Mã hóa băng con và ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THẾ HÙNG MÃ HÓA BĂNG CON VÀ ỨNG DỤNG Chuyên nghành: Kỹ thuật Điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS: NGUYỄN QUỐC TRUNG Hà Nội-Năm 2010 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU PHẦN A: CƠ SỞ MÃ HÓA BĂNG CON CHƯƠNG LỌC SỐ NHIỀU NHỊP 1.1 THAY ĐỔI TẦN SỐ LẤY MẪU 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phép chia phân chia 1.1.2.1 Biểu diễn miền n 1.1.2.2 Biểu diễn miền z 1.1.2.3 Biểu diễn miền tần số 1.1.3 Bộ lọc phân chia 1.1.3.1 Biểu diễn lọc phân chia miền biến số n 1.1.3.2 Biểu diễn phép lọc phân chia miền Z 1.1.3.3 Biểu diễn phép lọc phân chia miền tần số 1.1.4 Phép nội xuy 1.1.4.1 Khái niệm 1.1.4.2 Biểu diễn phép nội suy miền biến số n 1.1.4.3 Biểu diễn phép nội suy miền z 1.1.4.4 Biểu diễn phép nội suy miền tần số 1.1.5 Bộ lọc nội suy 1.1.5.1 Biểu diễn phép lọc nội suy miền biến số n 1.1.5.2 Biểu diễn phép lọc nội suy miền z 1.1.5.3 Biểu diễn phép lọc nội suy miền tần số 1.1.6 Thay đổi nhịp lấy mẫu với hệ số M/L 1.1.6.1 Biểu diễn miền biến số n Trang 12 13 13 13 13 13 13 14 16 17 18 19 20 21 21 22 22 23 24 25 25 26 27 27 1.1.6.2 Biểu diễn miền z 1.1.6.3 Biểu diễn phép biến đổi nhịp miền tần số 1.1.7 Bộ lọc biến đổi nhịp lấy mẫu với hệ số M/L 1.1.7.1 Tổng quan 1.1.7.2 Biểu diễn miền n 1.1.7.3 Biểu diễn miền z 1.1.7.4 Biểu diễn miền tần số 1.2 PHÂN HOẠCH NHIỀU PHA 1.2.1 Phân hoạch nhiều pha hai thành phần 1.2.1.1 Phân hoạch hàm truyền đạt H(z) 1.2.1.2 Cấu trúc nhiều pha hai thành phần 1.3 PHÂN HOẠCH NHIỀU PHA M THÀNH PHẦN 1.3.1 Phân hoạch hàm truyền đạt H(z) 1.3.2 Cấu trúc nhiều pha M thành phần 1.4 PHÂN HOẠCH NHIỀU PHA LOẠI HAI 1.4.1 Phân hoạch nhiều pha loại hai hàm H(z) 1.4.2 Cấu trúc nhiều pha loại hai 1.5 CẤU TRÚC NHIỀU PHA CỦA BỘ LỌC BIẾN ĐỔI NHỊP LẤY MẪU 1.5.1 Cấu trúc nhiều pha lọc phân chia 1.5.2 Cấu trúc nhiều pha lọc nội suy 1.6 CẤU TRÚC NHIỀU PHA CỦA BỘ LỌC BIẾN ĐỔI NHỊP HỆ SỐ M/L 1.6.1 Tổng quan 1.6.2 Cấu trúc nhiều pha loại lọc biến đổi nhịp 1.6.3 Cấu trúc nhiều pha loại hai lọc biến đổi nhịp CHƯƠNG MÃ HÓA BĂNG CON 2.1 BANK LỌC SỐ 2.1.1 Bank lọc số phân tích 2.1.1.1 Định nghĩa 2.1.1.2 Biểu diễn nhiều pha loại bank lọc số 29 30 30 30 31 32 32 33 33 33 34 34 34 35 36 36 36 37 37 39 41 41 42 43 45 45 45 45 46 phân tích 2.1.2 Bank lọc số tổng hợp 2.1.2.1 Định nghĩa 2.1.2.2 Biểu diễn nhiều pha loại hai bank lọc số tổng hợp 2.1.3 Bank lọc số nhiều nhịp 2.2 BANK LỌC KHƠI PHỤC HỒN HẢO 2.2.1 Bank lọc số nhiều nhịp hai kênh khôi phục hoàn hảo 2.2.1.1 Khử thành phần hư danh 2.2.1.2 Méo biên độ méo pha 2.2.2 Băng lọc QMF kênk khơi phục hồn hảo 2.2.3 Biểu diễn nhiều pha bank lọc số QMF 2.3 MÃ HÓA BĂNG CON 2.3.1 Cấu trúc dạng đơn phân giải 2.3.2 Cấu trúc dạng đa phân giải PHẦN B: ỨNG DỤNG CỦA MÃ HÓA BĂNG CON CHƯƠNG ỨNG DỤNG MÃ HÓA BĂNG CON VÀO NÉN ÂM THANH SỐ 3.1 CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ ÂM THANH 3.1.1 Sự lan truyền sóng âm 3.1.2 Trường âm 3.1.3 Thanh áp 3.1.4 Công suất âm 3.1.5 Âm lượng 3.1.6 Đường đẳng âm 3.1.7 Mức tín hiệu 3.1.8 Dải động tín hiệu 3.1.9 Phổ tín hiệu âm 3.2 NGUYÊN TẮC CHUNG ĐỂ NÉN TÍN HIỆU ÂM THANH 3.2.1 Đặc điểm tai người 3.2.2 Ngưỡng nghe hiệu ứng che khuất 3.2.3 Ngưỡng tới hạn 3.2.4 Tại chọn tần số âm chuẩn tần số 1kHz 3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HĨA, NÉN TÍN HIỆU TIẾNG NÓI 3.4 ỨNG DỤNG MÃ HÓA BĂNG CON VÀO NÉN ÂM 47 47 47 49 50 51 53 53 54 55 56 57 59 61 61 61 61 61 61 62 62 63 63 64 65 66 66 67 68 69 69 70 THANH SỐ 3.4.1 Hệ thống nén MPEG-1 cho audio (ISO/IEC 11172) 3.4.1.1 Mã hóa âm theo chuẩn MPEG-1 lớp 3.4.1.2 Mã hóa âm theo tiêu chuẩn MPEG-1 lớp 3.4.1.3 Mã hóa âm theo tiêu chuẩn MPEG-1 lớp 3.4.2 Hệ thống nén MPEG-2 cho audio (ISO/IEC 13818) CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ IC SAA2503 – GIẢI MÃ MPEG2 AUDIO 4.1 Những đặc tính SAA2503 4.2 Ứng dụng IC SAA2503 4.3 Mô tả chức 4.4 Những chế độ giải mã 4.5 Đồng hồ hệ thống CHƯƠNG GIỚI THIỆU MỘT HỆ PHÁT THANH SỐ CÓ SỬ DỤNG MÃ HÓA BĂNG CON - PHÁT THANH SỐ TIÊU CHUẨN EUREKA 147 5.1 Cấu trúc hệ thống phát theo công nghệ E147 5.2 Một số đặc tính hệ thống DAB mã hóa tín hiệu âm 5.3 Tiêu chuẩn mã hóa âm MPEG audio Layer II 5.4 Sơ đồ khối mã hóa âm DAB 5.5 Sơ đồ khối giải mã âm DAB 5.6 Sơ đồ khối phần giải mã liệu máy thu DAB 5.7 Giản đồ bước giải mã âm stereo MPEG 5.8 Lược đồ giải mã âm máy thu KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 72 74 76 79 80 80 80 86 86 86 87 87 88 89 91 92 93 93 94 95 96 LỜI CAM ĐOAN Trong năm gần kỹ thuật Điện tử - Viễn thơng có tiến bộ, không ngừng phát triển, phát triển với khoa học nhân loại Bản thân tác giả công tác nghành Phát – Truyền hình 10 năm Trường Cao đẳng Phát – Truyền hình 1, tác giả trực tiếp làm việc liên quan đến tín hiệu audio, video đặc biệt xử lý tín hiệu audio phát Chính tiếp xúc nghiên cứu xử lý tín hiệu audio tác giả niềm vui lớn, thuận lợi cơng việc Được động viên, hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Quốc Trung – Trường Đại học Bách khoa Hà nội, tác giả chọn hướng nghiên cứu xử lý tín hiệu audio, đề tài Mã hóa băng ứng dụng đời Để viết luận văn tác giả xin cam đoan chịu trách nhiệm luận văn trước Viện đào tạo sau đại học, chịu trách nhiệm trước khoa Điện tử Viễn thông Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Để hoàn thành luận văn này: Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quốc Trung hướng dẫn, bảo tận tình, giúp đỡ em trình làm luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Điện tử - Viễn Thông trường Đại học Bách khoa Hà Nội, thầy giáo cô giáo giảng dạy quản lý lớp Cao học khóa 2008-2010 Tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tơi q trình học tập làm luận văn Tôi xin cảm ơn bạn học viên lớp cao học 2008-2010 