trong phân tích d li uđị ĩ ữ ệ 69 6. Các nh ngh a dùng trong mô hình âm tâm lýđị ĩ 69 7. Các nh ngh a dùng trong truy xu t nh p d li uđị ĩ ấ ậ ữ ệ 69 8. Các nh ngh a dùng trong c u trúc file Wave và file Mpegđị ĩ ấ 69 III. L U Ư ĐỒ 71 CH NG 7: GIAO DI N VÀ THUY T MINH CH NG TRÌNHƯƠ Ệ Ế ƯƠ 75 I. GI I THI UỚ Ệ 75 II.GIAO DI NỆ 75 SVTH: V n Tu nĐỗ ă ấ Trang 2 Khoa CNTT – HBKHN Đ GVHD th y: D Thanh ầ ư Bình III.CH NG TRÌNHƯƠ 77 TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 87 SVTH: V n Tu nĐỗ ă ấ Trang 3 Khoa CNTT – HBKHN Đ GVHD th y: D Thanh ầ ư Bình L i nói đ uờ ầ Công ngh thông tin là ngành công nghi p m i nh n c a th gi i nóiệ ệ ũ ọ ủ ế ớ chung và c a vi t nam nói riêng, nó đã phát tri n m nh m không ng ng trongủ ệ ể ạ ẽ ừ nh ng n m g n đây. Khi đ i s ng đ c nâng lên khoa h c k thu t phát tri n nhuữ ă ầ ờ ố ượ ọ ỹ ậ ể c u v gi i trí c ng đa d ng lên, các lo i hình gi i trí không ng ng gia t ng vàầ ề ả ũ ạ ạ ả ừ ă ngày càng phong phú, đa d ng các lo i hình gi i trí nh : trò ch i đi n t , nghe nh cạ ạ ả ư ơ ệ ử ạ xem phim, xem ca nh c (video), và đ c bi t là nh ng trong ch i d ng khôngạ ặ ệ ữ ơ ạ gian ba chi u. S phát tri n t này đã d n t i ngành công ngh ph n c ng đãề ự ể ồ ạ ẫ ớ ệ ầ ứ không th đáp ng đ c nh ng đòi h i v l u tr , đ ng hành v i s phát tri n này làể ứ ượ ữ ỏ ề ư ữ ồ ớ ự ể m ng máy tính đó chính là Internet ngày càng phát tri n s l ng ng i tham giaạ ể ố ượ ườ truy c p ngày càng l n và nhu c u c a h thì ngày càng phong phú và đa d ng v t tậ ớ ầ ủ ọ ạ ề ấ c các lo i hình nói trên. Do đó t c đ truy c p, t c đ truy n t i trên m ng đ cả ạ ố ộ ậ ố ộ ề ả ạ ượ quan tâm h n đ cho ng i dùng không ph i s t ru t ng i ch nh ng trang webơ ể ườ ả ố ộ ồ ờ ữ mà mình truy c p, h không ph i b c mình khi download nh ng file âm thanh vàậ ọ ả ự ữ nh ng bài hát mà h a thích vì đ ng truy n quá ch m trong khi công ngh ph nữ ọ ư ườ ề ậ ệ ầ c ng đã phát tri n m nh. Chính vì v y các nhà nghiên c u ph n m m đã chú ý đ nứ ể ạ ậ ứ ầ ề ế vi c phát tri n ph n m m đ h tr ph n c ng. H đã t o ra nh ng ch ngệ ể ầ ề ể ỗ ợ ầ ứ ọ ạ ữ ươ trình ph n m m h tr tích c c ph n c ng, t đó đã ra đ i nh ng ph n m m nénầ ề ỗ ợ ự ầ ứ ừ ờ ữ ầ ề âm thanh, hình nh, nén video, tách âm thanh t nh ng file video…đ t o ra nh ngả ừ ữ ể ạ ữ d ng âm thanh, hình