2.5.1. Tín hiệu audio số theo chuẩn AES/EBU.
AES/EBU là giao diện tín hiệu audio số chuyên nghiệp mà ITU đã
khuyến nghị sử dụng làm chuẩn kết nối giữa các thiết bị audio số. AES/EBu qui định định dạng dòng bít và các yêu cầu khác về mức điện áp, mã kênh, giắc nối ...
AES/EBU cho phép truyền đợc 2 kênh (kênh A và B) tín hiệu audio số với độ phân giải lợng tử hoá 24 bit và tần số lấy mẫu tuỳ thuộc vào yêu cầu của phía phát và thu. Cấu trúc 1 frame audio AES/EBU nh hình 2.10.
1 frame = 64 bit, Thêi gian = 1 chu kú lÊy mÉu.
Subframe A = 32 bit Subframe B = 32 bit
4 4 20bit 4
Số liệu audio
Sync Aux Bit V Bit P Bit U Bit C
Hình 2.10. Cấu trúc 1 frame số liệu AES/EBU.
Dòng bit audio AES/EBU đợc chia thành nhiều khối (block). Mỗi khối đợc chia thành 192 khung (frame). Mỗi frame gồm 64 bit tơng ứng với khoảng 41
thời gian bằng một chu kỳ lấy mẫu. Mỗi frame đợc chia thành 2 subframe A và B. Mỗi subframe gồm 32 bit chứa dữ liệu tơng ứng với 1 mẫu của 1 kênh và các dữ liệu khác.
Các bit trong 1 subframe nh sau:
4 bit sync (đồng bộ): báo cho biết bắt đầu subframe A, subframe B hay bắt đầu một block mới.
4 bit aux (phụ): dùng để ghi dữ liệu phụ hoặc để tăng độ phân giải lợng tử hoá từ 20 bit lên 24 bit.
20 bit dữ liệu audio: chứa dữ liệu audio tơng ứng với một mẫu của một kênh.
Bit V (Validity Flag-Cờ hợp lệ): 0 - Hợp lệ, 1 - Không hợp lệ.
Bit U (Use data-Dành cho ngời sử dụng): dùng để truyền thêm dữ liệu phụ (nh tựa đề bản nhạc, tên ca sĩ,..). Mỗi block 192 bit U tức 24 byte U (đối với một kênh) cho phép chứa đựng 1 thông tin ngắn chọn vẹn.
Bit C (Chanel status-Thông báo trạng thái kênh): 192 bit C hay 24 byte C trong mỗi block cho biết các thông tin : tần số lấy mẫu, độ dài một từ (một mẫu), thông tin nhận dạng nguồn phát, mã thời gian dùng để đồng bộ tín hiệu audio số với tín hiệu video số trong truyền hình số.
Bit P (Parity-Bit chẵn lẻ): phát hiện lỗi trong 27 bit trớc đó trong subframe 32 bit, từ bit 4 đến bit 30 không kể phần sync mở đầu.
Nh vậy dòng bit audio AES/EBU là dòng ghép 2 kênh có độ phân giải l- ợng tử hoá lên đến 24 bit, tần số lấy mẫu chuyên nghiệp thờng dùng là 48KHz, tốc độ dữ liệu audio là:
R = 64 bit/mẫu (2 kênh) x 48.000 mẫu/s = 3,072 Mb/s.
trong đó phần tốc độ bit dùng cho số liệu audio chỉ là:
Ra = 24 bit/kênh x 2 kênh x 48.000 = 2,304 Mb/s.
2.5.2 Một số các tiêu chuẩn nén audio.
Hiện nay trên thế giới tồn tại nhiều hệ âm thanh dùng trong truyền thông, nh: A-2 (Two audio) tơng tự, hệ NICAM số, hệ MUSICAM số, hệ AC- 3 (Audio Coding 3) sè.
Hệ A-2: Do Đức phát triển cuối thập niên 70, đợc đa vào khai thác từ thập niên 80 tại Đức, Australia, Hà Lan, Thuỵ Sỹ, Italia. Hệ A-2 dùng 2 tải tần tiếng FM, đối với hệ thống stereo, tải tần cơ bản có tần số 5,5 MHz đợc điều chế bằng tín hiệu mono (L +R/2) và tải tần phụ có tần số 5,742 MHz (hệ PAL
B/G) điều chế với tín hiệu kênh phải R/2. Năm 1988, với tiêu chuẩn SCN 367523, hệ A-2 đợc sử dụng cho hệ truyền hình SECAM với tải tần cơ bản là 6,5 MHz, tải tần phụ là 6,2578125 MHz..