giúp tơi hồn thành khóa học Trong thời gian làm luận văn thân tơi cố gắng tìm tịi thu thập dịch tài liệu, nghiên cứu vấn đề học Với khả năng, kiến thức mình, luận văn cịn thiếu sót, mong đóng góp ý kiến thầy giáo, giáo khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi mong nhận góp ý đồng nghiệp người quan tâm tới lĩnh vực Hà nội, Ngày 01 tháng 10 năm 2010 Người viết Nguyễn Thế Hùng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt ACC Advanced Audio Coding Mã hoá âm tiên tiến ADC Analog Digital Converter Bộ biến đổi tương tự - số CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra mã vòng DAC Digital Analog Converter Bộ biến đổi số - tương tự DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi cosin rời rạc DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FIR Finitite Duration Impulse Bộ lọc có đáp ứng xung chiều dài Response hữu hạn Infinitite Duration Impulse Bộ lọc có đáp ứng xung chiều Response dài vô hạn Inverse Modified Discrete Cosine Biến đổi cosin rời rạc ngược IIR IMDCT Transform MDCT Modified Discrete Cosine Biến đổi cosin rời rạc Transform MNR Mask to Noise Ratio Tỷ lệ ngưỡng mặt nạ tạp âm MPEG Moving Picture Experts Group Chuẩn nén tín hiệu số PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PR Perfect Recontruction Băng lọc khơi phụ hồn hảo QMF Quadrature Mirror Filter bank Băng lọc số cầu phương SMR Signal to Mask Ratio Tỷ lệ tín hiệu ngưỡng mặt nạ SBC Subband coding Mã hóa băng ATC Adaptive Transformable coding Mã hóa biến đổi thích nghi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1.1: Bộ chia 13 Hình 1.1.2: Dạng tín hiệu vào/ra miền biến số rời rạc 14 Hình 1.1.3: Biểu diễn phép chia miền tần số 17 Hình 1.1.4: Bộ lọc phân chia 18 Hình 1.1.5: Sự đồng lọc phân chia 20 Hình 1.1.6: Bộ nội suy 21 Hình 1.1.7: biểu diễn phép nội suy miền biến số rời rạc n 22 Hình 1.1.8: Biểu diễn phép nội suy miền tần số 24 Hình 1.1.9: Bộ lọc nội suy 24 Hình 1.1.10: Sự đồng lọc nội suy 26 Hình 1.1.11: Dạng phổ tín hiệu lọc nội suy 27 Hình 1.1.12: Bộ biến đổi nhịp loại 28 Hình 1.1.13: Bộ biến đổi nhịp loại 28 Hình 1.1.14: Bộ lọc biến đổi nhịp 31 Hình 1.1.15: Bộ lọc biến đổi nhịp 31 Hình 1.2.1: Cấu trúc nhiều pha hai thành phần 34 Hình 1.2.2: Cấu trúc nhiều pha M thành phần 36 Hình 1.2.3: Cấu trúc nhiều pha loại hai 37 Hình 1.2.4: Cấu trúc nhiều pha lọc phân chia 38 Hình 1.2.5: Cấu trúc nhiều pha lọc phân chia 38 Hình 1.2.6: Cấu trúc nhiều pha lọc phân chia 39 Hình 1.2.7: Cấu trúc nhiều pha lọc nội suy 40 Hình 1.2.8: Cấu trúc nhiều pha lọc nội suy 40 Hình 1.2.9: Sơ đồ tương đương lọc nội suy 40 Hình 1.2.10: Cấu trúc nhiều pha lọc nội suy 41 Hình 1.2.11: Bộ lọc biến đổi nhịp M/L 42 Hình 1.2.12: Cấu trúc nhiều pha loại lọc biến đổi nhịp 43 Hình 1.2.13: Cấu trúc nhiều pha lọc biến đổi nhịp 43 Hình 1.2.14: Cấu trúc nhiều pha loại hai lọc biến đổi nhịp 43 Hình 1.2.15: Cấu