Nén và xử lý số tín hiệu thoại

t ®−îc dïng ®Ó m· ho¸ c¸c b¨ng con lµ kh«ng ®Òu nhau vµ ®−îc cÊp ph¸t theo tiªu chuÈn c¶m gi¸c. ThËt vËy, ta thÊy r»ng phæ tÇn n¨ng l−îng tÝn hiÖu tiÕng nãi tËp chung chñ yÕu ë d¶i tÇn kh¸ thÊp, khi ®ã mét sè bit lín sÏ ®−îc tËp chung m· ho¸ c¸c b¨ng tÇn nµy vµ ë c¸c b¨ng tÇn sè cao th× chØ dïng mét sè Ýt bÝt 3.2. C¬ së kü thuËt m· ho¸ b¨ng con Trong thùc tÕ chóng ta cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p nÐn kh¸c nhau. Mçi ph−¬ng ph¸p cã hiÖu qu¶ kh¸c nhau. Mét ph−¬ng ph¸p m· kh¸c cã hiÖu qu¶ khi sù kh¸c nhau gi÷a c¸c mÉu kÒ nhau nhá. NÕu nguån ®Çu vµo lµ thùc sù ngÉu nhiªn tèt nhÊt lµ sö dông l−îng tö ho¸ v« h−íng hoÆc l−îng tö ho¸ vector l−íi. Do vËy, nÕu mét nguån biÓu diÔn ®óng c¸c ®Æc tÝnh ®· ®Þnh nghÜa, chóng ta nªn chän mét l−îc ®å nÐn víi ®Çy ®ñ c¸c ®Æc tÝnh ®ã. Nh−ng hÇu hÕt c¸c nguån ®−a ra tæ hîp rÊt khã chän mét l−îc ®å nÐn chÝnh x¸c phï hîp víi nguån ®Çu ra. 42 Ta sÏ xem xÐt c«ng nghÖ ph©n tÝch nguån ®Çu ra víi c¸c d¶i tÇn sè kh¸c nhau sö dông c¸c khèi biÕn ®æi. C¸c hÖ sè biÕn ®æi kh«ng cã sù ®ång nhÊt gi÷a c¸c phÐp thèng kª vµ nhËn thøc c¶m gi¸c. Cã thÓ sö dông sù kh¸c nhau phôc vô cÊp ph¸t c¸c bits m· ho¸ víi hÖ sè kh¸c nhau. ViÖc thay ®æi c¸ch cÊp ph¸ lµm gi¶m sè l−îng bits trung b×nh ®· yªu cÇu ®Ó m· nguån ®Çu ra. Mét trong nh÷ng h¹n chÕ cña m· biÕn ®æi lµ sù ph©n chia kh«ng tù nhiªn cña nguån ®Çu ra, dÉn dÕn sù sinh m· d¹ng khèi hoÆc t¹o thµnh khèi. Mét ph−¬ng ph¸p ®Ó lo¹i bá sù ®ãng khèi nµy lµ biÕn ®æi trùc giao LOT (Lapped Orthogonal Transform). Ta xÐt mét c¸ch tiÕp cËn phæ biÕn ®Ó ph©n tÝch ¶nh thµnh c¸c b¨ng tÇn sè kh¸c nhau. Khi ®Çu vµo ®· ®−îc ph©n tÝch thµnh c¸c thµnh phÇn riªng cã thÓ sö dông kü thuËt m· phï hîp nhÊt cho tõng thµnh phÇn ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng nÐn. H¬n n÷a, mçi thµnh phÇn cña nguån ®Çu ra cã thÓ cã c¸c ®Æc tÝnh theo c¶m gi¸c kh¸c nhau. VÝ dô, lçi l−îng tö ho¸ lµ c¶m gi¸c khã chÞu trong mét thµnh phÇn nh−ng l¹i cã thÓ chÊp nhËn ®−îc trong mét thµnh phÇn kh¸c cña nguån ®Çu ra. Do vËy, mét bé l−îng tö ho¸ sö dông mét sè Ýt c¸c bits cã thÓ ®−îc dïng ®Ó m· thµnh phÇn cã c¶m gi¸c kÐm quan träng h¬n. XÐt d·y {xn} vÏ ®−êng ®å thÞ trong h×nh 3.1. Khi cã mét sè l−îng ®¸ng kÓ cña dao ®éng mÉu tíi mÉu (sample-to-sample), th× còng cã d¹ng æn ®Þnh biÓu diÔn b»ng chÊm g¹ch (.