c. Thiết kế bộ lọc thông cao (HPF) [4]
3.1. Mô hình mã hoá băng con (SBC) đa kênh của luận văn
Bộ SBC M kênh có các hệ số phân chia tương ứng là n0, n1, … , nM-1. Gọi độ rộng băng tần của tín hiệu vào x(n) là ∆f, thì độ rộng băng tần của các băng con lần lượt là:
. Để không mất thông tin, băng tần của tín hiệu vào phải bằng tổng băng tần của các băng con, tức là: ( ) Hay ∑ ( )
Trong các bank lọc nhiều nhịp thực hiện việc phân tích và tổng hợp tín hiệu, tần số lấy mẫu tín hiệu thay đổi trong quá trình xử lý tín hiệu (qua các bộ phân chia và các bộ nội suy). Khi tín hiệu qua bộ phân chia và nội suy sẽ bị biến đổi cả trong miền thời gian và trong miền tần số
Ví dụ như tín hiệu x(n) khi qua bộ phân chia với hệ số K, thì tín hiệu bị co hẹp K lần trong miền thời gian và giãn rộng K lần trong miền tần số. Còn ngược lại, khi tín hiệu đi qua bộ nội suy, thì bị giãn rộng L lần trong miền thời gian và bị co hẹp L lần trong miền tần số.
Hai thành phần gây nên sai khác tín hiệu ở đây là thành phần hư danh và thành phần ảnh. Trong quá trình thiết kế các bank lọc nhiều nhịp cần phải có biện pháp loại bỏ thành phần hư danh và các thành phần ảnh ra khỏi phổ của tín hiệu có ích. Đó chính là điều kiện để đảm bảo khôi phục hoàn hảo phổ của tín hiệu ra.
Trong nhiều trường hợp, để loại bỏ thành phần hư danh và hiện tượng ảnh thì hệ số phân chia phải được điều chỉnh lại. Ví dụ: Tổ hợp phân chia [6 3 2] hay tổ
Luận Văn Tốt Nghiệp
hợp phân chia [12 6 4 2] - thỏa mãn công thức (3.2), nhưng được điều chỉnh thành [6 2 2] hay [12 4 2 2] tương ứng.
Mô hình cho bộ SBC có M kênh dùng cho luận văn được mô tả trên hình 3.1.
Hình 3.1. Mô hình cho bộ SBC có M kênh dùng cho luận văn
Trên hình 3.1, mô hình cho bộ SBC M kênh dùng cho luận văn dùng tổ hợp phân chia: [2(M-1) 2(M-1)] … 2(M-1) 2]. Để loại bỏ thành phần hư danh và hiện tượng ảnh, thì hệ số phân chia được tác giả luận văn điều chỉnh lại thành:
[2(M-1) 2(M-1) … 2(M-1) 2 2].
Trong đó, có 1 bộ lọc thông thấp, M-2 bộ lọc thông dải và 1 bộ lọc thông cao. Mục đích của SBC là nén dữ liệu nhưng vẫn phải đảm bảo chất lượng tín hiệu ở ngưỡng cho phép. Để tăng hệ số nén tín hiệu phải tăng số kênh M và cấp phát bit phù hợp cho các băng con. Nhưng M càng lớn thì quá trình xử lý và thiết kế mạch càng phức tạp, tốn kém, đặc biệt là các bộ lọc.
Mã hoá băng con thực hiện phân chia băng tần rộng của tín hiệu âm thanh thành các băng con. Những băng con có năng lượng lớn, tập trung, mã hoá với số lượng bit lớn. Ngược lại, những băng con năng lượng thấp, mã hoá với số lượng bit ít hơn. Do đó, tỷ lệ nén dữ liệu âm thanh cao hơn
Mã hóa băng con phân chia băng tần tín hiệu thành các băng con. Do đó, yêu cầu quan trọng nhất là các bộ lọc phải có dải chuyển tiếp (dải quá độ) nhỏ, để không bị mất thông tin trong vùng chuyển tiếp giữa hai bộ lọc. Để đảm bảo được yêu cầu trên thì cần phải ấn định trước độ rộng dải chuyển tiếp khi thiết kế bộ lọc và
Luận Văn Tốt Nghiệp
kết hợp với phương pháp cửa sổ, phương pháp thiết kế bộ lọc này được gọi là phương pháp dải chuyển tiếp – cửa sổ.
