Bài giảng Kỹ thuật audio video

Audio-Video Engineeringi - i i ri Jun, 2004 AUDIO-VIDEO Audio-Video Engineeringi - i i ri TÀI LIỆU THAM KHẢO • CMPT 365 Course Contents, Spring 2000, • “Principles of Digital Audio”, Ken C.Pohmanm Fourth Edition McGraw-Hill. • “Digital Video processing”, A. Murat Tekalp, University of Rochester, Prentice Hall PTR. • “Multimedia processing”, Andrew Calway, COMS72200. • “Fundamentals of Digital Image Processing”., Anil.K.Jan, Prentice Hall, 1996. • MPEG Home Page, Audio-Video Engineeringi - i i ri NỘI DUNG • TỔNG QUAN • KỸ THUẬT AUDIO • KỸ THUẬT VIDEO Audio-Video Engineeringi - i i ri TỔNG QUAN CHƯƠNG1 AUDIO-VIDEO Audio-Video Engineeringi - i i ri TỔNG QUAN • TỔNG QUAN VỀ MULTIMEDIA • KHÁI NIỆM CHUNG VỀ AUDIO VÀ VIDEO • HỆ THỐNG AUDIO-VIDEO • MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ TÍN HIỆU Audio-Video Engineeringi - i i ri TỔNG QUAN VỀ MULTIMEDIA • Lịch sử phát triển của hệ thống đa môi trường ! Cuộc sống hiện đại, nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng. ! Hệ thống đa môi trường đầu tiên là báo, tạp chí với môi trường là văn bản, đồ hoạ và hình ảnh. ! Năm 1895, Guglemo Marconi phát minh ra máy radio ở Pontechio – Ý. Năm 1901, tín hiệu vô tuyến được ông truyền qua Đại Tây Dương và phát minh ra máy điện tín, radio là môi trường chuyển tải tín hiệu audio quảng bá hiện nay. ! Truyền hình, môi trường truyền thông của thế kỷ 20, truyền hình ảnh và âm thanh đến mọi nơi trên thế giới, mang thông tin cần thiết cho cuộc sống của con người. ! Các hệ thống máy tính tích hợp nhiều dạng môi trường số khác nhau với khả năng biểu diễn, tương tác với các dạng thông tin, là một tiềm năng lớn phục vụ nhu cầu trao đổi thông tin với chất lượng cao của xã hội. Audio-Video Engineeringi - i i ri TỔNG QUAN VỀ MULTIMEDIA • Siêu phương tiện và đa phương tiện (hypermedia – multimedia) ! Siêu văn bản (hypertext) là văn bản có chứa các liên kết đến một văn bản khác. Thuật ngữ này được phát minh bởi Ted Nelson (1965). Siêu văn bản là một văn bản không tuyến tính. ! Siêu văn bản là một tài liệu không tuyến tính, bằng cách kích vào một điểm nóng nào đó trên văn bản, nó có thể chuyển đến một tài liệu hay một văn bản khác, rồi có thể quay về, thuận tiện cho người đọc trong việc duyệt văn bản hoặc muốn tổng quan một văn bản từ phần mục lục. ! Hypermedia: Siêu phương tiện không bị ràng buộc như hypertext. Nó có thể bao gồm nhiều phương tiện truyền thông khác nhau như đồ thị, hình ảnh, âm thanh, hoạt hình và ảnh động. Thuật ngữ này cũng được Ted Nelson phát minh. ! Multimedia: Đa phương tiện là thông tin máy tính có thể được mô tả bằng audio, viedo hay hoạt hình ngoài những phương tiện truyền thống. ! Siêu phương tiện có thể được xem là một trong những ứng dụng của đa phương tiện. Audio-Video Engineeringi - i i ri TỔNG QUAN VỀ MULTIMEDIA Văn bản thường (tuyến tính) Siêu văn bảnÂmthanh Video Đồ hoạ Siêu môi trường Hình 1-1 Hypertext, Hypermedia Audio-Video Engineeringi - i i ri TỔNG QUAN VỀ MULTIMEDIA • Ví dụ một số ứng dụng multimedia: ! Hệ thống xây dựng và soạn thảo video số. ! Tạp chí điện tử. ! Trò chơi. ! Thương mại điện tử. ! Truyền hình tương tác iTV. ! Truyền hình hội nghị. ! Truyền hình theo yêu cầu. ! Thực tế ảo. ! … Audio-Video Engineeringi - i i ri TỔNG QUAN VỀ MULTIMEDIA • Các dạng môi trường và tín hiệu: ! Các dạng môi trường được phân loại thành môi trường liên tục, rời rạc. audio video animation graphictextimages dạng môi trường gốc tín hiệu tổng hợpthu nhận rời rạc lên tục Hình 1-2 Dạng môi trường Audio-Video Engineeringi - i i ri TỔNG QUAN VỀ MULTIMEDIA Hình 1-3 Thu nhận và tổng hợp Audio-Video Engineeringi - i i ri KHÁI NIỆM CHUNG VỀ AUDIO VÀ VIDEO • Âm thanh (audio) ! Âm thanh: ! Là dao động sóng âm gây ra áp lực làm dịch chuyển các hạt vật chất trong môi trường đàn hồi làm tai người cảm nhận được các dao động này. ! Tai người có thể nghe được trong khoảng tần số từ 20Hz đến 20kHz. ! Âm thanh tự nhiên: ! Là sự kết hợp phức giữa các sóng âm có tần số và dạng sóng khác nhau. ! Dải động của tai: ! Giới hạn bởi ngường nghe thấy (0dB) đến ngưỡng đau (120dB) của người. ! Ngưỡng nghe tối thiểu: ! Là mức thấp nhất mà tai người có thể cảm nhận được âm thanh tuỳ thuộc vào từng người, mức áp lực và tần số của âm thanh. ! Hiệu ứng che khuất âm thanh: ! Là hiện tượng âm thanh mà tại đó ngưỡng nghe thấy của một âm thanh này được tăng lên trong khi có mặt của một âm thanh khác (khó nghe hơn). Được sử dụng trong kỹ thuật nén. Audio-Video Engineeringi - i i ri KHÁI NIỆM CHUNG VỀ AUDIO VÀ VIDEO ! Hướng âm thanh: ! Tai và não có thể giúp ta xác định hướng âm thanh, điều này có thể ứng dụng để tạo các hiệu ứng âm thanh như stereo, surround. ! Vang và trễ: ! Vang là hiện tượng kép dài âm thanh sau khi nguồn âm đã tắt. ! Trễ là thời gian τ âm thanh phản xạ đến đích so với âm thanh trực tiếp. Nếu τ>50ms thì trễ đó gọi là tiếng vọng. Biên độ của âm thanh cứ sau 1 lần phản xạ thì bị suy giảm. ! Âm nhạc: ! Là âm thanh có chu kỳ ở những tần số mà tai người cảm nhận một cách dễ chịu, êm ái, được kết hợp một cách phù hợp. ! Âm nhạc gồm cao độ, âm sắc và nhịp điệu. ! Video ! Tín hiệu video: ! Là sự tái tạo ảnh tự nhiên với những khoảng cách về không gian, thời gian hoặc cả hai. Ảnh tự nhiên được tạo nên từ các nguồn sáng mặt trời hay ánh sáng nhân tạo phản xạ lên các vật thể mà ta có thể nhìn thấy được. Audio-Video Engineeringi - i i ri KHÁI NIỆM CHUNG VỀ AUDIO VÀ VIDEO ! Ảnh: ! Là một ma trận các điểm ảnh mang thông tin về độ chói và màu sắc. ! Sự lưu ảnh: ! Khả năng lưu hình của mắt trong một giây. Mắt có thể lưu được 24 hình trong một giây. Dựa vào đặc tính này mà người ta chọn số hình trong một giây của ảnh động không quá lớn, mà cũng không được nhỏ hơn độ lưu ảnh của mắt để không thấy hình ảnh nhấp nháy hay không liên tục. ! Độ chói: ! Là biên độ của thành phần trong ảnh (pixel). ! Ví dụ tín hiệu chói Y được tổng hợp bởi các tín hiệu RGB theo công thức: EY=0,299ER+0,587EG+0,114EB (1-2) ! Thông tin màu được xác định: EB-EY=0,587EG+0,889EB+0,229ER ER-EY=0,587EG+0,114EB+0,701ER (1-3) ! Độ tương phản: ! Tỷ số của độ chói thành phần sáng nhất so với độ chói của thành phần tối nhất. Audio-Video Engineeringi - i i ri HỆ THỐNG AUDIO-VIDEO • Hệ thống audio tương tự • Hệ thống video tương tự Nguồn âm Tiền khuếch đại Xử lý Xuất Khuếch đại Lưu trữ Hình 1-4 Hệ thống audio tương tự Chuyển đổi ảnh- tín hiệu Xử lý tín hiệu Tạo xung đồng bộ Lưu trữ hoặc truyền dẫn Xử lý tín hiệu Chuyển đổi tín hiệu- ảnh Tách xung đồng bộ Cảnh tự nhiên Ống kính Ảnh tái tạo Mắt người Hình 1-5 Hệ thống Video tương tự Audio-Video Engineeringi - i i ri HỆ THỐNG AUDIO-VIDEO • Hệ thống audio-video số: • Các thành phần của hệ thống: Bộ phận thu: Quá trình thu tín hiệu audio hoặc video từ âm thanh hay cảnh tự nhiên vào môi trường lưu trữ được gọi là quá trình thu. Điều này có thể thực hiện bởi micro thu âm hay camera thu hình. Micro và Camera là các thiết bị thu tín hiệu và chuyển tín hiệu (âm thanh hoặc ảnh) sang tín hiệu điện tương tự. Đối với các hệ thống số phải thực hiện việc chuyển đổi tương tự sang số. Lưu trữ: Thiết bị lưu trữ là băng từ hoặc đĩa từ. Có thể là các thiết bị riêng biệt sử dụng với muc đích thuận tiện và yêu cầu một chất lượng nào đó. Xử lý tín hiệu: Điều chỉnh đặc tuyến tần số, màu sắc, tạo hiệu ứng.. Truyền dẫn: Truyền tín hiệu từ vị trí này sang vị trí khác với một khoảng cách không gian nào đó qua một môi trường truyền dẫn nào đó. Nguồn tín hiệu analog ADC Xử lý Lưu trữ Truyền dẫn Bộ hiển thị, xuất tương tựDAC Hình 1-6 Hệ thống audio-video số Audio-Video Engineeringi - i i ri MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ TÍN HIỆU • Tín hiệu và hàm ! Tín hiệu tương tự là hàm theo thời gian. ! Biên độ âm thanh được biểu diễn bằng mức độ âm thanh tại thời điểm đã cho. ! Tín hiệu được biểu diễn bằng hàm f(t). • Tín hiệu có chu kỳ ! Sự lặp lại trong một khoảng thời gian ngắn nhất không đổi gọi là chu kỳ T. ! Tần số là nghịch đảo của chu kỳ: u=1/T. • Phân tích Fourier ! Trong thực tế, rất ít khi ta có được một tín hiệu đơn tần, mà thông thường là các tín hiệu phức tạp, kết hợp bởi nhiều tần số và các hài của nó. Tuy nhiên, ta có thể phân tích chúng thành tổng hợp của các tín hiệu đơn tần. Đó là phân tích Fourier. ! Việc phân tích Fourier cho kết quả là tổng của các hàm sin và cosin của các tần số khác nhau. Biên độ Thời gian t f(t0) t0 Hình 1-7 Biểu diễn biên độ-thời gian Audio-Video Engineeringi - i i ri MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ TÍN HIỆU • Phân tích Fourier một chiều: (1-4) (1-5) • Biên độ và pha • Trong thực tế, F(u) là một số phức: (1-6) • Trong đó, FR-(u) và FI(u) là phần thực và phần phức. • Biên độ được xác định như sau: (1-7) • Pha được xác định như sau: (1-8) • Khi đó với thì: (1-9) • Như vậy, với tín hiệu thực: (1-10) 2( ) ( ) j utF u f t e dtπ ∞ − −∞ = ∫ 2( ) ( ) j utf t F u e duπ ∞ −∞ = ∫ R IF(u)=F -(u) + jF (u) 2 2( ) ( ) ( )R IF u F u F u= + ) )( )(arctan()( uF uFu R I =θ tjte jt sincos += )()()()()( ujIR euFujFuFuF θ=+= ∫∞ += 0 )](2cos[)(2)( duuuFtf θπ ∫∞ += 0 )](2cos[)(2)( duuuFtf θπ Audio-Video Engineeringi - i i ri MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ TÍN HIỆU • Phổ tần số ! Sự phân bố của |F(u)| gọi là phổ tần của tín hiệu. ! Tín hiệu biến thiên chậm thì phổ tần tập trung ở tần số thấp và ngược lại. Từ đó hình thành tín hiệu tần số thấp và tần số cao. • Tín hiệu Audio và Video !Tín hiệu âm thanh thường là tín hiệu một chiều. !Tín hiệu ảnh là tín hiệu hai chiều. !Tín hiệu Video là tín hiệu 3 chiều. !Với các chiều khác nhau, ta sẽ có số biến khác nhau tương ứng. !Chuyển đổi Fourier 2 chiều (1-11) !Với các biến u, v trong mền tần số. !Chuyển đổi ngược: (1-12) !Với : (1-13) ∫ ∫∞ ∞− ∞ ∞− +− = dxdyeyxfvuF vyuxj )(2),(),( π ∫ ∫∞ ∞− ∞ ∞− + = dudvevuFyxf vyuxj )(2),(),( π vyjuxjvyuxj eee πππ 22)(2 −−+− = Audio-Video Engineeringi - i i ri MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ TÍN HIỆU !Do đó, phân tích Fourier 2 chiều theo hai biến x, y là: (1-14) !Đối với tín hiệu thực f(x,y): (1-15) • Màu sắc: ∫ ∫ ∞ ∞− − ∞ ∞− − = = dyeyuFvuF dxeyxfyuF vyj x uxj x π π 2 2 ),(),( ),(),( ( )[ ]∫ ∫∞ ∞ ++= 0 0 ),(2cos|),(|2),( dudvvuvyuxvuFyxf θπ Hình 1-8 Lý thuyết 3 màu RGB Việc kết hợp các màu khác nhau tạo nên một màu mới. Thông thường, chọn các màu cơ bản để kết hợp, ví dụ RGB Audio-Video Engineeringi - i i ri MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ TÍN HIỆU • Không gian cảm quan màu 3 chiều: ! Con người cảm quan màu sắc ở các khía cạnh sau: brightness: độ sáng như thế nào. hue: màu nào. saturation: sự tinh khiết • Sự cảm quan này đối với mỗi người là mỗi khác biệt, do đó, không thể so được giữa người này với người kia. KẾT LUẬN • Chương này cung cấp cho chúng ta các khái niệm, các cơ sở cũng như ôn lại những kiến thức cơ bản về tín hiệu audio và video. Đây là nền tảng cho các chương tiếp theo. Hình 1-9 C? m quan 3 chi? u Audio-Video Engineeringi - i i ri AUDIO-VIDEO KỸ THUẬT AUDIO CHƯƠNG2 Audio-Video Engineeringi - i i ri KỸ THUẬT AUDIO • GIỚI THIỆU • Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN • PHÂN TÍCH TÂM LÝ ÂM HỌC • KỸ THUẬT NÉN AUDIO • MPEG-1 • MPEG-2 • AC-3 (DOLBY DIGITAL) • APT-X100 • Mà HOÁ ÂM THANH NỔI Audio-Video Engineeringi - i i ri GIỚI THIỆU ! Âm thanh là một dạng lan truyền của