nh, video nh mindi, mpeg, mp3, mp4… nh ng file nhạ ả ư ữ ả d ng gif, jpeg…v i dung l ng l u tr vô cùng nh m c dù ch t l ng có gi mạ ớ ượ ư ữ ỏ ặ ấ ượ ả đi đôi chút nh ng không đáng k so v i nh ng gì nó đ t đ c đ truy n t i, truyư ể ớ ữ ạ ượ ể ề ả c p nhanh h n. ậ ơ S t n t i c a chu n JPEG (Joint Photographic Experts Group) ch đự ồ ạ ủ ẩ ỉ ể gi m t c đ bit và ch y u ph c v cho hình nh, rõ ràng là không đ đáp ng choả ố ộ ủ ế ụ ụ ả ủ ứ hình nh đ ng có kèm âm thanh. đáp ng nhu c u c a th tr ng, m t nhóm cácả ộ Để ứ ầ ủ ị ườ ộ chuyên gia v hình nh đ ng (Moving Picture Experts Group), g i t t là MPEG,ề ả ộ ọ ắ đ c thành l p đ nghiên c u đ a ra nh ng l c đ mã hóa phù h p cho vi cượ ậ ể ứ ư ữ ượ ồ ợ ệ truy n hình nh đ ng và ghi l i chúng theo tiêu chu n trong các thi t b l u tr sề ả ộ ạ ẩ ế ị ư ữ ố nh CD-ROM, Video CD ư Ph n trình bày c a lu n v n ch n m trong khuôn kh "Am thanh". Do đóầ ủ ậ ă ỉ ằ ổ m i v n đ liên quan t i hình nh s không đ c đ c p t i, dù chu n MPEG làọ ấ ề ớ ả ẽ ượ ề ậ ớ ẩ dùng cho c âm thanh và hình nh.ả ả M c tiêu c a đ tài ch y u ch đ tìm hi u v các ph ng pháp mã hoá và nénụ ủ ề ủ ế ỉ ể ể ề ươ âm thanh theo chu n Mpeg, t đó d a trên m t s source code (vi t b ng C) đã cóẩ ừ ự ộ ố ế ằ SVTH: V n Tu nĐỗ ă ấ Trang 4 Khoa CNTT – HBKHN Đ GVHD th y: D Thanh ầ ư Bình trên m ng Internet vi t l i b ng ngôn ng Visual C++, nh m hi u sâu h n vạ ế ạ ằ ữ ằ ể ơ ề gi i thu t, đ ng th i t o ra m t giao di n thân thi n h n.ả ậ ồ ờ ạ ộ ệ ệ ơ Do trình đ và ki n th c có h n nên không tránh kh i nh ng thi u sót, emộ ế ứ ạ ỏ ữ ế kính mong th y tham gia và giúp đ em đ em hoàn thành đ c t t h n.ầ ỡ ể ượ ố ơ Em xin chân thành cám n th y đã t o đi u ki n thuân l i nh t giúp em hoànơ ầ ạ ề ệ ợ ấ thành báo cáo này. PH N IẦ LÝ THUY T C B NẾ Ơ Ả CHU NG 1. Ơ CÁC KI N TH C C B N V ÂM THANH.Ế Ứ Ơ Ả Ề I. NH NG KHÁI NI M C B N - SÓNG CỮ Ệ Ơ Ả Ơ 1.1. S hình thành sóng trong môi tr ng đàn h i.ự ườ ồ a. nh ngh a:Đị ĩ Các môi tr ng ch t khí, ch t l ng, ch t r n là môi tr ng đàn h i.ườ ấ ấ ỏ ấ ắ ườ ồ Môi tr ng đàn h i có th coi là nh ng môi tr ng liên t c g m nh ng phânườ ồ ể ữ ườ ụ ồ ữ t liên k t ch t ch v i nhau, lúc bình th ng m i phân t có m t v trí cânử ế ặ ẽ ớ ườ ỗ ử ộ ị b ng b n.