trúc nhiều pha loại hai lọc biến đổi nhịp 44 Hình 2.1.1: Bank lọc phân tích 45 Hình 2.1.2: Biểu diễn bank lọc phân tich dạng ma trận 47 Hình 2.1.3: Bank lọc tổng hợp 47 Hình 2.1.4: Biểu diễn bank lọc tổng hợp dạng ma trận 48 Hình 2.1.5: Biểu diễn bank lọc tổng hợp nhiều nhịp 49 Hình 2.1.6: Biểu diễn bank lọc tổng hợp nhiều nhịp 49 Hình 2.1.7: Biểu diễn bank lọc tổng hợp nhiều nhịp 50 Hình 2.2.1: Bank lọc số nhiều nhịp hai kênh 51 Hình 2.2.2: Đáp ứng tần số bank lọc phân tích 54 Hình 2.2.3: Biểu diễn nhiều pha băng lọc QMF 55 Hình 2.2.4: Biểu diễn nhiều pha băng lọc QMF 56 Hình 2.3.1: Sơ đồ mã hóa băng hai kênh 57 Hình 2.3.2: Đáp ứng tần số lọc phân tích 58 Hình 2.3.3: Sơ đồ khối lọc phân tích kênh 58 Hình 2.3.4: Sơ đồ khối lọc tổng hợp kênh 58 Hình 2.3.5: Sơ đồ mã hóa giải mã theo cấu trúc dạng 59 Hình 2.3.6: Đáp ứng tần số băng lọc theo cấu trúc đa phân giải 59 Hình 2.3.7 (a): Sơ đồ khối băng lọc phân tích cấu trúc đa phân giải 59 Hình 2.3.7(b): Sơ đồ khối băng lọc phân tích cấu trúc đa phân giải 60 Hình 2.3.8(a): Sơ đồ lọc tổng hợp cấu trúc đa phân giải 60 Hình 2.3.8(b): Sơ đồ lọc tổng hợp cấu trúc đa phân giải 60 Hình 3.1: Đồ thị cân âm lượng 63 Hình 3.2: Đồ thị ngưỡng nghe thấy tai người 68 Hình 3.3: Phân loại mã hóa tiếng nói 70 Hình 3.4.1.1: Sơ đồ khối mã hóa MPEG I Layer I (kênh đơn) 72 10 Hình 4.2.2: Các khối bên IC SAA2503 SYMBOL PIN I/O DESCRIPTION n.c - not connected n.c - not connected GNDA1 GND n.c - not connected n.c - not connected H7/PB7 I/O not used H6/PB6 I/O not used GNDH1 GND HOA2/PB10 I/O VCCH1 10 supply HOA1/PB9 11 I/O not used HR/ W /PB11 12 I/O not used HEN /PB12 13 I/O not used VCCQ1 14 supply isolated power suply for the HI I/O drivers GNDQ1 15 GND ground for some sections of internal logic isolated ground for the HI I/O drivers not used isolated power suply for some sections of the internal chip logic isolated ground for the internal logic 82 HACK /PB14 16 I/O not used GNDH2 17 GND HOA0/PB8 18 I/O not used H5/PB5 19 I/O not used VCCH2 20 H4/PB4 21 I/O not used H3/PB3 22 I/O not used GNDH3 23 GND H2/PB2 24 I/O not used H1/PB1 25 I/O not used H0/PB0 26 I/O not used HOREQ PB13 27 I/O not used GNDH4 28 GND VCCH3 29 supply isolated power suply for the HI I/O drivers ADO 30 O digital audio data output ACI 31 I audio clock input n.c 32 - not connected n.c 33 - not connected n.c 34 - not connected PLOCK 35 O HIGH when PLL is phase locked VCCQ2 36 supply GNDQ2 37 GND PINIT 38 I GNDP 39 GND PCAP 40 I VCCP 41 EXTAL 42 I external clock/crystal input SCL 43 I I2C-bus serial clock isolated ground for the HI I/O drivers supply isolated power suply for the HI I/O drivers isolated ground for the HI I/O drivers isolated ground for the HI I/O drivers isolated power suply for some sections of the internal chip logic isolated ground for the internal logic PLL enable/disable control Ground dedicated for the PLL PLL capacitor input supply Supply voltage for the Phase Locked Loop (PLL) 83 GNDS1 44 GND isolated ground for the SHI I/O drivers SDA 45 I/O RESET 46 I hardware reset for the microcontroller MODA 47 I mode select A MODB 48 I mode select B MODC 49 I mode select C VCCS1 50 HA0 51 I/O I2C-bus slave address HA2 52 I I2C-bus slave address HREQ 53 I host request GNDS2 54 GND SDO2 55 O not used SDO1 56 O not used SDO0 57 O serial data output VCCS2 58 SCKT 59 O transmit serial clock WST 60 O transmit word select SCKR 61 I receive serial clock GNDQ3 62 GND VCCQ3 63 supply GNDS3 64 GND WSR 65 I receive word select SDI1 66 I serial data input SDI0 67 I not used DSO 68 O not used DSI/OS0 69 O not used DSCK/OS1 70 O not used n.c 71 - not connected I2C-bus data and acknowledge supply isolated power suply for the SHI I/O drivers isolated ground for the SHI I/O drivers supply isolated power suply for the SHI I/O drivers ground dedicated for the PLL isolated power suply for some sections of the internal chip logic isolated ground for the SHI I/O drivers 84 n.c 72 - not connected n.c 73 - not connected n.c 74 - not connected DR 75 I not used SDB 76 I/O general purpose I/O MUTE 77 I/O general purpose I/O GNDD1 78 GND BUSY 79 I/O general purpose I/O I 2CEN 80 I/O general purpose I/O VCCD1 81 supply GPIO3 82 I/O not used GPIO2 83 I/O not used GNDD2 84 GND GPIO1 85 I/O not used GPIO0 86 I/O not used GNDQ4 87 GND VCCQ4 88 supply n.c 89 - not connected n.c 90 - not connected GNDA2 91 GND n.c 92 - VCCA1 93 supply n.c 94 - not connected n.c 95 - not connected GNDA3 96 GND n.c 97 - not connected n.c 98 - not connected n.c 99 - not connected VCCA2 100 supply ground 1for some sections of internal logic isolated power suply for some sections of the internal chip logic ground for some sections of internal logic ground for some sections of internal logic isolated power suply for some sections of the internal chip logic ground for some sections of internal logic not connected isolated power suply for some sections of the internal chip logic ground for some sections of internal logic isolated power suply for some sections of the internal chip logic 85 4.3 Mô tả chức IC SAA2503 có mode hoạt động: mode mode Stand-alone (mode 4): Trong mode (modC=1, modB=0, modA=0): IC SAA2503 khởi động từ chương trình bên ROM sau khởi động bắt đầu giải mã kiểu giải mã lựa chọn Booting via the I2C-bus (mode 7) Trong mode (modC=1, modB=1, modA=1) IC SAA2503 bắt đầu khởi động nhận 1536 byte từ I2C-bus sau viết lên RAM chíp 4.4 Những chế độ giải mã IC SAA2503 có kiểu giải mã sau: +MPEG decoding (48 kHz DVD; 44.1 kHz VCD) IEC 958 LPCM +MPEG decoding (48 kHz DVD; 44.1 kHz VCD) IEC 958 BITSTR +LPCM CD-DA (44.1 kHz) +LPCM down-sampling DVD (96 kHz: channel input; 48 kHz channel output) +LPCM DVD (48 kHz: channel input; channel output) 4.5 