sóng trong không gian, khi đến tai người nghe, đập vào màng nhĩ, làm cho người đó cảm nhận được sự rung động này và có khả năng phân biệt với các âm thanh khác dựa vào một số đặc tính như tần số, nhịp điệu, mức áp lực... ! Mục đích của các hệ thống audio: xử lý, tạo hiệu ứng, nén tín hiệu audio từ tín hiệu thu nhận từ nguồn. ! Hệ thống audio tương tự, việc xử lý tín hiệu gặp phải một số vấn đề như khả năng của linh kiện (về mặt tần số), lưu trữ, phức tạp... ! Đối với các hệ thống audio số, việc thu nhận, hiệu chỉnh, xử lý và phát lại trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Các kỹ thuật tổng hợp và nhận dạng phát triển một cách nhanh chóng, tương thích máy tính và con người trở nên phong phú hơn. ! Audio số là một chuỗi các giá trị số được biểu diễn bằng mức âm thanh theo thời gian. • Thu nhận và tổng hợp ! Thu nhận từ các nguồn bên ngoài qua các hệ thống như micro hoặc được tổng hợp. ! Từ tín hiệu đã được thu nhận, hệ thống xử lý audio phải thực hiện chuyển đổi sang tín hiệu audio số bằng việc mã hoá. Với các yêu cầu khác nhau, hệ thống sẽ mã hoá theo các tiêu chuẩn khác nhau với các tần số lấy mẫu khác nhau và các phương pháp mã hoá khác nhau để đạt được mục đích theo ý muốn. Audio-Video Engineeringi - i i ri GIỚI THIỆU • Các ứng dụng Các hệ thống thông tin không dây: -         Truyền hình phân giải cao (HighDensity TV HDTV). -         Âm thanh quảng bá số (Digital Broadcast Audio DBA) -         Vệ tinh quảng bá trực tiếp (Digital Broadcast Satelite DBS). Các môi trường mạng: -         Âm thanh theo yêu cầu (chuyển mạch gói, Internet) -         Truyền hình cáp (CATV) các tuyến studio. Các ứng dụng đa môi trường: -         CD-R -         Đĩa đa năng số (DVD). Cinema: -         Dolby AC-3 (5 kênh, @384kbps). -         APT-x100. Lưu trữ khối: -         MiniDisc -         DCC. Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN • Giới thiệu Đối tượng: Biểu diễn chuỗi số ngắn gọn. Tốc độ bit thấp. Chất lượng cao Động cơ: Giảm tốc độ dữ liệu. Giảm chi phí truyền dẫn (BW). Giảm các yêu cầu lưu trữ. Mạnh. Các yêu cầu: Cảm nhận trong suốt. Độc lập nguồn. Có khả năng đa kênh. Độ phức tạp bất đối xứng, thấp. Độ trễ hợp lý. Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN Mã hoá nguồn không thực tế với tín hiệu audio, do đó, trong audio, người ta tiến hành - Khai thác các đặc tính thu được. - Loại bỏ các thành phần không thích hợp với cảm nhận. Giảm các dư thừa thống kê. Thoại Audio Băng thông 200-3400Hz 20Hz-20kHz Tốc độ lấy mẫu 8kHz 44.1kHz/48kHz Số bits trên mẫu 8bits 16+bits Tốc độ bit thô 64kbps 768kbps Số kênh 1 1-6+kênh Mô hình hiệu quả nguồn Có Không Sức chịu đựng nguồn Có thể yêu cầu Yêu cầu Chất lượng mong đợi Méo do bị giới hạn Chất lượng “CD” Tính đa dạng của phổ Harmonic, V/UV/TR Không thể phân loại Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN • Lý do chuyển đổi audio tương tự sang số - Méo phi tuyến. - Tỷ số SNR bé. ! Ưu điểm của audio số: - Độ méo tín hiệu nhỏ (0,01%). - Dải động âm thanh lớn gần mức tự nhiên (>90dB). - Đáp tuyến tần số bằng phẳng. - Cho phép ghi âm nhiều lần mà không giảm chất lượng. - Thuận tiện lưu trữ, xử lý. Lấy mẫu Lượng tử Mã hoá 20Hz-20kHz 64- 384kbps 128- 768kbps 48 44.1 22.05 11.025 8 s kHz kHz f kHz kHz kHz  =  Hình 2-1 Chuyển đổi A/D tín hiệu audio Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN Bảng 2-2 Các tiêu chuẩn lấy mẫu điển hình • Các tiêu chuẩn lấy mẫu theo các yêu cầu cụ thể khác nhau - Chất lượng. - Độ trễ. - Băng thông. - Tốc độ 20kHz1152.0 kbytes/mẫuStereo24 bits/mẫu192 kHzDVD audio 20Khz192.0 kbytes/sStereo16 bits/mẫu48 kHzDAT 20kHz176.4 kbytes/sStereo16 bits/mẫu44.1 kHzCD 10kHz88.2 kbytes/sStereo16 bits/mẫu22.05 kHzFM radio 5kHz11.0 kbytes/sMono8 bits/mẫu11.025 kHzAM radio 4Khz8 kbytes/sMono8 bits/mẫu8 kHzĐiện thoại Băng tầnTốc độMono/stereoSố bits/mẫuTốc độ lẫy mẫuTiêu chuẩn Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN • Kiến trúc mã hoá cảm quan: !Tổng quan Đối tượng: Tốc độ bit thấp, chất lượng cao, trễ và độ phức tạp thấp, sức chịu đựng cao và độc lập nguồn. Các kỹ thuật: Khai thác các tín hiệu không thích hợp với hệ thống thính giác của con người, phân tích tâm lý âm học, khai thác tín hiệu dư thừa thống kê... Phân tích tâm lý âm học: Tai người có đặc trưng như một bộ lọc âm thông dải có tính động, không đồng nhất và không tuyến tính. Sử dụng hiện tượng tâm lý âm học để giảm số bit mã hoá tín hiệu. Phân tích thời gian/tần số Lượng tử và lấy mẫu Mã hoá Entropy (không tổn hao) Ghép kênh Phân tích PA Phân phối bit s(n) Tham số Tham số Thông tin thêm Các ngưỡng che Hình 2-2 Kiến trúc mã hoá cảm quan Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN ! Kỹ thuật phân tích thời gian- tần số: Mục đích: thuận tiện trong quá trình xử lý. ! Biến đổi tần số lấy mẫu ! Bộ phân chia: ! Giảm tần số lấy mẫu, chuyển tần số lấy mẫu fs về tần số fs’ với fs’=fs/M. ! Tín hiệu ngõ ra có biên độ ở những thời điểm có chu kỳ Ts’=1/fs’. ! Bộ nội suy: ! Tăng tần số lấy mẫu, chuyển tần số lấy mẫu fs về tần số fs’ với fs’=Lfs. ! Tín hiệu ngõ ra có biên độ của tín hiệu ngõ vào, ngoài ra, nó còn chèn L-1 mẫu có giá trị bằng 0 giữa hai mẫu từ tín hiệu ngõ vào. ↓M s(n) fs y↓M(n) fs’=fs/M ↑L s(n) fs y↑L(n) fs’=Lfs Hình 2-3 Bộ phân chia và bộ nội suy Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN ! Băng lọc số: • Khái niệm: Băng lọc số là một tập hợp các bộ lọc số có chung đầu vào nhiều đầu ra hoặc chung đầu ra nhiều đầu vào. • Băng lọc số phân tích: Băng lọc số phân tích là tập hợp các bộ lọc số có đáp ứng tần số Hk(ejω) có chung đầu vào và nhiều đầu ra Ngõ ra gồm M tín hiệu xk(n) chiếm dải tần liên tiếp nhau gọi là các