Đọc truyện chuong 1-dai cuong ve tin hieu audio va video - chuong 1-dai cuong ve tin hieu audio va video

♥ Truyen2U.Pro - Tên miền mới của Truyen2U.Net

chuong 1-dai cuong ve tin hieu audio va video

Trước Sau

Màu nền

Font chữ

Font size

Chiều cao dòng

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Chương 1

ĐẠI CƯƠNG VỀ AUDIO VÀ VIDEO

1.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN

Khoảng cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, nhiều thiết bị xử lý âm thanh điện tử ra

đời, đã mở ra một hướng phát triển mới trong chế tạo các thiết bịđiện tử dân dụng.

Trong giai đoạn này các nhà khoa học đã thành công trong chế tạo các thiết bị xử lý

âm thanh như: hệ thống máy điện thoại, máy cassette, các máy quay đĩa và máy

phát thanh…Ngày nay âm thanh điện tửđược ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị

dân dụng, nhiều thiết bị âm thanh số ra đời có tính năng kỹ thuật cao từng bước thay

thế cho các thiết bị âm thanh tương tự trước đây. Cho đến nay, hầu như các gia đình

đều sở hữu một vài thiết bịđiện tử phục vụđời sống tinh thần.

Khi kỹ thuật truyền thanh ra đời thì truyền hình là tiêu điểm nghiên cứu quan

trọng cho các nhàkhoa học. Đến khoảng giữa thế kỷ 20, thời kỳ thế chiến thứ II, kỹ

thuật truyền hình ảnh động đấu tiên ra đời, nhưng chỉ nhằm để phục vụ cho mục

đích quâ sự. Sau khi kết thúc chiến tranh, truyền hình ở các quốc gia mới thực sự

nhằm vào mục đích dân dụng, từđó kỹ thuật truyền hình không ngừng được cải tiến

và phát triển. Cho đến nay, thế giới thực sựđổi thay từ khi mọi gia đình có thể

thưởng thức thông tin bằng hình ảnh và âm thanh.

Trong suốt hơn 50 năm qua, truyền hình đóng một vai trò quan trọng trong sự

phát triển của nền kinh tế tri thức của thế giới. Cho đến nay cùng với sự phát triển

mạnh mẽ của công nghệđiện tử, nhiều công nghệ truyền hình thế hệ mới ra đời với

những tính năng kỹ thuật cao dần thay thế cho truyền hình tương tự trước đây,

truyền hình số với những công nghệ khác nhau như: truyền hình mặt đất, truyền

hình cáp, truyền hình vệ tinh...đã thực sự làm cho thế giới truyền hình ngày càng

sóng động hơn.

1.2. ẢNH TỰ NHIÊN

Ảnh tự nhiên là những gì mà chúng ta có thể trông thấy xung quanh thế giới

thực, chúng được tạo ra bởi các nguồn ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo

phản xạ lên các vật thể mà ta có thể trông thấy. Truyền hình là một hệ thống tín hiệu

hình ảnh và tín hiệu âm thanh analog được phát triển rất cao. Cơ sở của hệ thống

truyền hình là dựa trên đặc tính của thị giác con người, đặc tính này cũng được áp

dụng trong hệ thống truyền hình kỹ thuật số hiện nay.

----------------------- Page 2-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Mục đích hệ thống tái tạo ảnh điện tử (video) là thu ảnh tự nhiên và tái tạo lại

với những khoảng cách về không gian, hoặc cả hai (hình 1.1). Ởđây chúng ta quan

tâm đến hai thuộc tính nhìn thấy của cảnh quan là màu sắc và độ chói.

Ảnh tự

nhiên Ống kính

Chuyển đổi

Xử lý tín hiệu

ảnh-tín hiệu

Tạo xung

đồng bộ

Lưu trữ hoặc

truyền dẫn

Chuyển đổi Mắt người

Xử lý tín hiệu

tín hiệu-ảnh xem

Ảnh tái tạo

Tách xung

đồng bộ

Hình 1.1. Hệ thống tái tạo ảnh điện tử

Nhưng cảnh tự nhiên ít khi được tạo nên từ một nguồn sáng đơn sắc. Ảnh tại

mọi điểm trong cảnh quan là tổng của ánh sáng từ các nguồn đồng nhất với ánh

sáng phản xạ từ các vật xung quanh. Sự chiếu sáng vừa nêu đã được sửa đổi bởi các

thành phần phản chiếu từ các vật xung quanh môi trường tạo ra một sự chiếu sáng

mà màu sắc và độ sáng của nó thay đổi theo từng cảnh. Đối với những cảnh phức

tạp hơn, mắt người có thể thích nghi với sự thay đổi từng khu vực chiếu sáng cho

đến lúc không còn cảm nhận được nữa khi quan sát trực tiếp. Hệ thống tái tạo hình

ảnh cũng cần tạo ra một kết quả tương tự .

Quá trình chuyển đổi tín hiệu-ảnh hoàn toàn đồng bộ và đồng pha với quá

trình chuyển đổi ảnh-tín hiệu thì mới khôi phục được ảnh quang đã truyền đi. Để

thực hiện sựđồng bộ và đồng pha, trong hệ thống truyền hình phải dùng một bộ tạo

xung đồng bộ. Xung đồng bộđược đưa đến bộ xử lý tín hiệu để khống chế quá trình

phân tích ảnh, đồng thời đưa đến bộ xử lý tín hiệu hình rồi truyền sang phía thu, tín

hiệu hình được cộng thêm xung đồng bộ gọi là tín hiệu truyền hình.

1.3. ÂM THANH TỰ NHIÊN

Âm thanh là những biến đổi áp suất nhanh xảy ra trong không khí do nhiều

quá trình tự nhiên gây nên. Tiếng gió thổi trên cành cây, tiếng sóng biển vỗ bờ ,

tiếng chim kêu…tất cảđều là âm thanh tự nhiên. Nhiều hệ thống do con người chế

----------------------- Page 3-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

tạo cũng tạo ra những biến đổi áp suất tương tự, đôi khi còn có ý chủđịnh, hay đôi

khi còn do khách quan. Một dàn nhạc tạo ra những âm thanh có chủđịnh với mục

đích thưởng thức âm nhạc. Trong khi, âm thanh của một động cơ phản lực phát ra

khi cất cánh lại được coi là do khách quan gây lên.

Tai con người phản ứng lại những biến đổi áp suất không khí ở phạm vi tần số

trong khoảng từ 30Hz đến 15000Hz sau đó đưa đến não và đó chính là âm thanh.

Độ lớn hay biên độ dao động của những biến đổi áp suất này tạo nên cảm giác về

tiếng ồn.

Âm thanh chuyển động trong không khí theo quy tắc truyền sóng, vì vậy người

ta có thể nghe thấy một âm thanh phát ra từ khoảng cách khá xa và những biến đổi

áp suất âm thanh thường được gọi là sóng âm. Trong mọi trường hợp, sóng âm

thanh là sóng tương tự. Sóng âm chuyển động trong không khí với vận tốc xắp xỉ

bằng 345m/s ở nhiệt độ phòng và mực nước biển. Theo lý thuyết về sóng, mối liên

hệ giữa tần số f và bước sóng λ là:

λ = v/f (1.1)

Ngoài ra, các tính chất khác của sóng âm thanh cũng có tầm quan trọng đối với

việc thiết kế các thiết bị âm thanh. Sóng âm sẽ phản xạ với bề mặt cứng (những bề

mặt không hấp thụ sóng âm) tạo nên hiệu ứng về tiếng vọng và vang âm. Sóng âm

thanh bị nhiễu xạ, chúng có thể xuyên qua các lỗ hỏng, các khe hở và đến từng ngóc

ngách. Sóng âm thanh cũng có thể bị khúc xạ, nó sẽ bị bẻ cong khi vận tốc truyền

thay đổi ở những khu vực khác nhau với nhiệt độ và mật độ không khí khác nhau.

Tầm quan trọng của những hệ quả này là hàm điều kiện môi trường và bước sóng.

Về mặt toán học, việc tạo những đường truyền sóng âm thanh trong một môi trường

thực tiễn khá phức tạp.

Âm thanh tự nhiên không chỉ liên quan đến hai yếu tố là nguồn phát và người

nghe, bởi vì sóng âm luôn phản xạ với các đồ vật xung quanh môi trường. Người

nghe tiếp nhận âm thanh phản xạ ngay sau khi âm thanh đó được phát ra. Người ta

gọi các yếu tố có liên quan đến âm thanh này là môi trường âm thanh. Môi trường

này rất quan trọng đối với việc tái tạo lại âm thanh bằng hệ thống điện tử.

Một trong những yếu tố chủ yếu của môi trường âm thanh được tạo ra do hiện

tượng phản xạ, thường xảy ra ở những không gian kín (như phòng hoà nhạc). Do

tốc độ giới hạn của âm thanh, song âm được truyền đi trong một phòng kín mất

nhiều thời gian đểđến được tai người hơn là âm thanh trực tiếp và được gọi là

những âm bị trễ mà có thể nghe thấy sự lặp lại của âm thanh trước. Chúng ta có thể

nhận thấy rõ tiếng vọng xẩy ra khi sự trễ âm phản xạ lớn hơn khoảng 50m/s, tương

đương với khoảng cách là 17m. Tiếng vọng rõ nhất với những âm thanh có thời

gian trễ lớn hơn, ví dụ như tiếng vọng xảy ra trong một thung lũng.

----------------------- Page 4-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Ở những khu vực không gian hẹp hơn, có thể có rất nhiều phản xạ mà không

một phản xạ nào có thể bị trễ khác biệt hẳn tới mức là tiếng vọng. Tuy nhiên, âm

thanh vẫn tiếp tục truyền đi trong phòng cho đến khi nó biến mất hoàn toàn do có

hiện tượng hấp thụ âm, và gọi là hiện tượng tiếng vọng.

Hiện tượng tiếng vang tạo ra cảm giác về không gian, nó rất quan trọng trong

quá trình mô phỏng âm thanh. Ví dụ, nếu việc mô phỏng âm thanh không thu được

tiếng vang (trường hợp máy thu đặt gần, hoặc thậm chí đặt máy thu ngay tại nguồn

âm), âm thanh sẽ trở thành âm “chết”. Điều kiện này có thể khắc phục bằng cách

đưa vào những tiếng vang nhân tạo (thường xử lý bằng kỹ thuật số). Các chương

trình truyền hình gốc (chưa được biên tập) thường được thực hiện ở những điều

kiện âm “chết” này với mục đích là tiếng vang nhân tạo sẽđược đưa vào trong quá

trình biên tập, điều này giúp cho biên tập viên có thể kiểm soát được âm thanh.

Tiếng vang được lượng tử hoá trong khoảng thời gian đủđể nó phá huỷ 1/1000

âm gốc. Đối với phòng thiết kế riêng cho phòng hội thảo, thời gian vang của âm

thích hợp nhất là 1 giây. Với một phòng hòa nhạc, thời gian dài hơn một chút, lên

đến khoảng 2 giây.

Việc đo âm bằng các thiết bị như micro hay loa cần phải được thực hiện trong

một môi trường hoàn toàn cách âm để tách các đặc tính của chúng ra khỏi các đặc

tính của môi trường. Một loại phòng đặc biệt được gọi là phòng cách âm được thiết

kế cho mục đích này. Loại phòng này hấp thụ tất cả các âm thanh nhập vào chu vi

của nó, vì vậy hiện tượng phản xạ không xảy ra. Về cơ bản đây là một không gian

“chết”. Khi nói trong căn phòng này, người ta hầu như không thể nghe được giọng

nói của chính mình .

1.4. TÁI TẠO ÂM THANH ĐIỆN TỬ

Âm thanh điện tửđược gọi chung là audio. Hình 1.2 minh họa một hệ thống

audio điển hình. Âm được thu từ nguồn nhờ một hoặc nhiều micro và những tín

hiệu audio thu được truyền qua hệ thống cho đến khi tới loa phát (bộ phận chuyển

các tín hiệu điện thành sóng âm).

Nguồn Thu audio Lưu trữ hay Máy thu

âm truyền dẫn

Hình 1.2. Hệ thống tái tạo âm thanh điện tử

Mục đích tái tạo âm thanh điện tử là để tải các sóng âm thanh đến những

khoảng cách xa cả về không gian và thời gian, để người nghe có thể tiếp nhận như

thể họđang nghe âm trực tiếp từ nguồn. Một mục đích khác nữa là để chau chuốt

----------------------- Page 5-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

âm thanh mới không có trong tự nhiên, làm cho âm thanh điện tử hay hơn âm gốc,

hoặc tạo ra những âm thanh mới không có trong tự nhiên.

