- Với mụ ờt mảng hỡnh lớn (tần số thấp) thỡ quan trọng hơn những hỡnh ch
5.2.Cụng nghệ giảm tốc độ nguồn dữ liệu Audio số
Cụng nghệ mó húa nguồn được sử dụng để loại bỏ đi sự dư thừa trong tớn hiệu Audio (khi giỏ trị vi sai mẫu – mẫu xấp xỉ bằng giỏ trị 0) cũn cụng nghệ che lấp dựa trờn mụ hỡnh tõm lý thớnh giỏc của con người cú tỏc dụng loại bỏ cỏc mẫu khụng cú giỏ trị cảm nhận (cỏc mẫu khụng nghe thấy). Cú hai cụng nghệ nộn cơ bản đú là:
* Mã húa dự bỏo miền thời gian: Sử dụng mó húa vi sai, mó húa cỏc giỏ trị
chờnh lệch giữa cỏc mẫu liờn tiếp nhau để loại bỏ sự dư thừa thụng tin nhằm thu được dũng bit tốc độ thấp.
* Mã húa chuyển đổi miền tần số: Cụng nghệ này sử dụng cỏc khối mẫu
PCM tuyến tớnh biến đổi từ miền thời gian thành một số nhất định cỏc băng tần trong miền tần số.
Hiện tượng che lấp là hiện tượng quan trọng nhất xảy ra trong miền tần số, để lợi dụng đặc điểm này thỡ phổ tớn hiệu audio được phõn tớch thành nhiều băng
Dòng bit mã hóa Dòng mã
hoá Bộ phân phối bit
C h ọ n k ê n h Thông ti Phân phối bit L ợ ng tử và mã hóa Dã y bộ lọc Tín hiệu vào Mô hình tâm lý thính giác
phụ cú độ phõn giải thời gian và tần số phự hợp với bề rộng cỏc băng tần tới hạn của HAS. Mỗi băng phụ chứa một số thành phần õm rời rạc.
Cấu trỳc bộ mó húa audio cơ bản như sau:
Hỡnh 5.3 Bộ mã húa tớn hiệu audio. * Bộ lọc đa băng tần:
Bộ lọc đa băng tần (hoặc gọi là dóy bộ lọc) làm nhiệm vụ tỏch phổ tớn hiệu thành cỏc băng con, cú ba cỏch thực hiện dóy bộ lọc:
+ Dóy băng con: Phổ tớn hiệu được chia thành cỏc băng tần phụ cú độ rộng như nhau tương tự như khi chia phổ tần thành cỏc băng tần tới hạn của hệ thống HAS, với cỏc tần số nhỏ hơn 500Hz, một băng con sẽ chứa vài băng tần tới hạn. Trong cụng nghệ nộn audio, sử dụng một số loại bộ lọc băng con (như PQMF – Polyphase Quadrrature Mirror Filter). Bộ lọc này cú độ chồng phổ thấp và thường được sử dụng cho cỏc mẫu gần kề về mặt thời gian.
Trong tiờu chuẩn nộn audio MPEG, một khung audio gồm 1152 mẫu được chia thành 32 băng con, mỗi băng con chứa 36 mẫu.
+ Dóy chuyển đổi: ỏp dụng thuật toỏn DCT cú biến đổi (Modified Discrete Consine Transform – MDCT) để chuyển đổi tớn hiệu audio miền thời gian thành một số lượng lớn cỏc băng con (từ 256 đến 1024) trong miền tần số.
+ Dóy bộ lọc cõn bằng: Tớn hiệu vào trước tiờn được chia thành 32 băng con nhờ cỏc bộ lọc PQMF. Sau đú ỏp dụng phộp biến đổi MDCT cho mỗi 18 mẫu của băng con. Kết quả sẽ thu được 576 băng rất hẹp (41,76Hz tại tần số lấy mẫu
(dB) Biên độ 80 10 50 30 20 40 60 70 100 90 110
Sự phân phối Bit (SNR theo tần số) Đ ờng cong
che phủ đ ợ c Đ ờng bao phổ tín hiệ
48KHz), việc kết hợp này cú độ phõn giải thời gian khoảng 3,8 ms. Số bộ lọc trong dóy phải được xỏc định phự hợp với một số tỏc nhõn quan trọng.
- Dóy bộ lọc cú độ phõn giải thấp (nghĩa là băng tần rộng) sẽ cho số lượng băng cũn nhỏ. Khi đú trong mỗi băng con sẽ chứa hầu hết cỏc thành phần õm của phổ tớn hiệu audio khiến tỏc dụng che lấp giảm và cần nhiều bit để mó húa cỏc thành phần tớn hiệu trong cỏc băng con. Tuy nhiờn, số lượng cỏc băng con giảm thấp sẽ giảm được mức độ phức tạp mó húa / giải mó và vẫn giữ được độ phõn giải tốt về thời gian.
