Xem mẫu
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC
PHẨM TP.HCM
TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN
(Multimedia Communication)
Giảng viên: Ths. Trần Đắc Tốt – Khoa CNTT
Email: tottd@cntp.edu.vn
Website: www.oktot.com
Facebook: https://www.facebook.com/oktotcom/
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 1
- MÔN HỌC: TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG
TIỆN
Chương 1: Tổng quan truyền thông đa phương tiện
Chương 2: Đặc tính, yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện
Chương 3: Các chuẩn nén dữ liệu đa phương tiện
Chương 4: Truyền dữ liệu đa phương tiện
Chương 5: Các ứng dụng truyền thông đa phương tiện
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 2
- CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH, YÊU CẦU CỦA DỮ
LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Khái quát các thiết bị đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dịch vụ truyền thông đa phương tiện
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 3
- MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU
Mục đích:
Giới thiệu các thiết bị đa phương tiện
Các đặc tính cơ bản và các yêu cầu của các hệ thống âm thanh,
hình ảnh, video số.
Khái niệm, ứng dụng và phân loại các hệ thống đa phương tiện
(Multimedia system).
Yêu cầu: Sinh viên nắm vững các khái niệm cơ bản về
Thiết bị đa phương tiện
Cách biểu diễn, Các đặc tính cơ bản của thông tin đa phương
tiện: âm thanh, hình ảnh, video.
Các yêu cầu của hệ thống đa phương tiện.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 4
- CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH, YÊU CẦU CỦA DỮ
LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Khái quát các thiết bị đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dịch vụ truyền thông đa phương tiện
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 5
- Khái quát các thiết bị đa phương tiện
Thiết bị lưu trữ số liệu
Các loại đĩa
CD/DVD
HDD
Thiết bị tương tác
CD-I, DVI
Thiết bị ngoại vi và card mở rộng
Graphic
Video
Sound
Thiết bị đồng bộ
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 6
- Khái quát các thiết bị đa phương tiện
Thiết bị tín hiệu liên tục (analog)
Sources Destinations Filters
Microphone Speaker Analog video effects device
Video camera Video display Analog video effects device
Video tape player Video tape recorder Audio mixer
Audio tape player Audio tape recorder Video scan converter
Videodisc player
Photographic camera
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 7
- Khái quát các thiết bị đa phương tiện
Thiết bị số
Capture Presentation Processing
ASCII keyboard Display
MIDI keyboard MIDI synthesizer Audio encoder or decoder
Image scanner Printer Image encoder or decoder
3D digitizer 3D graphic hardware
Video frame grabber Framebuf, adapter Video encoder or decoder
Video digitizer Digital video effects device
Audio digitizer Audio Digital-to-Analog Digital audio effects device
Converter
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 8
- CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH, YÊU CẦU CỦA DỮ
LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Khái quát các thiết bị đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dịch vụ truyền thông đa phương tiện
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 9
- Biểu diễn âm thanh số
Đặc tính cơ bản của tín hiệu âm thanh
Âm thanh là các dao động cơ học của các phân tử không khí và lan truyền
trong không khí, va đập vào màng nhĩ, làm rung màng nhĩ và kích thích
bộ não.
Âm thanh, giống như nhiều sóng, được đặc trưng bởi tần số, biên độ và
vận tốc lan truyền (tốc độ âm thanh).
Đối với thính giác của người, âm thanh nghe được thường là sự dao động,
trong dải tần số từ khoảng 20 Hz đến khoảng 20 KHz.
Biên độ âm thanh thay đổi rất lớn (ở tần số 1 KHz):
Từ 0.000283 dyne/cm2 đến 0.000283 x 106 dyne/cm2.
Cận dưới: 0 dB ~ 0.000283 dyne/cm2
dB= 20log10(X/Y)
Cận trên: 100dB – 120dB
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 10
- Biểu diễn âm thanh số
Biểu diễn số của âm thanh
Sóng âm liên tục sẽ được biến đổi thành tín hiệu điện liên tục nhờ
microphone.
Tín hiệu điện này đo bằng volt, ta gọi là tín hiệu tương tự (analog
signal).
Để máy tính có thể xử lý và truyền tín hiệu âm thanh, tín hiệu điện
liên tục phải được biến đổi thành tín hiệu số (digital signal).
Ba giai đoạn trong biến đổi từ tín hiệu tương tự ra tín hiệu số (ADC:
Analog to Digital Converter):
Lấy mẫu (sampling)
Lượng hoá (quantization)
Mã hoá (coding)
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 11
- Biểu diễn âm thanh số
Chuỗi giá trị số hóa 001 011 100 100 010 001 011 110 110
Hình 2.1: Quá trình chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự ra dạng số
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 12
- Biểu diễn âm thanh số
Lấy mẫu: Sự biến đổi thời gian liên tục thành các giá trị rời rạc
được gọi là lấy mẫu (sampling)
Trục thời gian được chia thành những khoảng cố định, giá trị của biên độ
tín hiệu được đọc tại thời điểm bắt đầu của thời khoảng.
Thời khoảng này được xác định một xung đồng hồ. Tần số của xung đồng
hồ được gọi là tốc độ lấy mẫu hay tần số lấy mẫu.
Mạch điện thực hiên việc này gọi là mạch lấy mẫu và dừng.
Mỗi điểm dừng lấy mẫu ứng với một giá trị của biên độ; Ta có một dãy
nhiều giá trị liên tục, nhưng rời rạc theo thời gian; Mỗi thời khoảng, mẫu
chỉ có một giá trị.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 13
- Biểu diễn âm thanh số
Lượng hoá: Sự biến đổi các giá trị mẫu liên tục thành các giá trị rời rạc
được gọi là lượng hoá (quantization)
Trong quá trình xử lý này ta chia dãy tín hiệu thành các số cố định của
các thời khoản, mỗi thời khoảng bằng nhau và được gán một số.
Mỗi mẫu có một số giới hạn các giá trị chọn lựa. Trong hình 2.1 (c) mỗi
thời khoảng có thể có nhiều giá trị và được gán một giá trị duy nhất (số
nguyên từ 0 đến 7).
Ví dụ: Trong hình 2.1 (c) hai thời khoản cuối cùng đều có giá trị là 6.
Kích thước (khoảng) giá trị trong một thời khoảng gọi là bước lượng hoá
(quantization step).
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 14
- Biểu diễn âm thanh số
Mã hoá: Quá trình biểu diễn lượng giá trị bằng số được gọi là mã hoá
(coding)
Trong ví dụ, 8 mức lượng hoá được dùng. Các mức được mã hoá bằng 3
bit trong hệ thống số nhị phân.
Nếu tốc độ lấy mẫu và số mức lượng hoá đủ lớn thì tín hiệu số được biểu
diễn bằng đường bao tín hiệu góc.
Khi cần tái tạo tín hiệu tương tự từ dữ liệu số, một bộ chuyển đổi từ số
sang tương tự (DAC: Digital to Analog Converter) được sử dụng.
Các giá trị lượng hoá được xác định trên cơ sở số mức lượng hoá. Các tín
hiệu này đi qua bộ lọc thấp qua (low-pass filter) để tái tạo gần đúng tín
hiệu góc.
Nguyên lý của ADC và DAC đã mô tả cũng được áp dụng cho video và các
tín hiệu khác.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 15
- Biểu diễn âm thanh số
Biểu diễn số của âm thanh
Chuỗi giá trị số(a)
Bước tính hiệu(b)
Tín hiệu góc được
phục hồi sau khi
qua bộ lọc thấp tần(c)
Hình 2.2: Quá trình chuyển đổi tín hiệu từ dạng số ra dạng tương tự
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 16
- Biểu diễn âm thanh số
Trong quá trình biến đổi ADC quan trọng nhất là chọn tốc độ lấy mẫu và số
mức lượng hoá, trong các loại tín hiệu tương tự khác nhau và trong các ứng
dụng khác nhau.
Xác định tốc độ lấy mẫu: Tốc độ lấy mẫu phụ thuộc vào tần số của tín
hiệu tương tự mà ta muốn biến đổi.
Theo lý thuyết Nyquist, nếu một tín hiệu tương tự có tần số f thì tần số
mẫu nhỏ nhất phải là 2f.
Nếu tần số lấy mẫu chính xác bằng 2f, ta nói là lấy mẫu tới hạn. Trong
thực hành tốc độ mẫu phải lớn hơn 2f.
Ví dụ: Tốc độ lấy mẫu CD audio là 44.1 kHz, và băng audio kỹ thuật số là 48
kHz để thể hiện âm thanh tần số 20 kHz.
Tần số tiếng nói trong khoảng 3.1 kHz. Biến đổi tín hiệu tiếng nói tín hiệu
số ta dùng tốc độ lấy mẫu là 8 kHz.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 17
- Biểu diễn âm thanh số
Nếu tần số của tín hiệu tương tự lớn hơn 1/2 tần số lấy mẫu thì tần số của
tín hiệu bị giảm đi nhỏ thua hoặc bằng 1/2 tần số lấy mẫu khi đi qua bộ lọc
thấp qua.
(a) 8kHz
(b) 6kHz
(c)
Lượng hóa
(d) 2kHz
Hình 2.3: Tín hiệu ngã vào tần số lớn hơn 1/2 tần số lấy mẫu sinh ra một tín
hiệu răng cưa có tần số khác và thấp hơn
Hiện tượng này gọi là hiện tượng răng cưa (aliasing): Vấn đề nghiêm trọng
đối với các hệ thống dùng cơ chế lấy mẫu khi tín hiệu có tần số lớn hơn 1/2
tần số lấy mẫu.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 18
- Biểu diễn âm thanh số
Xác định số mức lượng hoá: Số mức lượng hoá dùng để xác định một
cách trung thực biên độ của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự gốc.
Sự khác biệt tối đa giữa giá trị lượng hoá và giá trị tín hiệu tương tự gốc
gọi là bước lượng hoá. Sự khác biệt này còn được gọi là lỗi lượng hoá hay
nhiễu lượng hoá.
Số mức lượng hoá càng lớn thì bước lượng hoá càng nhỏ và kéo theo
nhiễu lượng hoá càng nhỏ.
Số các mức lượng hoá xác định số bít cần thiết để biểu diễn mẫu và được
xác định bởi công thức:
b = log2Q , Q = 2b
Trong đó: b: số bit cần thiết để biểu diễn, Q: số mức lượng hoá.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 19
- Biểu diễn âm thanh số
Xác định số mức lượng hoá: Số mức lượng hoá dùng để xác định một
cách trung thực biên độ của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự gốc.
Mối quan hệ giữa chất lượng tín hiệu số hoá và tín hiệu tương tự gốc đo
bằng hệ số nhiễu tín hiệu (SNR - Signalto-noise ratio) tính bằng dB được
định nghĩ bởi:
SNR=20log10(S/N).
Với S: biên độ cực đại của tín hiệu, N: nhiễu lượng hoá.
Nếu lấy bước lượng giá là q thì N = q và S = 2bq Thay vào biểu thức:
SNR = 20log10(2bq/q) = 20b log10(2) = 6b
Ta thấy nếu dùng thêm 1 bit để biểu diễn các mẫu làm gia tăng
hệ số nhiễu tín hiệu là 6 dB.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 20
nguon tai.lieu . vn
