Nén âm thanh tiếng nói thoại theo chuẩn ITU

Âm thanh (Sound) là các dao động cơ học của các phần tử, nguyên tử hay các hạt vật chất lan truyền trong không gian, được cảm nhận trực tiếp qua tai người bởi sự va đập vào màng nhĩ và kích thích bộ não. Sóng âm tần được đặc trưng bởi biên độ, tần số (bước sóng) và vận tốc lan truyền. Đối với tai người, âm thanh cảm nhận được bởi sóng có dao động trong dải tần từ 20Hz đến 20kHz. Tín hiệu âm thanh được chia thành 2 loại dựa trên dải tần: Âm thanh dải tần cơ sở (âm thanh tiếng nói thoại, gọi tắt là âm thanh thoại): có dải tần từ 300Hz đến 4kHz. Âm thanh dải rộng (tiếng nói trình diễn, hát, âm nhạc…): có dải tần số từ 100Hz đến 20kHz

XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN NHÓM 16 : NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU 10/4/2016 Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực : PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan Phạm Thành Đạt – 20121503 Đỗ Xuân Cường – 20121358 Doãn Tuấn Vũ - 20122814 Trương Văn Lai – 20101751 PHÂN CÔNG Thành viên Nội dung Phạm Thành Đạt Tìm hiểu số khái niệm sound đặc điểm hai loại tín hiệu audio: tín hiệu tiếng nói thoại audio HiFi + Tìm hiểu chuẩn ITU dùng ứng dụng VOIP Doãn Tuấn Vũ Phân tích sơ đồ mã hóa tiếng nói thoại theo chuẩn ITU G726 Đỗ Xuân Cường Trương Văn Lai Xây dựng thuật toán mã hóa theo sơ đồ phân tích trên, đặt thực nghiệm đo lường hiệu giải pháp nén NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khái niệm âm  Âm (Sound) dao động học phần tử, nguyên tử hay hạt vật chất lan truyền không gian, cảm nhận trực tiếp qua tai người va đập vào màng nhĩ kích thích não Sóng âm tần đặc trưng biên độ, tần số (bước sóng) vận tốc lan truyền Đối với tai người, âm cảm nhận sóng có dao động dải tần từ 20Hz đến 20kHz Tín hiệu âm chia thành loại dựa dải tần: - Âm dải tần sở (âm tiếng nói thoại, gọi tắt âm thoại): có dải tần từ 300Hz đến 4kHz - Âm dải rộng (tiếng nói trình diễn, hát, âm nhạc…): có dải tần số từ 100Hz đến 20kHz NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Đặc điểm loại âm  Một số đặc điểm âm ra: Âm tiếng nói thoại - Giới hạn dải phổ tín hiệu 300Hz - 4kHz - Tần số lấy mẫu fs = 8kHz tương đương với chu kỳ Te = 125µs - Mỗi mẫu mã hóa 8bits - Tốc độ cần thiết = 8bit x 8kHz = 64Kbit/s NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Audio HiFi - Giới hạn phổ tín hiệu: 20KHz - Tần số lấy mẫu fs = 44.1 kHz , fs chuyên dụng: 48kHz - Mỗi mẫu mã hóa 16bits kênh stereo - Tốc độ liệu stereo: 176 Kbyte/s Các chuẩn ITU dùng ứng dụng VOIP  Sử dụng thiết bị đường dây số  G.711 ( a-law u-law hàm lượng tử hóa PCM tốc độ 64kbits/s)  G.721 (ADPCM tốc độ 32 kbits/s)  G.723 (ADPCM tốc độ 40, 24 kbits/s)  G.726 (ADPCM tốc độ 16, 24, 32, 40 kbits/s)  Sử dụng thiết bị di động  G.728 (tốc độ 16 Kbps, độ trễ < 2ms, chất lượng giống tốt G.721)  G.723.1 (CELP tốc độ 5.3 6.4 kbits/s)  G.729 (CELP tốc độ kbits/s)  GMS 06.10 ( tốc độ 13 6.5 kbits/s) NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Đặc điểm chuẩn mã hóa nén tiếng nói Encoder PCM MICDA RPE-LTP CELP CS-ACELP LPC Đánh giá hiệu (Standar) G.711 G.726 ETSI GMS 06 -10 DOD FS1016 G729 DOD LPC 10 FS 1015 Tốc độ sau nén (Debit) 64 kbit/s 32 kbit/s 13kbit/s 4.8 kbit/s kbit/s 2.4 kbit/s Chất lượng (MOS) 4.2 4.0 3.6 3.5 4.0 2.3 Độ trễ (Delay) 125µs 300µs 50ms 50ms 30ms 50ms MISP 0.1 12.0 2.5 16.0 20.0 7.0 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Thuật toán mã hóa ADPCM: NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối biến đổi PCM đồng dạng NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối biến đổi PCM đồng dạng NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử thích nghi 10 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử thích nghi 11 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU QUAN 12 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU SUBTB  Đầu vào: DL, Quantizer scale factor –Y  Đầu ra: DLN  Có chức năng: Scale logarithmic version of difference signal by subtracting scale factor,  DLN = (DL + 4096 − (Y >> 2)) & 4095  