CHƯƠNG 2: TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN

Codeword: mỗi ký tự được biểu diễn bởi sự kết hợp duy nhất của 1 số cố định các bít nhị phân 7 bit được gọi là từ mã (Codeword)- (Từ mã là sự kết hợp duy nhất của 1 số cố định các bit nhị phân 7 bít) Analog signal: Tín hiệu có biên độ thay đổi liên tục theo thời gian Signal encoder: Bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang dạng số được thực hiện bởi 1 mạch điện gọi là mã hóa tín hiệu Signal decoder: bộ chuyển đổi tín hiệu được lưu trữ dưới dạng số sang dạng tín hiệu tương tự thay đổi theo thời gian được thực hiện bởi mạch điện gọi là giải mã tín hiệu.

Chương 2

2.1 GIỚI THIỆU

Một số định nghĩa

Codeword: mỗi ký tự được biểu diễn bởi sự kết hợp duy nhất của 1 số cố định các bít nhị

phân 7 bit được gọi là từ mã (Codeword)- (Từ mã là sự kết hợp duy nhất của 1 số cố định

các bit nhị phân 7 bít)

Analog signal: Tín hiệu có biên độ thay đổi liên tục theo thời gian

Signal encoder: Bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang dạng số được thực hiện bởi 1 mạch điện gọi là mã hóa tín hiệu

Signal decoder: bộ chuyển đổi tín hiệu được lưu trữ dưới dạng số sang dạng tín hiệu tương

tự thay đổi theo thời gian được thực hiện bởi mạch điện gọi là giải mã tín hiệu

Sampling: (lấy mẫu tín hiệu) đó là thay tín hiệu liên tục bằng biên độ của nó ở những thời điểm cách đều nhau, gọi là chu kỳ lấy mẫu

Sampling rate: Tần số lấy mẫu là số lượng mẫu trong 1 giây (Vì số lượng điểm dữ liệu là

vô hạn nên không thể lấy tất cả các điểm thuộc trục thời gian, việc lấy mẫu sẽ được thực hiện trong 1 khoảng thời gian đều đặn)

2.2 SIGITIZATION PRINCIPLES (Nguyên tắc số hóa)

Phương pháp phân tích Fourier (Fourier analysis) để chỉ ra rằng bất kỳ một tín hiệu tương

tự có tần số thay đổi theo thời gian nào đều được tạo từ một số vô hạn có thể có của tín hiệu hình sin đơn có biên độ và pha liên tục thay đổi theo thời gian

Signal Bandwidth : Dải tần số của các thành phần hình sin tạo nên một tín hiệu được gọi là băng thông của tín hiệu

Bandlimiting channel: Khi một tín hiệu được truyền đi trên mạng thì băng thông của kênh

đó (phạm vi các tần số kênh sẽ vượt qua ) phải lớn hơn hoặc bằng băng thông của tín hiệu Nếu băng thông của kênh truyên nhỏ hơn băng thông của tín hiệu thì một vài thành phần tần số thấp hoặc cao sẽ bị mất làm giảm chất lượng của tín hiệu nhận được

2.2.2 Encoder design

Bộ mã hóa có nhiệm vụ chuyển từ tín hiệu tương tự sang dạng số

- Nguyên tắc của bộ mã hóa gồm 2 mạch chính:

Bandlimiting filter : bộ lọc băng tần có vai trò loại bỏ các thành phần tần số cao hơn được

chọn từ tín hiệu nguồn

Analog to digital converter (ADC): Chuyển từ tín hiệu tương tự sang dạng số.

Sample and hold: Đầu ra của bộ lọc sẽ được lấy mẫu và giữ giá trị của nó cho tới khi lấy

mẫu tiếp theo

Quantizer ( Lượng tử hóa): sẽ chuyển mẫu biên độ sang giá trị nhị phân

Nguyên tắc số hóa:

Gồm 2 quá trình cơ bản là: lấy mẫu và lượng tử hóa

• Lấy mẫu

Định lý lẫy mẫu Nyquist: Để có được 1 sự biểu diễn chính xác của tín hiệu tương

tự thay đổi theo thời gian thì biên độ của tín hiệu phải được lấy mẫu có tần số nhỏ nhất lớn hơn hoặc bằng 2 lần thành phần tần số hình sin mà biểu diễn tín hiệu đó

Distortion: tín hiệu bị méo là do mẫu của tín hiệu được lấy ở tần số thấp hơn tần số

Nyquist

Alias: Phải lấy mẫu it nhất gấp 2 lần tần số của tín hiệu nếu không tín hiêu ra sẽ bị méo hay

còn gọi là tín hiệu răng cưa(Alias signal) hay còn gọi là hiện tượng chồng phổ (alias)

Để tránh hiện tượng méo: tần số lấy mẫu thường lấy = băng thông

• Lượng tử hóa: Nếu V là biên độ tín hiệu lớn nhất và nhỏ nhất, n là số bit nhị phân

được sử dụng thì độ lớn của mỗi khoảng lượng tử hóa q Cho bởi công thức :

q=

Quantization error (lỗi lượng tử): Sự khác biệt giữa biên độ tín hiệu thực tế và biên độ tín hiệu được lượng tử hóa được gọi là Lỗi lượng tử và lỗi này diễn ra ngẫu nhiên khi biến đổi từ tương tự sang số và ngược lại nên thương gọi là (quantization noise) hay thuật ngữ

“tiếng ồn”

Dynamic range (D): Tỷ lệ giữa biên độ cao nhất và thấp nhất của tín hiệu gọi là dynamic

range- khoảng lỗi chấp nhận được

D =

V max

20log10( ¿¿V min)

¿ dB

2.2.3 Decoder design

Có 2 phần chính:

DAC (Digital to Analog converter) đây là thiết bị chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu

tương tự

Low pass filter là một thiết bị lọc các tín hiệu có tần số thấp cuối cùng tín hiệu tương tự đã

được mã hóa

2.3 TEXT

Có 3 loại text

2.3.1 Unformatted text (Văn bản không định dạng):

Cũng được biết như là plaintext.

Là loại văn bản mà mỗi trang được tạo ra bao gồm chuỗi ký tự có chiều dài cố định từ 1

bộ ký tự giới hạn

Ví dụ 1 bộ ký tự đc sử dụng rộng rãi là bảng mã ASCII Bảng này bao gồm từ mã nhị phân

sử dụng để biểu diễn mỗi ký tự Mỗi ký tự dc biểu diễn bởi 1 từ mã nhị phân 7 bít duy nhất Nhưn vậy chúng ta sẽ có 128 (2^7) ký tự thay thế

Ví dụ: ứng dụng loại này là videotex và teletext

2.3.2 Formatted text

Cũng đc biết như là richtext

Là loại văn bản gồm chuỗi những ký tự có kiểu, hình dạng, kích cỡ khác nhau với bảng, đồ họa, hình ảnh…được thêm vào những điểm thích hợp

Ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực phổ biến như biểu diễn trên giấy, sách, tạp chí… 2.3.3 Hypertext

Là một loại formatted text, cho phép tích hợp một bộ các tài liệu được tạo ra mà đã xác định liên kết giữa chúng

Hyperlink: Siêu liên kết ( được tạo ra mà xác định liên kết các điểm với nhau)

Browser: liên kết các trang được lưu trữ ở các máy chủ đặc biệt (particular server) được truy cập và xem sử dụng một chương trình trên máy khách (client)

Homepage: là một trang được kết hợp từ các trang liên kết

URL, viết tắt của Uniform Resource Locator, được dùng để tham chiếu tới tài nguyên trên Internet URL mang lại khả năng siêu liên kết cho các trang mạng Các tài nguyên khác nhau được tham chiếu tới bằng địa chỉ, chính là URL

2.4 IMAGE

Image gồm 3 loại là:

+ Graphics (Simple Graphics or Computer Graphics)

+ Digitized documents

+ Digitized pictures

Cả 3 loại trên của Image đều được hiển thị dưới dạng ma trận 2 chiều của các giá trị điểm ảnh (pixels)

- Mỗi điểm ảnh có vị trí và màu sắc

2.4.1 Graphic

Visual object: Các đối tượng (hình ảnh) đồ họa như: dòng, hình tròn, hình vuông, chữ nhật, kim cương, sao…

Freeform object: Các đối tượng đồ họa này giống như được vẽ = tay

3D (three dimen sional): là các đối tượng bị chồng (over lap )lên các đối tượng khác gần phía trước hơn Chúng ta có thể thêm vào bóng đổ vào đối tượng để có hiệu ứng ảnh 3 chiều hoàn chỉnh

Pixels: Điểm ảnh- thành phần ảnh đặc biệt, ảnh là ma trận 2 chiều các điểm ảnh riêng lẻ được biết như pixels hay pel

Video Graphic Array (AGV): là một chuẩn hiển thị màn hình (là một loại chung của hiển thị) gồm 640 pixels theo chiều ngang và 480 pixel theo chiều dọc, 8 bit/pixel cho phép biểu diễn 260 màu khác nhau

Bản chất của hình ảnh là tập hợp các đoạn thẳng điểm ảnh nối với nhau

Object atribute: Thuộc tính hình ảnh như hình dạng (shape): thẳng, tròn, vuông… kích cỡ, đường viền, màu sắc, bóng đổ…

- Bản chất của hình ảnh là 1 tập hợp các đoạn thẳng điểm ảnh nối với nhau

Đối tượng mở (open object shape): bắt đầu của dòng đầu tiên và kết thúc của dòng cuối cùng tạo nên đường biên không được nối với nhau Có nghĩa là chúng không bắt đầu và kết thúc ta ̣i mô ̣t điểm ảnh Trong khi đối tượng đóng (close object shape) thì chúng đươ ̣c kết nối Ở đối tượng đóng, các điểm ảnh được bao bo ̣c bởi biên của nó được chỉ

đi ̣nh cùng mô ̣t màu (color-fill)

Redering (vẽ): Tất cả các đối tượng ảnh được vẽ mô ̣t cách rất đơn giản chỉ là xác đi ̣nh tên đối tượng và các thuô ̣c tính kèm theo của đối tượng như màu nền (color-fill), màu biên, hiê ̣u ứng bóng đổ (nếu có) và thiết lâ ̣p tâ ̣p các lê ̣nh cơ bản cấp thấp để xác đi ̣nh vi ̣ trí và màu sắc của mỗi điểm ảnh

Có 2 hình thức biểu diễn của computer graphic là:

+ Phiên bản cấp cao (a high lever version): tương tự mã nguồn của ctrinh bậc cao + Điểm ảnh thực (the actual pixel-image of the graphic).chuỗi các byte tương ứng đến mã máy mức thấp của chương trình và đc biết như định dạng bản đồ bit (bit- map format)

Hình dạng chuẩn để biểu diễn như GIF và TIFF

2.4.2 Digital image

Văn bản được số hóa được tạo ra bởi máy scan liên kết với một máy fax

Một chữ số nhị phân (bit nhị phân) duy nhất biểu diễn 1 pel: 0 cho pel trắng và 1 cho pel đen.- 1 page khoảng 2 triệu bit

2.4.3 Digitazed pictures

a Color principles

Tất cả các màu sắc- hay gam màu – có thể được tạo ra bằng cách sử dụng tỷ lệ khác nhau của 3 màu chủ yếu: đỏ (R), xanh lá cây (G) và xanh da trời (B)

Additive color mixing: Với nền là màu trắng khi R= G= B = 0, RGB được tăng dần lên thì

sẽ thu được màu tối dần Khi R = G = B = 1 thì thu được màu đen

Subtractive color mixing: Sử dụng 3 màu là màu bù của 3 màu cơ bản trên là Cyan,

Magenta và Yellow Chúng ta thu được màu đen khi C= Y =M = 0 Khi tăng CYM màu sẽ sáng dần lên đến màu trắng khi C= Y= M= 1

b Raster-scan principles

Frame: Tập hợp các đường quét ngang mỗi lần kết thúc được gọi là frame

Mỗi điểm ảnh bao gồm 1 tập hợp của 3 photpho nhạy màu với nhau, 1 cho tín hiệu đỏ, xanh lá cây và xanh da trời Tập hợp 3 photpho liên kết với mỗi điểm ảnh gọi là bộ ba photpho

Màn hình được chia là ma trận điểm ảnh, khi tia RGB chiếu đến thì tia đỏ kết hợp với photpho màu đỏ làm cho màu đỏ hiện lên

Ram: Bộ nhớ máy tính chứa các chuỗi điểm ảnh tạo nên hình ảnh phải được truy cập liên tục như mỗi dòng được quét., thông thường một khối riêng biệt của bộ nhớ được gọi là video RAM (random access memory)được sử dụng lưu trữ các hình ảnh pixel

c Pixe depth

Pixel depth: Số bit để biểu diễn màu của 1 pixel

Thực tế mắt không thể phân biệt giữa phạm vi của màu sắc vì vậy một vài trường hợp sử dụng 1 tập con trong phạm vi này, các màu được lựa chọn được lưu vào trong một bảng (CLUT), giúp làm giảm đáng kể lượng bộ nhớ cần để lưu trữ hình ảnh

d Aspect ratio

Aspect ratio: là tỷ lệ của chiều rộng màn hình với chiều cao màn hình

Tránh sự biến dạng của màn hình ta có tỷ lệ khung hình là 4/3

e Digital cameras and scanners

Sử dụng để chụp và lưu trữ hình ảnh

Image sensor: Hình ảnh đươc chụp sử dụng 1 bộ cảm biến gọi là image sensor.

