“Nghiên cứu giải pháp nâng cao hệ số nén âm thanh bằng mã hóa dải con

Mục đích nghiên cứu của đề tài Luận văn nghiên cứu phương pháp nén âm thanh bằng mã hóa dải con  Luận văn đề xuất phương pháp mã hóa nén âm thanh mới dùng mã hóa dải con 5 kênh với tổ

LUẬN VĂN

“Nghiên cứu giải pháp nâng cao hệ số nén âm thanh bằng mã hóa dải con”

Tên đề tài luận văn:

“Nghiên cứu giải pháp nâng cao hệ số nén âm thanh bằng mã hóa

dải con”

 Họ và tên học viên: Lương Trung Kiên

 Cơ quan công tác: Trường Cao đẳng Phát thanh-TH I

 Khoá: 21.1

 Ngành: Kỹ thuật Viễn thông

 Cán bộ hướng dẫn: TS Phạm Việt Hà

Mục đích nghiên cứu của đề tài

 Luận văn nghiên cứu phương pháp nén âm thanh bằng

mã hóa dải con

 Luận văn đề xuất phương pháp mã hóa nén âm thanh mới dùng mã hóa dải con 5 kênh với tổ hợp đa phân chia [6, 6, 6, 6, 3]

 So sánh với các phương pháp đã có, những ưu điểm đạt được của luận văn khẳng định ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

Phương pháp nghiên cứu

và kết quả đạt được

 Nghiên cứu, tổng hợp, phân tích tài liệu lý thuyết về

âm thanh và cảm nhận âm thanh của tai người, hệ thống xử lý tín hiệu số, mã hóa tín hiệu số, nén băng con để đề xuất phương pháp nén âm thanh mới dùng

mã hóa dải con 5 kênh

 Từ đó xây dựng chương trình mô phỏng bằng Matlab để phân tích, khảo sát từ các ngôn ngữ khác nhau để đánh giá hệ số nén âm thanh.

Kết cấu luận văn

tham khảo, kết cấu của luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về xử lý tín hiệu âm thanh

Chương 2: Các phương pháp mã hóa âm thanh bằng mã

hóa dải con Chương 3: Giải pháp nâng cao hệ số nén âm thanh

bằng mã hóa dải con 5 kênh SBC(66663)

Chương 1: Tổng quan về xử lý

tín hiệu âm thanh

 Các khái niệm cơ bản về âm thanh: nguồn âm, các thông số kỹ thuật của âm thanh…

 Cấu trúc sinh học của tai người và sự cảm nhận của tai người với âm thanh.

 Xử lý tín hiệu âm thanh.

Âm thanh

 Tiếng nói của con người, tiếng kêu của động vật, tiếng động của vạn vật xung quanh hay những bản nhạc giao hưởng…đều gọi chung là âm thanh Âm thanh phát ra từ một nguồn cụ thể, nó có thể là âm thanh đơn giản chỉ là một âm đơn (còn gọi là tone) chứa một tần

số, hay những âm thanh phức tạp chứa nhiều tần số Ngày nay, việc xử lý âm thanh (ghi và phát lại âm thanh, thu phát thanh, truyền âm thanh trên internet…)

đã đạt tới chất lượng cao.

Âm thanh

 Nguồn âm

 Sóng âm

 Các thông số của âm thanh

 Trường âm thanh

0 500 1000 1500 2000 2500 0

0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01

Waveform in time domain

Dạng sóng và phổ biên độ của tín hiệu âm thanh.

Sự cảm nhận âm thanh của tai người

 Tai người thực hiện chuyển đổi năng lượng sóng âm thành năng lượng cơ học và cuối cùng thành các xung điện đưa tới não bộ, khi đó thông tin chứa trong âm thanh được nhận biết Từ cấu trúc sinh học của tai người và mô phỏng cấu trúc đó để dễ phân tích nguyên lý cảm nhận âm thanh của tai người và các hiện tượng tâm lý-thính giác của tai người Cấu trúc của tai người được chia làm 3 phần chính là tai ngoài, tai giữa và tai trong.

Sự cảm nhận âm thanh của tai người

 Cấu trúc sinh học của tai người

Màng nền Dung dịch ốc tai

Dây thần kinh thính giác

Ống tiền đình

Màng tai

Tai ngoài Tai giữa Tai trong

 Mô phỏng cấu trúc sinh học của tai người

Vành tai

Ống tai

Màng nhĩ

Các xương tai giữa

Tách tần số cao

Tách tần số trung

Tách tần số thấp

Cửa số

ô val

Sóng âm trong chất dịch

Ốc tai

Màng nền Sóng

Xử lý tín hiệu âm thanh

 âm thanh là sóng cơ học Trong thông tin, âm thanh cơ học phải được chuyển đổi thành tín hiệu điện, còn gọi là tín hiệu âm thanh (audio signal) Nói chung tín hiệu âm thanh là tín hiệu tương tự (liên tục cả thời gian và biên độ)

Ví dụ dạng sóng một đoạn tín hiệu âm thanh

Xử lý tín hiệu âm thanh

 Để chuyển tín hiệu âm thanh tương tự sang dạng số (gọi là số hóa tín hiệu âm thanh), chúng ta cần phải thực hiện 3 bước: Lấy mẫu tín hiệu tương tự, lượng tử hóa tín hiệu lấy mẫu và mã hóa các mẫu lượng tử Sau đây xét tổng quát quá trình số hóa tín hiệu âm thanh

Lọc chống chồng phổ

Lấy mẫu Lượng tử hóa và

mã hóa

Tín hiệu tương tự xa(t)

Tín hiệu số 10010111…

Tín hiệu rời rạc x(n)

Sơ đồ khối bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA ÂM

THANH BẰNG MÃ HÒA DẢI CON

 Hiện nay trên thế giới đã đưa ra rất nhiều chuẩn mã hóa âm thanh khác nhau, mỗi một chuẩn, được sử dụng tùy theo nhu cầu khác nhau.

 Để tìm hiểu về các phương pháp mã hóa âm thanh và nguyên tắc mã hóa dải con được ứng dụng trong thực tế, chương này luận văn trình bày các vấn đề sau:

- Các phương pháp nén âm thanh - mã hóa dải con.

- Tiêu chuẩn nén âm thanh - mã hóa dải con MPEG

- Các định dạng âm thanh ứng dụng trong thực tế

- Mã hóa dải con trong nén âm thanh số.

Các phương pháp nén âm thanh

- Mã hóa dải con

 Các hệ thống nén tín hiệu âm thanh dựa trên các đặc tính tâm sinh lý âm thanh cũng như giới hạn về thính giác của của con người nhằm loại bỏ những thành phần thông tin dư thừa trong các tín hiệu audio.

 Các kỹ tuật mã hóa nguồn được dùng để loại bỏ những thành phần dư thừa trong tín hiệu audio và các kỹ thuật – che mặt lạ tâm sinh lý nghe được sử dụng dùng để nhận biết và loại bỏ các thành phần không thích hợp Có 2 kỹ thuật nén chủ yếu hiện nay

sử dụng:

Các phương pháp nén âm thanh

- Mã hóa dải con

 Mã hóa dự đoán trước trong miền thời gian: Phương pháp này sẽ sử dụng mã hóa khác nhau đối với thành phần khác nhau của các mẫu liên tiếp mà có thể khôi phục được Việc giảm tốc độ dòng bít sẽ được sử dụng

để mã hóa và truyền dẫn các thông tin của tín hiệu audio

 Mã chuyển đổi trong miền tần số: kỹ thuật này sử dụng các khối của các mẫu audio ra từ bộ PCM đều để truyền từ miền thời gian sang miền tần số những dải băng khác nhau

CHƯƠNG 3 GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ

NÉN ÂM THANH BẰNG MÃ HÓA DẢI CON 5 KÊNH SBC(66663)

phương pháp mã hóa dải con, luận văn đề xuất

áp dụng thuật toán nén tính hiệu âm thanh đa phân dải tương đối với dải pháp nén âm thanh bằng mã hóa dải con 5 kênh BSC (6,6,6,6,3) Nhằm dải quyết hài hoà giữa các tham số tỷ lệ nén dữ liệu, chất lượng âm thanh và độ phức tạp của bank lọc.

GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ NÉN ÂM THANH BẰNG

MÃ HÓA DẢI CON 5 KÊNH SBC(66663)

 Bộ mã hóa dải con SBC(66663) dựa trên tổ hợp phân chia (6, 6, 6, 6 3) Nội dung bao gồm:

 Thiết kế các bộ lọc trong SBC(66663) bằng phương pháp dải chuyển tiếp- cửa sổ

 So sánh số bit trung bình, tốc độ bit trung bình, tỷ lệ nén

dữ liệu giữa SBC(66663với SBC(8842) khi cùng lỗi khôi phục

 Ứng dụng mã hóa dải con 5 kênh SBC(66663) trong phát thanh số

GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ NÉN ÂM THANH BẰNG MÃ HÓA DẢI CON 5 KÊNH SBC(66663)

Sơ đồ khối bộ SBC(66663)

F 1

Dải con 1

Dải con 3

1/2 1/3

Dải con 4

4 (n)

Sơ đồ mô phỏng bộ mã hóa dải con 5 kênh SBC(66663)

Kết quả mô phỏng

 Tín hiệu đưa vào là tín hiệu dạng wav thu từ đài tiếng nói Việt Nam Câu nói như sau: “Đây là Tiếng nói của Việt Nam, phát thanh từ Hà Nội, thủ đô nước Việt Nam Dân chủ Cộng hoà” Đây là câu nói của đầu tiên bằng tiếng Việt của Đài Tiếng nói Việt Nam ngày 7/9/1945 Kết quả mô phỏng bao gồm: dạng sóng trong miền thời gian của tín hiệu vào và tín hiệu ra, dạng phổ trong miền tần số của tín hiệu vào và tín hiệu ra, tín hiệu file wav phát ra trực tiếp bằng loa của máy tính.

Dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu

ra của mô phỏng

Phổ tín hiệu vào/ra của mô phỏng

Phổ tín hiệu vào của mô phỏng

Phổ tín hiệu ra của mô phỏng

Phổ tín hiệu vào/ra của mô phỏng

 Kết quả cho thấy, tín hiệu file wav vào có dung lượng là: 96 kb, tín hiệu file wav ra có dung lượng là 79 kb, tương ứng với tỷ lệ nén tín hiệu là 20.8 %

So sánh hệ số nén âm thanh dùng

tổ hợp (6,6,6,6,3) và tổ hợp (8,8,4,2)

  Thứ tiếng

Số bít trung bình (bTB) tính đối với 100 file âm thanh