-) biÕn ®æi kh¸ chËm. XÐt chÝnh x¸c d¹ng æn ®Þnh lµ thùc hiÖn lÊy trung b×nh c¸c gi¸ trÞ mÉu trong mét cña sæ. Thùc hiÖn tÝnh trung b×nh sÏ lµm ph¼ng c¸c biÕn ®æi nhanh, lµm cho c¸c biÕn ®æi chËm trë nªn râ rÖt h¬n. LÊy mét cöa sæ cã kÝch th−íc lµ 2 vµ sinh ra mét d·y míi {yn} b»ng c¸ch tÝnh gi¸ trÞ trung b×nh l©n cËn cña xn: H×nh 3.1: Mét nguån ra biÕn ®æi nhanh chøa c¸c thµnh phÇn dµi h¹n biÕn ®æi chËm 43 2 x 1n − += nn xy (3.1) C¸c gi¸ trÞ liÒn kÒ nhau cña yn sÏ chÆt h¬n tõng gi¸ trÞ liªn tiÕp cña xn. Do vËy, d·y {yn} cã thÓ ®−îc m· hiÖu qu¶ nhê c¸c c¸ch m· kh¸c nhau h¬n lµ chóng ta sö dông d·y {xn}. Tuy nhiªn, ta muèn m· d·y {xn}, mµ kh«ng ph¶i d·y {yn}. Do vËy, d−íi ®©y thùc hiÖn viÖc m· d·y trung b×nh {yn} bëi mét d·y kh¸c lµ {zn}: . 2 x 2 x - x y - x 1n1nnnn −− −=+== nnn xxz (3.2) C¸c d·y {yn} vµ {zn} cã thÓ ®−îc m· ®éc lËp víi nhau. Cã thÓ sö dông c¸c l−îc ®å nÐn phï hîp víi tõng d·y. Víi yn vµ zn ®· nhËn ®−îc, cã thÓ kh«i phôc xn b»ng biÓu thøc: xn = yn + zn (3.3) Nh− thÕ lçi l−îng tö ho¸ lín nhÊt cña d·y sÏ nhá h¬n nÕu ta m· ho¸ d·y {xn} trùc tiÕp. MÆc dï ta sö dông cïng sè l−îng bits cho tõng gi¸ trÞ yn vµ zn, sè l−îng phÇn tö trong tõng d·y {yn} vµ {zn} nh− d·y ban ®Çu {xn}. MÆc dï ®ang sö dông sè l−îng bits cho mét mÉu gièng nhau, cã thÓ truyÒn sè l−îng mÉu t¨ng gÊp hai lÇn, vµ hËu qu¶ lµ sè bits t¨ng gÊp ®«i. Cã thÓ kh¾c phôc b»ng c¸ch göi tÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ kh¸c cña yn vµ zn. Chia d·y {yn} thµnh c¸c d·y con {y2n} vµ {y2n-1}, nghÜa lµ mét d·y con chØ bao gåm c¸c phÇn tö cã chØ sè lÎ {y1, y3, ...}, vµ mét d·y con chØ bao gåm c¸c phÇn tö cã chØ sè ch½n {y2, y4, ...}. T−¬ng tù, ta chia d·y {zn} thµnh c¸c d·y con {z2n} vµ {z2n-1}. NÕu truyÒn ®i c¸c d·y con chØ sè ch½n hoÆc c¸c d·y con chØ sè lÎ, th× chØ cÇn truyÒn sè l−îng phÇn tö b»ng víi l−îng phÇn tö cña d·y ban ®Çu. §Ó thÓ hiÖn c¸ch kh«i phôc d·y {xn} tõ c¸c d·y con nµy, ta gi¶ sö chØ truyÒn ®i nh÷ng d·y con {y2n} vµ {z2n}: 2 122 2 −+= nnn xxy 2 122 2 −−= nnn xxz 44 §Ó kh«i phôc c¸c phÇn tö cã chØ sè ch½n cña d·y {xn}, ta ®−a vµo hai d·y con. §Ó nhËn ®−îc c¸c phÇn