Mã hoá và nén tín hiệu âm thanh ứng dụng trong phát thanh số

Header Page of 128 Mã hố nén tín hiệu âm ứng dụng phát số Trần Thị Minh Huệ Trường Đại học Công nghệ Luận văn Thạc sĩ ngành: Kỹ thuật Điện tử; Mã số: 62 52 70 Người hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Trường Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Trình bày kiến thức sở âm từ đặc điểm sóng âm đến tín hiệu âm tương tự chuyển đổi sang tín hiệu âm số Tìm hiểu giải thuật nén âm định dạng âm thực tế Nghiên cứu mã hố – nén tín hiệu âm ứng dụng phát số- mã hoá dải với tổ hợp hệ số phân chia[6, 6, 6, 4, 4] mô kết Keywords: Kỹ thuật điện tử; Xử lý tín hiệu số; Nén tín hiệu; Âm thanh; Mã hóa tín hiệu Content MỞ ĐẦU Sự phát triển ngành điện từ sản xuất thiết bị âm chuyên dụng dân dụng dựa công nghệ số Khi dung lượng lưu trữ độ rộng kênh truyền số liệu quan tâm mức, tốc độ dòng số liệu tín hiệu âm có đủ độ lớn để giữ mức âm trung thực Tuy nhiên, khó khăn gặp phải thời gian lưu trữ giá thành thết bị tăng cao Do để giảm giá thành tốc độ lưu trữ số liệu, phương pháp đưa nén dòng số liệu audio số Nguyên tắc kỹ thuật nén giảm thông tin dư thừa khơng cần thiết tín hiệu âm thanh.Mã hố dải (SBC) phát minh năm 1980 có ưu điểm bật nén liệu với hệ số lớn đảm bảo chất lượng tín hiệu cho phép Trong thực tế, tuỳ theo mục đích khác ta phải giải mâu thuẫn tỷ lệ nén liệu chất lượng âm cho đảm bảo tiêu chuẩn phát Chính vậy, vấn đề nén mã hố tín hiệu âm thiết bị xử lý, lưu trữ truyền dẫn vấn đề đặc biệt quan tâm ngành truyền thơng nói chung ngành phát nói riêng Xuất phát từ lý đó, tơi chọn đề tài “Mã hố nén tín hiệu âm ứng dụng phát số” cho luận văn Nội dung tìm hiểu luận văn gồm chương trình bày vấn đề sau: luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 Chương I: Trình bày kiến thức sở âm từ đặc điểm sóng âm đến tín hiệu âm tương tự chuyển đổi sang tín hiệu âm số Chương II: Trình bày giải thuật nén âm định dạng âm thực tế Chương III: Trình bày mã hố – nén tín hiệu âm ứng dụng phát sốmã hoá dải với tổ hợp hệ số phân chia[66644] mô kết CHƢƠNG I: KIẾN THỨC CƠ SỞ 1.1- Âm [11][6] 1.2.1- Định nghĩa Âm dao động học phân tử, nguyên tử hay hạt làm nên vật chất lan truyền vật chất sóng Đối với thính giác người, âm thường dao động dải tần số từ khoảng 20 Hz đến 20 kHz, phân tử khơng khí, lan truyền khơng khí, va đập vào màng nhĩ, làm rung màng nhĩ kích thích não 1.1.2- Q trình truyền lan âm Sóng âm từ vật thể rung động phát ra, lan truyền không gian, tới tai ta làm rung động màng nhĩ theo nhịp điệu rung động vật thể phát tiếng, nhờ mà tai nghe âm Trong khơng khí, âm lan truyền dạng sóng dọc Trong chất rắn, , âm truyền lan dạng sóng ngang Trong mơi trường chân khơng âm không truyền lan 1.1.3- Các đại lƣợng vật lý âm [6],[11] 1.1.3.1- Tần số Tần số âm đơn số lần dao động khí khơng khí truyền dẫn âm giây Đơn vị đo tần số