ằ ề b. S hình thành sóng trong môi tr ng đàn h i:ự ườ ồ  Do tính ch t c a môi tr ng đàn h i, cho nên n u tác d ng lênấ ủ ườ ồ ế ụ phân t nào đó c a môi tr ng thì phân t này r i kh i v trí cân b ng b n.ử ủ ườ ử ờ ỏ ị ằ ề  Do t ng tác, các phân t lân c n m t m t kéo phân t A v vươ ử ậ ộ ặ ử ề ị trí cân b ng, m t khác nh n m t ph n n ng l ng do phân t A truy nằ ặ ậ ộ ầ ă ượ ử ề sang, do đó c ng dao đ ng theo, hi n t ng này x y ra liên ti p t o thànhũ ộ ệ ượ ả ế ạ sóng. Sóng đàn h i (sóng c ) là s lan truy n dao đ ng trong môi tr ng đànồ ơ ự ề ộ ườ h i. Sóng c không th truy n đ c trong chân không, vì chân khôngồ ơ ể ề ượ không ph i là môi tr ng đàn h i.ả ườ ồ SVTH: V n Tu nĐỗ ă ấ Trang 5 Khoa CNTT – HBKHN Đ GVHD th y: D Thanh ầ ư Bình  C n l u ý trong khi truy n dao đ ng, các phân t c a môiầ ư ề ộ ử ủ tr ng không di chuy n theo các dao đ ng đ c lan truy n mà ch daoườ ể ộ ượ ề ỉ đ ng quanh v trí cân b ng c a nó.ộ ị ằ ủ c. M t s khái ni m v sóngộ ố ệ ề :  Ngu n sóng: là ngo i v t gây ra kích đ ng sóng.ồ ạ ậ ộ  Tia sóng: là ph ng truy n sóng.ươ ề  Môi tr ng sóng: là không gian mà sóng truy n qua.ườ ề  M t sóng: là m t ch a nh ng đi m (phân t ) có cùng tr ng tháiặ ặ ứ ữ ể ử ạ dao đ ng t i m t th i đi m nào đó. Tia sóng luôn vuông góc v i m t sóng.ộ ạ ộ ờ ể ớ ặ  Sóng c u: m t sóng là nh ng m t c u phân b đ u trongầ ặ ữ ặ ầ ố ề không gian, tâm là ngu n sóng. Trong môi tr ng đ ng ch t và đ ng h ngồ ườ ồ ấ ẳ ướ s có sóng c u. i v i sóng c u tia sóng trùng v i bán kính c a m t c u.ẽ ầ Đố ớ ầ ớ ủ ặ ầ  Sóng ph ng: m t sóng là nh ng m t ph ng song song nhau,ẳ ặ ữ ặ ẳ tia sóng vuông góc v i m t sóng. N u ngu n sóng r t xa môi tr ngớ ặ ế ồ ở ấ ườ đang xét thì m t sóng có th coi là nh ng m t ph ng song song.ặ ể ữ ặ ẳ  Sóng d c: là sóng trong đó các phân t c a môi tr ng dao đ ngọ ử ủ ườ ộ quanh v trí cân b ng trên ph ng trùng v i tia sóng. Khi có sóng d c, trênị ằ ươ ớ ọ ph ng c a tia sóng các phân t c a môi tr ng khi thì b nén ch t, khi thìươ ủ ử ủ ườ ị ặ giãn ra làm cho các phân t c a môi tr ng có ch dày ch th a.ử ủ ườ ỗ ỗ ư  Sóng ngang: là sóng trong đó các phân t c a môi tr ng daoử ủ ườ đ ng quanh v trí cân b ng trên ph ng vuông góc v i tia sóng.ộ ị ằ ươ ớ d. Nguyên nhân gây ra sóng ngang và sóng d c:ọ  Tùy tính ch t c a môi tr ng đàn h i mà trong đó có th xu tấ ủ ườ ồ ể ấ hi n sóng ngang hay sóng d c.