1.5. THỊ GIÁC CON NGƯỜI

Mắt người là một thiết bị rất đặc biệt bao gồm trên 100.000.000 (10 ) phần tử

cảm biến cùng một hệ thống điều khiển độ sáng cho phép nhìn rõ ở một phạm vi độ

sáng hơn 10 triệu tới 1. Hai mắt kết hợp với não tạo ra khả năng nhận biết các vật

trong không gian ba chiều. Mặc dù hầu hết các hệ thống tái tạo điện tử không có các

tính năng này nhưng bằng cánh thiết kế như các đặc điểm của mắt trong bộ não điện

tử, hệ thống có khả năng đáp ứng nhiều mục đích ứng dụng.

1.5.1. Độ phân giải

Thị lực trung bình của mắt là 20/20, vùng trung tâm thị lực là một cung có góc

khoảng 1/60 độ. Đây là độ phân giải của mắt, tất nhiên chỉ áp dụng đối với những

ảnh của các vật thể trên thang xám. Còn đối với ảnh màu, độ phân giải của mắt sẽ

giảm đi (xem phần 1.8.1). Độ phân giải ởđây có nghĩa là mắt người có thể nhìn rõ

các vật thể có kích thước khoảng 1cm khi nhìn khoảng cách là 3m, trường nhìn của

mắt gần bằng 1800, một người có thể phân biệt được tổng cộng 180×60 =10.800 vật

thể ngang qua trường nhìn. Tuy nhiên, độ phân giải của mắt giảm dần từ trung tâm

của thị giác, vì vậy tổng số vật thể trong thực tế là ít hơn nhiều .

Hệ thống ảnh điện tử phân biệt được một số lượng lớn các vật thể trong ảnh

đơn thực tế là rất hiếm. Vì vậy, nó thường được thiết kế sao cho màn hình hiển thị

có kích thước nhỏ hơn tổng trường nhìn của mắt. Do đó, hầu hết hình ảnh đều được

quan sát bởi phần có độ phân giải đầy đủ nhất của mắt, và độ phân giải đầy đủ cũng

là yếu tố quan trọng cần được sử dụng trong các thao tác tính toán hình ảnh điện tử.

Một đặc điểm khác cũng yêu cầu sử dụng độ phân giải đầy đủ nhất là khả năng

chuyển động của mắt để mang vật thể cần nhìn vào trung tâm thị giác. Một màn

hình hiển thịở một góc rộng, khi nhìn gần sẽ gặp một số vấn đềđó là người xem sẽ

nhìn trực tiếp vào bất cứ phần nào trên màn hình thu hút họ trước nhất. Ở một thời

gian đặc biệt nào đó nó có thể là một điểm bất kỳ trên màn hình. Do vậy toàn bộ

màn hình đều cần phải có độ phân giải cao.

Ta biết rằng, ảnh trong các hệ thống sốđược miêu tả là một chuỗi các pixel.

Hệ thống hiển thị cần phải thiết kế sao cho các pixel không bị lộ diện nếu như

không có sẽ gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng ảnh. Người ta thường hạn chế số

lượng pixel trong ảnh đểđủ cho người xem ở khoảng cách nhìn quy định hoặc lớn

hơn, không thể phân tích được. Một thông số quan trọng cần tính đến ởđây là tỉ lệ

nhìn, được xác định bằng tỉ lệ giữa khoảng cách người xem (tính từ màn hình) với

độ cao nhất của ảnh.

----------------------- Page 6-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

VR= d/PH (1.2)

Trong đó: VR = tỉ lệ nhìn.

d: khoảng cách từ mắt tới màn hình.

PH: độ cao của ảnh (lấy theo cùng đơn vị d)

Khi sử dụng hình ảnh theo độ phân giải trên đây, số lượng tối đa của các điểm

ảnh có thể nhìn thấy được ở một tỉ lệ nhất định là:

Sốđiểm ảnh = 3440/VR (1.3)

Lưu ý, đối với một bức ảnh có số pixel xác định, nếu ở khoảng cách cho trước

mà mắt chưa phân biệt được các điểm ảnh thì đây là kích cỡ lớn nhất của ảnh, điều

đó tương đương với tỉ lệ nhìn là nhỏ nhất (bảng 1.1). Điều này đúng cho cả hệ thống

video số và video tương tự. Hệ thống video tương tự quan tâm đến số dònd quét

hơn là số pixel trên một ảnh. Trong khi đó, các dòng quét lại ngây nhiễu cho khả

năng nhìn hơn pixel, đây chính là nhược điểm của hệ thống video analog. Các máy

tính thường hoạt động với các thông số thấp hơn.

Hệ thống Dòng hoặc pixel/ph Tỉ lệ nhìn

Hệ NTSC 483 7.2

HDTV 1080 3.2

Màn hình máy tính 768 4.5*

Bảng 1.1. Các tỉ lệ nhìn nhỏ nhất

1.5.2. Tạo mức xám

Để tạo ra hình ảnh rõ nét, ánh sáng phát ra ở màn hình phải tỉ lệ với độ sáng

phát ra từ cảnh ở một điểm. Điều này có nghĩa là các tín hiệu video phải là một hàm

tuyến tính với độ chói của ảnh. Tuy nhiên, thiết bị hiển thị tiêu biểu (CRT) lại có

cường độ hàm phi tuyến, ngược với hàm tín hiệu, rất nhiều các tiêu chuẩn của hệ

thống đã đưa vào các phần sửa lỗi phi tuyến trong tín hiệu video, bởi vì nếu sửa lỗi

phi tuyến tại các máy thu thì giá thành rất cao .

Hầu hết các bộ cảm biến trong camera truyền hình có đặc tuyến ánh sáng

tuyến tính, vì vậy camera thường được lắp đặt hệ thống sửa méo gamma đểđưa vào

tín hiệu có đặc tính biên độ phi tuyến cần thiết. Gamma là một đường đặc tuyến của

hàm mũ xấp xỉ bằng biên độ phi tuyến chuyển giao. Ví dụ, gamma của một CRT

điển hình là 2,2. Như vậy một camera phải đưa phần sửa lỗi với số mũ là 1/2,2 hoặc

0,45. Đặc tính này được thể hiện bằng đường cong trên hình 1.3.

----------------------- Page 7-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

1.0

Ү= 45

ố

ơ 0.5

ầ

0.0 0.5 1.0

Hình 1.3. Đường cong sửa lỗi γ 0.45

Tuy nhiên, đa phần máy tính áp dụng tiêu chuẩn sửa lỗi gamma chứ không

phải truyền hình, vì vậy đôi khi việc gây lỗi là cần thiết khi chuyển đổi giữa các tín

hiệu truyền hình và tín hiệu trong máy tính.

1.5.3. Rung hình và tỷ lệ phục hồi

Người ta không nhận thấy sự nhấp nháy của màn hình bởi vì mắt có khả năng

lưu hình. Có nghĩa là, hệ thống thị giác phản ứng rất chậm với sự thay đổi nhanh

của ánh sáng trên màn hình. Tuy nhiên, sự chiếu sáng thay đổi theo chu kỳ với tần

số thấp (khi được chiếu sáng bởi đèn điện có tần số thấp), gây ra hiệu ứng mà ta gọi

là hiện tượng rung hình. Hiện tượng rung hình phụ thuộc vào số lượng của độ chiếu

sáng (rung hình dễ nhận thấy hơn khi hình ảnh có độchói cao) và cũng dễ nhìn hơn

khi nhìn ở ngoại vi tầm nhìn. Hiệu ứng vừa rồi giúp chúng ta nhạy cảm hơn với

những vật chuyển động nhanh (có thể là nguy hiểm) xuất hiện đầu tiên ở ngoại vi

tầm nhìn. Vấn đềđiều khiển rung hình khá quan trọng, bởi vì nếu ánh sáng ở màn

hình bị rung kéo dài sẽ gây ra chứng mổi mắt người xem.

Hệ thống Tỷ lệ phục hồi Môi trường VR

NTSC 60 (59,94) Phòng khách 7

PAL 50 Phòng khách 7

Màn hình máy tính 72 Phòng sáng 1-2

Rạp chiếu phim 48 Phòng tối 5-10

Bảng 1.2. Các tỉ lệ phục hồi tiêu biểu

----------------------- Page 8-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Thiết bịđiện tử lại có hiệu ứng lưu hình ngược lại, ánh sáng phát ra sẽ bị hủy

sau một thời gian ngắn. Vì vậy, ảnh điện tử phải được phục hồi thường xuyên để

duy trì hiệu ứng chiếu sáng ổn định. Tỉ lệ phục hồi phải đủđể tránh tình trạng rung

hình ở các điều kiện xem mong muốn. Tỉ lệ phục hồi tiêu biểu được trình bày trong

bảng 1.2. Ởđiện ảnh, tỉ lệ phục hồi có thể thấp bởi vì các rạp chiếu phim thường

phải tối và ảnh không được quá sáng. Riêng máy tính lại ở trong tình trạng ngược

lại, thường hiển thị trong một phòng sáng, màn hình cũng phải sáng, và như vậy tỉ

lệ nhìn thấp có nghĩa là những phần màn hình này xuất hiện ở ngoại vi tầm nhìn.

Hiện tượng rung hình với một số lượng thích nghi nhất định, điều này xảy ra

khi cùng một kiểu nhìn đều đặn diễn ra. Ví dụ, tỉ lệ phục hồi 50 Hz được sử dụng ở

một số quốc gia được đánh giá là hoàn toàn hợp lí với người bản địa. Song, một số

quốc gia khác tỉ lệ 60 Hz cũng được áp dụng.

1.5.4. Tái tạo ảnh chuyển động

Sự chuyển động của ảnh được tạo ra trong hệ thống video nhờ vào cập nhật

nội dung trên màn hình với tỉ lệ vừa đủđể người xem có thể nhận biết được một

quá trình chuyển động liên tục. Trong một hệ thống truyền hình, nó được thực hiện

ở camera và tỉ lệ quét của màn hình.

Trong những trường hợp đơn giản nhất, camera video sẽ tạo ra mành riêng biệt

cho mỗi chu kỳ phục hồi của màn hình. Đây chính là cách hoạt động thông thường

của tryuền hình số, tỉ lệ mành của camera và màn hình như nhau. Thực chất, tỉ lệở

hai bộ phận này đã được đồng bộ hoá. Trong phương thức vận hành này, tín hiệu

phát ra từ camera không ngừng đi tới màn hình mà không cần sự can thiệp của quá

trình xử lý hay lưu trữ nào. Khi đề ra các tiêu chuẩn màn hình, vấn đề xử lý hay lưu

trữ vẫn chưa được bàn đến, do vậy hệ thống thiết kế cho màn hình được phục hồi

bằng cách liên tục phát ra các tín hiệu mới từ camera, thậm chí ngay cả khi hình ảnh

đã dừng.

Hiện nay với công nghệ kỹ thuật số, lưu trữ và xử lý là hai quá trình tồn tại

thường xuyên trong hệ thống, và camera cũng như màn hình không cần thiết phải có

tỉ lệ mành như nhau thậm chí không cần phải đồng bộ. Camera có thể hoạt động ở

một tỉ lệ mành vừa đủđể tạo lại chuyển động, còn màn hình có thể vận hành ở một

tỉ lệ cao hơn, đáp ứng chỉ tiêu rung hình cần thiết. Thậm chí có thể ngừng hẳn việc

truyền theo chu kỳ của những hình ảnh đã dùng, để giảm yêu cầu mà quá trình

truyền dữ liệu đặt ra.

Nhưđề cập ở trên, để giảm độ rung hình, tần số mành ở 50 Hz hoặc cao hơn

nữa và màn hình cũng có thể quét ở tần số này. Nhưng quá trình tái tạo chuyển

động thường tốt nhất với tần số mành 30Hz, hoặc thậm chí có thể thấp hơn. Do vậy

quá trình quét ảnh của camera càng phải diễn ra nhanh, đểđủ hỗ trợ quá trình tạo

----------------------- Page 9-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

chuyển động. Các hệ thống số có thểđáp ứng cả những tiêu chí này. Khi theo dõi

một vật chuyển động nhanh, người ta có cảm giác như sự chuyển động này rất rõ

nét. Tuy nhiên, thực chất hình ảnh chuyển động lại rất mờ do hiệu ứng lưu hình của

mắt đã nêu ở trên. Tuy nhiên, nếu mắt di chuyển theo chuyển động của vật, sự mờ

ảo của chính vật đó sẽ giảm xuống nhưng phong hình lại trở lên mờảo. Một hệ

thống mô phỏng không thểđồng thời giải quyết tình trạng này do camera thu ảnh

điện tửđều có lưu hình như nhau. Đây được gọi là sự kéo vết của chuyển động xảy

ra do camera có thời gian lộ sáng xác định.

