MÃ HÓA ÂM THANH CHUẨN WAV

MÃ HÓA ÂM THANH CHUẨN WAV

Vai trò xử lý âmthanh

Điều xung mã PCM

 Các chuẩn nén audio

 Các khái niệm trong âm thanh

 Giải thuật nén âm thanh

 Cấu trúc Wave File

Nội dung

Vai trò của xử lý âm thanh hình ảnh trong truyền thông đa phương tiện

 Xu hướng phát triển của viễn thông: các nhu cầu về dịch vụ và các hạn chế của công nghệ truyền dẫn, chuyển mạch liên quan để thấy được vai trò của xử lý âm thanh và hình ảnh;

 Các chuẩn nén âm thanh và hình ảnh đang được sử dụng phổ biến trong truyền thông: G711, G729; JPEG; MPEG; H264…

Các đặc điểm của hệ thống thính giác

Sự cảm thụ của tai người đối với

âm thanh

 Khoảng cách dải âm lớn nhất và yếu nhất mà tai con người có thể nghe là 120dB, tức là dải 1 triệu lần biên độ Người nghe có thể phát hiện sự thay đổi độ ồn âm thanh khi tín hiệu bị thay đổi khoảng 1dB (biên độ thay đổi 12%)

 Nhận biết mức độ ồn liên quan mật thiết với công suất âm thanh theo bậc mũ 1/3

Nếu tăng công suất âm lên 10 lần, người nghe nhận được rằng độ ồn tăng lên tầm 2 lần (101/3≈2 lần)

Dải nghe của con người thông thường từ 20Hz đến 20kHz, độ nhạy âm lớn nhất từ 1kHz đến 4kHz

Khả năng xác định hướng nguồn âm tốt nhưng xác định khoảng cách đến nguồn âm kém

Ngưỡng nghe

Mặt nạ thời gian

Mặt nạ tần số

T/h số010011

hóa

Mã hóaLấy mẫu

T/h rời rạc x(n) T/h số xq(n)

Mã hóa ADC

Biến đổi ADC

Điều xung mã PCM được đặc trưng bởi 3 quá trình :

Lượng tử hóa và mã hóa không đều

Thực hiện:

1. Nén tín hiệu tương tự bằng bộ khuếch đại nén phi tuyến

2. Lượng tử hóa & mã hóa PCM đề

ln(

) ) t ( s 1

ln(

) t (

µ +

=

A=1 A=5

s1(t) s2(t)

≤

≤ +

=

1 ) t (

s A

1 ,

A ln 1

) ) t ( s A ln(

1

A

1 )

t ( s 0

, A ln 1

) t ( s A )

t

(

s

1 1

1 1

2

Đặc tuyến nén xấp xỉ hóa tuyến tính luật A

1.0 1/2

1/4 1/8

3

2

1 7/8

6/8

5/8 1.0

Khái niệm : Lấy mẫu là quá trình rời rạc hóa tín hiệu theo thời gian

1 Lượng tử hóa đều: Chia biên độ xung lấy mẫu thành các khoảng đều nhau, mỗi khoảng là một bước lượng tử đều ∆

2 Lượng tử hóa không đều : Chia biên

độ xung lấy mẫu thành các khoảng

không đều nhau theo nguyên tắc khi biên

độ xung lấy mẫu càng lớn thì độ dài

bước lượng tử càng lớn

Lượng tử hóa

1 Chức năng: Chuyển đổi biên

độ xung lượng tử thành một từ

mã 8 bít

2.Đặc tính bộ mã hóa A=87,6/13

Mã hóa

Điều xung mã vi sai DPCM

Click to edit Master text styles

Second level

Third level

Fourth level

Fifth level

Mô hình miền thời gianViệc mô tả âm thanh trong miền tần số rất có hiệu quả, tuy nhiên trong một vài ứng dụng, để tiện việc nghiên cứu việc tổng hợp âm thanh, việc phân tích trong miền thời gian lại có ưu thế hơn.