Hệ NICAM số (Near instantaneously Companded Audio Multiplex) do BBC đề xuất năm 1983-1986. Năm 1986 bắt đầu sử dụng tại Anh, sau đó là Bỉ, Đan Mạch ... EBU khuyến cáo sử dụng NICAM cho truyền hình tơng tự phát sóng trên mặt đất.
Hệ MISICAM số (Masking Pattern Universal Subband Intergreated Coding And Multiplexing) đây là hệ âm thanh số dùng tiêu chuẩn nén MPEG.
AC-3 số (Audio Coding) có nén dùng trong truyền hình có độ phân giải cao HDTV/ATV ở Mỹ từ năm 1994. Các dòng dữ liệu cơ bản của AC-3 là mét MPEG-2 Multiplex.
Nh vậy chủ yếu trên thế giới đang sử dụng hai chuẩn nén, là chuẩn nén AC-3 và chuẩn nén MPEG cho audio số.
a/ Chuẩn nén AC-3: Theo chuẩn nén audio AC-3, tín hiệu audio đợc lấy mẫu với tần số 48 KHz và đợc khoá với xung clock 27 MHz.
Nếu tín hiệu đầu vào là tơng tự, tần số lấy mẫu của bộ biến đổi A/D bằng 48 KHz. Nếu tín hiệu đầu vào là tín hiêu số, và tần số lấy mẫu ban đầu khác 48 KHz, bộ mã hoá audio phải có mạch biến đổi tốc độ lấy mẫu để chuyển đổi sang tốc độ 48 KHz. Tốc độ lấy mẫu tại đầu vào của bộ mã hoá
audio phải đồng bộ với xung đồng hồ (xung clock) của tins hiệu Vvideo để
đảm bảo sự làm việc của toàn hệ thống.
Tín hiệu đầu vào, nói chung đợc lợng tử hoá tối thiểu 16 bit, tuy nhiên hệ thống nén audio có thể tải tín hiệu audio có độ phân giải tới 24 bit. Chuẩn nén AC-3 đợc qui định trong ATSC Doc, A/52. Mục đích chính của nén audio là biểu thị tín hiệu audio bằng một số lợng bit ít đến mức có thể, trong khi vẫn bảo toàn đợc cấp chất lợng cần thiết cho mỗi ứng dụng.
Công nghệ nén đợc thực hiện bằng 3 công đoạn chính. Trong công đoạn 1: tín hiệu audio từ miền thời gian đợc chuyển đổi sang miền tần số. ở miền này , công nghệ nén đợc thực hiện hiệu quả dựa trên cơ sở “tâm lý âm thanh”.
Tỷ số tín hiệu trên tạp nhiễu (S/N) cũng không đòi hỏi cao nhờ phơng pháp
“che mặt nạ” dựa trên hiệu ứng “tâm lý âm thanh”. Công đoạn thứ 2: Phép hoạch định bít dựa trên mô hình “tâm lý âm thanh” của con ngời xác định giá
trị S/N cần thiết đối với mỗi hệ số tần số. Tại công đoạn cuối cùng các hệ số 43
tần số đợc lợng tử hoá “thô” với mức độ chính xác cần thiết và tạo nên dòng cơ sở ES.
b/ Chuẩn nén MPEG: Từ năm 1988 các Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế đã
quan tâm đến việc xây dựng các tiêu chuẩn cho hình ảnh động và âm thanh đi kèm. Nhóm nghiên cứu về audio MPEG có trách nhiệm xây dựng tiêu chuẩn mã hoá audio số với tần số lấy mẫu 32KHz, 44KHz và 48 KHz và tốc độ bít trong khoảng từ 32 Kbps đến 192 Kbps cho âm thanh mono và 64 Kbps đến 384 Kbps cho stereo.
Với phơng pháp thực hiện mã hoá theo các công đoạn: Trớc tiên: tín hiệu audio tơng tự đợc điều chế mã xung thành tín hiệu audio dạng số PCM.
Công đoạn thứ hai: Tín hiệu audio số đợc chuyển từ miền thời gian sang miền tần số, bằng phép biến đổi Fourier nhanh (FFT), sau đó đợc chia làm 32 giải băng tần con. Trong công đoạn cuối: dới tác động của “mô hình tâm sinh lý nghe” các băng tần con sẽ đợclợng tử hoá và mã hoá làm giảm bớt số lợng bit một cách đáng kể, từ đó đóng gói và truyền dòng bit đã mã hoá.
Hiện nay, tiêu chuẩn nén MPEG vẫn tiếp tục phát triển, nó đợc sử dụng rộng rãi hơn tiêu chuẩn nén AC-3.
Chơng III
nén tín hiệu âm thanh theo tiêu chuẩn mpeg