Đồng hồ hệ thống Hệ thống xung nhịp hoạt động với tần số 27 MHz hoạt động chế độ mode (modC=1, modB=0, modA=0) 86 Chương GIỚI THIỆU MỘT HỆ PHÁT THANH SỐ CÓ SỬ DỤNG MÃ HÓA BĂNG CON – PHÁT THANH SỐ TIÊU CHUẨN E 147 Năm 1987 Hiệp hội phát truyền hình châu Âu (EBU) triển khai dụ án mã số EUREKA 147 Kết nghiên cứu hiệp hội EBU khuyến nghị sử dụng cho phát số châu Âu Hiệp hội viễn thơng quốc tế (ITU) trí thơng qua chuẩn EUREKA 147 chuẩn phát số Các tổ chức tiêu chuẩn ETSI EEC thông qua tiêu chuẩn quốc tế Từ 1995 dịch vụ phát số thức hoạt động châu âu 5.1 Cấu trúc hệ thống phát theo công nghệ E147 Hệ thống bao gồm ba phận chính: 1-Nhà cung cấp dịch vụ phát thanh/ liệu Đây đài phát thanh, sản xuất chương trình phát thanh, nhà cung cấp dịch vụ liệu, tín hiệu audio đưa phát sóng tín hiệu analog/digital 2-Nhà cung cấp dịch vụ dồn kênh Dồn kênh dịch vụ công nghệ phát số Nhiệm vụ khâu tạo tín hiệu tổng hợp theo tiêu chuẩn E 147 Việc dồn kênh thực theo nhiều tầng khác Trước hết tín hiệu mã hóa theo chuẩn MPEG Các liệu kèm theo chương trình tín hiệu âm số mã hóa theo chuẩn DAB Tín hiệu tổng hợp cuối có khn dạng tín hiệu phát số DAB truyền đến trung tâm phát sóng 3-Nhà cung cấp dịch vụ phát sóng Tín hiệu nhận sử lý sau mã hóa thành symbol OFDM điều chế số đưa phát sóng Theo tiêu chuẩn E 147 máy phát làm việc băng III VHF băng L 87 Hình 5.1: Sơ đồ thiết lập mạng EUREKA 147 Một số nhận xét cấu trúc hệ thống phát số theo tiêu chuẩn E 147 +Trước có hai nhà cung cấp dịch vụ sản xuất chương trình truyền dẫn phát sóng, có thêm nhà cung cấp dịch vụ dồn kênh Có thay đổi theo cơng nghệ máy phát phát nhiều chương trình khác Hình thành nhà cung cấp dịch vụ dồn kênh để tổng hợp tín hiệu đưa phát sóng +Đối với nhà cung cấp dịch vụ chương trình phát thanh, nước gọi đài phát thanh, chuyển sang cơng nghệ số, ngồi chương trình phát thanh, người ta phát dịch vụ liệu kèm theo chương trình +Chính nên hình thành nên dịch vụ liệu, dịch vụ dịch vụ quảng cáo, internet, thông tin giao thơng, chương trình giáo dục đào tạo qua đài phát 5.2 Một số đặc tính hệ thống DAB mã hóa tín hiệu âm 88 -Sử dụng thuật tốn mã hóa theo tiêu chuẩn MPEG II, sử dụng tần số lấy mẫu 48 kHz theo tiêu chuẩn ISO/IEC 11172-3 24 kHz theo tiêu chuẩn ISO/IEC 13818-3 -Tín hiệu đầu vào mã hóa tín hiệu PCM với tần số mẫu 48 kHz 24 kHz Tín hiệu tín hiệu âm nén với tốc độ bít thay đổi từ kbit/s đến 384 kbit/s -Có chế độ âm thanh: Kênh đơn- Single channel; Song kênh- Dual channel; Stereo; Joint stereo(kênh stereo có gắn thêm liệu) Mỗi khung audio có số byte, số byte sử dụng để truyền tín hiệu PAD, byte để truyền liệu PAD cố định 5.3 Tiêu chuẩn mã hóa âm MPEG audio Layer II -Các chế độ cho âm thanh: mono; stereo; kênh kép(hai kênh mono) joint stereo (kênh stereo có gắn thêm liệu) -Tốc độ bít âm thanh, thực theo ISO/IEC 11172-3 với tốc độ lấy mẫu 48 kHz tạo tín hiệu mono có tốc