 Realaudio: Định dạng của công ty RealNetworks, chủ yếu dùng cho phát nhạc trực tuyến, định dạng đầu tiên ra đời

năm 1995, đến nay đã có RealAudio 10

 WMA: Định dạng âm thanh của Microsoft, ra mắt năm 1999, trên lý thuyết có thể nén 96 kbps với chất lượng của

MP3 128 kbps WMA cũng phổ biến trong thế giới âm thanh phát trực tuyến

Chuẩn nén audio

 Hiệu ứng che (masking)

 Ngưỡng nghe và mức nhạy cảm

 Che tần số (Frequency Masking)

 Che nhất thời (che thời gian)

Các khái niệm trong âm thanh

Hiệu ứng che (masking): là âm lớn át âm bé, âm mạnh át âm yếu:

Các khái niệm trong âm thanh

Che tần số: (Frequency Masking)

Phát ra 1 âm có tần số 1 kHz với mức to cố định là 60dB, gọi là “âm che” (masking tone) Phát ra một âm khác (gọi là test tone) ở mức tần số khác (ví dụ 1.1kHz), và tăng mức to của âm này cho đến khi có thể nghe được nó (phân biệt được

âm 1.1 kHz và âm che 1kHz)

Các khái niệm trong âm thanh

Làm thí nghiệm với các “masking tones” có các tần số khác nhau, ta có được hình vẽ:

Che tần số (Frequency Masking)

 Che nhất thời (che thời gian)

Nếu ta nghe một âm thanh lớn, rồi ngưng nó lại, mãi một lúc sau ta mới có thể nghe được một âm lân cận nhỏ hơn

Các giải thuật nén âm thanh

Nén không tổn thất

 Mã hóa Huffman

 Mã hóa Huffman sửa đổi

 Mã hóa số học

Dựa vào mô hình thống kê tính tần suất xuất hiện các ký tự

 Gán cho các ký tự có tần xuất cao bằng một từ mã ngắn, các ký tự có tần xuất thấp bằng một từ mã dài

Tạo cây huffman

Giải thuật nén không tổn thất

- Khởi tạo: đưa các node vào danh sách open theo thứ tự tại mọi thời điểm.

- Lặp lại cho đến khi danh sách open chỉ còn một node bên trái như sau:

Từ danh sách open, chọn hai node có xác suất thấp nhất rồi tạo node cha cho chúng Sau đó đưa node cha vào danh sách open Gán mã

0,1 vào các nhánh cây và xóa các node con khỏi danh sách open.

Giải thuật nén không tổn thất

Ký tự Tần suất Ký tù Tần suất xác suất

4 Giải thuật Lempel-Ziv-Welch(LZW).

• Giả sử chúng ta muốn mã hóa cho một cuốn từ điển Tiếng Anh 159,000 từ Như vậy mỗi từ cần 18 bit để mã hóa

• Nhược điểm: Dùng qúa nhiều bit Chỉ làm việc cho ký tự tiếng Anh

• Giải pháp: Cần phải tìm một cách mã hóa cuốn từ điển cho thích hợp

output the code for w;

w = k;

}

Giải thuật nén khơng tổn thất

typedef struct {

WORD wFormatTag;

WORD nChannels;

DWORD nSamplesPerSec; DWORD nAvgBytesPerSec; WORD nBlockAlign;

} WAVEFORMAT;

Cấu trúc Wave File

- nChannels: nChannels: có hai giá trị bằng 1 cho âm thanh mono và bằng 2 cho âm thanh stereo.

Cấu trúc Wave File

nAvgBytesPerSec: cho biết số bytes yêu cầu trung bình trong một giây để phát lại mẫu dữ liệu của sóng âm.

Cấu trúc Wave File

- nBlockAlign:

nBlockAlign: cho biết số byte dùng để chứa một mẫu âm thanh Như vậy mẫu 8 bit hay ít hơn sẽ yêu cầu 1 byte, mẫu 9 đến

16 bit sẽ yêu cầu 2 bytes Nếu âm thanh là Stereo thì yêu cầu gấp 2 lần số byte dùng cho âm thanh mono

Cấu trúc Wave File

• [1] Kỹ thuật Multimedia PGS-TS Phạm Văn Tuấn - ĐHBKĐN

• [2] Bài giảng xử lý âm thanh và hình ảnh (Học viện công nghệ BCVT)

• [3] Bài giảng Kỹ thuật Multimedia của Thầy Phạm Duy Nhất Viễn- ĐHBK – ĐN

• [4] Tài liệu Xử lý âm thanh – Hình ảnh của Trung tâm đào tạo BCVT 1

• [5] WWW Tailieu.vn

Tài liệu tham khảo

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN