Tổng quan audio - video

Audio – Video Overview

Kramerelectronics

PHẦN I

AUDIO OVERVIEW
CHƯƠNG I

TÍN HIỆU ÂM THANH VÀ SỰ CẢM THỤ TÍN HIỆU ÂM THANH
1.1 Khái quát
a. Nguồn âm
- Nguồn âm điểm: Kích thước nguồn âm d << bước sóng ‫גּ‬
- Nguồn âm diện (mặt): d < ‫ , גּ‬nhưng d ≈ ‫גּ‬
- Nguồn âm tuyến
b. Sóng âm
- Tai người chỉ nghe được các âm thanh có tần số trong khoảng 16Hz đến
20.000Hz.
- Vận tốc âm thanh trong khơng khí là 340 m/s và bước sóng ‫ גּ‬khoảng 1,7 cm
đến 17m.
c. Độ suy giảm
- Ở tần số khác nhau thì độ suy giảm khác nhau
Âm có tần số cao bị nhiễu xạ nhiều hơn âm có tần số thấp.
Âm trầm ít bị suy hao hơn ( tín hiệu âm của nữ (âm cao) bị suy hao nhiều hơn âm của
nam (âm trầm )).
1.2 Các đại lượng vật lý của sóng âm
a. Thanh áp (Áp suất âm thanh) p
p = F/ S ( N/m2) , (Pa).
Bar âm thanh: 1 bar = 105 Pa.
b. Mức áp suất âm thanh

KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

1


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

SPL = 20 lg(P/Po) [dB] trong đó
Po : thanh áp chuẩn tại ngưỡng nghe được (ở tần số f = 1000Hz thì Po = 2.10 -5
N/m2).
- Theo tiêu chuẩn của ITU-T, OIRT, CCIR,.. thì:
+ Mức tạp âm nội bộ của Studio là SPL < 30 dB.
+ Ở phòng câm: SPL < 25 dB.
+ SPL = 74 dB : mức chuẩn để kiểm định thiết bị âm thanh.
+ SPL >= 120 dB: chói tai (đau tai).
- Tốc độ dao động âm: v’ = 2. 10-7 m/s
- Cường độ âm thanh: I = P/S, với P là công suất âm thanh.
1.3 Sự thụ cảm của cơ quan thính giác
Sự thụ cảm của cơ quan thính giác phụ thuộc vào:
- Tần số
- Cường độ I = P/S, từ đó suy ra âm lượng của âm thanh là K = 10 lg(I/Io), với Io
= 10-12 W/m2 .
- Khoảng cách
- Xác định được vị trí của nguồn âm (Hiệu ứng tham gia).
- Xác định được hướng của nguồn âm.
1.4. Dải động của tín hiệu âm thanh
- Dải động của máy tăng âm thường là 50 – 70 dB.
- Dàn nhạc giao hưởng có thể là 90 – 120 dB.

1.5. Sự lấn át tín hiệu âm thanh
- Do tạp âm: Trong q trình xử lí tín hiệu âm thanh bên cạnh tín hiệu có ích thì
thiết bị cũng nhận thêm các tạp âm có hại. Để tính tốn mối quan hệ giữa tín hiệu có
ích và tạp âm người ta đưa ra cơng thức tính là: Tỉ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) dB.

KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

2


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

- Lấn át theo tần số: Khi phát ra tín hiệu có 1 băng thơng nhất định và một tín hiệu
khác có một băng thơng khác thì có sự xen lẫn giữa 2 băng thơng -> tạo ra phách của
các tần số ( Do hệ thần kinh trung ương cảm thụ).
Ví dụ : tần số f1 và tần số f2 nhưng tai có thể nghe nf1± mf2 làm tai ta khó phân biệt
tần số f1 và tần số f2 . Từ đó đưa ra độ lấn át theo tần số (dB) M= N’0 – N0 trong đó:
+ N0 : ngưỡng nghe được khi khơng có tạp âm ( khơng có tác động của một tần số
tạp âm nào cả).
+ N’0 : ngưỡng nghe được khi có tạp âm ( khi có f2 ).
1.6. Độ rõ của tín hiệu âm thanh
Đây là một khái niêm mang tính thống kê.
Ví dụ: Trong một gian phịng chia ra các ơ người ta đọc một trăm từ, nghĩa của các
từ không liên quan với nhau – tách rời nhau. Cho người ngồi ở các vị trí khác nhau ->
ở các vị trí khác nhau ghi được số từ là bao nhiêu. Nếu từ đúng ngồi ở bất cứ ở chỗ
nào cũng có thể ghi được.
- 80 từ trở lên : Chất lượng phòng tốt.
- 40 – 60 từ

: Chất lượng phòng trung bình.

- nhỏ hơn 40 từ: Chất lượng phịng kém.
1.7.

Hiệu ứng stereo

Là hiệu ứng mà con người xác định được vị trí của nhiều nguồn âm sơ cấp- > Tạo

nên hệ thống âm thanh lập thể (2 kênh và nhiều kênh). Trong điện ảnh là 5
kênh đến 9 kênh.
1.8.

Tai người khi thụ cảm cịn mang tính phi tuyến

- Nếu τ < 50 ms thì tai ta khơng phân biệt được hai âm đó.
-

Nếu τ <200ms : khơng xác định được công suất âm thanh.

Với τ là độ trễ giữa trực âm và phản âm.

KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

3


Audio – Video Overview

1.9.

Kramerelectronics

Trực âm và phản âm

Trong một không gian khép kín - một phịng, sóng âm từ nguồn âm một mặt lan
truyền trực tiếp tới người nghe hoặc microphone đó là TRỰC ÂM, mặt khác nó đập
vào bề mặt giới hạn của phòng ( tường, trần, nền) và các đồ vật đặt trong phòng rồi
phản xạ trở lại đó là PHẢN ÂM. Hiện tượng này của sóng âm không chỉ xảy ra một
lần mà cứ lặp đi lặp lại, mỗi lần gặp chướng ngại vật thì một phần năng lượng âm bị
tiêu hao vào vật liệu cấu tạo của vật đó – ta gọi đó là hiện tượng hấp thụ âm thanh,
một phần bức xạ trở lại không khí – ta gọi là hiện tượng phản xạ âm thanh. Những âm
phản xạ lần thứ nhất gọi là phản âm bậc một chúng thường có năng lượng lớn ( chỉ
nhỏ hơn trực âm) và tách biệt thành những phản xạ rời rạc. Phản âm bậc một có ý
nghĩa vơ cùng quan trọng đối với đối với sự cảm nhận khơng gian của phịng thu, cho
dù trong thực tế ta khó có thể nghe tách biệt chúng ra khỏi tín hiệu chung. Các phản
âm bậc 2,3,...ngày càng dầy và đan xen từ nhiều hướng, nhưng sau mỗi lần phản xạ
năng lượng âm lại suy giảm và dần dần bị suy hao cho đền hết, ta gọi đó là hiện tượng
kết vang. Số đo biểu thị tốc độ suy giảm năng lượng âm như trên gọi là thời gian vang
(reverberation time) hay thời gian kết vang.
Vì sóng âm phản xạ từ tất cả các hướng tới microphone (hoặc người nghe) nên nó
tạo ra một trường âm Tán xạ tạo ra cảm giác âm thanh không gian hoặc âm thanh
quang cảnh .
1.10. Sự suy giảm năng lượng trên đường truyền
- Với nguồn âm điểm: Phát ra sóng có dạng hình cầu – sóng cầu nghĩa là sóng âm
bức xạ đều ra theo các hướng hay nói cách khác năng lượng âm được phân bố đều đặn
trên mặt cầu. Diện tích măt cầu S=4ПR 2 nghĩa là năng lượng âm sẽ giảm theo tỉ lệ với
bình phương của khoảng cách tới nguồn âm tức là suy giảm rất nhanh: mỗi khi
khoảng cách tăng gấp đơi (ví dụ từ 3m đến 6m ) thì thanh áp giảm đi một nửa hoặc

mức thanh áp giảm đi 6dB. Như vậy, ở trường gần năng lượng năng lượng (hay mức
âm) giảm rất nhanh, ở trường xa độ suy giảm chậm hơn.
KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

4


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

- Khi có rất nhiều nguồn âm điểm nối tiếp nhau tạo thành một tuyến (một đường)
sẽ tạo thành nguồn âm tuyến kéo dài nên sóng âm của những nguồn dạng âm tuyến
như thế sẽ tạo thành những hình ống bức xạ vào khơng trung. Sự suy giảm của dạng
nguồn âm này nhỏ hơn : khi khoảng cách tăng gấp đơi thì nó giảm có 3dB.
- Những nguồn âm có dạng mặt phẳng gọi là nguồn âm diện . Trong trường gần
của các nguồn âm diện có mặt bức xạ lớn mức âm hầu như không suy giảm theo
khoảng cách vì sóng âm ở đây có dạng gần như sóng phẳng. Ở khá xa nguồn âm diện
(với khoảng cách R >> kích thước nguồn âm) thì mức âm mới suy giảm dần.
1.11. Ảnh hưởng của thời tiết và khí hậu
- Hầp thụ năng lượng của mơi trường khơng khí tần số càng cao độ suy giảm càng
lớn.
- Nhiệt độ
- Độ ẩm
Khi nhiệt độ và độ ẩm tăng thì sự suy giảm năng lượng âm lại bớt đi.
- Ảnh hưởng của gió.
1.12. Hiện tượng nhiễu xạ
Trên đường lan truyền trực tiếp từ nguồn âm đến đến người nghe hoặc
microphone, sóng ân thường gặp các vật cản, thí dụ cột, tường, bàn ghế,..tạo ra hiện
tượng nhiễu xạ của sóng âm tương tự như hiện tượng nhiễu xạ của ánh sáng. Có ảnh

hưởng nhỏ đến âm mà tai người hoặc microphone thu được.
1.13. Hiện tượng hấp thụ âm thanh
Khi sóng âm gặp một vật liệu hút âm thì một phần năng lượng của nó bị hấp thụ
vào vật liệu một phần phản xạ trở lại không gian. Năng lượng âm bị hấp thụ, một
phần chuyển thành nhiệt năng trong vật liệu, một phần được truyền qua tường rồi bức
xạ qua phịng bên cạnh.
Khơng có loại vật liệu nào có khả năng hấp thụ mọi tần số âm thanh như nhau. Có
thể chia ra 3 chủng loại vật liệu hút âm như sau:
KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

5


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

+ Vật liệu hút âm trầm (khoảng dưới 250Hz)
+ Vật liệu hút âm trung (khoảng 250Hz đến 1000Hz)
+ Vật liệu hút âm cao (khoảng trên 1000Hz).
1.14. Hiện tượng âm vang
Trong một phòng (nhất là phòng lớn và tường cứng) khi âm thanh của một nguồn
âm đã tắt, nhưng nó vẫn cịn ngân dài nhờ hiện tượng phản xạ của sóng âm; ta gọi đó
là hiện tượng âm vang. Tiếng vang có ảnh hưởng rất lớn đến đặc điểm âm thanh của
phòng. Trong biểu diễn âm nhạc, nhờ có tiếng vang mà tại những chỗ dừng - dấu lặng
– âm thanh không bị cắt cụt một cách khô khan; nó được bù đắp phần nào bởi năng
lượng của trường phản âm – âm thanh quan cảnh. Chính phần tín hiệu quang cảnh này
cho ta những thơng tin về đặc diểm âm học của không gian biểu diễn ( phịng hồ
nhạc, studio hay nhà thờ,..). So với trực âm, tiếng vang đến tai ngưòi nghe hay
microphone phải sau một khoảng thời gian t nào đó gọi là trễ.

- Hiện tượng âm vang bao gồm 3 giai đoạn: khởi vang, đồng vang và kết vang.
1.15. Những yêu cầu cơ bản đối với một ảnh âm lập thể (stereo)
1. Giữ được sự cân đối lập thể: Xét cả về phân bố âm lượng cho mỗi nguồn âm
cũng như phân bố phương vị cho các nguồn âm. Có 5 phương vị chính khi dựng ảnh
âm: TRÁI (L), NỬA TRÁI (HL), GIỮA (M), NỬA PHẢI (HR), và PHẢI ( R).
2. Tận dụng tối đa chiều rộng dựng ảnh âm.
3. Tạo được cảm giác khơng gian rõ rệt.
4. Đảm bảo tính tương thích (đối với các chương trình dùng cho phát thanh
truyền hình).
1.16. Tiếng nói và việc nhận dạng tiếng nói
Hiện nay, có các phương pháp sau để nhận dạng tiếng nói: Nhận dạng tiếng nói
bằng phương pháp Markop ẩn, bằng mạng nơ ron và bằng trí tuệ nhân tạo.
1.17. Nguyên lý ghi âm

KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

6


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

Với analog có các phương pháp ghi như sau:
a. Ghi cơ giới
Là phương pháp dùng thiết bị cơ giới để khắc những tín hiệu âm thanh, thành dạng
các rãnh vòng tròn trên đĩa nhựa. Khi cần phát lại âm thanh đã ghi, thì cho kim đĩa hát
chuyển động trên những rãnh vịng đó. Phương pháp này dùng trong sản xuất đĩa hát.
b. Ghi âm quang học
Là phương pháp dùng micrô và bộ điều chế quang, để đưa âm thanh cần ghi vào

những phiến nhựa cảm quang. Sau đó đưa phiến nhựa đã định hình ghi âm, khống chế
ánh sáng của đèn quang học chiếu tới, để phát ra tín hiệu ban đầu. Phương pháp ghi
âm quang học thường dùng trong điện ảnh.
c. Ghi âm từ
Là phương pháp dùng dòng điện âm tần tác động lên băng từ và để lại từ dư trên
băng theo quy luật của dong điện âm tần. Lúc phát lại thì những mức từ dư trên băng
qua đầu từ đọc lại biến thành dòng điện âm tần. Phương pháp ghi âm từ dùng trong
truyền thanh và đời sống.
Nguyên lý ghi âm từ dựa trên đặc tính của các hạt sắt từ có thể bị nhiễm từ, khi
chịu tác động của từ trường và còn giữ lại mức từ dư, khi ra khỏi từ trường đó. Hiện
nay, người ta thưịng dùng băng từ là băng nhựa có phủ một lớp bột sắt từ.
Với digital
Định dạng băng audio số DAT đầu tiên được phát triển cho máy ghi âm dân dụng
(đầu từ quay – nên gọi là R-DAT : Rotary – Digital Audio Tape). Tuy nhiên DAT có
chất lượng cao nên được dùng trong các muc đích chuyên dụng.

CHƯƠNG II
KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

7


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

XỬ LÝ TÍN HIỆU ÂM THANH SỐ
2.1. Tín hiệu âm thanh số là gì ?
Ở dạng gốc, tín hiệu âm thanh (tín hiệu âm tần) là tín hiệu tương tự (analog) tức
là tín hiệu có đường biểu diễn tần số và biên độ liên tục. Tín hiệu analog là tín hiệu

liên tục về thời gian và trị số.
Tín hiệu âm thanh digital là tín hiệu gồm những mẫu được lấy ra từ tín hiệu gốc
analog và số hố theo mã quy định, vì thế nó là những tín hiệu rời rạc, xét về mặt thời
gian cũng như giá trị. Mỗi mẫu rời rạc được biễu diễn bằng một mã nhị phân.
Việc xử lí các mẫu nhị phân rời rạc đó theo quy luật của kỹ thuật số gọi là
phương pháp xử lí tín hiệu âm thanh số. Mạch xử lí tín hiệu âm thanh số chủ yếu là
các mạch trữ, mạch chuyển tiếp và mạch thuật toán.
2.2.

Tại sao cần xử lí tín hiệu âm thanh theo cơng nghệ số

a. Phương pháp xử lí tín hiệu bằng cơng nghệ tương tự thường có những hạn chế về
- Dải tần
- Dải động
- Độ méo
- Độ suy hao
- Suy giảm chất lượng khi sao chép thông tin,...
b. Một hệ truyền tín hiệu ( nói ngắn gọn là một kênh ) được đặc trưng bởi các tính
chất kỹ thuật sau
1. Tỉ số tín hiệu trên tạp âm (S/N)
Yếu tố gây nhiễu thường gặp nhất là tạp âm sinh ra ngay trong các linh kiện điện
tử ( cả linh kiện thụ động và tích cực ). Những điện áp tạp âm này phân bố suốt dải
âm tần, từ thấp lên cao. Khi nghe phát ra loa ta thường có cảm giác chúng chỉ xuất
hiện ở vùng tần số cao. Sở dĩ như vậy dải thông ở vùng tần số thấp trên đường đặc
tuyến biên độ tần số hẹp hơn nhiều so với vùng tần số cao. Mặt khác khả năng cảm
thụ của tai người còn phụ thuộc vào tần số.
KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

8

Audio – Video Overview

Kramerelectronics

- Tiêu chuẩn cho máy HiFi : (S/N) >= 54dB.
2. Dải động
Dải động của một kênh truyền dẫn cho biết mức điện áp ra cực đại và cực tiểu mà
không bị ảnh hưởng của tạp âm, biểu thị bằng dB. Giá trị cực đại còn phụ thuộc vào
khả năng điều chế của hệ thống, giá trị tạp nhiễu phụ thuộc vào độ nhiễu và tạp âm
của toàn kênh.
Khi truyền một tín hiệu âm thanh với dải động tự nhiên của kênh đủ rộng (thí dụ
một tác phẩm khí nhạc cho dàn nhạc hồ tấu: concerto, symphony,..) qua một kênh
truyền dẫn có dải động hẹp hơn thì tín hiệu đầu ra bị ép lại.
3. Dải tần
Tín hiệu truyền đi thường bị giới hạn trong một khoảng tần số, tuỳ thuộc chất
lượng của kênh. Tín hiệu tần số thấp, thành phần điện áp một chiều và tần số cao (ở
cuối dải tần) thưịng khơng được chuyển tải đầy đủ hoặc bị mất hồn tồn.
4. Độ tuyến tính
Trên một kênh truyền dẫn lý tưởng thì tín hiệu đầu ra phải biến đổi tuyến tính vói
tín hiệu đầu vào. Nếu khơng được như vậy thì sẽ tạo ra méo tín hiệu.
Kênh truyền dẫn thường tạo ra méo tuyến tính (méo đường thẳng) và méo phi
tuyến tính (méo khơng đường thẳng).
Méo đường thẳng xuất hiện khi đặc tuyến biên độ - tần số của hệ truyền không
bằng phẳng. Méo không đường thẳng tạo ra các thành phần tần số khơng có trong tín
hiệu gốc. Dạng méo này là do các đặc tuyến công tác của linh kiện không được thẳng,
sinh ra hài. Độ méo biểu hiện bằng hệ số méo, tức là bằng tỷ số hiệu dụng của các
thành

phần

hài

bậc

cao

do

méo

tạo

ra

trên

tín

hiệu

tổng.

Note : Trên cơ sở tóm tắt các đặc tính kỹ thuật của một kênh thơng tin ta thấy ngay:
tín hiệu analog bị ảnh hưởng rất nhiều bởi tình trạng của kênh trong quá trình chuyển
tải thơng tin.

KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

9

Audio – Video Overview

Kramerelectronics

Để giảm tới mức thấp nhất những ảnh hưởng của kênh lên tín hiệu, người ta
chuyển tín hiệu của âm thanh sang dạng số.
2.3. Ưu, nhược điểm của công nghệ xử lý âm thanh số
a. Ưu điểm
Nhiễu khơng thể xâm nhập được vào tín hiệu
Với kỹ thuật analog ta khơng thể tách nhiễu ra khỏi tín hiệu khi đã bị xâm nhập,
mặt khác tỉ số S/N bị thu hẹp.
Trong kỹ thuật digital, với phương pháp hạn biên (limit) ta hồn tồn có thể tách
được nhiễu ra khỏi các điện áp vng góc để tái tạo các tín hiệu gốc hồn tồn sạch.
Nhờ đó, có thể lọc được tất cả can nhiễu của hệ thống truyền dẫn. Phương pháp xử lí
tín hiệu số có thể đạt được S/N > 90 dB và do đó có thể đạt được dải động rất lớn. Ưu
điểm này cho phép sao chép nhiều lần các thông tin âm thanh từ băng hay đĩa sang
băng hay đĩa khác mà không làm giảm chất lượng.
Trong cơng nghệ analog, q trình in lại các băng đĩa đều làm tăng tạp âm rõ rệt.
Điều này hoàn tồn khơng tồn tại trong cơng nghệ digital. Tóm lại XLTH âm thanh
bằng cơng nghệ số có các ưu điểm sau:
1. Tỷ số S/N lớn.
2. Mở rộng dải động.
3. Có khả năng sao chép thông tin vô hạn định mà không làm giảm chất lượng.
4. Không bị ảnh hưởng bởi sự dao dộng nhiệt độ và điện áp công tác.
5. Khơng bị méo tín hiệu.
6. Có khả năng tái lập thành phần điện áp một chiều của tín hiệu.
7. Đặc tuyến tần số bằng phẳng.
b. Nhưng công nghệ số cũng có các nhược điểm sau

1.Tín hiệu ở dạng dữ liệu số thưòng dễ bị tổn thất. Chỉ mất một vài bit dữ liệu
cũng dẫn tới lỗi trong tín hiệu âm thanh. Sửa các lỗi dữ liệu rất tốn kém về phần mềm
cũng như phần cứng.
KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

10


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

2. Hệ thống thiết bị xử lí tín hiệu âm thanh số phức tạp và tốn kém hơn so với cơng
nghệ tương tự.
3. Bão hồ tín hiệu sẽ dẫn tới phá huỷ hồn tồn tín hiệu âm thanh.
4. Không thể cắt nối băng ghi âm số như băng ghi âm tương tự, ở đây phải sử dụng
phương pháp cắt nối điện tử.
Ngày nay với công nghệ vi mạch có thể giải quyết dễ dàng nhược điểm 1,2.
2.4. Các bộ biến đổi tương tự - số và số - tương tự (ADC và DAC) (Sẽ giới thiệu
tổng quan)
2.5. Mã hố kênh truyền
Mã hóa kênh được sử dụng trong các hệ thống ghi số và truyền dẫn nhằm làm cho
các đặc tính của dữ liệu sau mã hóa nguồn phù hợp với đặc tính của máy ghi hay kênh
truyền. Mã hoá kênh truyền sẽ sửa đổi dữ liệu gốc nhằm đạt được mật độ bít cao nhất
có thể được trong giới hạn đặc tính của dải thơng kênh truyền. DC (Direct current)
hay các tần số thấp khác sẽ không được chuyển đổi trong quá trình này.
Trong truyền dẫn, dữ liệu truyền dẫn phụ thuộc vào tốc độ chuyển đổi thông tin
phải nhỏ hơn dung lượng kênh truyền, dẫn đến hiện tượng thường gặp là sự khơng
thích ứng đối với kênh truyền. Khả năng giảm bớt sự mất mát thông tin trong thời
gian truyền dẫn hoặc giải thông kênh truyền được cải thiện khi dữ liệu truyền dẫn đạt

được có đặc tính tốt nhất, và điều này giải thích cho sự cần thiết của q trình mã hóa
kênh truyền.
Đặc tính của dải thông kênh truyền dẫn dẫn đến sự méo tín hiệu tại tần số thấp và
cao trong dải tần cơ bản. Từ đó mục tiêu của mã hóa kênh truyền là làm cho hình
dạng phổ tín hiệu audio số bị méo nhỏ nhất.
Các dạng mã hoá kênh truyền là NRZ ( Non Return to Zero), BPM ( Biphase Mark ), HDB3,...
2.6. Cơ sở về nén AUDIO số
KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

11


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

2.6.1 Kỹ thuật mã hoá nguồn được dùng để loại bỏ độ dư thừa trong tín hiệu Audio
và các kỹ thuật “ psychoacoustic masking – che mặt nạ tâm sinh lý nghe ” được dùng
để nhận biết và loại bỏ những thành phần khơng thích hợp ( các mẫu âm thanh lỗi).
Có 2 kỹ thuật nén chủ yếu là :
a. Mã hoá dự đoán trước trong miền thời gian: Phương pháp này sử dụng việc mã
hoá khác nhau đối với các thành phần khác nhau của các mẫu liên tiếp mà có thể khơi
phục được. Việc giảm tốc độ dòng bit sẽ được sử dụng để mã hố và truyền dẫn các
thơng tin của tín hiệu audio.
b. Mã chuyển đổi trong miền tần số: Kỹ thuật này sử dụng các khối block của các
mẫu audio ra từ bộ PCM đều để truyền từ miền thời gian trong miền tần số những dải
băng khác nhau.
2.6.2. Nén không tổn hao
Nén khơng tổn hao cho phép khơi phục lại dịng bit những thông tin nguyên
thuỷ sau bộ giải nén mà không gây ra tổn hao. Hệ thống này loại bỏ sự dư thừa thống

kê, những thông tin tồn tại trong tín hiệu audio có thể dự báo trước từ những mẫu
trước đó. Bộ nén khơng tổn hao cho các tỉ số nén thấp, tỉ số tốt nhất đạt được là 2:1 nó
phụ thuộc vào sự phức tạp của tín hiệu audio nguồn.
Nén không tổn hao sử dụng kỹ thuật mã dự đoán trước trong miền thời gian bao
gồm:
- Thuật toán vi sai: DPCM (Differential PCM ), ADPCM.
- Mã hoá entropy: tận dụng độ dư thừa trong cách miêu tả của các hệ số băng con
đã lượng tử hoá nhằm cải thiện tính hiệu quả của q trình mã hố .
- Các thông số quá tải khối dữ liệu: Các giá trị nhị phân từ q trình biến đổi ADC,
được nhóm thành các khối dữ liệu cả trong miền thời gian, bằng cách lấy mẫu kề nhau
tại đầu ra ADC, lẫn trong miền tần số tại đầu ra FDCT. Các giá trị nhị phân trong một
khối dữ liệu sau đó được tạo thang độ tiếp sao cho giá trị vừa dưới tồn bộ thang.
2.6.3. Nén có tổn hao
KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