Hz – Hertz (1MHz = 1000kHz = 1000000Hz) 1.1.3.2- Áp suất âm Độ dao động áp suất khí bị sóng âm tác động gọi áp suất âm Áp suất âm hay gọi áp có đơn vị Pascal [Pa] 1Pa= 1N/m2 Trong trường gần, áp biến đổi theo tỷ lệ nghịch với khoảng cách ( p  ) không phụ r thuộc vào tần số 1.1.3.3- Tốc độ dao động âm Khi có tác động sóng âm thanh, phần tử khơng khí dao động xung quanh vị trí cân Tốc độ dao động phần tử khơng khí tác động âm gọi tốc độ dao động âm (ký hiệu v [m/s]) 1.1.3.4- Công suất âm luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 Công suất âm lượng âm qua đơn vị diện tích S [m2] khoảng thời gian giây Công suất âm tính cơng thức P  pvS 1.1.3.5- Cƣờng độ âm Cường độ âm công suất âm qua đơn vị diện tích 1cm2 đặt vng góc với phương truyền âm đơn vị thời gian I P  pv S 1.1.4- Quá trình cảm thụ tai ngƣời âm Tai người nghe âm dải tần số từ 20Hz ÷ 20.000Hz Người già nghe tiếng người trẻ Ta phân biệt 130 mức áp khác nhau, mức cách 1dB Tai người nghe nhậy với tần số khoảng 500Hz ÷ 5000Hz 1.1.5- Các yếu tố ảnh hƣởng đến âm 1.1.5.1- Suy giảm lƣợng đƣờng truyền lan Khi nguồn âm có kích thước nhỏ nhiều so với bước sóng coi nguồn âm điểm Nguồn âm điểm : khoảng cách tăng gấp đơi áp giảm nửa mức áp giảm 6dB Khi có nhiều nguồn âm điểm nối tiếp thành tuyến đường tạo thành nguồn âm tuyến , khoảng cách tăng gấp đơi giảm 3dB Các nguồn âm dạng mặt phẳng gọi nguồn âm diện Trong trường gần nguồn âm diện có mặt xạ mức âm không suy giảm theo khoảng cách 1.1.5.2- Ảnh hƣởng thời tiết, khí hậu Tần số cao độ suy giảm lớn Nhiệt độ độ ẩm ảnh hưởng tới truyền tải lượng âm độ ẩm nhiệt độ tăng suy giảm lượng lại bớt 1.1.5.3- Hiện tƣợng nhiễu xạ 1.1.5.4- Hiện tƣợng phản xạ, khúc xạ 1.1.5.5- Ảnh hƣởng sóng phản xạ tác động đến trình cảm thụ âm Chỉ âm phản xạ đến sau trực âm khoảng 50ms trở lên có cường độ đủ lớn tai ta nghe tách biệt chúng khỏi trực âm, song phản âm bậc nằm khoảng thời gian nhỏ 50ms có ảnh hưởng lớn đến âm phòng Ảnh hƣởng phản âm bậc Định hướng sai vị trí nguồn âm Cảm giác kích thước phòng Tiếng dội luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 1.2- Tín hiệu âm tƣơng tự 1.2.1- Định nghĩa Ở dạng gốc, tín hiệu âm tín hiệu tương tự (analog), tức tín hiệu có đường biểu diễn tần số biên độ liên tục 1.2.2 Sự chuyển đổi sóng âm sang tín hiệu điện Để thực chuyển đổi tín hiệu âm (dạng sóng) sang tín hiệu âm dạng điện ta sử dụng thiết bị chuyển đổi Microphone 1.2.3- Các thơng số tín hiệu tƣơng tự 1.2.3.1- Biên độ (Amplitute): Đo độ mạnh tín hiệu (hay gọi mức tín hiệu), đơn vị Decibel (dB) hay volts 1.2.3.2- Tần sô (Frequency): Là tốc độ thay đổi tín hiệu giây, đơn vị Hz hay số chu kỳ giây 1.2.3.3- Pha (Phase): Là tốc độ thay đổi quan hệ tín hiệu thời gian, mơ tả theo độ (degree) 1.2.4-Các hạn chế tín hiệu tƣơng tự - Méo phi tuyến trình ghi âm: - Thời gian trính chép lưu trữ lớn - Tín hiệu tạp âm (S/N) bị hạn chế: 1.3- Tín hiệu âm số 1.3.1- Định nghĩa Tín hiệu âm số tín hiệu gồm mẫu lấy từ tín hiệu gốc analog số hóa theo mã quy định, tín hiệu rời rạc 1.3.2- Chuyển đổi tín hiệu âm tƣơng tự sang tín hiệu âm số [6] - Lấy mẫu (rời rạc hóa theo thời gian) - Lượng tử hóa (rời rạc hóa theo biên độ) - Mã hóa (gán giá trị nhị phân cho mẫu) 1.3.2.1- Lấy mẫu a/ Lấy mẫu lý tưởng b/ Lấy mẫu tín hiệu thực tế Q trình lấy mẫu lý tưởng giả thiết khoảng thời gian xung lấy mẫu gần không Tuy nhiên thực tế, thời gian cho phép chuyển đổi A/D, giá trị biên độ xung cho mẫu trì đến tận thời gian mẫu lấy luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 Hình 1.19: Quá trình lấy mẫu thực tế miền tần số c/ Các tần số lấy mẫu chuẩn 1.3.2.2- Định lý Nysquist tƣợng chồng phổ Để tránh tượng chồng phổ, tín hiệu tương tự phải có giới hạn dải thơng thích hợp nhỏ fsa /2 trước chuyển đổi A/D Để khơi phục tín hiệu thì: f M  f sa - Lựa chọn hợp lý giá trị fs :  fsa phải đủ lớn để biểu diễn đầy đủ tính chất tín hiệu  fsa lớn yêu cầu cao phần cứng, tốn nhớ vv… - Giới hạn fs Giả sử Tp: thời gian để xử lý mẫu liệu (tùy thuộc vào phân cứng) fp= 1/Tp: tốc độ xử lý mẫu Để giá trị mẫu khơng chồng lên thì: f sa  f p Tóm lại giá trị fsa: f M  f sa  f p Hình 1.20: Méo chồng phổ luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 1.3.2.3- Lƣợng tử hóa Lượng tử hố q trình xấp xỉ giá trị tín hiệu lấy mẫu s(nT) bội số giá trị q (q gọi bước lượng tử) Nếu q không thay đổi trình lượng tử gọi đồng CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT NÉN ÂM THANH 2.1 - Các giải thuật nén âm [6] 2.1.1- Giới thiệu 2.1.2- Giải thuật nén không liệu Nén không liệu cho phép khơi phục lại dòng bit thơng tin nguyên thủy sau giải nén mà không gây tổn hao 2.1.2.1- Mã hóa Huffman Mã hóa Huffman thuật tốn mã hóa liệu ngẫu nhiên sử dụng để nén không liệu ưu điểm hệ số nén tương đối cao, phương pháp thực tương đối đơn giản, đòi hỏi nhớ, xây dựng dựa mảng bé 64KB Nhược điểm phải chứa bảng mã vào tập tin nén phía nhận giải mã hiệu suất nén cao ta thực nén tập tin lớn 2.1.2.2- Mã hóa số học Dùng mơ phỏng: bắt đầu việc đoán tần số ký hiệu Cập nhật tần số cho ký hiệu 2.1.2.3- Giải thuật Lempel-Ziv-Welch (LZW) LZW phương pháp nén phát minh Lempel - Zip Welch Nó hoạt động đựa ý tưởng đơn giản người mã hoá người giải mã xây dựng bảng mã Bảng mã không cần lưu kèm với liệu trình nén, mà giải nén, người giải nén xây dựng lại Ưu điểm phương pháp nén LZW bên nhận tự xây dựng bảng mã mà khơng cần bên gửi phải gửi kèm theo tin nén Nhược điểm thuật toán tốn nhiều nhớ, khó thực dựa mảng đơn giản (bé 64KB) 2.1.3- Giải thuật nén có liệu 2.1.3.1- Nén âm dùng mơ hình tâm lý “Ngưỡng nghe”: mức mà âm khơng thể nghe Hiệu ứng che (masking): âm lớn át âm bé, âm mạnh át âm yếu luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 Nghiên cứu thử nghiệm cho thấy: độ nhạy tai khác thành phần tần số khác nhau, nên lợi dụng điều để lượng tử hóa tín hiệu audio với số bit khác cho băng con, dẫn đến số bit trung bình giảm xuống 2.1.3.2- Mã hóa dải [5],[7],[3] Bộ mã hóa dải M kênh, kênh có hệ số phân chia ni (i=0,1, M-1) Tổ hợp [n0, n1, nM-1], gọi tổ hợp phân chia Thành phần SBC băng lọc nhiều nhịp phân tích tổng hợp Trong băng lọc có 1bộ lọc thơng thấp, lọc thơng cao M-2 lọc thơng dải Bộ lọc phân tích chia dải tần tín hiệu vào thành dải Băng lọc tổng hợp có nhiệm vụ khơi phục lại dải tần tín hiệu vào từ dải Nguyên lý mã hóa dải Mã hóa dải thuật tốn áp dụng để nén tín hiệu âm thanh, thuật tốn dùng mơ hình tâm lý thính giác để lượng tử hóa thích nghi thành phần tai người nghe Những thành phần tín hiệu ngưỡng nghe tuyệt đối bị che tín hiệu lớn khơng mã hóa Tín hiệu âm miền thời gian, lấy khoảng ngắn liên tiếp, đưa vào băng lọc số Băng lọc số phân chia dải tần tín hiệu thành số dải định Độ rộng phân bố dải gần với dải tới hạn tai người tốt Đồng thời tín hiệu dải đưa vào mơ hình tâm lý thính giác Mơ hình tâm lý thính giác đánh giá phổ dải con, sau so sánh với ngưỡng nghe để loại bỏ thành phần mà tai người không nghe thấy Các thông số kỹ thuật mã hóa dải - Số kênh: - Tổ hợp phân chia: - Số bít trung bình mẫu: - Lỗi khôi phục: 2.1.3.3- Nén âm theo chuẩn MPEG[6],[10] Thuật toán nén âm theo chuẩn MPEG bao gồm bước: Bƣớc 1: tín hiệu audio PCM chuyển sang miền tần số, toàn dải phổ chia thành 32 băng thơng qua lọc băng Bƣớc 2: Với băng ta xác định mức biên độ tín hiệu mức nhiễu mơ hình tâm sinh lý nghe Đây thành phần mã hó MPEG audio chức phân tích tín hiệu vào Mơ hình tâm sinh lý nghe xác định tỷ lệ signal- mask cho băng luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 Bƣớc 3: Mỗi băng lượng tử hóa thơng qua lượng tử thành phần nghe thấy băng Nó kèm với mã Huffman để mã hóa giá trị phổ tín hiệu cho nén số liệu tốt định dạng số liệu a- Chuẩn nén MPEG -1 b- Chuẩn nén MPEG -2 2.2- Các định dạng âm thực tế 2.2.1- Các định dạng âm không nén : WAVE, AIFF Là chuẩn định dạng tập tin âm IBM Microsoft phát triển để lưu trữ liệu âm máy tính cá nhân chạy hệ điều hành Windows Đây chuẩn âm có chất lượng cao 2.2.2- Các định dạng âm có nén không liệu : 2.2.2.1- FLAC (Free Lossless Audio Codec) FLAC kỹ thuật nén âm không thông tin Cũng kỹ thuật nén nói chung, lợi ích lớn FLAC làm giảm đáng kể nhu cầu khả đường truyền dung lượng lưu trữ 2.2.2.2- ALAC (Apple Lossless Audio Codec) Real Audio Là định dạng độc quyền Real Networks, thiết kế chủ yếu cho nhạc phát trực tuyến có mức nén cao 2.2.3- Các định dạng âm có nén liệu 2.2.3.1- WMA (Windows Media Audio) WMA chuẩn nén âm Microsoft phát triển, dùng cho Windows Media Player, chất lượng tương đương MP3 với bit rate thấp phân nửa 2.2.3.2- MP3 (MPEG 1- Layer 3) MP3 dạng tập tin nén cách bỏ bớt phần