- Nếu dóy bộ lọc cú độ phõn giải cao, sẽ cho số lượng lớn cỏc băng tần con và cỏc thành phần õm đơn của phổ tớn hiệu audio sẽ khụng rơi vào tất cả cỏc băng con. Khi đú trong mỗi băng con sẽ chứa hầu hết cỏc thành phần õm sẽ khụng cần mó húa. Bề rộng băng tần hẹp cho khả năng mụ phỏng tốt hơn cỏc băng tới hạn của HAS. Tuy nhiờn cú độ phõn giải thời gian thấp dẫn tới hiện tượng cú tiếng tạp lanh canh khi mó húa tớn hiệu audio ngắn.
Do vậy, cú thể sử dụng dóy bộ lọc thớch nghi cú khả năng chuyển đổi từ dóy bộ lọc cú độ phõn giải cao sang dóy bộ lọc cú độ phõn giải thấp khi mó húa tớn hiệu audio ngắn. Đặc tuyến của quỏ trỡnh xử lý dóy bộ lọc bao gồm cỏc yếu tố:
- Độ phõn giải thời gian = độ dài mẫu khối bộ lọc x 20,83 s, với tần số lấy mẫu 48KHz khoảng cỏch thời gian giữa cỏc mẫu liờn tiếp sẽ là 20,83 s
- Độ phõn giải tần số = bề rộng phổ cực đại/tổng số băng con, với tần số lấy mẫu 48KHz, bề rộng phổ tần tối đa của tớn hiệu là 24 KHz.
- Độ dài khung dữ liệu = (số băng con) x (số mẫu trong một khối) x 20,83 s.
* Sự phõn phối bit:
Một phộp tớnh mụ hỡnh tõm lý thớnh giỏc chớnh là tớn hiệu PCM đầu vào, sử dụng thuật toỏn biến đổi Fourier nhanh (FFT) được thực hiện để xỏc định nội dung tần số và năng lượng của nú. Từ ngưỡng nghe được và đặc tớnh che phủ tần số của HAS, người ta tớnh toỏn được đường cao che lấp như hỡnh minh họa trong hỡnh sau:
Hỡnh 5.4 Đường cong che lấp và sự phõn phối bit.
Hỡnh dạng và kớch thước đường cong che lấp phụ thuộc nội dung tớn hiệu, cú thể thấy sai số giữa đường bao phổ tớn hiệu và đường cong che lấp giảm xuống, điểm cú giỏ trị max là 40 dB. Giỏ trị sai lệch max này quyết định số lượng bit (thụng thường lượng tử húa cơ bản là 6 dB/bit) cần thiết để mó húa tất cả cỏc thành phần phổ tần của tớn hiệu audio. Quỏ trỡnh phõn phối bit cần đảm bảo tạp õm lượng tử húa thấp hơn ngưỡng nghe được. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ đường cong che lấp, ngưỡng che lấp của mỗi băng con được xỏc định, chỳng quy định năng lượng tạp õm lượng tử cực đại cú thể chấp nhận trong mỗi băng con, tại đú tạp õm bắt đầu trở nờn nghe thấy.
Sau khi ước lượng ngưỡng che lấp cho mỗi băng tần con, cỏc tham số xếp loại được sử dụng để biến đổi bước lượng tử của mỗi băng con, tức biến đổi cấu trỳc tạp õm lượng tử sao cho phự hợp nhất. Cuối cựng mó húa Huffman được sử dụng.
* Lượng tử húa.
Quỏ trỡnh lượng tử húa cỏc băng tần con trong phổ tớn hiệu audio là một quỏ trỡnh khụng đồng bộ. Tức là mỗi băng con được lượng tử với một bước lượng tử khỏc nhau phự hợp với mức năng lượng cũng như mức độ che lấp của băng tần, bước lượng tử được xỏc định nhờ bộ phõn phối bit.
tham số xếp loại, bít động phân phối và mã hoá L ợ ng tử hóa che lấp Ng ỡ ng Biến đổi FFT 1024 điểm 512 hoặc 0 1 2 n n 1 2 0 n 1 2 0 31 31 31 DL đầu vào Dã y bộ lọc 32 bằng lăng trụ Xếp loại Dòng bit đã mã hóa - Tham số lại chết - Phân phối bit Multiplexer * Ghộp kờnh dữ liệu.
Cỏc khối 12 mẫu dữ liệu từ đầu ra bộ lượng tử húa được ghộp kờnh cựng với tham số xếp loại tương ứng của chỳng và thụng tin phõn phối bit để hỡnh thành nờn khung dữ liệu audio trong dũng bit mó húa.