tö cã chØ sè lÎ cña d·y {xn}, ta tÝnh sù kh¸c biÖt sau: y2n+z2n=x2n (3.4) y2n-z2n=x2n-1 (3.5) Do vËy, cã thÓ kh«i phôc l¹i ®−îc toµn bé d·y ban ®Çu {xn}, chØ cÇn göi sè l−îng bits nh− khi truyÒn d·y ban ®Çu mµ m¾c ph¶i sù sai lÖch nhá h¬n. ViÖc ph©n tÝch mét tÝn hiÖu cã thÓ thùc hiÖn theo nhiÒu c¸ch kh¸c nhau khi xem xÐt c¸c bµi to¸n nÐn, Thªm tÝnh mÒm dÎo t¨ng kh¶ n¨ng nÐn. ViÖc ph©n tÝch, vµ tæng hîp. D·y ®Çu vµo {xn} thµnh 2 d·y con {yn} vµ {zn} qua phÐp to¸n: 2 1−+= nnn xxy (3.6) 2 1−−= nnn xxz (3.7) Cã thÓ thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n sö dông c¸c bé läc thêi gian rêi r¹c d−íi ®©y 3.3.C¸c bé läc Läc sè bao gåm c¶ viÖc tÝnh tæng cña ®Çu vµo hiÖn thêi vµ ®Çu vµo tr−íc ®ã tíi bé läc, vµ trong mét sè tr−êng hîp bao gåm c¶ nh÷ng ®Çu ra tr−íc ®ã cña bé läc. D¹ng tæng qu¸t cña quan hÖ ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña bé läc nhËn ®−îc lµ: ∑∑ = − = − += M i ini N i inin ybxay 10 (3.8) víi d·y {xn} lµ ®Çu vµo cña bé läc, d·y {yn} lµ ®Çu ra cña bé läc, vµ c¸c gi¸ trÞ {ai} vµ {bi} ®−îc gäi lµ c¸c hÖ sè bé läc. NÕu ®Çu vµo lµ d·y chØ cã mét gi¸ trÞ “1” vµ theo sau lµ toµn “0”, th× d·y ®−îc gäi lµ ®¸p øng xung cña bé läc. NÕu bi lµ c¸c gi¸ trÞ “0”, th× ®¸p øng xung sÏ t¾t sau N mÉu. Gäi lµ c¸c bé läc ®¸p øng xung h÷u h¹n (FIR filter). Sè N ®«i khi ®−îc gäi lµ sè b−íc (taps) trong bé läc. NÕu mét sè bi cã gi¸ trÞ kh¸c “0”, th× ®¸p øng xung cã thÓ lµ v« h¹n (trong lý thuyÕt). Gäi lµ bé läc ®¸p øng xung v« h¹n ( IIR filter). 45 Chó ý r»ng nÕu biÕt ®¸p øng xung, th× còng cã thÓ biÕt c¸c gi¸ trÞ ai vµ x¸c ®Þnh ®−îc bé läc. H¬n n÷a, v× ®¸p øng xung trë vÒ ”0” sau mét sè h÷u h¹n mÉu (trong tr−êng hîp nµy lµ 2 mÉu), bé läc lµ mét bé läc FIR filter. Víi IIR kh«ng thËt râ rµng nh− FIR, biÕt tÊt c¶ c¸c ®¸p øng xung sÏ x¸c ®Þnh bé läc. Mçi khi ta biÕt vÒ ®¸p øng xung cña bé läc, biÕt vÒ quan hÖ gi÷a ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña bé läc. NÕu {xn} vµ {yn} t−¬ng øng lµ ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña bé läc víi ®¸p øng xung { }Mnnh 0= , th× {yn} cã thÓ cã ®−îc tõ {xn} vµ {hn} th«ng qua quan hÖ: ∑ = −= M k knkn xhy 0 . (3.9) víi M lµ h÷u h¹n cho bé läc FIR vµ v« h¹n cho bé läc IIR V× c¸c bé läc FIR ®¬n gi¶n Ýt bÞ ¶nh h−ëng, nªn chóng lu«n æn ®Þnh. Khi nãi mét bé läc æn ®Þnh tøc lµ chØ cÇn ®Çu vµo h÷u h¹n, th× ®Çu ra còng h÷u h¹n. §iÒu nµy kh«ng ®óng víi c¸c bé läc IIR. Thùc vËy, c¸c bé läc IIR cã thÓ nhËn ®−îc ®Çu ra v« h¹n thËm trÝ khi ®Çu vµo lµ h÷u h¹n. 3.3.1-Mét sè bé läc sö dông trong m∙ b¨ng con: HÇu hÕt tÇn sè sö dông c¸c nh¸nh bé läc trong m· b¨ng tÇn gåm mét tÇng ph©n líp, mçi líp bao gåm mét bé läc d¶i thÊp vµ mét bé läc d¶i cao, nh− H×nh 3.2 lµ mét bé läc b¨ng cã 8 b¨ng. Bé läc phæ biÕn nhÊt lµ bé läc g−¬ng trùc giao (hay läc cÇu ph−¬ng) (Quadrature Mirror Filters - QMF). Nh÷ng bé läc nµy cã tÝnh chÊt, nÕu ®¸p øng xung cña bé läc d¶i thÊp nhËn ®−îc lµ {hn}, th× ®¸p øng xung d¶i cao nhËn ®−îc lµ {(-1) nhN-1-n}. C¸c bé läc QMF thiÕt kÕ bëi Johnston ®−îc sö dông trong mét sè øng dông. Chó ý r»ng c¸c bé läc lµ ®èi xøng, tøc lµ: hN-1-n = hN, víi n = 0, 1, ..., N/2 - 1. (3.10) 46 Víi c¸c bé läc cã Ýt b−íc trong ph©n tÝch sÏ kÐm hiÖu qu¶ h¬n lµ c¸c bé läc nhiÒu b−íc. Tuy nhiªn, tõ biÓu thøc (3.9) cã thÓ thÊy r»ng sè c¸c b−íc khèng chÕ sè l−îng c¸c phÐp tÝnh céng vµ nh©n cÇn thiÕt ®Ó t¹o ra c¸c ®Çu ra bé läc. Do vËy, muèn cã c¸c ph©n tÝch hiÖu qu¶ h¬n, th× b»ng c¸ch nµo ®ã t¨ng kh¶ n¨ng tÝnh to¸n. [2] 3.4 ThuËt to¸n m· b¨ng con c¬ b¶n H×nh 3.3 lµ mét vÝ dô thÓ thÓ hiÖn thuËt to¸n m· ho¸ b¨ng con H×nh 3.3 s¬ ®å khèi thuËt to¸n m· ho¸ b¨ng con Läc ph©n tÝch 1 M· ho¸ 1 gi¶i m· 1 läc tæng hîp1 ↓ M ↑ M Läc ph©n tÝch M ↓ M M· ho¸ M gi¶i m· M ↑ M läc tæng hîp M C A B H×nh 3.2. M« t¶ sù ph©n líp cña bé läc b¨ng LPF HPF LPF HPF LPF HPF LPF HPF LPF HPF LPF HPF LPF HPF 47 3.4.1 Ph©n tÝch Nguån ®Çu ra ®−îc ®−a qua mét nh¸nh c¸c bé läc, ®−îc gäi lµ nh¸nh bé läc ph©n tÝch, nã phñ d¶i c¸c tÇn sè nguån ®Çu ra. C¸c d¶i tÇn cña bé läc cã thÓ chång lªn nhau. C¸c nh¸nh bé läc chång vµ kh«ng chång ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 3.4. §Çu ra cña c¸c bé läc sau ®ã ®−îc lÊy mÉu mét lÇn n÷a (®Ó tiÖn ta gäi lµ mÉu con). Quy t¾c Nyquist vµ tæng qu¸t ho¸ cña nã, lµ lÊy gÊp hai lÇn mÉu/gi©y trong d¶i tÇn. Cã nghÜa lµ gi¶m sè mÉu ë ®Çu ra cña bé läc, v× c¸c d¶i tÇn ë ®Çu ra nhá h¬n ®Çu vµo cña bé läc. Quy tr×nh nµy gi¶m sè mÉu, ®−îc gäi gi¶m mÉu. Sè l−îng c¸c mÉu gi¶m phô