Dạng sóng âm thanh liên tục đƣợc chuyển sang tín hiệu điện liên tục bằng
microphone. Thí dụ, dạng sóng âm thanh trên hình 11 sẽ chuyển đổi thành tín hiệu điện có cùng hình dạng. Tín hiệu điện thƣờng đo bằng vôn. Loại tín hiệu với biên độ và thời gian liên tục đƣợc gọi là tín hiệu tƣơng tự.
Hình 11: Biểu diễn âm thanh số
Để xử lý và truyền tải tín hiệu âm thanh bằng máy tính thì chúng phải đƣợc chuyển đổi tín hiệu điện liên tục thành tín hiệu số theo ba bƣớc ADC: lấy mẫu, lƣợng tử hóa và mã hóa (hình 11).
Bộ lọc (Filtering)
Trƣớc khi lấy mẫu và biến đổi tƣơng tự - số, tín hiệu âm thanh phải đƣợc lọc để loại bỏ những tần số không mong muốn, tức là những tần số cao hơn và thấp hơn bằng cách sử dụng bộ lọc băng thông.
Phía đầu ra, sau biến đổi số - tƣơng tự, các tần số cao có thể xuất hiện do các bƣớc lấy mẫu và lƣợng tử hóa. Các tín hiệu trơn đƣợc thay thế bởi dãy các hàm bƣớc và nó có thể chứa mọi tần số khác nhau. Do vậy, thƣờng sử dụng bộ lọc thông thấp (cho tần số thấp đi qua) ở đầu ra của bộ biến đổi số - tƣơng tự.
Lấy mẫu (Sampling)
Quá trình chuyển đổi thời gian liên tục thành giá trị rời rạc đƣợc gọi là lấy mẫu. Hình 11 (b) và (c) chỉ ra tiến trình lấy mẫu. Trục thời gian phân chia thành các khoảng cố định. Thu nhận giá trị của tín hiệu tƣơng tự tại mỗi điểm đầu khoảng thời gian. Khoảng thời gian này đƣợc xác định bởi một xung đồng hồ. Tần số của đồng hồ đƣợc gọi là tần số mẫu hay tốc độ lấy mẫu. Giá trị mẫu vẫn là giá trị tƣơng tự trong biên độ:
nó có giá trị bất kỳ trong dải liên tục. Nhƣng giá trị mẫu lại ở trong khoảng thời gian rời rạc: trong mỗi dải, mẫu chỉ có một giá trị.
Lượng tử hóa (Quantization)
Tiến trình chuyển đổi giá trị mẫu liên tục thành giá trị rời rạc đƣợc gọi là lƣợng tử hóa. Tiến trình này chia dãy tín hiệu thành số khoảng cố định. Mỗi khoảng có cùng kích thƣớc và đƣợc gán một giá trị. Trên hình 11 (c) các khoảng đƣợc đánh số từ 0 đến 8. Mỗi mẫu sẽ thuộc một khoảng và đƣợc gán giá trị khoảng. Trong thí dụ này, giá trị mẫu chỉ có thể là số nguyên từ 0 đến 8. Hai mẫu có giá trị khác nhau trƣớc khi lƣợng tử hóa, nhƣng chúng có thể có cùng giá trị sau khi lƣợng tử hóa. Kích thƣớc khoảng lƣợng tử hóa đƣợc gọi là bƣớc lƣợng tử hóa.
Mã hóa (Coding)
Tiến trình biểu diễn giá trị đã lƣợng tử hóa dƣới dạng số gọi là mã hóa nhƣ trên hình 11 (d). Thí dụ trên đây sử dụng 7 mức lƣợng tử hóa, do vậy có thể sử dụng 3 bít để mã hóa. Vậy, mỗi mẫu đƣợc biểu diễn 3 bit. Dãy số nhị phân sau đây biểu diễn tín hiệu tƣơng tự của thí dụ trên hình 10.
001 011 101 100 010 001 011 011 110
Nhận xét
Khi tỷ lệ lấy mẫu và tổng số mức lƣợng tử hóa đủ lớn thì tín hiệu số sẽ biểu diễn gần chính xác tín hiệu tƣơng tự gốc.
Khi muốn xây dựng lại tín hiệu tƣơng tự, ta phải sử dụng DAC. Hình 12 chỉ ra tiến trình của DAC.
Các giá trị lƣợng tử hóa đƣợc xác định trên cơ sở biểu diễn số và bƣớc lƣợng tử. Kết quả ta có dãy các tín hiệu bƣớc nhƣ hình 12(b). Sau đó cho các tín hiệu bƣớc này qua bộ lọc thông thấp để tái tạo xấp xỉ tín hiệu tƣơng tự gốc nhƣ hình 12 (c). Ta nói rằng xấp xỉ tín hiệu gốc là tái tạo bởi vì tín hiệu tái tạo không hoàn toàn giống tín hiệu gốc do sai số của lƣợng tử hóa của tiến trình ADC.
Nguyên lý hoạt động của DAC và ADC mô tả ở đây đƣợc áp dụng cả cho tín hiệu video và loại tín hiệu khác.
Trong tiến trình ADC, nhiệm vụ xác định tốc độ lấy mẫu và tổng số mức lƣợng tử hóa cho các tín hiệu tƣơng tự khác nhau và cho các ứng dụng khác nhau là rất quan trọng.