Sau khi ấn định trước độ rộng dải chuyển tiếp đó, các tham số khác được tính toán để đạt yêu cầu, tức là cần phải chọn bậc của bộ lọc sao cho phù hợp.
Ví dụ như trên hình 3.2, minh họa các bộ lọc có dải chuyển tiếp bằng nhau
Hình 3.2. Minh họa các bộ lọc có dải chuyển tiếp bằng nhau
Để không bị mất thông tin ở miền tiếp xúc giữa hai băng con, cần phải thiết kế bộ lọc sao cho:
+ Tất cả các bộ lọc trong bank lọc có Btr bằng nhau.
+ Tại tần số cắt, đáp ứng biên độ phải thõa mãn: GdB ≥ -3dB
Như vậy, để đơn giản độ rộng dải chuyển tiếp tính qua góc α, khi thiết kế chọn α bằng nhau đối với tất cả các bộ lọc. Tức là: tg(α) = 1/Btr [4]
Ta lựa chọn phương pháp thiết kế dải chuyển tiếp của sổ (với tham số góc α)
và cửa sổ là Hamming (với thông số N ) cho bộ SBC có M kênh.
- Với bộ lọc thông thấp thì ta chọn: wcL=Π/(2M-1) (3.3) - Với M-2 bộ lọc thông dải thì ta chọn:
wcB1= Π*i/(2*(M -1)) (3.4) và wcB2= Π*(i+1)/(2*(M -1)) (Với: i = 1, 2, …, M-2 )
- Với bộ lọc thông cao thì ta chọn:
WcH=Π/2 (3.5)
- Đáp ứng tần số của bộ lọc thông thấp LPF trong SBC đa kênh có
Luận Văn Tốt Nghiệp ( ) ∑ { [ ( ) ( ( )] [ ( )] ( )} ( )
- Đáp ứng tần số của bộ lọc thông dải BPF trong SBC đa kênh có: wcB1=
Π/x và wcB2 = Π/y là: ( ) ∑ [ [ ( ) ( ) ( ( ) ) ( ( ) ) ] [ ( )] ( ) ] ( )
- Trong đó: x = 2*(M-1)/i và y = 2*(M-1)/(i+1), với: i = 1, 2, …, M-2 - Đáp ứng tần số của bộ lọc thông cao HPF trong SBC đa kênh wcH =Π/2 là:
( ) ∑ { [ ( ) ( ( )] [ ( )] ( )} ( )
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 3.3. Đặc tuyến biên độ G(F), 6 bộ lọc khi chọn cửa sổ Hamming có N = 20 và
α = 82.50
(Lọc thông thấp – nét liền mảnh, lọc thông dải nét đứt mảnh và lọc thông cao nét liền đậm)
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 3.4. Đặc tuyến biên độ theo dB là GdB(F), 6 bộ lọc khi chọn cửa sổ Hamming có N= 20 và α = 82.50(Lọc thông thấp – nét liền mảnh, lọc thông dải nét đứt mảnh
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 3.5. Đặc tuyến biên độ G(F), 8 bộ lọc khi chọn cửa sổ Hamming có N = 20 và
α = 82.50
(Lọc thông thấp – nét liền mảnh, lọc thông dải nét đứt mảnh và lọc thông cao nét liền đậm)
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 3.6. Đặc tuyến biên độ theo dB là GdB(F), 8 bộ lọc khi chọn cửa sổ Hamming có N= 20 và α = 82.50(Lọc thông thấp – nét liền mảnh, lọc thông dải nét đứt mảnh
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 3.7. Đặc tuyến biên độ G(F), 10 bộ lọc khi chọn cửa sổ Hamming có N = 20 và α = 82.50(Lọc thông thấp – nét liền mảnh, lọc thông dải nét đứt mảnh và lọc
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 3.8. Đặc tuyến biên độ theo dB là GdB(F), 10 bộ lọc khi chọn cửa sổ Hamming có N= 20 và α = 82.50(Lọc thông thấp – nét liền mảnh, lọc thông dải
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 3.9. Đặc tuyến biên độ G(F), 12 bộ lọc khi chọn cửa sổ Hamming có N = 20 và α = 82.50(Lọc thông thấp – nét liền mảnh, lọc thông dải nét đứt mảnh và lọc
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 3.10. Đặc tuyến biên độ theo dB là GdB(F), 12 bộ lọc khi chọn cửa sổ Hamming có N= 20 và α = 82.50(Lọc thông thấp – nét liền mảnh, lọc thông dải
nét đứt mảnh và lọc thông cao nét liền đậm)