Trong máy ảnh số bao gồm 1 mạng lưới 2 chiều của tế bào nhạy sáng được goi là

photosite

Bộ cảm biến hình ảnh sử dụng rộng rãi là CCD (charge-co, upled device), bao gồm 1 dãy các photosite trên bề mặt của nó và hoạt động bằng cách chuyển đổi tín hiệu ánh sáng sang tín hiệu điện, ánh sáng được lưu trữ tại mỗi photosite được đọc và chuyển đổi sang giá trị

số sử dụng bộ chuyển đổi ADC

Mỗi hình ảnh / khung được chụp và được lưu trữ trên bộ cảm biến hình ảnh, được đọc và

số hóa

2.5 AUDIO

Có 2 loại tín hiệu âm thanh là speech signal và music signal

- Băng thông của speech signal là từ 50 Hz đến 10kHz, music signal là từ 15 Hz đến 10kHz

- Tần số lấy mẫu của speech là 20ksps và của âm nhạc là 40ksps

Âm thanh nổi (Music stereophonic )- (stereo) là kết quả trong một tỷ lệ bit gấp đôi so với 1 tín hiệu đơn sắc (mono)

2.5.1 PCM Speech:

Các ứng dụng giữa các cá nhân liên quan tới giọng nói sử dụng cho mục đích giao tiếp đều thông qua mạng điện thoại (PSTN) có băng thông thấp

Băng thông của giọng nói được giới hạn từ 200Hz đến 3,4 kHz

PCM: Quy trình số hóa đc biết như là Pulse code modulation hay PCM

Quá trình mã hóa và giải mã có thêm bộ compressor để mã hóa (so với mã hóa tổng hợp) để giảm biên độ của tín hiệu vào thì khả năng xảy ra lỗi sẽ thấp hơn

Trước khi tín hiệu đầu vào được lấu mẫu và chuyển sang dạng số bởi ADC, sau đó nó qua mạch nén để giảm biên độ của tín hiệu vào Sau đó tín hiệu đã nén đc chuyển qua ADC, nó sẽ lần lượt thực hiện lượng tử hóa tuyến tính trên các tín hiệu đã nén Tại nơi nhận mỗi từ mã nhận đc đc nạp vào DAC, tín hiệu tương tự tại đầu ra của DAC sau đó

đc chuyển vào mạch giải nén

2.5.2 CD- quality audio

Các file nhạc nói riêng và âm thanh nói chung thường đc lưu trữ trong đĩa CD

Theo chuẩn CD thì âm nhạc có băng tần 15Hz đến 20kHz tần số lấy mẫu là 40ksps Tuy nhiên trong thực tế đc sử dụng cao hơn để chất lượng tốt hơn

2.5.3 Synthesized audio

Tất cả các loại âm thanh đều đc lưu vào máy tính

Bộ nhớ để lưu trữ các dạng sóng âm thanh có thể rất lớn với cả đoạn tương đối ngắn, vì vậy cần thiết phải tổng hợp âm thanh Ngoài ra nó còn giúp chỉnh sửa âm thanh và dễ pha trộn với nhau

3 thành phần chính của Synthesized audio là máy tính (với chương trình ứng dụng) bàn phím và thiết bị âm thanh Về cơ bản đầu vào của máy tính là bàn phím và đầu ra là các thiết bị âm thanh tương ứng (via DACs) thông qua các trình điều khiển loa

Ấn 1 phím bất kỳ trên bàn phím sẽ tạo ra 1 hiệu ứng vì mỗi phím đc nhấn sẽ tạo ra 1

mã khác nhau

Thiết bị lưu trữ thứ cấp cho phép lưu trữ các thông điệp một cách trình tự, ngoài ra ctrinh còn cho phép chỉnh sửa một đoạn nội dung đã đc đưa vào trước đó, hoặc là kết hợp các đoạn lại với nhau Sau khi tổng hợp đảm vảo đã đc đồng bộ hóa

Thông điệp MIDI bao gồm 1 byte trạng thái, trong đó xác định các sự kiện đặc biệt, còn các byte còn lại xác định các thông số liên quan đến sự kiện

Tổng hợp âm thanh nhằm giảm dung lương lưu trữ và dễ dàng hiệu chỉnh âm thanh (nâng cao chất lượng)