ệ ọ - Khi m t l p c a môi tr ng b l ch đ i v i l p khác làm xu t hi n cácộ ớ ủ ườ ị ệ ố ớ ớ ấ ệ l c đàn h i có xu h ng kéo l p b l ch v v trí cân b ng thì trong môiự ồ ướ ớ ị ệ ề ị ằ tr ng đó có th truy n đ c sóng ngang. V y v t r n là m t môi tr ngườ ể ề ượ ậ ậ ắ ộ ườ có tính ch t đó.ấ SVTH: V n Tu nĐỗ ă ấ Trang 6 Khoa CNTT – HBKHN Đ GVHD th y: D Thanh ầ ư Bình - N u trong môi tr ng không có các l c đàn h i khi các l p song song bế ườ ự ồ ớ ị l ch đ i v i nhau thì sóng ngang không th hình thành đ c. Ch t l ng vàệ ố ớ ể ượ ấ ỏ ch t khí là nh ng môi tr ng đó.ấ ữ ườ - Khi b bi n d ng nén hay c ng mà trong môi tr ng có các l c đàn h iị ế ạ ă ườ ự ồ xu t hi n thì trong môi tr ng đó có th truy n đ c sóng d c. Ch ngấ ệ ườ ể ề ượ ọ ẳ h n khi b nén, ch t l ng hay ch t khí s t ng áp su t, l c nén gi vai tròạ ị ấ ỏ ấ ẽ ă ấ ự ữ l c đàn h i.ự ồ  Nh v y trong ch t l ng và ch t khí ch có sóng d c truy nư ậ ấ ỏ ấ ỉ ọ ề đ c, còn trong ch t r n có th truy n đ c c hai lo i sóng.ượ ấ ắ ể ề ượ ả ạ 1.2. Các đ c tr ng c a sóngặ ư ủ . a. V n t c truy n sóng (C)ậ ố ề : Là quãng đ ng mà sóng truy n đ c trong m t đ n v th i gian.ườ ề ượ ộ ơ ị ờ b. B c sóng ướ λ : Là quãng đ ng mà sóng truy n đ c sau m t th i gian b ng 1 chu k T.ườ ề ượ ộ ờ ằ ỳ Nh v y ư ậ λ là kho ng cách bé nh t gi a các phân t dao đ ng cùng pha. Theoả ấ ữ ử ộ đ nh ngh a ta có : ị ĩ λ = CT. c. Chu k và t n sỳ ầ ố:  Chu k T là th i gian c n thi t đ sóng truy n đ c 1 b c sóng ỳ ờ ầ ế ể ề ượ ướ λ.  T n s f là s chu k th c hi n đ c trong 1 giây :ầ ố ố ỳ ự ệ ượ F = 1/T (Hz) 1.3. Ph ng trình sóngươ . • Sóng ph ng truy n d c theo ph ng OY v i v n t c C thì ph ngẳ ề ọ ươ ớ ậ ố ươ trình sóng bi u th m i quan h gi a đ chuy n d i X c a phân t daoể ị ố ệ ữ ộ ể ờ ủ ử đ ng k t v trí cân b ng v i th i gian t và kho ng cách y đ n các v trí cânộ ể ừ ị ằ ớ ờ ả ế ị b ng các phân t dao đ ng trên ph ng truy n sóng nh sau :ằ ử ộ ươ ề ư X = asinω(t – y/c) SVTH: V n Tu nĐỗ ă ấ Trang 7 Khoa CNTT – HBKHN Đ GVHD th y: D Thanh ầ ư Bình  N u sóng ph ng truy n theo h ng ng c v i h ng tínhế ẳ ề ướ ượ ớ ướ kho ng cách y thì :ả X = asinω(t + y/c)  i v i sóng c u thì biên đ a c a dao đ ng sóng t i v trí cáchĐố ớ ầ ộ ủ ộ ạ ị ngu n b ng bán kính r, t l ngh ch v i r, ph ng trình sóng có d ng:ồ ằ ỉ ệ ị ớ ươ ạ X = a / r sinω(t – r/c) II. SÓNG ÂM. 2.1. Dao đ ng âm và s truy n dao đ ng.