liệu từ tập tin gốc Mục đích việc để có tập tin nhạc có dung lượng nhỏ, lưu trữ với số lượng lớn với chất lượng âm có-thể-chấp-nhận-được 2.2.3.3- AAC (Advanced Audio Coding) Advanced Audio Coding (AAC) - (ISO 14496-3) định dạng âm đa nén kiểu lossy định nghĩa theo tiêu chuẩn MPEG-2 phát triển liên minh Fraunhofer, Dolby, Sony AT&T Trong hệ thống phát sóng audio vệ tinh sử dụng nén audio số AC-3, mã hóa từ kênh đến 5.1 nguồn tín hiệu audio đầu mã hóa PCM tạo thành dòng bít nối tiếp, với tốc độ số liệu thay đổi phạm vi 32 đến 640kbit/s 2.2.4- Tìm hiểu chuẩn âm HD-Audio luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 Dolby kỹ thuật số (còn gọi AC-3) Dolby Digital Plus (E-AC3) Dolby TrueHD DTS (Digital Theatre System) DTS-HD HR (High Resolution / DTS +) DTS-HD MA (Master Audio / DTS + +) Chƣơng 3: MÃ HÓA DẢI CON KÊNH SBC(66644), ỨNG DỤNG TRONG THANH SỐ[1],[7],[5],[8] 3.1 Giới thiệu 3.2- Mã hóa dải với tổ hợp hệ số phân chia [66644] 3.2.1- Sơ đồ khối SBC(66644) Sơ đồ khối mã hóa dải đa phân giải tương đối kênh dùng tổ hợp phân chia [6, 6, 6, 4, 4] mơ tả hình 3.1 Biên độ Dải 1/6 Dải Dải Dải 1/2 1/3 Dải 3/4 F Hình 3.1: Các dải ứng với tổ hợp phân chia [6, 6, 6, 4, 4] 3.2.2 Thiết kế lọc SBC(6, 6, 6, 4, 4) [7],[8] Bank lọc SBC(66644) bao gồm lọc, lọc thông thấp, ba lọc thông dải lọc thông cao Thiết kế năm lọc phương pháp dải chuyển tiếp-cửa sổ [ ] Thiết kế bank lọc mã hoá dải thiết kế lọc bank lọc phân tích tổng hợp Do dải tần tín hiệu khơi phục giống tín hiệu vào, nên lọc bank lọc phân tích tổng hợp giống Yêu cầu tham số lọc sau: - Độ rộng dải chuyển tiếp tất lọc bank lọc tính qua góc α tg  Btr  Btr  tg luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page 10 of 128 - Độ rộng dải thông lọc tính theo mức -3dB G(F)  1/ Hay: GdB(F)  3dB - Độ gợn sóng dải thông  p , thực tế yêu cầu độ gợn sóng dải thơng p  0.1 - Độ gợn sóng dải chắn s , thực tế yêu cầu độ gợn sóng dải chắn s  0.1 Phương pháp dải chuyển tiếp-cửa sổ phù hợp để thiết kế lọc bank lọc phân tích Phương pháp này, độ rộng dải chuyển tiếp Btr ấn định trước, sau tăng bậc N lọc đến tham số khác đạt yêu cầu Đương nhiên, phương pháp dải chuyển tiếp-cửa sổ ln có mâu thuẫn bậc N lọc độ rộng dải chuyển tiếp B tr Độ rộng dải chuyển tiếp hẹp bậc N lọc phải lớn để tham số lọc đạt yêu cầu Do vậy, để có bank lọc chất lượng cao độ rộng dải chuyển tiếp hẹp, bậc lọc phải lớn, bank lọc phức tạp tốn 3.2.2.1-Thiết kế lọc thông thấp (LPF) Theo hình 3.1, lọc thơng thấp LPF SBC(66644) có tần số cắt FcL  1/ , tức cL   / Độ rộng dải thông lọc thông thấp là: BL  cL   Các hệ số lọc thông thấp LPF SBC(66644) là: + Khi n=0: Lbk   tg 6tg +Khi n≠0: Lbk n   n(tg+6)    tg  (N-n)  Theo công thức: cos  ncL   cos    0,54  0, 46cos  N  n   6tg     tg cos(ncL )        (1  2BL tg) N  n    cos(nsL )   jF H L (e )     2tg n 1   (N-n)    0,54  0, 46cos N  