Vấn đềđặt ra không khó khăn lắm với hệ thống truyền hình bình thường hoạt

động ở tỉ lệ nhìn thiết kế sẵn vì hình ảnh ởđó không rộng đến mức người xem có

thể di chuyển theo chiều chuyển động của vật. Camera thường di chuyển theo

chuyển động của vật, người xem không cần thiết phải làm việc này. Tuy nhiên, với

màn hình có độ phân giải cao và rộng hơn, người xem có thể phải di chuyển mắt

theo những phần khác nhau của cảnh đểđáp ứng đầy đủ trường nhìn của mình. Sau

nữa, camera cũng không nên di chuyển theo vật và phải có thời gian lộ sáng ngắn để

vật chuyển động sắc nét hơn.

1.6. THÍNH GIÁC CỦA CON NGƯỜI

Độ nhạy của tai con người không hề thua kém mắt. Kết hợp với não, tai có thể

tiếp nhận sóng âm ở phạm vi biên độ lớn và trong chốc lát nó có thể xác định

phương hướng tần số, đặc tính của âm nguồn thông tin (trong trường hợp đây là lời

nói). Hiểu được khả năng và hạn chế của hệ thống sinh học tuyệt vời này là một

điều quan trọng đối với công việc tái tạo hệ thống âm thanh diện tử. Nghiên cứu quá

trình thích giác của con người được gọi là khoa học tâm lý âm thanh.

1.6.1. Tiếng ồn

Tiếng ồn là phản ứng của con người với biên độ sóng âm thanh, nó nằm trong

ngưõng có thể nghe được ở mức độ âm thanh thấp đến ngưỡng của sự chói tai của

những âm cao nằm trong phạm vi từ 1012 (1000.000.000.000:1) hoặc nhiều hơn ở

những âm thanh có cường độ cao. Âm thanh có cường độ cao được biểu thị bằng

W/m×m. Do phạm vi rộng, thông thường âm thanh được tính theo dB. Ở mức độ

âm chuẩn (0 dB) thường được sử dụng như là ngưỡng nghe và 120dB (ví dụ như

mức độ âm ở khoảng cách 457,2m phát ra từ một động cơ máy bay phản lực khi cất

cánh) gần nhưđược coi là ngưỡng của âm chói, ở mức độ này tiếng ồn trở nên khó

chịu. Nếu nhưở mức độ cao hơn thính giác của con người có thể bị tổn thương.

Con người cũng không thể nghe được nhiều âm thanh ở các mức độ khác nhau

trên toàn bộ phạm vi ở bất kỳ thời điểm nào, bởi vì các âm thanh lớn có xu hướng

lấn áp những âm thanh yếu. Tuy nhiên, khi những âm thanh hữu ích (như lời nói,

----------------------- Page 10-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

âm nhạc) có xu hướng xuất hiện những khoảng lặng và tai con người nhanh chóng

phản ứng với sự thay đổi mức độ âm thanh đó. Vì vậy, việc đưa ra tỉ lệ tín hiệu trên

tạp âm S/N ở 80 hoặc 90dB, nếu như tiếng ồn hoàn toàn không thể nghe được, là rất

quan trọng đối với quá trình tái tạo âm thanh điện tử chất lượng cao. Mặc khác, nếu

chỉ tính đến khả năng nghe rõ, tai có thể hiểu được lời nói S/N bằng 30dB hoặc

thậm chí còn thấp hơn.

1.6.2. Đặc tuyến tần số

Đặc tuyến tần số của thính giác con người nằm trong phạm vi từ 30 đến

15000Hz. Tuy nhiên, con số này thay đổi một cách đáng kể tùy theo từng người và

từng loại tiếng ồn. Các đường cong ở hình 1.4 biểu diễn một số cấp độ âm thanh tạo

ra cảm giác tiếng ồn như nhau ở những tần số và các cấp độ âm thanh khác nhau.

120

100

) 0

B 8

ộ 0 60

đ 6

B 40

20 50 100 500 1000 5000 10000

Tần số (MHz )

Hình 1.4. Đường cong biên độ tín hiệu duy trì độổn định âm lượng

Những đường cong này dựa trên cơ sở nghiên cứu tâm lý do Fletcher và

Munson tiến hành. Đường cong thấp hơn biểu thị chệch khỏi phạm vi tần số khoảng

40dB, khi âm thanh lớn hơn có sự thay đổi cảm giác đối với tần số. Ở 120dB, mọi

tần số âm thanh đều lớn như nhau.

Do phụ thuộc vào mục đích của hệ thống nên không biết lúc nào phải tái tạo

đủ phạm vi tần số. Ví dụ nhưđiện thoại, loại máy được thiết kế dùng cho đàm thoại

chỉ có độ rộng band tần từ 300 đến 3000Hz. Mặc khác, đối với các loại máy nghe

nhạc HI-FI lại cần toàn bộ band tần từ 30 đến 15000Hz. Rất nhiều hệ thống audio

lại yêu cầu độ rộng band tần ở mức cao hơn thế, từ 20 dến 20000Hz.

1.7. QUÉT ẢNH

----------------------- Page 11-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Một cảnh tự nhiên phản chiếu ánh sáng đồng thời từ tất cả các điểm, trong khi

mắt người có thể cảm thụđược tất cả các điểm này tương đương 108 bộ cảm biến

của mắt. Việc cảm nhận dòng dữ liệu này song song phụ thuộc vào não. Tuy nhiên

cấu trúc song song như vậy không thông dụng trong điện tử, vì vậy hệ thống ảnh

điện tử gặp phải những vấn đề khó khăn khác, nó phải chuyển dữ liệu song thành

một hoặc vài tín hiệu điện tử thay đổi theo thời gian, phương tiện để thực hiện việc

này chính là quá trình quét ảnh.

Quét ảnh cũng giống nhưđọc một quyển sách, bắt đầu ở bên góc trái trên cùng

của cuốn sách, mắt người đọc sẽ di chuyển theo chiều ngang từ trái sang phải bắt

đầu dòng đầu tiên của văn bản, ở cuối dòng này mắt lại quay ngược trở lại bên trái

và di chuyển xuống dòng tiếp theo, đây được coi là quá trình quét dòng.

Hướng quét ngang

ọ

ớ

Xung quét

dòng

Xung quét

mành

Hình 1.5. Quét liên dòng: a) mành quét, b) dạng xung quét.

Do vậy, quét ảnh là một quá trình di chuyển các phần tử cảm biến lên mọi

điểm của một ảnh đến khi toàn bộảnh được quét hết, tất nhiên điều này có thểđược

thực hiện trong mô hình quét như rada, theo hình soắn ốc hoặc thậm chí là ngẫu

nhiên. Trong truyền hình người ta đã lựa chọn kiểu quét hình chữ nhật (được gọi là

mành) bao gồm các chuyển động theo hàng dọc hàng ngang tách rời nhau. Điều này

đã được chứng tỏưu thếở chỗ toàn bộ cảnh do một phần tử chuyển động đồng bộ

với tốc độđồng nhất quét và thiết bị lắp đặt phần cứng cũng đơn giản.

1.7.1. Quét ảnh điện tử

----------------------- Page 12-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Để có mô hình quét ảnh ổn định, tần số quét ảnh hàng dọc (quét mành) và

hàng ngang (quét dòng) phải được đồng bộ hoá trong mối quan hệ thống nhất. Nếu

một hệ thống có N dòng, tần số quét dòng phải ở mức cao nhất và tỉ lệ với tần số

quét dọc theo công thức:

fh = N × fv

Tần số quét dòng cũng là tần số quét ảnh trong hệ thống. Ví dụ nếu tần số quét

ảnh là 60Hz thì tần số quét dọc cũng là 60 Hz. Đối với hệ thống 525 dòng, tần số

quét dòng là 525× 60 = 31500Hz.

Các tín hiệu quét phải được thiết kếđể tạo ra quá trình quét tuyến tính, có

nghĩa là tốc độ quét phải đồng nhất trên mọi vị trí của ảnh. Điều này khá quan trọng

đối với camera và máy thu nhằm đảm bảo sựđồng bộ của ảnh trên màn hình máy

thu. Bất cứđộ phi tuyến trong quá trình quét ảnh cũng sẽ gây ra sự biến dạng vị trí

trên một vài phần ảnh. Mặc dù, trên lí thuyết có thể sử dụng mô hình quét ảnh phi

tuyến, nhưng mô hình này rất khó di trì, và tốc độ quét không đồng bộ nên sẽ gây ra

một số vấn đề như: sự thay đổi độ phân giải, độ nhạy cảm và độ chói. Chính vì vậy

các tiêu chuẩn quét ảnh của video đều sử dụng quét tuyến tính.

1.7.2. Xoá khoảng trống

Vị trí của các phần tử quét phải chuyển động tuyến tính trên một đường thẳng

theo thời gian. Điều này được áp dụng trong quá trình quét ảnh từ trái qua phải trên

một dòng của màn hình (đây là thời gian quét tích cực), nhưng không cần thiết

trong quá trình quét ngược lại. Giai đoạn này thời gian quét càng ngắn càng tốt.

Trước đây, quét ngược trong các hệ thống truyền hình bị giới hạn bởi các mạch

quét, do vậy thời gian quét ngược chiếm gần 18% tổng thời gian quét một dòng.

Điều này gây ra lãng phí, bởi vì trong thời gian này không có một thông tin nào

được tuyền. Thực tế trong thời gian này tín hiệu bị xoá do bịđẩy tới điện áp của

mức đen. Do vậy, chu kỳ quét ngược thường được gọi là khoảng xoá dòng và quét

ảnh tuyến tính phải có dạng hình răng cưa. Hình 1.5(b) quét mành cũng là một quá

trình tuyến tính, khoảng xóa mành (VBI) là 8 % đối với truyền hình.

1.7.3. Độ phân giải theo chiều ngang và dải thông tín hiệu

Như trong khi đọc một cuốn sách, mắt phải nhận biết từ kí tự này đến kí tự

khác, quá trình quét ảnh ở một camera video di chuyển rất hiệu quả các phần tử cảm

biến nên ảnh. Điện áp lấy tại đầu ra thay đổi tỉ lệ với cường độ ánh sáng ở mỗi điểm

mà bộ cảm biến quét qua, (trong thực tế không có phần tử chuyển động nào, nhưng

kết quả lại giống như chuyển động này vẫn tồn tại).

Một phần tử cảm biến có kích cỡ xác định, bộ cảm biến lấy trung bình ánh

sáng mà nó cảm nhận được thông qua góc mở. Lấy trung bình như vậy đã làm mất

----------------------- Page 13-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

các chi tiết nhỏ hoặc gây ra độ dốc của tuyến tính ở tần số cao khi chúng ta quan sát

tín hiệu điện này, hiệu ứng gây ra bởi góc mở, gọi là đặc tưyến góc mở, được minh

họa trong hình 1.6. Hình này đưa ra một góc mở tròn, tuy nhiên góc mở có thể là

bất cứ hình gì và độ nhạy không được phân bổđồng đều. Điều này đã biến quá trình

lấy trung bình thành một quá trình gộp toàn bộ diện tích góc mở. Kết quả nhưđã chỉ

trong hình vẽ, là làm tròn các biên trên các quá trình chuyển tiếp và số biên độ bị

mất khi khoảng cách giữa các hình nhỏ hơn kích thước của góc mở.

Góc mở trong

quá trình quét

Đầu ra tín

hiệu video

Hình 1.6. Đặc tuyến góc mở trong quá trình quét

Về hình thức bên ngoài các tần số video tạo bởi quá trình quét ảnh phụ thuộc

vào những chi tiết nhỏ của cảnh và tốc độ quét. Việc quan sát các chi tiết nhỏđể

biết hệ thống tạo ra mô hình có dòng đen và trắng cân bằng là rất hữu ích trong các

hình theo chiều dọc kiểm tra độ phân giải theo chiều ngang của hệ thống và ngược

lại, các hình theo chiều ngang kiểm tra độ phân giải theo chiều dọc.

Đối với độ phân giải theo chiều ngang tần số video fv tạo bởi một hình của các

dòng đen và trắng theo chiều đứng ở khoảng cách đồng nhất được cho tính bằng

biểu thức:

f = (f × N × AR)/ 2(1-HB) (1.3)

V H p

fH: tần số quét dòng

N : số dòng đen trắng ở khoảng cách cân bằng với độ cao của ảnh

AR: cỡảnh là tỷ lệ của chiều rộng và chiều cao của màn hình (NTSC là 1,33).

HB: thời gian xóa dòng (0,18 đối với hệ NTSC)

1.7.4. Quét cách dòng

Phương pháp quét mô tả trong những phần trên được gọi là quá trình quét liên

dòng bởi vì tất cả các dòng hoặc mỗi ảnh đều được quét liên tục. Công thức (1.5)

chỉ rõ tần số video lớn nhất được tạo bởi quá trình quét ảnh tỉ lệ với tần số quét

dòng, và tất nhiên sẽ bằng tần số quét dọc nhân với số dòng quét. Do tần số quét

dọc phải đủ lớn để không gây ra hiện tượng rung hình, nên người ta có thể nhận

----------------------- Page 14-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

thấy độ rộng band tần video cần thiết là một hàm số dòng trực tiếp trong ảnh và giá

trị của tần số quét theo hàng dọc. Tuy nhiên, tần số video có thể hạ thấp mà không

gây ra hiện tượng rung hình bằng phương pháp quét cách dòng.

Quét cách dòng được thực hiện bằng cách chỉ quét từng phần của dòng quét

trong mỗi lần quét dọc. Ví dụ, một lần quét dọc thứ nhất có thể quét tất cả các dòng

lẻ, và lần quét dọc thứ hai quét tất cả các dòng chẵn. Đây chính là quét cách dòng tỉ

lệ 2:1, và tần số video giảm theo hệ số 2:1 so với quá trình quét liên dòng ở cùng

tần số quét dọc. Do tần số quét dọc không đổi, nên hiện tượng rung hình hầu như

không xảy ra.

Hướng quét ngang

ọ

ớ

Xung quét

dòng

Xung quét

mành

Hình 1.7. Quét cách dòng: a) mành quét b) dạng xung quét

Quá trình quét dòng được hoàn thành khi tổng số dòng quét phải là số lẻ (525

hoặc 625) và tần số quét dòng bằng 1,5 lần tích của số dòng và tần số quét dọc. Từ

mối quan hệ tần số này sẽ cho ra kết quả của quá trình quét cách dòng như trong

hình 1.7. Trong hình này, điểm cuối của lượt quét dọc thứ nhất nằm ở trung tâm của

dòng, vì vậy điểm xuất phát của dòng quét dọc thứ hai cũng nằm ở trung tâm của

một dòng (chính xác là diểm giữa của dòng đầu tiên). Phải mất hai lượt quét mới

quét hết một ảnh gồm hai mành: mành 1 bao gồm tất cả các dòng lẻ và mành 2 bao

gồm tất cả các dòng chẵn.

1.7.5. Độ phân giải đứng

----------------------- Page 15-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Không giống nhưđộ phân giải ngang thường bị giới hạn bởi độ rộng band tần

của hệ thống, độ phân giải đứng lại bị giới hạn bởi số lượng các dòng quét trên

hình. Các hình ngang hoặc gần kề, ở những chi tiết nhỏđược lấy mẫu bằng tần số

không gian của số dòng quét thể hiện qua số dòng quét tích cực. Tiêu chuẩn

Nyquist đã chỉ ra rằng các tần số vượt quá 1,5 chu kỳ lấy mẫu sẽ không lấy được

mẫu chính xác nên người ta có thể kết luận giới hạn độ phân giải theo hàng dọc đo

ở TVL là 1.5 số dòng tích cực. Tuy nhiên, trong thực tế giớn hạn này có thể cao hơn

bởi vì hiện tượng méo do chồng phổ, không hoàn toàn che khuất tín hiệu. Trước

đây, trong hệ thống truyền hình, người ta đã đặt tên cho tỷ lệ giữa độ phân giải giới

hạn biểu kiến và số dòng tích cực là hệ số Kell. Nó nằm trong phạm vi từ 0.5 đến

0.9 và thường lấy ở 0.7.

Kết hợp quét cách dòng và chồng phổ theo chiều dọc ở các biên ngang sẽ gây

ra hiệu ứng giả trong quá trình tái tạo lại ảnh tự nhiên, đó chính là hiện tượng rung

hình ở các biên ngang gần kề và hiện tượng rung hình theo hình chữ chi ở một phần

của ảnh có hướng tập trung theo chiều ngang.

Hiệu ứng lấy mẫu theo chiều dọc xảy ra ở bất cứ hệ thống nào có sử dụng quét

dòng, vì vậy nó tồn tại trong các hệ thống video số cũng như truyền hình. Để loại

trừ hoàn toàn hiện ứng này, tần sốđầu vào trên giới hạn Nyquist phải được lọc ra

trước quá trình lấy mẫu. Điều này có nghĩa là, quá trình lọc phải được thực hiện ở

phần quang học của camera trước khi quá trình quét xảy ra ở bộ cảm biến ảnh.

1.8. BIỂU DIỄN MÀU SẮC

1.8.1. Đặc trưng màu sắc của ánh sáng

Ánh sáng tự nhiên là một nguồn sáng tổng hợp các sóng điện từ nằm trong giải

phổ có bước sóng từ 400 đến 700nm (10-9m) mà mắt người có thể quan sát được. Sự

phân bố phổ biến của ánh sáng trắng tương đối đồng đều trên toàn bộ dải ánh sáng

quan sát được mặc dù có rất nhiều loại ánh sáng trắng. Ngược lại, sự phân bố của

ánh sáng màu không đồng đều, thường có từ hai vùng phổ trở lên. Quá trình phản

chiếu ánh sáng trắng từ bề mặt của những vật tự nhiên có thể có sự chọn lọc bước

sóng, điều này tạo ra đặc tính màu sắc của vật. Sóng của ánh sáng ở bước sóng của

màu sắc được phản chiếu, bước sóng khác ít nhiều bị hấp thụ thay bằng bị phản

chiếu

Mắt người nhận biết được màu sắc bằng ba loại tế bào hình nón khác nhau

trong bộ thụ cảm của võng mạc. Chúng phản ứng khác nhau với những màu sắc

khác nhau và phát tín hiệu ba chiều tới não, tại đây màu sắc sẽđược nhận biết.

Chính vì quá trình nhận biết này mà mắt người cảm nhận màu sắc không giống với

màu sắc vật lý. Một hệ thống tái tạo màu sắc thường quan tâm tới các thông tin về

----------------------- Page 16-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

màu sắc vật lý (phân bố phổ), tuy nhiên nó vẫn phải tái tạo lại được cảm giác màu

sắc mà người xem cảm nhận được.

Từ thế kỷ thứ 17, Isaac Newton đã chỉ ra rằng tất cả các màu sắc đều có thể

cảm nhận chỉ bởi từ ba màu tương đương với ba thành phần cảm thụ màu sắc trong

mắt và điều này được trình bày thông qua thuyết ba màu. Đây là cơ sở cho ảnh màu,

in màu, sơn màu và các hệ thống truyền hình màu.

1.8.2. Các màu cơ bản

Thuyết ba màu cho rằng bất kỳ màu sắc nào cũng được tạo ra bởi sự kết hợp

của ba màu, được gọi là các màu cơ bản (hình 1.10). Ba màu cơ bản sử dụng trong

hệ thống truyền hình này: đỏ, lục, lam. (gọi tắt là RGB). Khi trộn ba màu theo tỷ lệ

bằng nhau thì sẽ thu được màu trắng .

Mỗi màu cơ bản có một màu phụ tương ứng, mà khi trộn với màu cơ bản của

nó sẽ tạo ra nàu trắng. Màu phụ của màu đỏ là màu lơ, của màu lục là màu mận chín

và của màu lam là màu vàng như biễu diễn ở hình 1.8. Như vậy trong sử lý ảnh màu

cũng như trong kỹ thuật truyền hình màu người ta chỉ dùng ba màu cơ bản để biểu

diễn cho vô số các màu sắc của ảnh bằng cách pha trộn những màu sắc cơ bản này

theo những tỷ lệ màu nhất định.

Phụ của

màu lục Đỏ tươi Đỏ

Phụ của

Lam Các màu cơ bản Vàng màu lam

Phụ của Lơ Lục

màu đỏ

Hình 1.8. Các màu cộng và trừ cơ bản

1.8.3. Hệ thống truyền hình thành phần

Trong hệ thống truyền hình màu, camera phải phát đi ba thành phần màu sắc

điều khiển các nguồn ánh sáng đỏ, lục, lam của màn hình. Camera video chuyên

nghiệp thực hiện việc này bằng cách sử dụng ba bộ thụ cảm hình ảnh được quét

đồng thời và ba bộ này có bộ phận lọc màu sắc phù hợp đểđạt được đặc tuyến phổ

tương ứng. Đầu ra của bộ thụ cảm sẽ truyền tín hiệu đểđiều khiển ba súng điện tử

----------------------- Page 17-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

của máy thu. Các camera giá thấp hơn chỉ sử dụng một bộ thụ cảm có bộ lọc màu

sửa sai để thu ba màu từ khu vực lân cận trên bề mặt thụ cảm. Quá trình xử lý điện

tử của các tín hiệu ở camera này cho phép lấy ra các thành phần màu sắc RGB.

Khi hệ thống lớn, việc xử lý các tín hiệu thành phần màu sắc trên ba mạch

song song trở nên phức tạp, có nhiều tín hiệu video mắc nối tiếp và không thể thực

hiện được khi các tín hiệu màu analog được truyền hoặc phát quảng bá trên một

kênh đơn. Vì vậy, cần thiết phải có một hệ thống màu tổng hợp kết hợp ba thành

phần màu sắc thành một tín hiệu đơn .

Chú ý rằng, trong hệ thống số mà các thành phần RGB được số hoá, việc kết

hợp các kênh số cho một trong ba thành phần, một kênh đơn giản chỉ là quá trình

chuyển đổi song song-nối tiếp. Tuy nhiên, tạo ra một tín hiệu tổng hợp ở một hệ

thống analog không phải là một công việc đơn giản và thường có liên quan đến các

quy ước về chỉ tiêu kỹ thuật. Do đó, bất cứ một hệ thống nào được thiết kế theo tiêu

chuẩn kỹ thuật sốđều không nên sử dụng các tín hiệu tổng hợp analog. Dù vậy, rất

nhiều hệ thống sẽđổi từ analog sang số và việc số hoá các tín hiệu tổng hợp analog

được miêu tả dưới đây là rất có ích trong giai đoạn chuyển tiếp .

Một số thao tác kĩ thuật giúp hệ thống màu tổng hợp analog có thể sử dụng vào

hệ thống số cũng rất hữu ích với các hệ thống số. Phần bàn luận dưới đây sẽ chỉ ra

điều đó. Tuy nhiên, phần bàn luận hệ thống tổng hợp này mới chỉ dừng lại ở việc

khái quát.

1.8.4. Hệ thống màu tổng hợp

Mắt người còn có một đặc tính nữa góp một phần khá quan trọng cho hệ thống

truyền hình màu. Từ cách thu thập thông tin trong não, có thể nhận thấy là mắt có

độ phân giải kém với các vật thể có màu sắc hơn là với các vật đen trắng. Vì vậy,

một hệ thống video cũng phải giảm độ phân giải, để khai thác đặc tính này của mắt,

các tín hiệu màu cơ bản của một hệ thống video tạo bởi camera cần phải được cấu

trúc lại thành các màu sắc riêng biệt và đơn sắc giống như cách mà mắt thực hiện.

Thuyết ba màu cho rằng, bất cứ một tín hiệu ba màu nào xuất hiện, đều có thể

thực hiện phép chuyển đổi ma trận tuyến tính của các tín hiệu thành phần R,G,B

thành một tín hiệu đơn sắc (độ chói) và hai tín hiệu hiệu màu. Các tín hiệu màu là

các khác nhau về màu sắc, có nghĩa là khi không có màu ta có kết quả bằng 0. Đây

là kết quả của phép trừ tín hiệu chói cho các tín hiệu màu thành phần.

1.8.4.1. Độ chói và các thành phần tín hiệu màu

Tín hiệu chói có đặc tuyến phổ tương ứng với đường chói (hình 1.9), nó thể

hiện độ chói tương đối mà mắt người thu được ở những phổ màu khác nhau. Tín

hiệu chói Y được tổng hợp bằng cách kết hợp các tín hiệu R, G, B theo công thức:

----------------------- Page 18-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Y = 0,59G + 0.30R + 0,11B (1.6)

Chú ý là trọng số của màu sắc ở công thức chói là thích hợp với sự cảm nhận

của thị giác vềđộ chói của màu sắc. Màu lục xuất hiện chói nhất, màu đỏ tối hơn và

màu lam là tối nhất. Các tín hiệu màu nhận được bằng cách trừ Y với R và B để tạo

ra tín hiệu R-Y và B-Y. Những tín hiệu này có thể truyền đi với dải band tần có độ

rộng một nữa do sự phân giải của mắt kém hơn. Độ chói các tín hiệu màu được sử

dụng rộng rãi trong hệ thống tương tự và số.

1.0

0.5

400 440 480 520 560 600 640 680

Hình 1.9. Đường cong độ chói

1.8.4.2. Tần số quét cách dòng

Một đặc tính khác của tín hiệu video là có thể kết hợp các thành phần tín hiệu

chói và các thành phần tín hiệu màu thành một kênh đơn. Điều này được lý giải là

các thành phần tần số tạo bởi tín hiệu video được quét hầu hết đều tập trung xung

quanh hài của tần số quét dòng.

210 x fH

211 x fH

ộ

n 212 x fH

0 1.0 2.0 3.0 4.0

Tần số MHz

Hình 1.10. Phổ của tín hiệu video đơn sắc

----------------------- Page 19-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Về mặt toán học, điều này có thểđược chứng minh bằng phép phân tích

Fourier các tín hiệu video tiêu biểu, song nó có thểđược chứng minh theo trực giác

bằng cách quan sát và thấy rằng, các thành phần có ý nghĩa nhất của sóng video là

tín hiệu xoá dòng, đó là một chuỗi xung của tần số quét dòng. Tất nhiên, phổ của

xung này có thể bao gồm tần số quét dòng và hài của nó, như hình 1.10.

Bản chất này là phổ năng lượng tín hiệu tập trung vào gần hài của tần số dòng.

Có nghĩa là, có thể quét các dòng với tín hiệu mà các thành phần tần số của nó hầu

hết có thể bị giảm ở giữa các hài của dòng. Nếu điều này được thực hiện một cách

chính xác sẽ giảm thiếu được nhiễu giữa hai tín hiệu.

1.8.4.3. Hệ thống truyền hình màu tổng hợp NTSC

Hệ thống truyền dẫn màu tổng hợp đầu tiên là công nghệ truyền hình màu

NTSC xuất hiện tại Mỹ vào những năm 50. Hệ thống này kết hợp các tín hiệu thành

phần ba màu thành một tín hiệu tổng hợp phù hợp với kênh 6MHz, kênh này sử

dụng cho truyền hình quảng bá đen trắng. Hơn nữa, tín hiệu này có thểđáp ứng

được tính tương hợp giữa truyền hình màu và truyền hình đen trắng, tức là tín hiệu

màu đen trắng có thể thu được tín hiệu màu và cảđen trắng nữa. Hệ NTSC hiện nay

vẫn được sử dụng hơn 50 năm sau khi ra đời.

Sóng mang màu

Dải tín

hiệu sắc

Dải biên tín

hiệu chói

210 x fH

211 x fH

ộ

đ 212 x fH

Phổ tín sắc

Phổ tín

được chèn

hiệu chói

0 1.0 2.0 3.0 4.0

Tần số MHz

Hình 1.11. Phổ của tín hiệu video màu tổng hợp minh h ọa quá trình chèn tần số

Ở hệ truyền hình màu NTSC hoặc PAL, hai tín hiệu màu được điều biên nén

vuông góc đặc điểm của phương pháp điều chế này là sóng mang phụ sẽ bằng 0 khi

không có tín hiệu, nó xảy ra khi truyền ảnh đen trắng. Vì vậy, tín hiệu sóng mang

màu sẽ biến mất ởảnh đen trắng hoặc các vùng đơn sắc của ảnh màu. Bởi vì các tín

----------------------- Page 20-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Sóng mang màu được chọn ở miền tần số cao của phổ tín hiệu chói, bởi vì đặc

tính của tín hiệu video là các thành phần tần số cao thường nhỏ và sự nhiễu tần số

cao thì khó nhìn thấy hơn tần số thấp. Cả hai vấn đề này điều làm giảm khả năng

nhìn các sự xuyên âm giữa các thành phần quét dòng.

Một đặc điểm cuối cùng góp phần làm giảm thiểu sự xuyên âm giữa các thành

phần của tín hiệu NTSC là độ phân giải của mắt tuỳ theo màu. Vì vậy, bằng cách

chọn các thành phần màu phù hợp, nó sẽ giảm dải tần số tín hiệu màu R-Y và B-Y

có thểđến hơn một nữa, điều này yêu cầu thay đổi tín hiệu màu R-Y và B-Y thành

hai tín hiệu Y (cùng pha) và Q (cầu phương). Biểu thức ma trận của tín hiệu này là:

I = 0.6R - 0.28G - 0.32B

Q = 0.21R - 0.51R + 0.30B

Trong tiêu chẩn NTSC, tín hiệu I được truyền với dải thông là 1,3MHz, tín

hiệu Q có dải thông là 0,5MHz, và tín hiệu Y được sử dụng toàn bộ dải thông

4,2MHz. Bảng 1.3 đưa ra các thông số thực tế cho ba hệ truyền hình.

Danh mục NTSC PAL SECAM

Tần số quét dòng 525 625 625

Tỷ lệ quét cách dòng 2:1 2:1 2:1

Tần số quét mành (Hz) 59,94 50,0 50,0

f (Hz) 15.734.26 15.625 15.625

Dải thông tín hiệu chói (Mhz) 4,2 5,0 hoặc 5,5 50 hặc 5,5

4.250.000

fSC (Hz) 3.579.545 4.433.619

4.406.250

I = 1,3 U = 1,3 D = 1,3

Dải thông tín hiệu sắc (Mhz) R

Q=0,5 V = 1,3 D = 1,3

Bảng 1.3. Các thông số hệ thống của các hệ thống màu tổng hợp

Tần số mành 59,94 Hz của hệ NTSC có sự khác biệt rất nhỏ so với tần số 60Hz

vì một lý do rất quan trọng. Nhằm giảm thiểu hiện tượng nhiễu điều biến xuyên có

thể xảy ra giữa tần số mang âm thanh 4,5MHz và tần số mang này thì tần số quét

----------------------- Page 21-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

dòng phải là ước số nguyên của 4,5MHz. Tần số gần nhất tần số dòng 15.725Hz của

tiêu chuẩn màn hình trắng đen là ước số thứ 286 của 4,5MHz là 15.7345,26Hz con

số này chia cho 525 và nhân với 2 sẽ cho tần số mành 59,94 Hz.

1.8.4.4. Hệ thống truyền hình màu tổng hợp PAL

Vài năm khi hệ NTSC đưa vào sử dụng, hệ truyền hình màu PAL của châu Âu

cũng được phát triển và đã thừa hưởng thành quả của hệ thống NTSC, nó có dải

thông lớn hơn hệ NTSC và nó được dùng quảng bá châu Âu. Cũng giống như

NTSC hệ PAL cũng đáp ứng được tính tương hợp đối với hệ thống truyền hình đen

trắng ở châu lục này.

Hầu hết các nước châu Âu có hệ thống đen trắng 625 dòng và có tầng số quét

mành là 50Hz. Với độ rộng band tần là 5,5MHz, hệ PAL sử dụng tần số quét màu

cao hơn hệ NTSC và có dải thông của 2 tín hiệu màu là như nhau cho mỗi kênh. Từ

đó hệ PAL dùng trực tiếp các thành phần B-Y và G-Y. Các thành phần này được

gọi là U và V. Các biểu thức của nó là:

U = 0.493(B-Y)

V = ± 0.877(R-Y)

Tuy nhiên có sự khác biệt quan trọng ở hệ PAL chính là tên gọi của hệ này

“đảo pha theo từng dòng” được đánh dấu bằng kí hiệu ± trong biểu thức. Pha của

sóng mang màu tín hiệu V sẽ bịđảo ngược từ dòng này đến dòng khác. Mục đích

của nó là sửa méo pha, méo này có thể gây nên sự méo sắc độ của màu, đây chính là

nhược điểm của hệ NTSC, mặc dù nó có thể giảm bớt khi các hệ thống và thành

phần được thiết kế một cách cẩn thận. Các thông số của hệ PAL cũng được cho

trong bảng 1.3.

1.8.4.5 Hệ thống truyền hình màu SECAM

Một hệ thống truyền hình màu khác được phát triển tại Pháp có tên là SECAM

và nó được sử dụng hai sóng mang điều tần để mang hai tín hiệu hiệu màu B-Y và

R-Y. Hệ thống này đã loại bỏ các thông số biên độ và pha bởi vì các thông số này

không quan trọng với điều tần. Tuy nhiên nó chỉđược sử dụng ở Pháp và Liên Xô

cũ. Các thông số của SECAM cũng được cho trong bảng 1.3

1.8.4.6 Các vấn đề nảy sinh với màu tổng hợp

Mặc dù hiện nay có khoảng 10.000 trạm phát hình tới hàng trăm triệu máy thu

trên toàn thế giới, tất cảđều sử dụng màu tổng hợp, song những hệ thống này vẫn

còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết. Kết quả của quá trình điều chế màu và quét

cách dòng không hoàn hảo, độ phân giải tín hiệu đen trắng bị tiêu hao, độ phân giải

màu bị giảm quá nhiều không thể tái tạo được truyền đi từ máy tính. Quét cách

----------------------- Page 22-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

dòng tạo ra một hiệu ứng giả và các tín hiệu lại không chấp nhận hiện tượng nhiễu

hoặc méo do việc truyền hay ghi hình gây nên. Nhìn chung, người xem truyền hình

đều hài lòng với hệ thống hiện có, song đó là do chưa có hệ thống nào để họ chọn

lựa.

Tuy nhiên, cần nói thêm là các tiêu chuẩn truyền hình hiện nay còn nhiều hạn

chế. Đây là mục tiêu của những người đang nghiên cứu phát triển tiêu chuẩn HDTV

mới. Sử dụng kỹ thuật số, những hạn chế của truyền hình tổng hợp sẽđược loại bỏ

và bằng cách áp dụng công nghệ nén hình số, các tín hiệu có độ phân giải cao hơn

nhiều sẽđược truyền đi trên cùng các kênh có tần số 6MHz đang được sử dụng cho

hệ thống NTSC.

Tất nhiên, mỗi hệ thống đều có hạn chế riêng, song các tiêu chuẩn HDTV có

sự cải thiện chất lượng đáng kể hơn cả so với các hệ thống khác. Tuy nhiên quá

trình chuyển đổi từ tương tự sang số sẽ rất khó khăn đối với hệ thống này. Trong thế

giới của kỹ thuật số không có không gian giành riêng cho màu tổng hợp

1.9. CÁC TÍN HIỆU VIDEO TƯƠNG TỰ

Các tín hiệu do quá trình quét ảnh tạo nên được xử lý trong camera và định

dạng theo tiêu chuẩn của camera. Cùng với việc xác định các tần số quát ảnh tiêu

chuẩn video tương tự cũng xác định rõ dạng sóng của tín hiệu video.

1.9.1 Dạng sóng tín hiệu video

Các dạng sóng video tương tự có thể nhìn thấy trên màn hiển thị dạng sóng

hoặc trên OSC, nó được đồng bộ hoá với tín hiệu của cảảnh, mành và tỉ lệ dòng. Ở

bất cứ các tỉ lệ này thông tin video thường là ngẫu nhiên và tất nhiên nó sẽ thay đổi

khi ảnh thay đổi. Tuy nhiên phần xoá dòng và đồng bộ hoá tín hiệu video không

thay đổi và lặp đi lặp lại vì vậy chúng xuất hiện rất nét. Hình 1.12 biểu diễn các

dạng sóng video của tiêu chuẩn truyển hình NTSC.

Như biểu diễn ở hình 1.12a. là dạng tín hiệu video trong một chu kì quét dòng,

nó minh họa chi tiết dữ liệu trong khoảng xoá dòng bao gồm xung đồng bộ dòng và

burst đồng bộ màu. Burst đồng bộ màu bao gồm ít nhất 8 chu kì tần tần số sóng

mang màu. Hìmh 1.12b minh hoạ chi tiết không xoá mành. Trong khoảng xoá mành

có chứa một xung lớn đểđồng bộ quá trình quét mành, tuy nhiên trong khoảng rộng

xung này, các xung hẹp lại bị biến thành hình răng cưa đểđồng bộ hoá quá trình

quét dòng. Bởi vì mối quan hệ giữa sự dịch các xung dòng và xung mành giữa mành

chẵn và mành lẻ do tỉ lệ tần số cần cần để quét các dòng nên các xung hình răng cưa

trong khoảng đồng bộ mành và các xung cân bằng ở xung quanh có tần số gấp đôi.

Nhờđó xung mành và các xung quanh nó giống nhau cảở mành chẵn và mành lẻ.

----------------------- Page 23-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Đỉnh mức

trắng

Mức đen

Bust màu

Xung đồng bộ

dòng

Tín hiệu hình

Khoảng trên dòng

xóa dòng

VBI

Xung đồng bộ mành

Xung đồng bộ mành và cân bằng

Hình 1.12. Dạng sóng tín hiệu video NTSC

Hầu hết các hệ thống truyền hình đều có một vài bộ phận và tín hiệu video phải

được truyền giữa các bộ phận đó, vì vậy phải đề ra các tiêu chuẩn kết nối video để

xác định cáp, bộ kết nối, mức điện áp. Điều này giúp cho các bộ phận của các nhà

sản xuất khác nhau có thể kết nối cùng một hệ thống.

1.9.2. Các đặc điểm của truyền hình tương tự

Tín hiệu ởđầu vào và đầu ra của một hệ thống video luôn là tín hiệu tương tự

ngay cả khi hệ thống đó đã được số hoá toàn bộ, người ta vẫn sử dụng các thông số

video tương tựđểđánh giá hệ thống số.

1.9.2.1. Thang xám

Đặc tuyến thang xám được kiểm tra bằng một ảnh có dạng bậc thang hoặc

bằng một tín hiệu có dạng bậc thang xám được biểu diễn trên hình 1.13. Hình (hoặc

tín hiệu) bao gồm các bậc thang xám cân bằng các bậc này có thểđược tạo lại tuyến

tính bởi hệ thống. Bằng cách đưa ra 2 ảnh: 1đi lên và 1 đi xuống, chúng ta có thể so

sánh đặc tuyến của điểm giữa. Với hệ thống tuyến tính thật sự, điểm giữa sẽ gặp

nhau chính xác ở 50% thang xám. Nếu hệ thống kiểm tra có lỗi gamma thì các bậc

này sẽ gặp nhau ởđiểm khác nhau như hình đã miêu tả.

----------------------- Page 24-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Đồ thị thang xám Dạng sóng tuyến tính Dạng sóng phi tuyến

Hình 1.13. Ảnh kiểm tra thang xám minh hoạ dạng sóng tuyến tính và phi tuyến

1.9.2.2. Tỉ lệ tín hiệu trên tạp nhiễu

Tỉ lệ tín hiệu trên tạp nhiễu (SNR) được đo bằng cách đo tách riêng tín hiệu và

tạp nhiễu. Tuy nhiên ở một hệ thống tương tự, tín hiệu đồng bộ và tín hiệu xoá phải

cùng xuất hiện thì mới có tín hiệu. Phép đo SNR, vì vậy được thực hiện bằng cách

cung cấp tín hiệu hiện mành dạng phẳng, tín hiệu này thường phải là 50% độ chói

đồng đều của thang xám. Cổng do tạp nhiễu dùng đểđo sự thay đổi (sự thay đổi này

chính là tạp nhiễu) của mành xám. Đồng thời, mành phẳng có thểđược quan sát trên

bộ kiểm tra dạng sóng và chúng ta có thểđánh giá được độ dày của dòng thuộc

mành phẳng. Công thức SNR là:

SNR = (mức tín hiệu đen tới trắng)/(độ dày của dòng thuộc mành phẳng)

Phương pháp này có thểđược dùng khi đánh giá tạp nhiễu ở mỗi bậc thuộc

thang xám để kiểm tra tạp nhiễu độ chói của hệ thống. Việc kiểm tra tạp nhiễu ở

mành phẳng khó hơn khi dùng camera bởi vì camera có thể gây ra sự thay đổi về

phông (gọi là bóng) trên mành phẳng khiến người ta nhầm với tạp nhiễu.

1.9.2.3. Các thông số màu sắc

Việc kiểm tra màu sắc phụ thuộc vào bảng chất hệ thống đó là tổng hợp hay

thành phần. Ở hệ thống thành phần, chỉ tiêu màu sắc được xác định bởi sự kết hợp

các mức độ tín hiệu. Đối với việc kiểm tra các tín hiệu dạng này cần phải đưa vào

hệ thống một tín hiệu màu RGB dạng thang. Một hệ thống được điều chỉnh đúng sẽ

tạo ra các tín hiệu màu RGB dạng thanh ởđầu ra của nó. Hình 1.14 mô tả một ảnh

màu dạng thanh và các dạng sóng RGB của nó.

Một hệ thống tổng hợp sẽ tạo ra các dạng sóng đặc trưng với định dạng của nó.

Ví dụ dạng sóng NTSC cho ảnh màu dạng thanh như mô tả trong hình thứ 3 của

hình 1.14. Hình màu dạng thanh ở một hệ thống NTSC hay PAL cũng có thểđược

quan sát trên một màn hình đặc biệt là màn hình dao động tạo sóng hiển thị các

----------------------- Page 25-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

thành phần chói, màn hình này chỉ rõ tọa độ cực màn hình của pha và biên độ sóng

mang.

R Ảnh

Dạng sóng RGB Dạng sóng NTSC

(75 biên độ)

Hình 1.14. Các tín hiệu thanh màu RGB và ảnh

1.10. TÍN HIỆU AUDIO TƯƠNG TỰ

Hầu hết các âm thanh tự nhiên là sự kết hợp phức tạp các sóng âm thanh có tần

số và dạng sóng khác nhau. Vì vậy, phổ của tín hiệu âm tiêu biểu đều phức tạp như

nhau, gồm một hoặc nhiều tần số cơ bản, song hài của những tần sốđó và các sản

phẩm của sự biến điệu xuyên. Vì đa số tần số cơ bản của âm thanh đều dưới 500Hz

nên phổ trên mức tần số này chỉ bao gồm các sóng hài. Điều này có nghĩa là mật độ

năng lượng của quang phổ âm thanh sẽ giảm ở tần số cao. Đây là một đặc tính cần

được khai thác trong quá trình nén tín hiệu hoặc trong các hệ thống giảm tạp âm.

Tín hiệu âm thanh là lưỡng cực, vì vậy chúng dao động trên hoặc dưới giá trị

zero. Khi ởđặc tuyến tần số có hiện tượng bị cắt ở thành phần tần số thấp, sẽ không

có thành phần một chiều trong bất kỳ một tín hiệu nào.

Không giống như tín hiệu video vốn có cấu trúc dựa vào quá trình quét ảnh, tín

hiệu audio tương tự hoàn toàn không có cấu trúc. Không có bất cứ khoảng cách nào

trong tín hiệu audio mà ta có thểđoán được giá trị của nó, hoặc có thể chèn thêm

thông tin vào được. Một khi tín hiệu audio được số hóa chúng ta có thể xây dựng

cấu trúc của nó ở dạng số. Điều này là cần thiết như việc lấy lại thời gian chuẩn cho

đồng hồ và chống lỗi trong hệ thống số.

Kỹ thuật audio tương tự rất phát triển, các đặc tính của tín hiệu được hiểu rất

cặn kẻ. Các phương pháp đo được sử dụng rông rãi. Phần bàn luận dưới đây là

những đặc tính quan trọng nhất và ý nghĩa của chúng trong môi trường số.

----------------------- Page 26-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Nguyên lý cơ bản để xây dựng dạng phổ rất quan trọng trong việc nghiên cứu

các đặc tính của tín hiệu audio. Đây là nhược điểm cố hữu của hệ thống tương tự,

tuy nhiên sang hệ thống số nó đã được khắc phục. Sự suy yếu cơ bản của hệ thống

số chỉ xảy ra ở bộ phận A/D và D/A. Theo đó, ứng dụng duy nhất của các đặc tính

tương tự trong hệ thống số là ở bộ phận chuyển đổi A/D và D/A. Các thành phần

còn lại của hệ thống sốđược đánh giá chỉ cần dựa vào các chỉ tiêu của lỗi.

Tuy nhiên, hệ thống số có một vài quá trình có thểảnh hưởng đến chỉ tiêu kỹ

thuật của hệ thống tương tự. Một trong những quá trình đó là nén dữ liệu; nếu quá

trình nén dữ liệu xảy ra trong hệ thống thì chúng ta phải đánh giá tác động của nó

lên chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống. Hơn nữa, nếu quá trình nén và giải nén diễn ra

liên tục trong hệ thống, sẽ gây ra nguy cơ méo tín hiệu trong tường hợp đó, quá

trình nén và giải nén sẽ xảy ra ở bất cứ thời điểm nào mà tín hiệu truyền qua máy

ghi âm.

1.10.1. Đặc tuyến tần số

Khoảng tần số từ 20Hz đến 20kHz ±0.1dB nhằm dự phòng các tầng analog đã

tạo nên đặc thù của đặc tuyến tần số. Trong khi điều này thể hiện độ trong suốt cho

một đường truyền thì còn lâu nó mới đạt độ bền vững như toàn bộ hệ thống. Nhưđã

đề cập ở trên, hầu hết con người không thể nghe được ngoài phạm vi 30 đến 15.000

Hz, và không ai có thể phát hiện được sự thay đổi đặc tuyến ở phạm vi 0,1dB. Tuy

nhiên, một vài máy CD những đặc tính như vậy đơn giản chỉ là ưu thế của kỹ thuật

số.

Đặc tuyến tần số của hệ thống số tương ứng với đặc tuyến tần số của hệ thống

tương tựđược xác định trước tiên bằng việc chọn tần số lấy mẫu, sau đó là quá trình

lọc tần số tại các điểm của bộ A/D và D/A. Khi sử dụng kỹ thuật lấy mẫu tần cao

được đề cặp trong phần 1.12 và trong chương 2, thì các chỉ tiêu mô tả trên đây là

tương đối dễ chấp nhận ở một hệ thống audio số. Tuy các chỉ tiêu trên khá cao,

nhưng nếu hạ thấp giá thành thiết bị cũng không giảm đáng kể.

Đặc tuyến tần số tương tựđược đo nhờ một loạt các tín hiệu hình sin ởđầu vào

có tần số khác so với tần số của bộ phận đang kiểm tra, và quan sát biên độ của tín

hiệu đầu ra. Việc này có thể thao tác đơn giản bằng tay với những tần số riêng lẻ

hoặc có thể thao tác bằng những thiết bị tựđộng quét tần số quá phạm vi và vẽ sơđồ

tín hiệu đầu ra. Vì có những tần số thấp, nên quá trình xác định đặc tuyến tần số có

thể mất một vài giây (nếu là tựđộng) đến vài phút (nếu bằng tay). Đặc tuyến thường

được trình bày dưới dạng biểu đồ biên độ như hình 1.15.

Do phạm vi tần số rộng, thang đo tần sốđược chia theo logarit và tung độđược

tính theo dB tương đương với đặc tuyến ở một tần số “trung tâm”, thường là

1.000Hz. Phần lớn các đơn vịđều thể hiện đặc tuyến dạng “phẳng” trên toàn bộ

----------------------- Page 27-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

phạm vi tần số trung tâm và dốc xuống ở mỗi đầu. Đặc tuyến tần sốđược xác định

rỏ bằng cách đưa ra một giá trị dung sai, trong khoảng đó đặc tuyến phải thực sự có

ảnh hưởng đến phạm vi tần sốđược xác định. Hình 1.15 là một ví dụ về dạng đặc

tuyến phẳng trong khoảng ±20 dB trên phạm vi từ 20 ÷20.0000Hz.

B 2

ộ

20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000

Tần số (Hz )

Hình 1.15. Đồ thịđặc tuyến tần số audio điển hình

1.10.2. Tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR)

Mọi hệ thống điện tửđều có tạp âm, vấn đề chỉ là ở chổ giữ cho tạp âm vừa đủ

nhỏ so với các tín hiệu yêu cầu để toàn bộ chỉ tiêu hoạt động của hệ thống có thể

chấp nhận được. Trong một hệ thống audio tương tự, SNR được xác định bằng dB

tương đương với mức độ tín hiệu “bình thường”. Đối với hệ thống audio, cả tiếng

ồn và tín hiệu đều được tính theo giá trị quân phương (rms). Hệ thống này được

thiết lập cho mức độ tín hiệu bình thường ở 0dB, tín hiệu bị khử và tín hiệu thu

được ởđầu ra (được xác định là tạp âm) được đo xấp xỉ là 0dB. Đây là một phương

pháp đo đơn giản cho kết quả là một sốđơn.

Quang phổ của tín hiệu tạp âm cũng là vấn đề cần quan tâm. Điều này cũng

quan trọng đối với các hệ thống audio vì độ nhạy của tai với tạp âm giảm xuống ở vị

trí cuối tạp âm. Nó sẽđánh giá đặc tuyến tần số của tai (hình 1.14). Một vài chuẩn

mực được cung cấp với mục đích này, vì vậy khi thực hiện quá trình đo tạp âm có

trọng số, người ta phải xác định rõ kỹ thuật trọng số. Trọng sốđược sử dụng rộng

rải nhất là A và CCIR.

Trong hệ thống audio số, tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR) của analog tương ứng

không bịảnh hưởng bởi phần số của hệ thống. Nó chỉ bịảnh hưởng bởi quá trình

chuyển đổi A/D và D/A. Việc đo SNR các phần số của một hệ thống mà không có

----------------------- Page 28-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

tín hiệu hiện thời sẽ là vô nghĩa. Phần số tương ứng của SNR analog thường được

coi như là tỉ lệ lỗi bit.

1.10.3. Méo tín hiệu

Tính phi tuyến của các đặc tính chuyển đổi ở hệ thống analog gây ra hiện

tượng méo (biến dạng). Ở miền tần số, người ta có thể coi sự méo là những thành

phần tần số tạp do sự xuất hiện của một tín hiệu gây ra. Các đặc tính đưa ra đều là

biến dạng hài toàn phần (THD), và khi sự biến dạng hài vượt quá khoảng 1% thì ta

có thể nghe thấy sự biến dạng này. Các thành phần màu của hệ thống analog thường

đưa ra những giá trị nhỏ hơn rất nhiều để dự phòng trong hệ thống lớn.

Quá trình xác định biến dạng analog được thực hiện nhờ sử dụng một tín hiệu

âm thuần hình sin (đối với toàn hệ thống) và ởđiểm đo, quá rình lọc ra tín hiệu âm

thuần sẽ do một thiết bị lọc khấc nhọn thực hiện. Cái còn lại sau bộ lọc này chính là

THD. Tuy nhiên, nó cũng chứa cả tạp âm của hệ thống, điều này có lẽ sẽ hạn chế

đến quá trình đo, những biến dạng nhỏ trong các hệ thống ồn. THD được xác định là

số phần trăm của mức độ tín hiệu bình thường, tất cảđược phân định bằng phép đo

sự sai lệch bình phương trung bình (rms).

Biến dạng có thể là một hàm tần số tín hiệu và điều này có ý nghĩa trong việc

thiết kế hệ thống. Song hầu như chỉ tiêu kỹ thuật đưa ra đều bỏ qua vấn đề này và

xác định biến dạng cho một tần số tín hiệu là 1000Hz. Méo tương ứng ở phần tương

tự trong hệ thống audio số chỉ bịảnh hưởng bởi quá trình chuyển đổi A/D và D/A.

Việc xác định biến dạng ở hệ thống những phần số là hoàn toàn vô nghĩa.

1.10.4. Dịch chuyển pha

Nếu thời gian trễở hệ thống analog thay đổi theo tần số tín hiệu, hệ thống sẽ

báo lỗi dịch chuyển pha. Ban đầu, tai có vẻ như không nghe thấy những lỗi này. Tuy

nhiên, dịch pha có thể xác định được và đôi khi được xác định rõ trong các thành

phần của hệ thống chất lượng cao. Lưu ý thông số này rất quan trọng đối với một hệ

thống video, ở hệ thống này nó được gọi là méo thời gian truyền nhóm.

Người ta đo sự dịch chuyển pha nhờ sử dụng một tín hiệu hình sin ởđầu vào

và so sánh pha tín hiệu ởđầu ra với đầu vào. Nếu dịch chuyển pha là một hàm tần

số tuyến tính của tín hiệu đầu vào, khi đó sự trễ là ổn định và không có biến dạng.

Đối với các hệ thống số, dịch chuyển pha hầu như chỉ xảy ra ở các thành phần

ở quá trình chuyển đổi A/D và D/A. Phần đa các bộ lọc sốđều không có lỗi dịch

chuyển mặc dù bộ lọc số IIR có thểđưa vào những sai số của pha. Vì những đặc

tính này bộ lọc IIR rất ít được sử dụng trong hệ thống audio số.

1.10.5. Méo sai tốc âm tần

----------------------- Page 29-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Các tín hiệu audio tương tự truyền qua một số thiết bị như máy ghi băng từ

tính hoặc máy ghi đĩa có thể phải chịu sự biến điệu tần số do có sự chuyển động

không đồng nhất về chuyển động cơ học của băng và đĩa. Nó được xác định bởi

những thông số của sự méo sai tốc âm tần và phách động (W&F). Người ta đo W&F

bằng cách đặt một tín hiệu kiểm tra (thường 3,15kHz) lên hệ thống và đo đầu ra

thông qua bộ tách sóng biến điệu tần số FM được điều chỉnh đến tần số kiểm tra.

W&F được xác định là biến điệu tần số toàn phần rms biểu thị số phần trăm của tần

số kiểm tra. Một hệ thống sẽ phải đọc dưới 0,1%, mức này chúng ta không thể nghe

thấy.

Một số tiêu chuẩn đáp ứng được quá trình đo này, chúng sẽ thay đổi các đơn vị

đo được sử dụng (rms, đỉnh v.v…) và quá trình lọc ở kênh cần đo tuy nhiên vẫn

phải tôn trọng đúng tần số kiểm tra. Hầu hết quá trình đo đều hạn chếđộ rộng band

tần của W&F ở phạm vi từ 0,5 đến 200Hz. Song vẫn có những chuẩn mực đo độ

rộng band tần cao hơn nhiều để thu sóng FM nhờ các hoạt động tạo âm ở cơ cấu

băng.

Trong hệ thống số, W&F phụ thuộc vào sựổn định của đồng hồ lấy mẫu sử

dụng trong bộ chuyển đổi A/D và D/A. Từ khi những đồng hồ này được sản xuất

bởi bộ dao động máy tạo sóng điện tử cho mức ổn định cao, các tính năng W&F của

hệ thống số thường thấp dưới 0,001%.

1.11. CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU AUDIO TƯƠNG TỰ SANG SỐ

Những tham số của quá trình chuyển đổi A/D là tần số lấy mẫu và số bit/ mẫu.

Theo chương 2 quá trình sử dụng hệ thống sẽ quyết định độ rộng band tần như

mong muốn các chỉ tiêu của SNR. Điều này tạo ra các đặc tính của tần số lấy mẫu

và số bit/mẫu. Các hệ thống audio số bao gồm từ CD các hệ thống audio số Hi-Fi

đến một vài hệ thống được thiết kế cho điện thoại truyền âm thanh chất lượng cao.

Trong sốđó có những tiêu chuẩn audio sử dụng cho máy tính cá nhân, ởđây tỉ lệ lấy

mẫu thấp hơn do yêu cầu lưu trữ dữ liệu và phải sử dụng nén dữ liệu. Bảng 1.4 đưa

ra một vài tiêu chuẩn lấy mẫu tiêu biểu.

Telephone (μ-low) 8,0 8 3,5 64.000

Dải thông Tốc độ dữ

Tiêu chuẩn F (KHz) Bit/mẫu

s (kHz) liệu (byte/s)

CD-DA stereo 44.1 16 20 176.400

WAV mono (speech) 11,05 8 5 11.050

WAV stereo (music) 22.1 16 10 88.400

----------------------- Page 30-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Bảng 1.4. Các tiêu chuẩn lấy mẩu audio điển hình

Do tín hiệu âm tương tự là lưỡng cực, nên tất cả các hệ thống đều phải dựa vào

sự mã hoá bù của cả hai cực mặc dù những hệ thống nén có thể sẽ không truyền

mẫu trực tiếp trong định dạng này.

Hầu hết các hệ thống đều sử dụng quá trình lượng tử hoá tuyến tính, trừ một số

thiết bị nhưđiện thoại sử dụng lượng tử hoá phi tuyến theo luật μ. Nó tối ưu hoá

việc sử dụng một lượng bit nhỏ/ mẫu ở hệ thống này.

Sử dụng bộ lọc ởđầu vào bộ chuyển đổi A/D nhằm loại bỏ những tần số của

tín hiệu đầu vào cao hơn 11 tần số lấy mẫu là hết sức quan trọng bởi vì khi lấy mẫu,

những tần số này sẽ tạo ra những thành phần tần số tạp do sự khác nhau giữa tần số

audio và tần số lấy mẫu. Nhưng tần số này được gọi là tần số chồng phổ và bộ lọc

này được gọi là bộ lọc tránh chồng phổ. Vì những tần số này không liên quan đến

bất cứ tần số nào của âm nên nó rất dễ bị nghe thấy. Với mục đích như vậy, một bộ

lọc analog cần phải có độ dốc cao, tuy nhiên để thiết kếđược bộ lọc này là rất khó

và giá thành cũng tương đối cao.

Một công nghệ có thể tạo điều kiện thuận lợi cho các yêu cầu của quá trình lọc

được gọi là lấy mẫu tần số cao (oversampling). Ở phương pháp này, âm analog

được lấy mẫu cao hơn chu kỳ lấy mẫu thông thường, nếu không một bộ lọc đầu vào

sẽđược sử dụng. Sau khi lấy mẫu, người ta sẽ sử dụng bộ lọc sốđểđẩy bất cứ thành

phần chồng phổ nào “tụ tập” xung quanh tần số lấy mẫu cao và do đây là tần số lấy

mẫu cao ta không nên chồng ghép dải thông âm. Một dạng khác của kỹ thuật này lại

sử dụng hệ số lấy mẫu tần cao lớn nhưng chỉ số hoá ở 1 bit/mẫu. Kỹ thuật lấy mẫu

tần cao sẽđược nói rõ thêm ở phần 2.3.1

Lưu ý là kỹ thuật lấy mẫu tần cao chỉ có thể áp dụng cho các tín hiệu âm tần có

độ rộng band tần thấp mà hiếm khi được sử dụng cho video vì tần số lấy mẫu cần

thiết sẽ trở nên quá cao so với các mạch thông dụng.

1.12. GIẢM TẠP ÂM

Tạp âm trong khi thu hoặc ghi âm có thể nhận biết được khi nguồn âm tĩnh

hoặc ngưng lại. Trong suốt thời gian này người nghe có thể nghe được tạp âm như

một âm suýt. Rất nhiều hệ thống đã được thiết lập để thụ cảm tiếng ồn của âm thanh

và sữa đổi nó trong những khoảng lặng để tiếng ồn không đến được tai người nghe.

Hệ thống này được sử dụng rộng rải đặc biệt là ở máy ghi âm.

----------------------- Page 31-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

Biện pháp cơ bản được gọi là ép giãn hình 1.16. Ởđầu vào của hệ thống mức

độ âm thanh được thụ cảm và hệ số khuếch đại của hệ thống được điều chỉnh sao

cho những âm thấp hơn sẽ có hệ số khuếch đại cao hơn còn những âm cao hệ số

khuếch đại giảm do đó kênh sẽ không bị quá tải ởđầu ra của hệ thống. Có thể xảy ra

hoạt động ngược lại để lưu trữ dải động của hệ thống. Kết quả là tạp âm của kênh sẽ

bị loại đi đối với tín hiệu mức thấp bằng với số lượng mà bộ ép giãn tăng hệ số

khuếch đại của những tín hiệu này. Thông thường tiếng ồn giảm 10dB hoặc hơn

nữa.

Ngỏ vào Độ tăng ích Độ tăng ích Ngỏ ra

thay đổi Hệ thống thay đổi

Điều khiển Điều khiển

Hình 1.16. Sơđồ khối ép giãn

Quá trình ép giãn đặt ra rất nhiều vấn đề, bao gồm vấn đề thích ứng hoặc xác

định quá trình xử lý đầu vào. Đó là sản phẩm của một vài công ty phục vụ cho cả

những cơ sở thu băng chuyên nghiệp và người tiêu dùng, cho một vài kênh truyền

hình, bao gồm âm thanh đa kênh trong truyền hình và tuyền quảng bá truyền hình số

độ phân giải cao (HDTV).

1.13. HỆ THỐNG VIDEO SỐ

Những hệ thống video số cũng yêu cầu các tiêu chuẩn cùng loại. Một vài hệ

thống video số thường xác định rõ việc lấy mẫu trực tiếp của dạng sóng analog tổng

hợp, đây là hệ thống số tổng hợp. Những hệ thống khác thao tác trực tiếp với các

tính hiệu RGB và tránh được quá trình xử lý màu tổng hợp. Đây được gọi là các hệ

thống số thành phần. Việc xử lý một hệ thống tương tự tổng hợp có liên quan đế sự

dung hòa về chất lượng của tính hiệu, điều này cũng không thể thiếu được đối với

quá trình số hoá, trong khi các hệ thống thành phần lại tránh được sự dung hòa này

ngay từđầu cho nên chất lượng hình ảnh cao hơn. Dưới đây là một vài nét khái quát

về hệ thống video số.

1.13.1. Hệ thống số tổng hợp

Trong một hệ thống số tổng hợp, tín hiệu NTSC hay PAL được tạo ra bình

thường như trong một thiết bị tương tự, và quá trình chuyển đổi A/D được thực hiện

trên tín hiệu đơn này. Do ở các tín hiệu này, sóng mang màu là một thành phần có

năng lượng cao và biên độ cũng như pha của nó phải được tái tạo một cách chính

----------------------- Page 32-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

xác nên thường phải sử dụng tần số lấy mẫu đồng bộ với sóng mang màu. Hầu hết

các hệ thống đều đồng bộ với clock lấy mẫu 3× hoặc 4× sóng mang, với 8 bit trên

mẫu. Nó đưa ra tốc độ dữ liệu như trong bảng 1.5.