ộ ự ề ộ • Sóng âm là m t lo i sóng c có biên đ dao đ ng nh mà thính giác nh nộ ạ ơ ộ ộ ỏ ậ bi t đ c. Thí d dao đ ng phát ra t dây đàn, m t tr ng đang rung đ ng.ế ượ ụ ộ ừ ặ ố ộ Sóng âm là m t lo i sóng c nên m i khái ni m và hi n t ng v dao đ ng vàộ ạ ơ ọ ệ ệ ượ ề ộ sóng c trên đây đ u áp d ng cho sóng âm.ơ ề ụ  Trong không khí c ng nh trong m i ch t khí khác, nh ng daoũ ư ọ ấ ữ đ ng truy n đi d i d ng sóng d c, khi đ n tai ng i nh ng dao đ ng cóộ ề ướ ạ ọ ế ườ ữ ộ t n s t 16 đ n 20000 Hz s gây c m giác đ c bi t v âm.ầ ố ừ ế ẽ ả ặ ệ ề  Các dao đ ng đàn h i có t n s f>20.000 Hz là sóng siêu âm.ộ ồ ầ ố  Các dao đ ng đàn h i có t n s f<16 Hz là sóng h âmộ ồ ầ ố ạ  M i âm có m t t n s riêng, đ n v c a t n s là héc (Hz) v i đ nhỗ ộ ầ ố ơ ị ủ ầ ố ớ ị ngh a:”Héc là t n s c a m t qúa trình dao đ ng âm trong đó m i giây th cĩ ầ ố ủ ộ ộ ỗ ự hi n đ c m t dao đ ng”.ệ ượ ộ ộ 1 Héc (Hz) = 1 dao đ ng / 1 giâyộ  Vi c phân chia sóng h âm, sóng siêu âm và sóng âm (âm thanh) liên quanệ ạ t i kh n ng sinh lý c a thính giácớ ả ă ủ 2.2. n v v t lý c a âm thanh.Đơ ị ậ ủ  Âm thanh hay ti ng đ ng mà con ng i nh n bi t đ c do tác đ ngế ộ ườ ậ ế ượ ộ c a sóng âm lên màng nh tai.ủ ĩ SVTH: V n Tu nĐỗ ă ấ Trang 8 Khoa CNTT – HBKHN Đ GVHD th y: D Thanh ầ ư Bình  Các dao đ ng âm phát ra t ngu n lan truy n trong môi tr ng đànộ ừ ồ ề ườ h i nh không khí d i d ng sóng đàn h i g i là sóng âm. Sóng âm đ n kíchồ ư ướ ạ ồ ọ ế đ ng màng nh tai gây c m giác v âm, do đó c n phân bi t hai lo i đ i l ngộ ĩ ả ề ầ ệ ạ ạ ượ v âm:ề - i l ng âm khách quan: nh ng đ i l ng thu n túy v t lý, không phĐạ ượ ữ ạ ượ ầ ậ ụ thu c vào tai ng i.ộ ườ - i l ng âm ch quan: nh ng đ i l ng tâm lý v t lý ph thu c vào taiĐạ ượ ủ ữ ạ ượ ậ ụ ộ ng i.ườ 2.2.1. n v âm khách quan:Đơ ị a. Ap su t âm:ấ Khi sóng âm t i m t m t nào đó, do các phân t môi tr ng dao đ ngớ ộ ặ ử ườ ộ tác d ng lên m t đó m t l c gây ra áp su t. Ap su t đây là áp su t d do sóngụ ặ ộ ự ấ ấ ở ấ ư âm gây ra ngoài áp su t khí quy n.ấ ể Trong ph m vi nghe đ c, áp su t âm trong kho ng t 2.10ạ ượ ấ ả ừ -4 đ nế 2.10 2 µbar, chênh l ch 10ệ 6 l n, đó là m t ph m vi r t r ng.