13 Giá trị sau lượng tử tín hiệu vi phân truyền đến phía thu Một lượng tử hóa thích ứng đảo tạo tín hiệu vi phân lượng tử từ mẫu bit Tín hiệu ước lượng cộng vào tín hiệu vi phân lượng tử để phục hồi lại dạng tín hiệu Cả hai tín hiệu hồi phục tín hiệu vi phân lượng tử đưa vào tiên đoán tương thích, có tác dụng ước lượng tín hiệu đầu vào hoàn thành vòng lặp NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử hóa thích ứng đảo 14 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử hóa thích ứng đảo 15 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử hóa thích ứng đảo 16 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Cài đặt thử nghiệm đo lường hiệu năng:  Demo sử dụng phần mềm Matlab để mô thuật toán mã hóa ADPCM  Tín hiệu đầu vào file âm sp_encoded.wav  alpha hệ số dự đoán lọc thích ứng  deltamin deltamax khoảng bước lượng tử thích ứng  nbits số bit dùng để lượng tử  Sau chạy chương trình, ta thu phổ tín hiệu lượng tử tín hiệu lỗi với hệ số lỗi SNR=34.50 dB mã hóa cho bit, với deltamin=16, deltamax=1600, hệ số alpha=0.8 17 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Giao diện 18 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Tính tỷ số nén  Thử nghiệm trênMatlab sử dụng CODEC theo chuẩn G 726(Sử dụng phương     19 pháp mã hóa ADPCM) Tín hiệu đầu vào file âm input.wav , file thu sau nén file output.wav File để mã hóa tín hiệu : adpcm_encoder.m File để giải mã tín hiệu : adpcm_decoder.m Tính tỉ số nén : tinh_ty_so_nen.m NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE 20 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU [...]... có tác dụng ước lượng tín hiệu đầu vào và hoàn thành vòng lặp NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử hóa thích ứng đảo 14 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử hóa thích ứng đảo 15 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử hóa thích ứng đảo 16 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Cài đặt thử nghiệm và đo lường hiệu năng:  Demo sử dụng phần... 18 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Tính tỷ số nén  Thử nghiệm trênMatlab sử dụng bộ CODEC theo chuẩn G 726(Sử dụng phương     19 pháp mã hóa ADPCM) Tín hiệu đầu vào là file âm thanh input.wav , file thu được sau nén là file output.wav File để mã hóa tín hiệu : adpcm_encoder.m File để giải mã tín hiệu : adpcm_decoder.m Tính tỉ số nén : tinh_ty_so_nen.m NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO. ..Khối lượng tử thích nghi 11 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU QUAN 12 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU SUBTB  Đầu vào: DL, Quantizer scale factor –Y  Đầu ra: DLN  Có chức năng: Scale logarithmic version of difference signal by subtracting scale factor,... là file âm thanh sp_encoded.wav  alpha là hệ số dự đoán của bộ lọc thích ứng  deltamin và deltamax là khoảng của bước lượng tử thích ứng  nbits là số bit dùng để lượng tử  Sau khi chạy chương trình, ta thu được phổ của tín hiệu lượng tử và tín hiệu lỗi với hệ số lỗi SNR=34.50 dB mã hóa cho 4 bit, với deltamin=16, deltamax=1600, hệ số alpha=0.8 17 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Giao... output.wav File để mã hóa tín hiệu : adpcm_encoder.m File để giải mã tín hiệu : adpcm_decoder.m Tính tỉ số nén : tinh_ty_so_nen.m NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE 20 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU ... dạng NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử thích nghi 10 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử thích nghi 11 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU. .. 7.0 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Thuật toán mã hóa ADPCM: NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối biến đổi PCM đồng dạng NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối... lặp NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử hóa thích ứng đảo 14 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO CHUẨN ITU Khối lượng tử hóa thích ứng đảo 15 NÉN ÂM THANH TIẾNG NÓI THOẠI THEO