12


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

Nén có tổn hao được đề cập đến bởi sự kết hợp của 2 hay nhiều hơn các cơng nghệ
xử lý mà nó lợi dụng đặc tính của hệ thống HAS (Human Auditory System) là không
phân biệt được các thành phần phổ có biên độ nhỏ giữa những thành phần phổ có biên
độ lớn. Các phương pháp giảm số liệu xử lý cao có hệ số nén từ 2:1 đến 20:1, nó phụ
thuộc vào q trình nén và giải nén, và vào yêu cầu chất lượng của audio.
Các hệ thống số nén có tổn hao sử dụng cơng nghệ mã hố tri giác. Ngun lý cơ
bản của nó là loại bỏ những thành phần dư thừa trong tín hiệu audio bằng cách bỏ đi
những tín hiệu nằm dưới đường cong ngưỡng âm, điều này giải thích tại sao người ta

gọi các hệ thống nén số liệu có tổn hao là mất các thành phần âm.
Nén làm mất các thành phần âm được kết hợp từ các kỹ thuật như:
- Kỹ thuật “masking - che” đối với các thành phần tín hiệu trong miền thời gian và
trong miền tần số. Tỉ lệ signal – mask được sử dụng để xác định số bit cho q trình
lượng tử hóa mỗi băng với mục đích giảm thiểu khả năng nghe thấy của âm thanh.
- Chặn mức tạp âm lượng tử cho từng âm độ của tín hiệu âm thanh bằng cách chỉ
định số bit vừa đủ để chắc chắn rằng mức nhiễu lượng tử luôn luôn nằm dưới mức giá
trị cần chặn. Tại những tần số gần với tần số tín hiệu âm thanh thì S/N có thể chấp
nhận được từ 20 đến 30 dB, tương đương với độ phân tích từ 4 đến 5 bits.
- Mã hố nối: Cơng nghệ này khai thác sự dư thừa trong hệ thống audio đa kênh,
người ta thấy rằng có rất nhiều các phần số liệu ở trong các kênh là giống nhau, do đó
người ta có thể nén số liệu bằng cách mã hố 1 phần số liệu chung đó trên một kênh
và chỉ định cho bộ giải mã lặp lại tín hiệu đó trên các kênh cịn lại.
2.7. Nén tín hiệu Audio theo chuẩn MPEG (Moving Picture Experts Group) ( sẽ
giới thiệu tổng quan)
Chuẩn nén MPEG-1, MPEG-2

KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

13


2.8.Ví dụ: Mã hố và giải mã âm thanh Dolby Digital trong truyền hình số
1. Giới thiệu: Để chuyển tín hiệu truyền hình số DTV từ máy phát đến khách
Audio – Video Overview

Kramerelectronics

hàng, người ta phải dùng kỹ thuật mã hoá đa kênh Dolby Digital (hay AC-3). Bắt
nguồn từ luật mã AC-2 , bản chất AC-3 là bộ mã hoá sử dụng kỹ thuật tuyến tính tần

số, lọc lấy mẫu tới hạn dựa trên kỹ thuật triệt tiêu trong miền thời gian TDAC (Time
domain alias cancellation). Lợi thế đầu tiên của phương pháp lọc dựa trên cơ sở mã
hoá là ở chỗ các phần tử tín hiệu và nhiễu lượng tử tương ứng (Đã có kế hoạch được
chắn lọc), được giữ bên trong độ rộng băng tới hạn so với bên kia, xuất phát từ độ lợi
lớn nhất từ đặc tính lọc của tai người và giảm thiểu tốc độ dữ liệu hợp thành được yêu
cầu cho mã hoá nhiễu tự do có thể cảm nhận được.
Đối với sự xuất hiện của các đột biến , độ rộng chặn biến đổi của bộ lọc có thể
được giảm rất năng động nhằm chứa luôn các đột biến nhỏ tạm thời, do đó chứa ln
các nhiễu lượng tử mức nhỏ.

Hình 1. Sơ đồ khối bộ mã hoá Dolby Digital

KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

14


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

PHẦN III

TRUYỀN HÌNH VÀ ĐA TRUYỀN THƠNG
I. GIỚI THIỆU
Kỹ thuật truyền hình bao gồm cơng viêc sản xuất và truyền dẫn các chương trinh
audio và video. Kỹ thuật số xuất hiện đã cho phép những tín hiệu này được xử lý
trong thời gian thực trong các chương trình chun xử lý số có giá thành cao.
Máy tính cá nhân được thiết kế nhằm tạo ra văn bản, độ hoạ, trị chơi, và các ứng
dụng có nhiệm vụ lặp đi lặp lại khác.