ầ ộ ạ ấ ộ b. C ng đ âm (I):ườ ộ - C ng đ âm m t đi m nào đó trên ph ng đã cho trong tr ng âm là sườ ộ ở ộ ể ươ ườ ố n ng l ng âm đi qua đ n v di n tích c a m t S vuông góc v i ph ngă ượ ơ ị ệ ủ ặ ớ ươ truy n âm, t i đi m đó trong đ n v th i gian.ề ạ ể ơ ị ờ - M t vài c ng đ âm đáng chú ý:ộ ườ ộ Ng i nói th ngườ ườ I = 2.10 -3 W/m 2 Còi ô-tô I = 5 W/m 2 Còi báo đ ngộ I = 3.000 W/m 2 - Trong đi u ki n chu n (tề ệ ẩ o = 20 o C, áp su t 760mmHg):ấ V n t c âm trong không khí : C = 340 m/sậ ố ρ = 0,00121 gr/cm 3 . γ = C p /C v = 1,4 SVTH: V n Tu nĐỗ ă ấ Trang 9 Khoa CNTT – HBKHN Đ GVHD th y: D Thanh ầ ư Bình - Trong tính toán ng i ta quy c l y âm đ n t n s f = 1000 Hz làmườ ướ ấ ơ ầ ố chu n đ so sánh (g i là âm chu n).ẩ ể ọ ẩ - i v i âm chu n, trong ph m vi nghe đ cĐố ớ ẩ ạ ượ Áp su t âm nh nh t ấ ỏ ấ P min = 2.10 -4 µbar C ng đ âm nh nh tườ ộ ỏ ấ I min = 10 -16 W/cm 2 . - Ap su t âm và c ng đ âm l n nh t mà tai ng i có th ch u đ c là:ấ ườ ộ ớ ấ ườ ể ị ượ P max = 2.10 2 µbar I max = 10 -4 W/cm 2 . - Công su t âm nh nh t có th nghe th y đ c Wấ ỏ ấ ể ấ ượ min = 10 -12 Watt. 2.2.2. n v âm ch quan:Đơ ị ủ  Tai ng i trung bình có th nh n đ c nh ng sóng âm có t n s tườ ể ậ ượ ữ ầ ố ừ 16 đ n 20000 Hz, hi u q a này có liên quan t i kh n ng sinh lý c a taiế ệ ủ ớ ả ă ủ ng i.ườ  Nh v y, âm thanh là m t hi n t ng tâm lý v t lý, không ph i b tư ậ ộ ệ ượ ậ ả ấ c sóng âm nào t i tai c ng gây ra c m giác âm thanh nh nhau. Am có t nứ ớ ũ ả ư ầ s khác nhau gây ra c m giác khác nhau.ố ả  C ng đ âm nh nh t c a m t sóng âm xác đ nh mà tai ng i ngheườ ộ ỏ ấ ủ ộ ị ườ th y đ c g i là “Ng ng nghe”. Am có t n s khác nhau giá tr ng ngấ ượ ọ ưỡ ầ ố ị ưỡ nghe c ng khác nhau. Tai ng i thính nh t v i âm có t n s trong kho ngũ ườ ấ ớ ầ ố ả t 1000 đ n 3000 Hz, trong ph m vi này c ng đ âm ng ng nghe nhừ ế ạ ườ ộ ưỡ ỏ nh t. Nh ng t n s khác, tai kém thính h n, ng ng nghe có giá tr l nấ ữ ầ ố ơ ưỡ ị ớ h n.ơ  i v i âm chu n, c ng đ và áp su t ng ng nghe b ng:Đố ớ ẩ ườ ộ ấ ở ưỡ ằ P o = 2.10 -5 N/ m 2 . I o = 10 -12 W/m 2 .  Do c m giác âm thanh ph thu c vào đ c tính sinh lý c a tai ng i,ả ụ ộ ặ ủ ườ cho nên ph i có m t s đ i l ng đ c tr ng cho c m giác âm thanh phả ộ ố ạ ượ ặ ư ả ụ SVTH: V n Tu nĐỗ ă ấ Trang 10 [...]