Tiêu chuẩn f (KHz) Bit/mẫu Tốc độ dữ liệu Mb/s

NTSC 3fSC 8 85.9

NTSC 4 fSC 8 114.5

PAL 3 fSC 8 106.3

PAL 4 fSC 8 141.8

Bảng 1.5. Các thông số lấy mẫu của các hệ thống số tổng hợp

Một vài hệ thống số tổng hợp xử lý các tín hiệu nhằm thay đổi bộ mã hóa, di

chuyển khoảng xóa dòng-mành, hoặc tạo ra một số thay đổi khác tận dụng triệt để

các thế mạnh của kỹ thuật số.

1.13.2. Hệ thống số thành phần

Trong hệ thống số thành phần, ba thành phần màu độc lập sẽđược số hóa ở tần

số lấy mẫu, gần bằng như tần số lấy mẫu ở hệ thống tổng hợp. Vì vậy, tốc độ dòng

sốở hệ thống số thành phần sẽ cao hơn tốc độ dòng sốở hệ thống tổng hợp.

Ngay từ khi hệ thống truyền hình số ra đời, ủy ban tư vấn quốc tế về thông tin

vô tuyến (CCIR) và ngày nay là liên đoàn viễn thông quốc tế (ITU) đảm nhận trách

nhiệm thiết lập các tiêu chuẩn định dạng lấy mẫu tín hiệu video số thành phần. Để

thuận tiện trong quá trình trao đổi quốc tế, các tín hiệu truyền hình số, tần số lấy

mẫu được quy ước là không có mối quan hệ nào với tần số sóng mang trong các hệ

thống tương tự. Đây là sự lựa chọn hợp lý từ thực tế là các hệ thống thành phần

không có sóng mang màu. Tần sốđược lựa chọn là 13,5Mhz, những biến thể của nó

sẽđược giải thích trong phần 2.3.3.

Tiêu chuẩn ITU, còn gọi là ITU-R BT cũng hướng dẫn cách sử dụng các thành

phần màu khác nhau ở hệ PAL hay NTSC để có thể giảm độ rộng band tần và được

lấy mẫu là ước số của tần số lấy mẫu cơ bản. Đây được gọi là lấy mẫu con màu và

có thể xảy ra với hệ số chia 2:1 hoặc 4:1 dưới tần số cơ bản (13,5Mhz). Tất nhiên,

lấy mẫu con cũng có nghĩa là phải giảm độ rộng band tần của màu sắc, điều này lại

trái với yêu cầu quá trình xử lý thành phần. Song, lấy mẫu con với tỉ lệ 2:1 vẫn được

sử dụng rộng rãi. Một thiết kếđơn giản của ITU-601 đã xác định:

4:4:4 lấy mẫu toàn bộ các thành phần R,G,B

----------------------- Page 33-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

4:2:2 lấy mẫu con theo dòng với tỉ lệ 2:1 R-Y, B-Y

4:1:1 lấy mẫu con theo dòng với tỉ lệ 4:1 R-Y, B-Y

4:2:0 lấy mẫu con theo dòng và theo cột với tỉ lệ 2:1 R-Y, B-Y

Lưu ý rằng các thành phần màu sắc khác nhau là R-Y và B-Y. Đểđơn giản,

định dạng này thường được viết dưới dạng YUV hoặc YCrCb, bảng 1.6 đưa ra tốc

độ dữ liệu của những sự lựa chọn mẫu này.

1.13.3. Các tiêu chuẩn đĩa số

Tín hiệu hình ảnh được ghi trên CD-ROM bằng cách sử dụng một số phương

pháp nén dữ liệu lớn. Vì vậy, chất lượng hình ảnh giảm rất nghiêm trọng và không

thể chấp nhận được đối với một hệ thống chuyên nghiệp. Tuy nhiên, cùng với sự

phát triển của định dạng DVD dựa vào công nghệ ghi đĩa quang tương tự như CD-

ROM, chất lượng hình ảnh đang được cải thiện dần.

Các DVD làm tăng mật độ ghi từ 650 MB như dung lượng một mặt của CD-

ROM lên 4,7GB. Điều này, kết hợp với định dạng hai mặt, hai lớp, cho phép ghi tới

17GB trên một đĩa đơn 12cm. Sử dụng kỹ thuật nén MPEG-2, các chỉ tiêu kỹ thuật

của video tương ứng với chỉ tiêu ghi hình của hệ NTSC và PAL sẽ nhận được với

thời gian đọc là 1 giờ/một mặt hoặc lớp. Nó tương đương với tốc đọ nén dữ liệu là

10Mb/s. Giống nhưđĩa CD-ROM, DVD là đĩa chỉđọc, hoặc tối đa chỉđể ghi một

lần. Vì vậy, nó rất hữu ích cho việc phân phối chương trình nhưng lại không thể

thay thếđược định dạng băng từđể phục vụ cho việc ghi và đọc thông thường.

1.14. AUDIO SỐ

Đĩa CD là một trong những ứng dụng đầu tiên của công nghệ audio số. Nó đã

chiếm lĩnh thị trường băng đĩa thu âm và tạo ra bước đột phá của máy tính cá nhân

thông qua ổđĩa CD-ROM và một vài ứng dụng khác.

1.14.1. Đĩa compact (CD)

Công nghệ ghi đĩa quang được phát triển vào những năm 70 và xuất hiện lần

đầu tiên ở dạng analog là đĩa hình laser (LVD). Sản phẩm này chưa bao giờ xuất

hiện trên thị trường tiêu dùng nhưng lại đóng một vai trò rất quan trọng trong lĩnh

vực giáo dục và đào tạo. Vì trong lĩnh vực này khả năng truy cập ngẫu nhiên của đĩa

ghi phù hợp hơn băng ghi.

Đĩa CD, được Sony và Philip phát triển và giới thiệu vào đầu những năm 80,

vẫn áp dụng công nghệ LVD để ghi số trên đĩa nhựa có kích thước 12cm. Ởđây

chúng ta chỉđề cập đến các thông số lấy mẫu. Sự lựa chọn các tiêu chuẩn của CD

cho audio số (CD-DA) phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng, độ rộng band tần ít nhất

----------------------- Page 34-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

là 18KHz và SNR phải lớn hơn 90 đồng bộ, chuyển sang tần số lấy mẫu là 44,1KHz

và 16 bit/mẫu, mã hóa sử dụng điều chế xung mã (PCM) và không có nén. Mã hóa

kênh để chống lỗi bao gồm mã khối Reed-Solomon và chèn mã.

Tiêu chuẩn CD-DA đã cho ra đời một hệ thống tương đối mạnh nhưng chỉ

dùng đểđọc. Nhờ sự tiến bộ của kỹ thuật số, giá thành mọi thiết bị với đầy đủ các

tính năng kỹ thuật đã giảm đáng kể.

1.14.2. Băng âm thanh số

Tiếp theo những thành công của đĩa chuyển đổi, một hệ thống băng từđã được

phát triển và tạo ra một hệ thống có khả năng ghi đọc phối hợp các chỉ tiêu của đĩa

CD. Đây chính là băng âm thanh số. DAT được sử dụng trước tiên trong lĩnh vực

thu âm chuyên nghiệp hoặc được sử dụng để lưu trữ dữ liệu trong máy vi tính cá

nhân, nó có khả năng lưu trữ với dung lượng trên 4 GB.

1.14.3. Âm thanh trong PC

Máy tính cá nhân có khả năng lưu trữ và xử lý bất cứ tín hiệu thuộc về kỹ thuật

số. Do vậy, xử lý âm thanh số với các PC là một điều hoàn toàn tự nhiên. Những PC

trước đây không có phần cứng (A/D và D/A) để xử lý các âm thanh analog chất

lượng cao tại card âm thanh. Ngày nay, mọi PC đều có card âm thanh.

Tuy nhiên, dữ liệu được tạo ra theo tiêu chuẩn CD-DA (9MB/phút) là quá

nhiều cho khả năng lưu trữ của hầu hết các PC, do vậy các tiêu chuẩn âm thanh đặc

biệt của PC đã được xây dựng để cho phép điều chỉnh chất lượng âm thanh phù hợp

với kích cỡ của dữ liệu ở một vài cấp độ. Tiêu chuẩn thấp nhất đưa ra có tần số lấy

mẫu là 11,05 KHz ở 8bit/mẫu, nó chỉ phù hợp với lời nói sử dụng tốc độ dữ liệu ở

0,66 MB/phút. Tần số lấy mẫu và số bit/mẫu được nhân đôi khi áp dụng cho âm

nhạc. Tiêu chuẩn này cũng có thể dùng cho âm thanh nổi (stereo) với tốc độ dữ liệu

lên tới 4,5 MB/phút.

Các tiêu chuẩn audio cho PC cũng bao gồm phần nén, dựa trên thuật toán AD-

PCM. Thuật toán AD-PCM có thể giảm tốc độ dữ liệu đi 4 lần trong khi chất lượng

giảm không đáng kể. Cần lưu ý là, đặc điểm phi cấu trúc của một tín hiệu audio sẽ

đưa ra khả năng nén dữ liệu ít hơn nhiều so với tín hiệu video.

1.14.4. Tổng hợp nhạc

Có hai yêu cầu khác nhau cho các bộ tổng hợp. Mục đích thứ nhất là tái tạo các

dụng cụ phát âm ở mức chuẩn nhất có thể, hai là tạo ra những âm thanh mới và kỳ lạ

không có trong tự nhiên. Cả hai mục đích này đều quan trọng như nhau.

Phương pháp tốt nhất để tổng hợp âm thanh tự nhiên như là âm thanh của các

bộ khí cụ nhạc được gọi là bộ tổng hợp sóng âm. Ở phương pháp này, các nhạc cụ

----------------------- Page 35-----------------------

Chương 1: Đại cương về tín hiệu audio và video

được lấy mẫu theo kỹ thuật số, đọc mỗi lần một nốt, thường chỉở một vài điểm trên

phạm vi tần số của nhạc cụđó. Những mẫu này được lưu trữ trong bộ nhớ của bộ

tổng hợp và khi một nốt nhạc được đọc, mẫu gần nhất được chọn từ bộ nhớ sẽ dịch

chuyển tần số nhờ quá trình xử lý số, ở một hệ thống được thiết kế hoàn chỉnh, âm

tổng hợp sẽ rất trung thực.

Có rất nhiều loại hình tổng hợp khác nhau, tuy nhiên loại hình được sử dụng

nhiều nhất là tổng hợp FM, ở loại hình này FM sẽ là biến điệu tần số. Nguyên lý của

phương pháp này là một hoặc nhiều bộ dao động có tần số bị biến điệu bởi tần số

khác để tạo ra phổ của dải band tần. Phổ này sẽđược lọc để tạo nên âm thanh ởđầu

ra. Âm thanh được tổng hợp theo loại hình này rất mềm dẻo. Tuy nhiên, việc lập

chương trình cho âm thanh là rất phức tạp và không thuộc về lĩnh vực trực giác ngay

cảđối với nhạc sĩ. Song, nó vẫn phổ biến nhờ khả năng truyền tải nhiều tính năng ở

mức giá thấp. Dù vậy, nó cũng không tốt bằng quá trình lấy mẫu để tổng hợp âm

thanh thực của nhạc cụ.

1.15. AUDIO ĐA KÊNH

Hai hoặc nhiều kênh mô phỏng những âm thanh từ cùng một nguồn với cùng

sự phân bổ không gian tạo ra những âm thanh gần với thực tiễn hơn vì người nghe

có thể thụ cảm được tính có hướng của âm thanh. Mặc dù nhiều thiết bịđa hợp các

kênh audio để phù hợp cho ghi hoặc phân bổ nhưng mục đích thường vẫn là giữ cho

các kênh độc lập với nhau chỉ với việc trộn kênh xảy ra trong không gian, nơi âm

thanh được thu. Với cách này, cảm giác nhưở trong một khoảng không gian thật sẽ

tăng lên rõ rệt. Audio hai kênh được gọi là âm thanh nổi. Nó được sử dụng rộng rãi

trong quá trình ghi và quảng bá cả phát thanh lẫn truyền hình. Các kênh được gọi là

trái (L) và phải (R) tương ứng với vị trí của loa.

Cảm giác âm thanh như trong không gian thực có thể tăng lên khi cho thêm

một hoặc vài kênh mô phỏng phát âm ở phía sau người nghe. Đây là nguyên lý của

âm vòm, được sử dụng rộng rãi trong khi chiếu phim và đã nhanh chóng được áp

dụng ở HDTV số. Hệ thống này cung cấp “5.1” kênh, với 5 kênh có độ rộng band

tần lớn nhất và một kênh dùng loa lợi trầm phụ. Một vài máy thu TV cung cấp âm

vòng mô phỏng rất hiệu quả ngay cả khi truyền hình chỉ phát bằng âm nổi.

Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro

Trước Sau