Sự kết hợp giữa truyền hình và máy tính dẫn đến sự xuất hiện các hệ thống sử
dụng máy tính trong lĩnh vực sản xuất chương trình. Những nhu cầu mới địi hỏi các
cấu trúc phần cứng và các phần mềm máy tính phải tăng tính bền vững và tốc độ xử lý
cao.
Đa truyền thông bắt đầu bằng việc đưa số liệu audio vào trong máy tính. Các bo
mạch audio được lắp ráp bằng các chíp tổng hợp âm thanh. Việc sử dụng các bo này
trong máy tính, cho phép tạo ra và lưu trữ trên đĩa các khung video đơn từ một tín
hiệu video động đầy đủ thay thế bằng việc xử lý một dòng quét, và việc chèn thêm
các văn bản hay các cấu trúc khác của tư liệu.
Số hố các tín hiệu audio và video tạo thành một dòng số liệu dung lượng lớn. Q
trình xử lý và tích hợp số liệu audio và video động đầy đủ trên màn hình máy tính địi
hỏi phải có kỹ thuật nén và giải nén, nhằm giảm tốc độ dòng bit theo hệ số nén từ 2
đến 100.
Các chip nén đầu tiên dựa trên thuật toán nén JPEG ( Joint Photographic Experts
Group) và đã cho phép phát triển trong các ứng dụng đa truyền thông giới hạn thấp
như tiêu chuẩn CD-I ( một tiêu chuẩn về đĩa compact chứa hình tiếng bằng máy TV
và máy đọc đĩa CD-I) và tiêu chuẩn tương tác video số (DVI ). Tiếp theo là việc phát
triển thuật toán nén theo tiêu chuẩn MPEG, bao gồm các chương trình phần mềm, đã

KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

15


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

tạo ra khả năng thiết kế các bo mạch video và audio làm việc trong thời gian thực với
các bộ xử lý có tốc độ theo khả năng hiện tại trong máy tính cá nhân.

Có 3 khu vực cần quan tâm đối với nhà thiết kế các hệ thống đa truyền thông bao
gồm các vấn đề như:
+ Các trạm làm việc
+ Các khái niệm về mạng
+ Các phần mềm liên quan.
II. CÔNG NGHỆ ĐA TRUYỀN THÔNG
Đa truyền thông đã đươc tạo thành từ sự xuất hiện các kỹ thuật mới như:
- Số hố hình ảnh và âm thanh: Các hình ảnh audio và video tương tự được số hố
và định dạng nhằm truyền dẫn thơng tin phục vụ cho các mục đích của ứng dụng. Các
card thu nhận tín hiệu audio và video đã được chế tạo có thể sử dụng với mức độ chỉ
tiêu chất lượng khác nhau.
- Nén số liệu audio – video: Việc giảm số liệu tạo ra khả năng lưu trữ và xử lý
trong thời gian thực bằng phần cứng. Các card nén và giải nén tín hiệu audio – video
hiện có trên thị trường đáp ứng được các nhu cầu ứng dụng khác nhau.
- Các bộ xử lý trong thời gian thực tốc độ cao: Chỉ tiêu này của máy tính đã được
cải thiện nhờ cải tiến cấu trúc bộ xử lý và việc phát triển các bộ xử lý, các bus và giao
diện tốc độ cao.
- Các hệ thống lưu trữ dung lượng lớn.
- Dải thông lớn.
- Cấu trúc tương hợp: Cấu trúc OMFI (Open Media Framework Initíative), định
dạng file mở rộng này có khả năng trao đổi thơng tin số giữa các bình diện và qua các
ứng dụng.
III. PHẤN CỨNG VÀ HỆ THỐNG ĐA TRUYỀN THÔNG
1. Các trạm làm việc PC (đã thơng dụng, tự tìm hiểu)
KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

16


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

2. Hệ thống xử lý các tín hiệu audio và video
Các tín hiệu audio và video thu được từ camera,VCR,... đòi hỏi kết hợp với các
card thu giữ video va audio. Những card này có thể kết hợp với với các bộ chuyển đổi
ADC nếu như tín hiệu gốc là tương tự. Cũng như vậy, việc trạm máy tính địi phân
phối các chương trình sản xuất đa phương tiện từ các hỏi phải có các card giao diện
cho lưu trữ và phân phối trên mạng. Các chuyển đổi DAC cũng được yêu cầu sử dụng
cho ứng dụng này.
Các tín hiệu audio,video số phải được nén nhằm tạo ra hiệu quả cho quá trình xử
lý, lưu trữ và phân phối. Sự phối hợp các tiêu chuẩn nén JPEG, MPEG và các tiêu
chuẩn nén khác.
2. Lưu trữ đĩa và băng
3. Server
Cầu trúc một Server cơ bản gồm 3 phần:
- Hệ thống gồm nhiều ổ đĩa có khả năng truy cập số liệu nhanh và đồng thời. Bộ
điều khiển dãy đĩa quản lý việc phân phối và giao tiếp dữ liệu với các đĩa.
- Các giao diện giao tiếp dữ liệu nhanh giữa các ổ đĩa và mạng: Sử dụng CPU tốc
độ cao, ghép các CPU và các bus, các bộ chuyển mạch định tuyến. Các giao diện có
thể bao gồm các bộ nén và bộ giải nén.
- Phần mềm OS cơ bản có khả năng điều khiển việc ghép các dòng sồ liệu
audio/video số trong chế độ ghi và phát lại trong khi vẫn đảm bảo viêc truy cập và
quản lý file một cách chính xác.
4. Camera
Sử dụng các camera số.
5. Đầu máy video (VCR)
Các VCR sử dụng tín hiệu analog, do đó cần phái được số hố trước khi đưa vào
sử dụng ở các hệ đa truyền thông.
6. CD-ROM, VCD, DVD,...

KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

17


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

IV. KẾT NỐI ĐA PHƯƠNG TIỆN
Khi kết nối đa truyền thông cần quan tâm đến các thông số sau:
- Dải thông: Dải thông phụ thuộc vào độ phân tích của ảnh, tốc độ khung hình và
nhu cầu chất lượng ảnh..
- Các thông tin về lỗi tự do: Các giao thức truyền số liệu có khả năng phát hiện và
sửa lỗi xuất hiện trong các dòng bit.
- Độ trễ truyền dẫn: Do sự tương tác giữa các ứng dụng đa truyền thông, nên cần
quan tâm đến độ trế truyền dẫn.
- Thao tác giữa các thành phần: Đây là một yêu cầu nhằm đảm bảo truyền số liệu
giữa các thiết bị đa truyền thông thông qua các giao diện và các mạng khác nhau.
- Khả năng phân phối dòng bit video liên tục
- Khả năng chuyển mach từ dòng bit có nén này sang dịng bit khác trong các
luồng khơng có đường nối liền nhau.
- Khả năng phân cấp từng lớp nén và giải nén.
- Đồng bộ kênh truyền : Tín hiệu audio/video và dữ liệu tương ứng phải được đồng
bộ tại bên thu.
- Đồng bộ : Các file dữ liệu hay các gói dữ liệu xuất hiện chính xác liên tiếp theo
cùng một chu kỳ. Do đó, các gói dữ liệu hay file dữ liệu tương ứng có một độ trễ
truyền dẫn riêng.
- Đẳng thời (isochronous): Các file dữ liệu hoặc các gói lặp lại một cách chính xác
với cùng chu kỳ và độ rộng bằng nhau theo thời gian. Độ trễ truyền dẫn là cố định đối

với các file dữ liệu. Thời gian truyền gói là cố định và phải sửa lỗi khi có lỗi trên
đường truyền. Một ví dụ tốt cho file dữ liệu đẳng thời là truyền dẫn số video số, trong
đó các gói phải được truyền liên tục với cùng độ trễ nhằm loại trừ độ trễ dữ liệu
video, làm gián đoạn hay chập chờn trong các hình ảnh. Do đó, việc truyền số liệu
audio và video trong thời gian thực qua các mạng đòi hỏi truyền đẳng thời với độ rộng
băng tần và thời gian trễ đảm bảo. Hơn nữa, truyền dữ liệu đẳng thời địi hỏi thơng tin
KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

18


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

Header ít hơn trong từng gói dữ liệu, nhằm liên kết với nhiều dữ liệu hơn và cực đại
hố thơng lượng dữ liệu qua mạng. Có 2 kiểu kết nối theo vị trí vật lý trong hệ thống
truyền số liệu là:
- Kết nối giữa các thiết bị đa truyền thơng trong cùng một phịng. Trong trường
hợp này, dữ liệu được trao đổi thông qua giao diện.
- Kết nối giữa các trạm làm việc đa truyền thông trong cùng một toà nhà hoặc
trong các toà nhà khác nhau, dữ liệu được trao đổi thông qua mạng.
Note: Một số tiêu chuẩn mạng ( như Ethernet, FDDI, ATM) đã phát triển phương
thức trao đổi bằng các thẻ bài nhỏ thay cho các file dữ liệu số lớn trong các ứng dụng
video.
* Giao diện : Ethernet, ADSL, ISDN,...
* Phần mềm đa truyền thơng
Ví dụ : Quicktime, Windows(hộp cơng cụ đa truyền thơng), phần mềm hoạt
hình,...
V. HỆ THỐNG ĐA TRUYỀN THƠNG VÀ CÁC ỨNG DỤNG

Hệ thống đa truyền thơng phối hợp tồn bộ cấu trúc của các thành phần hỗ trợ
truyền thông, như âm thanh, hình ảnh, đồ họa, văn bản, tín hiệu video động đầy đủ,
và hoạt hình; vào trong các ứng dụng đa truyền thông. Các trạm làm việc đa truyền
thơng tính tốn và xử lý trong thơi gian thực các tiến trình đồng bộ hố các thiết bị hỗ
trợ truyền thông, cho phép truyền và phân phối tới người sử dụng. Hệ thống phân
phối và quảng bá gồm có vệ tinh, cáp TV, máy phát TV, CD-ROM, và đường điện
thoại.
Ngày nay, người tiêu dùng được trang bị máy tính cá nhân và máy thu hình có thể
tận dụng các dịch vụ mới đa truyền thông này.
Trong các dịch vụ mới, khả năng tương thích đa phương tiện đang được phát triển
một cách nhanh chóng. Các dịch vụ đa truyền thơng được phát triển một cách nhanh
chóng là do các nguyên nhân sau:
KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

19


Audio – Video Overview

Kramerelectronics

- Sử dụng chương trình đào tạo video sẽ có hiệu quả hơn văn bản đồ họa.
- Các thông tin trên đĩa CD và buồng quảng cáo sẽ khơng đắt bằng hệ thống máy
tính.
- Sự phát triển nhanh chóng của mạng Internet,...

KRAMER SIMPLE CREATIVE TECHNOLOGY

20