... MPEG là gì? MPEG, viết tắt của cụm từ “Moving Picture Experts Group”, là một nhóm chuyên nghiên cứu phát triển các tiêu chuẩn về hình ảnh số và nén âm thanh theo chuẩn ISO/IEC Ngày nay, nhóm làm việc MPEG đã phát tri ển và phát hành các tiêu chuẩn MPEG- 1, MPEG- 2 và MPEG- 4 Chuẩn MPEG- 3 được kết hợp vào MPEG- 2 và không còn tách riêng nữa Nhóm MPEG hiện nay đã phát triển đến chuẩn MPEG- 7 MPEG chỉ là một... audio) 2 So sánh các chuẩn MPEG: MPEG- 1 định nghĩa một tiêu chuẩn cho việc lưu trữ và phục hồi các hình ảnh động và âm thanh trên các thiết bị lưu trữ Tiêu chuẩn này định nghĩa r ằng hình ảnh được phát lại ở tốc độ 30 frames một giây và âm thanh được phát lại ở chất lượng như CD-audio, độ phân giải hình ảnh là 352 x 240 Chuẩn MPEG- 1 được dùng điển hình trong các phần mềm huấn luyện bằng máy tính, các game... không đổi MPEG- 5 và MPEG- 6 vẫn chưa được công bố MPEG- 7 định nghĩa một tiêu chuẩn về việc biểu diễn nội dung cho các nghiên cứu thông tin hình ảnh và âm thanh Tên chính thức là “Multimedia Content Description Interface” Mục tiêu của MPEG- 7 là chuẩn hoá vi ệc biểu diễn các mô tả về nội dung nghe nhìn Tuy nhiên chuẩn không đ ịnh nghĩa các công cụ để nhận ra nội dung nghe nhìn thật sự 3 Âm thanh MPEG Khả... chỉnh thích hợp, MPEG- 1 và MPEG- 2 làm việc r ất tốt đ ối v ới HDTV MPEG- 4 định nghĩa một tiêu chuẩn cho các ứng dụng Multi-media Đặc biệt nó định nghĩa tiêu chuẩn truyền cho dòng phức tạp các hình ảnh, âm thanh và dữ liệu đồ hoạ và việc tái hợp chúng trên thiết bị thu MPEG- 4 đ ược phát triển theo 2 giai đoạn, 1 và 2 Chuẩn MPEG- 4 định nghĩa các đ ối tượng hình ảnh mà trong đó các phần của một cảnh có... Karaoke MPEG- 2 định nghĩa cho một tiêu chuẩn kỹ thuật truyền hình số Chuẩn MPEG- 2 khắc phục một vài nhược điểm của chuẩn MPEG- 1 Ví dụ, MPEG- 2 có thể tạo hình ảnh lớn gấp 4 lần MPEG- 1 với độ nét cao hơn và rõ hơn (720 x 480 và 1280 x 720) Các đ ặc tính c ủa MPEG- 2 bao g ồm hình ảnh chất lượng cao và âm thanh nổi MPEG- 3 định nghĩa một tiêu chuẩn cho High Difinition Television (HDTV), là thế hệ tiếp theo. .. của một âm nào đó so với âm chuẩn mà tai người có thể phân biệt được - Độ to là một thuộc tính của thính giác, cho phép phán đoán tính chất mạnh yếu của âm thanh Căn cứ vào độ to mà sắp xếp âm từ nhỏ tới to - Mức to tăng 10 Fôn thì độ to tăng gấp đôi và ngược lại 2.3.2 Am điệu và âm sắc:  Âm điệu chỉ âm cao hay thấp, trầm hay bổng Âm đi ệu chủ y ếu ph ụ thuộc vào tần số của âm, tần số càng cao, âm nghe... những âm có sắc thái khác nhau mà tai ta phân biệt được Đặc tính đó của âm chính là âm sắc  Âm sắc là một đặc tính sinh lý của âm, được hình thành trên c ơ s ở các đặc tính vật lý của âm là tần số và biên độ Thực nghi ệm chứng tỏ r ằng khi một nhạc cụ phát ra một âm có tần số f1 thì đồng thời cũng phát ra các âm có tần số f2=2f1, f3=3f1  Âm có tần số f1 gọi là âm cơ bản hay họa âm thứ nhất, các âm. .. : Fôn là mức to của âm chuẩn, về giá trị bằng mức áp suất âm của âm chu ẩn tức là : L = 20lg P/Po (Fôn) - Vậy mức to của một âm bất kỳ đo bằng Fôn, về giá trị bằng mức áp suất âm của âm chuẩn đo bằng db có cùng mức to với âm đó Thí d ụ: âm có t ần s ố 500 Hz mức áp suất âm bằng 25 db và âm có tần số 50 Hz mức áp su ất âm bằng 64 db sẽ có cùng mức to bằng 20 Fôn, bằng mức to của âm 1000 Hz mức áp suất... bel b Mức cường độ âm (LI): Nếu gọi I là cường độ âm của âm đang xét và I o là cường độ âm của mức zero qui ước của âm chuẩn thì mức cường độ âm LI bằng : LI = 10lg(I/Io) db I tính bằng W/m2 c Mức áp suất âm (Lp): Mức áp suất âm suy dẫn từ mức cường độ âm Lp = 20lg(P/Po) db Trong đó: P :áp suất âm có ích của âm đang xét (N/m2) Po:áp suất âm của âm chuẩn ở ngưỡng nghe Thực tế áp suất âm là đại lượng cơ... tập tin chứa các dữ liệu của mẫu âm thanh đã được số hóa Phương pháp số hóa âm thanh hiện nay là phương pháp PCM Phương pháp này sẽ lấy mẫu âm thanh với tần số khoảng 11.025 kHz cho đến 44.1 kHz Mỗi lần lấy mẫu, số liệu này lại được lượng tử hóa bằng một hay hai byte cho một mẫu âm thanh Như vậy tần số lấy mẫu càng cao, s ố byte dùng lượng tử hóa càng nhiều thì âm thanh phát lại càng trung thực, nhưng . 3. Mã hóa s h cố ọ 54 4. Gi i thu t Lempel-Ziv-Welch (LZW)ả ậ 55 III. CÁC GI I THU T NÉN CÓ T N TH TẢ Ậ Ổ Ấ 57 1. Các ph ng pháp nén âm thanh n gi nươ đơ ả 57 2. Nén âm thanh dùng mô hình âm. y: D Thanh ầ ư Bình II. CÁC KHÁI NI M TRONG ÂM THANH MPEG 40 1. L c mã hóa Perceptual Sub-bandượ đồ 40 2. Gi i thích hi u q a che (masking efficiency)ả ệ ủ 41 3. Các l p c a âm thanh MPEG . âm thanh và hình nh.ả ả M c tiêu c a đ tài ch y u ch đ tìm hi u v các ph ng pháp mã hoá và nén ủ ề ủ ế ỉ ể ể ề ươ âm thanh theo chu n Mpeg, t đó d a trên m t s source code (vi t b ng C) đã cóẩ