tín hiệu băng con (subband). Các bộ lọc H0(ejω): thông thấp. HM-1(ejω): thông cao. Hi(ejω): thông dải, với i từ 1 đến M-2 H0(ejω) H1(ejω) HM-1(ejω) X0(ejω) X1(ejω) XM-1(ejω) x0(n) x1(n) xM-1(n) x(n) X(ejω) Hình 2-4 Bang l? c phân tích Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN • Băng lọc số tổng hợp: Băng lọc số tổng hợp là tập hợp các bộ lọc số có đáp ứng tần số Gk(ejω) có chung đầu ra Các bộ lọc : G0(ejω): thông thấp, GM-1(ejω): thông cao, Gi(ejω): thông dải, với i từ 1 đến L-2 • Băng lọc số nhiều nhịp hai kênh và băng lọc gương cầu phương QMF (Quadrature Mirror Filter Bank): Băng lọc số nhiều nhịp là sự kết hợp của băng lọc số phân tích, băng lọc số tổng hợp với bộ phân chia và bộ nội suy. Với số bộ lọc của băng lọc phân tích và tổng hợp bằng 2 thì ta có băng lọc số nhiều nhịp hai kênh. G0(ejω) G1(ejω) GL-1(ejω) X0(ejω) X1(ejω) XL-1(ejω) x0(n) x1(n) xL-1(n) x(n) X(ejω) Hình 2-5 Băng lọc tổng hợp + + Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN ˆ( )x n 0ˆ( ) ( )x n cx n n= − H0(ejω) ↓2 ↑2 G0(ejω) H1(ejω) ↓2 ↑2 G1(ejω) + x(n) x0(n) x1(n) v0(n) v1(n) y1 ’(n) ˆ( )x n y0’(n)y0(n) y1(n)Phân tích Phân chia Nội suy Tổng hợp H0(ejω), G0(ejω) :Lọc thông thấp. H1(ejω), G1(ejω) :Lọc thông cao. •Lý tưởng: ˆ( ) ( )x n x n= •Nếu |H0(ejω)|=|H1(ejω)| và nếu chọn tần số cắt cho 2 bộ lọc là π/2 thì ta thấy |H0(ejω)|là ảnh của |H1(ejω)| qua gương đặt ở vị trí π/2. Băng lọc nhiều nhịp hai kênh với đặc tính như vậy gọi là băng lọc gương cầu phương. •Nếu giống dạng tín hiệu ngõ vào thì ta gọi là băng lọc gương cầu phương khôi phục hoàn hảo PRQMF (Perfect Reconstructure QMF) 0ˆ( ) ( )x n cx n n= − Hình 2-6 Băng lọc nhiều nhịp gương cầu phương Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN • Mã hoá băng con và cấu trúc bộ lọc QMF – Mã hoá băng con • Sử dụng bộ lọc số để mã hoá băng con • Thuận lợi cho việc nén tín hiệu âm thanh vì phổ tập trung không đồng đều. Từ đó, ta có được sự phân bố hợp lý, vừa hiệu quả, vừa đạt chất lượng cao. H0(ejω) ↓2 ↑2 G0(ejω) H1(ejω) ↓2 ↑2 G1(ejω) + x(n) x0(n) x1(n) v0(n) v1(n) y1 ’(n) ˆ( )x n y0’(n)y0(n) y1(n) v0(n) v1(n) Kênh truyền dẫn Mã hoá Giải mã Hình 2-7 Mã hoá băng con và giải mã băng con Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN • Cấu trúc dạng cây đơn phân giải (uniform resolution) H01(ejω) ↓2 H11(ejω) ↓2 x(n) H020(ejω) ↓2 H120(ejω) ↓2 H021(ejω) ↓2 H121(ejω) ↓2 Hình 2-8 Cấu trúc dạng cây đơn phân giải Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN • Cấu trúc dạng cây đa phân giải (multiresolution) Cấu trúc này cho ta lượng bit ngõ ra tối ưu và phù thuộc vào sự phân bố phổ của tín hiệu. H01(ejω) ↓2 H11(ejω) ↓2 x(n) H020(ejω) ↓2 H120(ejω) ↓2 Hình 2-9 Cấu trúc dạng cây đa phân giải Audio-Video Engineeringi - i i ri Mà HOÁ AUDIO CẢM QUAN •Các phương pháp mã hoá chuyển đổi – FFT (Fast Four