2cos(nF)  3.2.2.2- Thiết kế lọc thông dải (BPF1) 10 Page 10 of 128 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Header Page 11 of 128 Theo hình 3.1, lọc thơng dải BPF1 SBC(66644) có tần số cắt FcB21  1/ , tần số cắt FcB11  1/ , tức cB21   / , cB11   / Độ rộng dải thông lọc thông dải BPF1 là: BB1  cB21  cB11       6 Các hệ số lọc thông dải thứ BPF1 là: + Khi n=0: Bbk 01  tg  6tg + Khi n≠0:   n   n   cos    cos             n(tg  3)    tg (N-n)  Bbk n1   cos     0,54  0, 46cos n  3tg  N         cos  n(tg  6)       6tg     Theo công thức:  tg cos(ncB2 )  cos(ncB1 )        (1  BB tg)  n   cos  nsB2   cos  nsB1    jF H B (e )     tg n 1  (N-n)     0,54  0, 46cos N  2cos(nF)    N 3.2.2.3- Thiết kế lọc thông dải (BPF2) Thiết kế lọc thông dải tương tự lọc thông dải với thơng số 3.2.2.4- Thiết kế lọc thơng dải (BPF3) Thiết kế lọc thông dải tương tự lọc thông dải với thơng số 3.2.2.5- Thiết kế lọc thơng cao (HPF) Bộ lọc thơng cao SBC(66644) có tần số cắt FcH  / , tức cH  3 / Độ rộng dải thông HPF là: BH    cH    3   4 Theo công thức: sH  cH  Btr  cH tg  tg Tần số giới hạn HPF là: 11 Page 11 of 128 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Header Page 12 of 128 sH  3tg  4tg Theo công thức: Hbk  Hb0 k  Hb0  Hbk n  Hbn k n  (1  2BH tg) 2tg tg cos(ncH )    (N-n)   0,54  0, 46cos  n   cos  nsH   N  Các hệ số thông cao HPF là: + Khi n=0: Hbk   tg 4tg + Khi n≠0: Hbk n   n(3tg  4)    tg   n.3  (N-n)  cos    0,54  0, 46cos   cos   n    4tg N     Theo công thức:  tg cos(ncH )        (1  2BH tg) N  n    cos(nsH )   H H (e )     2tg n 1   (N-n)   0,54  0, 46cos 2cos(n  F)    N    jF Hình 3.3: Đặc tuyến biên độ G(F) lọc SBC(66644) chọn N=20 α=82.50 12 Page 12 of 128 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Header Page 13 of 128 Hình 3.4: Đặc tuyến biên độ GdB(F) lọc SBC(66644) chọn N=20 α=82.50 3.3- So sánh hệ số nén âm dùng tổ hợp [66644] tổ hợp [8842]- [9] Chương trình so sánh lỗi khơi phục mã hóa dải SBC(66644) SBC(8842) số bít TB 3.4- Ứng dụng mã hóa dải [66644] phát số [9][8] 3.4.1- Các hệ thống phát số Đối với lưu trữ âm có thay đổi to lớn từ ghi âm tương tự sang ghi âm số, xuất đĩa compact, băng âm số DAT (digital audio tape) nhiều công nghệ khác Ghi âm BD-ROM (Blu-ray Disc) với dung lượng lớn lên tới 50GByte/2 mặt, chất lượng âm cao 3.4.2 - Hệ thống phát số dải kênh IBOC Hệ thống IBOC khơng tương thích với hệ thống EUREKA-147, có nhiều ưu điểm hệ thống EUREKA-147 Đó là: * Hệ thống IBOC tiết kiệm băng tần * Hệ thống IBOC cung cấp gấp đơi số kênh so phát tương tự * Phương pháp AM-IBOC FM-IBOC có ưu điểm định Các máy thu AM FM có khơng phải thay đổi phần cao tần, chọn kênh * Do hiệu suất phát tín hiệu số cao, nên cơng suất phát số thấp đảm bảo vùng phủ sóng cho máy thu số, đồng thời cho phép máy thu tương tự loại trừ nhiễu xuyên âm 3.4.2.1- Hệ thống phát số AM-IBOC