độ: 32; 48; 56; 64; 80; 96; 112; 128; 160; 192 kbit/s Tín hiệu âm stereo, joint stereo kênh kép có tốc độ: 64; 96; 112; 128; 160; 192; 224; 256; 320; 384 kbit/s Khung âm theo ISO/IEC 11172-3 có thời gian 24 ms -Thực lấy mẫu âm theo ISO/IEC 13818-3, tốc độ lấy mẫu 24kHz tạo tín hiệu cho tất chế độ mono; stereo; kênh kép(hai kênh mono) joint stereo (kênh stereo có gắn thêm liệu) với tốc độ: 8; 16; 24; 32; 40; 48; 56; 64; 80; 96; 112; 128; 144 160 kbit/s khung âm theo ISO/IEC 13818-3 với thời gian 48 ms 89 Hình 5.2: Sơ đồ mã hóa âm theo chuẩn MPEG II Mã hóa MPEG Layer II tạo đoạn liệu cố định (của 32 dải tần âm thanh) gọi khối liệu Việc xác định số lượng bít (bit allocation) phụ thuộc vào loại psychoacoustic, lượng tử khối âm cho nén khung mã hóa khơng cần phải rõ loại psychoacoustic mà xác định thay đổi “ngưỡng mặt nạ” Thuật toán mã hóa nguồn DAB gồm có bước sau: -Lọc phân tích thành dải tần 90 -Tính tốn đưa hệ số nén -Cảm nhận âm psychoacoustic -Chỉ định số lượng bít -Lượng tử mã hóa -Định dạng luồng liệu 5.4 Sơ đồ khối mã hóa âm DAB Hình 5.3: Sơ đồ khối mã hóa âm DAB Các mẫu âm PCM đưa vào mã hóa âm Bộ lọc (filter bank) thực lọc tạo mẫu phụ tương ứng (Các mẫu sau qua lọc gọi mẫu băng con) Khối mô hình âm nhận thức dựa theo đặc tính cảm nhận âm tai người đưa tín hiệu điều khiển lượng tử mã hóa Khối tạo khung liệu xẽ kết nối dịng bít audio khối trước Nếu tần số lấy mẫu 48 kHz khung âm có độ dài 24ms, tương ứng với định dạng liệu theo tiêu chuẩn ISO/IEC 11172-3 Layer II Nếu tần số lấy mẫu 24 kHz khung âm có độ dài 48ms, tương ứng với định dạng liệu theo tiêu chuẩn ISO/IEC 13818-3 Layer II Định dạng luồng liệu bít âm thanh: Bộ dịnh dạng khung mã hóa xác định vị trí bít; định hệ số nén; mẫu băng phụ cho lượng tử với thông tin phần đầu vài từ mã sử dụng cho phát sai sót việc định dạng luồng liệu âm MPEG layer Bộ định dạng phân chia luồng liệu âm vào thành khung, khung tương ứng 1152 mẫu âm PCM (ứng với khung 24 ms) tần số lấy mẫu 48 91 kHz, 48 ms tần số lấy mẫu 24 kHz Cấu trúc khung âm MPEG layer đáp ứng khung DAB hình vẽ sau: Hình 5.4: Cấu trúc khung MPEG layer ứng với khung DAB Mỗi khung âm bắt đầu phần đầu, bao gồm từ đồng thông tin liên quan đến hệ thống Một CRC kèm theo để bảo vệ thông tin phần đầu trường ScFSI Kế tiếp sau CRC định vị trí bít; ScFSI hệ số nén Các mẫu băng phụ (các mẫu sau qua giải mã khôi phục tín hiệu PCM) phần liệu âm sau khung âm MPEG layer Để khung âm MPEG layer phù hợp với khung DAB, phải thực sau: +Kiểm tra sai sót hệ số nén DAB (ScF-CRC); +Trường cố định trường biến thiên liệu gắn liền với chương trình (F-PAD X-PAD) 5.5 Sơ đồ khối giải mã âm DAB Sơ đồ khối giải mã âm DAB hình sau: Hình 5.5: Sơ đồ khối giải mã âm DAB 92 Khung âm DAB đưa tới đầu vào giải mã MPEG II, giải mã lấy liệu để tái tạo lại thông tin khác nhau, tái tạo lại mẫu băng Bộ lọc ngược tạo lại tín hiệu PCM từ mẫu 5.6 Sơ đồ khối phần giải mã liệu máy thu DAB Hình 5.6: Sơ đồ khối phần giải mã liệu máy thu DAB 5.7 Giản đồ bước giải mã âm stereo MPEG 93 Hình 5.7: Giản đồ bước giải mã âm stereo MPEG 5.8 Lược đồ giải mã âm máy thu: Hình 5.8: Lược đồ giải mã âm máy thu Khung âm cung cấp tới giải mã âm thanh, cho phép tìm lại thành phần khác thông tin từ khung âm Khối cấu trúc lại (reconstuction) xây dựng lại mẫu lượng tử băng phụ Sau qua lọc ngược với nơi phát (invert filter bank), mẫu lượng tử băng phụ trở lại thành tín hiệu âm PCM 94 KẾT LUẬN Bài luận văn thể kiến thức sở mã hóa băng ứng dụng mã hóa băng vào nén âm số Nội dung đề tài trình bày hai phần: Phần A: Nói sở mã hóa băng con, gồm chương: Chương 1: Giới thiệu phương pháp lọc số nhiều nhịp Đây sở, tảng để hình thành mơ hình mã hố băng Chương 2: Đưa mơ hình mã hố băng dựa phương pháp lọc số nhiều nhịp Phần B: Nói ứng dụng mã hóa băng vào nén âm thanh, gồm: Chương 3: Trình bày ứng dụng mã hố băng nén âm số Chương 4: Giới thiệu loại IC giải mã MPEG Chương 5: Giới thiệu hệ phát số sử dụng chuẩn nén MPEG Qua thời gian viết luận văn với đề tài Mã hóa băng ứng dụng mà cụ thể mã hóa băng ứng dụng vào nén âm số, tác giả có gặt hái định lĩnh vực khoa học này, tiền đề cho nghiên cứu sau./ 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh: Athanasios Papouli (1977), Signal Analysis, McGraw – Hill Book Company, New York John G Proakis (1995), Digital Communication, Editions Printed in Singapore Jelena Kovacevic (1995), Subband Coding System Incorporating Quantizer Models, AT &T Bell Laboratories, USA Jelena Kovacevic and Martin Vetterli (1995), Perfect Reconstruction Filter Banks With Rational Sampling Factorrs, New York, USA Tiếng Việt: Trần Cơng Chí (1999), Âm lập thể nguyên lý công nghệ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Quốc Trung (1999), Xử lý tín hiệu lọc số Tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Quốc Trung (2001), Xử lý tín hiệu lọc số Tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Đỗ Hoàng Tiến (2002), Audio Video số, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Các địa Internet: http://pdf1.alldatasheet.net/datasheetpdf/view/18946/PHILIPS/SAA2503.html 10 http://www.mediafire.com/?kt1z023tyzn 11 http://www.mp3-tech.org 96 ... vi nghiên cứu: Mục đích hiểu mã hóa băng con, sở mã hóa băng con, ứng dụng mã hóa băng vào nén âm số Nội dung đề tài trình bày hai phần: Phần A: Nói sở mã hóa băng con, gồm chương: Chương 1: Giới... thành mơ hình mã hố băng Chương 2: Đưa mơ hình mã hố băng dựa phương pháp lọc số nhiều nhịp Phần B: Nói ứng dụng mã hóa băng vào nén âm thanh, gồm: Chương 3: Trình bày ứng dụng mã hố băng nén âm... sử dụng mã hóa băng +Xin ý kiến người hướng dẫn khoa học vấn đề +Xin ý kiến người khác quan tâm đến lĩnh vực Qua thời gian viết luận văn với đề tài Mã hóa băng ứng dụng mà cụ thể mã hóa băng ứng