AM-IBOC sử dụng mã hoá MPEG-1/audio lớp II tốc độ 96kbps Khi kết hợp với liệu sửa lỗi, tốc độ bít lên tới 128kbps với hiệu suất trung bình 3,2 bít/s/Hz Tín hiệu âm khơi phục lại với độ rộng dải tần 15kHz dải động 96dB Toàn phổ tần 13 Page 13 of 128 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Header Page 14 of 128 tín hiệu phát số nằm phổ tín hiệu AM tương tự 37,5kHz -25dB, chồng lên phổ tín hiệu AM tương tự mà khơng gây xuyên nhiễu 3.4.2.2- Hệ thống phát số FM-IBOC FM-IBOC sử dụng mã hố MPEG-1/audio lớp II để truyền tín hiệu âm số Tốc độ liệu âm từ 128kbps tới 256kbps Mặc dù băng thông chiếm gần 480kHz, phổ tín hiệu âm số nằm phổ tín hiệu FM tương tự, mức vào tín hiệu âm số thấp tín hiệu sóng mang FM khoảng 38dB Do băng thơng FM rộng nên hệ thống FM-IBOC dễ dàng thực hệ thống AM-IBOC, đạt tốc độ bít 256kbps Phát số Mỹ khẳng định trạm phát FM-IBOC công suất phát 100W, cung cấp vùng phủ sóng trạm FM tương tự, công suất phát 50kW 3.4.3- Hệ thống phát số EUREKA-147 Hệ thống phát số EUREKA-147 [9], dùng chuẩn MPEG-1/audio lớp II tốc độ 128 kbps/kênh EUREKA-147 hệ thống băng rộng, khoảng 1,5MHz Do đó, yêu cầu cần phải có dải tần mới, bên dải phát tương tự có EUREKA-147 dùng kỹ thuật OFDM phân chia kênh truyền theo miền tần số miền thời gian: + Miền tần số phân chia liên tục thành nhiều dải + Miền thời gian phân chia liên tục thành nhiều khe thời gian * Đặc điểm mã hoá âm Các chế độ phát: Đặc tính tần số vơ tuyến: Đặc tính thời gian: Đặc tính phổ: 3.4.4- Ứng dụng SBC(66644) phát số 3.4.4.1- Ứng dụng SBC(66644) phát số qua Internet Căn vào kết nghiên cứu phần 3.3, luận văn đề xuất ứng dụng SBC(66644) tốc độ bít 132kbps vào phát số Internet Bởi SBC(66644) cho lỗi khơi phục nhỏ SBC(8842), tốc độ bít Hiện phát số qua Internet dùng mã hóa dải SBC(8842) Tất nhiên mã hóa nén âm ln phải giải hài hòa hai yếu tố hệ số nén chất lượng âm 3.4.4.2- Ứng dụng SBC(66644) hệ thống phát số IBOC a- Ứng dụng AM-IBOC Sử dụng mã hố MPEG-1/audio lớp II tốc độ 96kbps Tín hiệu âm khôi phục với độ rộng dải tần 15kHz Tồn phổ tần tín hiệu phát số nằm phổ tần tín 14 Page 14 of 128 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Header Page 15 of 128 hiệu AM tương tự 37,5kHz Luận văn đề xuất ứng dụng SBC(66644) vào phát số vô tuyến hệ thống AM-IBOC lý sau: * Nếu SBC(66644) tốc độ bít 132kbps, dùng điều chế 16-PSK, dải thông cần thiết để truyền [4]: R(66644) R(66644) 132kbps B     33kHz AM  IBOC log m log 16 (3.60) Với dải thông vậy, phổ tần tín hiệu phát số hồn tồn phát dải tần tín hiệu phát AM tương tự Chất lượng tín hiệu tương đương với phát số Internet Phát số Internet dùng SBC(8842) tốc độ bít 132kbps * Bank lọc đơn giản nhiều so với bank lọc 32 kênh ứng dụng b- Ứng dụng FM-IBOC Hệ thống Xử lý âm phát Hiện Đề xuất Ƣu điểm đạt số dùng ứng dụng đƣợc SBC(66644) Qua SBC(8842), SBC(66644) có lỗi khơi Internet kênh tốc độ bít phục nhỏ Tốc độ bít 132kbps SBC(8842), tốc độ 132kbp bít SBC(66644) * Chất lượng với tốc độ tương đương II, 32 kênh bít 132kbps, với phát Tốc độ bít dùng điều số 96kbps chế 16-PSK Internet AM-IBOC MPEG-lớp * Bank lọc đơn giản * Chất lượng FM-IBOC MPEG-lớp SBC(66644) âm lớn II, 32 kênh tốc độ bít chất lượng Tốc độ bít 256kbps âm phát 15 Page 15 of 128 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Header Page 16 of 128 số 256kbps Internet nhiều * Bank lọc đơn giản nhiều * Chất lượng EUREKA- MPEG-lớp SBC(66644) âm lớn 147 II, 32 kênh tốc độ bít phát Tốc độ 256kbps số Internet 256kbps nhiều * Bank lọc đơn giản nhiều 3.5- Định hƣớng phát số vô tuyến Việt nam 3.6- Kết luận References Tài liệu tham khảo tiếng Anh [1] Jusub Kim (2003), Filter bank design and subbank coding, ENEE624 Advanced Digital Processing Instrutor: Dr Babis Papadopoulos [2] Ken C.Pohlmann (1995), Principles of digital audio, 3rd editor by Mc Graw- Hill Book Company [3] Martin Vetterli & Jelena Kovacevic(2007) Wavelets and Subband Coding, Orginnally Published by Prentice Hall PRT, Englewood Cliffs, New Jeyser [4] Ruye Wang(2007), Subband Coding http//:fourier.eng.hmc.edd/e161/lucturees/filterbank/node2.htm [5] Siddarharh Seth, Sub-band Coding of speech signal using multurate signal processing, Indian Institue of Techonology Kharagpur Tài liệu tham khảo tiếng Việt [6] Đỗ Quang Tiến -Dương Thanh Phương (2004), Truyền hình kỹ thuật số, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 16 Page 16 of 128 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Header Page 17 of 128 [7] Nguyễn Quốc Trung (2004), Xử lý tín hiệu lọc số, Tập 1, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [8] Nguyễn Xuân Trường (2008), Luận án Xử lý tín hiệu áp dụng phát số [9] Phát số - EUREKA 147, Đài tiếng nói Việt Nam(2005) [10] Ths.Nguyễn Thanh Hải, Ths.Nguyễn Việt Anh (2005), Lập trình Matlab ứng dụng, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [11] Trần Cơng Chí(1999), Âm lập thể ngun lý công nghệ, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [12] Nguyễn Chí Tuấn(2006) , giảng Data Compression, Đại học khoa học TNTPHCM 17 Page 17 of 128 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer ... sở âm từ đặc điểm sóng âm đến tín hiệu âm tương tự chuyển đổi sang tín hiệu âm số Chương II: Trình bày giải thuật nén âm định dạng âm thực tế Chương III: Trình bày mã hố – nén tín hiệu âm ứng dụng. .. ghi âm: - Thời gian trính chép lưu trữ lớn - Tín hiệu tạp âm (S/N) bị hạn chế: 1.3- Tín hiệu âm số 1.3.1- Định nghĩa Tín hiệu âm số tín hiệu gồm mẫu lấy từ tín hiệu gốc analog số hóa theo mã quy... để truyền tín hiệu âm số Tốc độ liệu âm từ 128kbps tới 256kbps Mặc dù băng thông chiếm gần 480kHz, phổ tín hiệu âm số nằm phổ tín hiệu FM tương tự, mức vào tín hiệu âm số thấp tín hiệu sóng mang