thuéc vµo tû lÖ d¶i th«ng ®Çu ra víi ®Çu vµo bé läc. NÕu d¶i th«ng ë ®Çu ra cña bé läc b¨ng lµ1/M so víi ®Çu vµo bé läc, th× ®Çu ra gi¶m ®i mét hÖ sè M b»ng c¸ch gi÷ l¹i tÊt c¶ c¸c mÉu thø M. Ký hiÖu M ↓ ®−îc sö dông ®Ó chØ sè mÉu gi¶m nµy. Mçi khi ®Çu ra cña c¸c bé läc ®−îc gi¶m mÉu, th× ®−îc m· b»ng mét trong c¸c ph−¬ng ph¸p m· ADPCM, PCM, vµ l−îng tö ho¸ vector [2] 3.4.2- L−îng tö vµ m· ho¸ Cïng víi sù lùa chän l−îc ®å nÐn, viÖc cÊp ph¸t bits gi÷a c¸c b¨ng tÇn lµ mét yªu cÇu quan träng. C¸c b¨ng tÇn kh¸c nhau chøa sè l−îng th«ng tin kh¸c nhau. Do vËy, cÇn thiÕt ph¶i cÊp ph¸t c¸c bits cã hiÖu qu¶ trong sè c¸c b¨ng tÇn dùa vµo mét ®¸nh gi¸ vÒ néi dung th«ng tin. Gi¶ sö cÇn ph©n tÝch nguån ®Çu ra thµnh bèn d¶i vµ tû lÖ m· 1 bit/mÉu. Thùc hiÖn b»ng c¸ch dïng §−êng bao phæ §−êng bao phæ H×nh 3.4. C¸c bé läc b¨ng chång phæ vµ kh«ng chång phæ 48 1 bit/mÉu cho tõng d¶i cña bèn d¶i. MÆt kh¸c, ®¬n gi¶n lo¹i bá 2 d¶i ®Çu ra vµ dïng 2 bit/mÉu cho hai d¶i cßn l¹i. HoÆc cã thÓ lo¹i bá ë ®Çu ra ba trong sè bèn bé läc vµ sö dông 4 bits/mÉu ®Ó m· ®Çu ra cña bé läc cßn l¹i. ViÖc cÊp ph¸t c¸c bit nµy cã thÓ cã mét ¶nh h−ëng quan träng ®Õn kh«i phôc cuèi cïng, ®Æc biÖt khi mµ néi dung th«ng tin cña c¸c d¶i lµ rÊt kh¸c nhau. NÕu thay ®æi ®Çu vµo cña tõng bé läc b¨ng nh− mét chuÈn th«ng tin, vµ gi¶ sö r»ng l−îc ®å nÐn lµ l−îng tö v« h−íng, th× cã thÓ ®¹t ®−îc mét sè l−îc ®å cÊp ph¸t bit ®¬n gi¶n. NÕu sö dông mét kiÓu tinh tÕ h¬n mét chót cho c¸c ®Çu ra cña c¸c bé läc, th× ta cã thÓ ®¹t ®−îc c¸c chuçi vÞ trÝ bit tèt h¬n (môc 3.8). 3.4.3-Tæng hîp ë phÝa gi¶i m·, c¸c hÖ sè ®· l−îng tö vµ m· ho¸ ®−îc sö dông ®Ó kh«i phôc ®−a ra tÝn hiÖu ban ®Çu. §Çu tiªn c¸c mÉu ®· m· tõ mçi b¨ng tÇn ®−îc gi¶i m· ë phÝa ng−êi nhËn. Nh÷ng gi¸ trÞ ®· ®−îc gi¶i m· nµy ®−îc lÊy mÉu ng−îc l¹i b»ng c¸ch ®−a vµo mét l−îng sè “0” phï hîp vµo gi÷a c¸c mÉu. Khi sè mÉu/gi©y ®· ®−îc lÊy tr¶ l¹i theo tû lÖ ban ®Çu, th× c¸c tÝn hiÖu lÊy mÉu ®−îc ®−a qua mét nh¸nh cña c¸c bé läc kh«i phôc. Nh÷ng ®Çu ra cña c¸c bé läc nµy ®−îc céng l¹i ®Ó kh«i phôc l¹i d¹ng ban ®Çu. D−íi ®©y sÏ tãm l−îc mét sè kü thuËt sö dông thiÕt kÕ c¸c nh¸nh bé läc. C¸ch cÊp ph¸t bit còng ®−îc nghiªn cøu réng r·i trong m· b¨ng con, m· d¹ng sãng, vµ m· biÕn ®æi. [2] Sù ®éc lËp cña nguån ®Çu ra theo tÇn sè còng më ra kh¶ n¨ng c¶i tiÕn c¸ch sö dông c¸c gi¶i thuËt nÐn. Sù ph©n tÝch nguån ®Çu ra theo d¹ng nµy cung cÊp cho ®Çu vµo cña c¸c gi¶i thuËt nÐn, mçi sù ph©n tÝch ®ã cã c¸c ®Æc ®iÓm ®· ®Þnh nghÜa râ rµng h¬n nguån ®Çu ra ban ®Çu. Cã thÓ sö dông c¸c ®Æc ®iÓm nµy ®Ó chän lùa c¸c l−îc ®å nÐn ®éc lËp phï hîp cho tõng ®Çu vµo kh¸c nhau. 49 C¶m thô cña con ng−êi ®èi víi tÝn hiÖu audio vµ video lµ phô thuéc vµo tÇn sè. Cã thÓ sö dông thùc tÕ nµy thiÕt kÕ c¸c l−îc ®å nÐn cña chóng ®Ó c¸c d¶i tÇn sè mµ c¶m thÊy lµ quan träng nhÊt ®−îc kh«i phôc mét c¸ch chÝnh x¸c nhÊt. Mäi sai lÖch tÝn hiÖu ph¶i ®−îc ®−îc ®−a vµo trong c¸c b¨ng tÇn mµ c¶m thô cña con ng−êi cã t¸c ®éng Ýt nhÊt. Tr−íc khi tiÕp tôc nãi ®Õn c¸ch cÊp ph¸t bit, ta ®−a ra mét ph©n tÝch to¸n häc vÒ hÖ thèng m· b¨ng con. T×m hiÓu mét sè tiÕp cËn ®Ó thiÕt kÕ c¸c nh¸nh bé läc cho viÖc m· b¨ng con. Ph©n tÝch to¸n häc chñ yÕu dùa trªn c¸c kh¸i niÖm biÕn ®æi Z [1] 3.5-ThiÕt kÕ c¸c nh¸nh bé läc Ta sÏ ph©n tÝch mét c¸ch chÆt chÏ, lÊy mÉu trªn, lÊy mÉu d−íi, vµ c¸c phÐp tæng hîp. B¾t ®Çu b»ng mét sè ký hiÖu. Gi¶ sö cã mét d·y x0, x1, x2, ... chia d·y nµy thµnh 2 d·y con: x0, x2, x4, ... vµ x1, x3, x5, ..., sö dông l−îc ®å nh− h×nh 3.5, víi z-1 t−¬ng øng víi mét bé trÔ cho mét mÉu vµ ↓M lµ ký hiÖu lÊy mét mÉu con b»ng mét thõa sè M. Qu¸ tr×nh lÊy mÉu con nµy ®−îc gäi lµ lÊy mÉu d−íi (downsampling hoÆc decimation). D·y ban ®Çu cã thÓ ®−îc kh«i phôc l¹i tõ hai d·y lÊy mÉu d−íi b»ng c¸ch chÌn thªm c¸c gi¸ trÞ “0” vµo gi÷a c¸c mÉu kÒ nhau cña c¸c d·y con, gi÷ chËm nh¸nh trªn cïng víi mét mÉu vµ céng hai d·y l¹i víi nhau. Thªm c¸c gi¸ trÞ “0” vµo gi÷a c¸c mÉu kÒ nhau ®−îc gäi lµ lÊy mÉu trªn (upsampling) vµ ®−îc ký hiÖu ↑M. Qu¸ tr×nh kh«i phôc ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 3.6. x0 x1 x2 … x0 x2 x4 0 x1 x3 x5 H×nh 3.5 m« t¶ viÖc lÊy mÉu d−íi ↓2 ↓2 z-1 50 Tæng qu¸t ho¸ vÊn ®Ò nµy, cã hÖ thèng nh− h×nh 3.7. D·y nguån ®Çu ra ®−îc cung cÊp b»ng mét bé läc d¶i thÊp lý t−ëng vµ mét bé läc d¶i cao lý t−ëng, mçi bé läc cã ®é réng b¨ng th«ng lµ π/2. Gi¶ sö d·y nguån ®Çu ra cã d¶i th«ng lµ π. NÕu tÝn hiÖu nguån ban ®Çu ®−îc lÊy mÉu theo tû lÖ Nyquist, khi ®ã ®Çu ra mçi bé läc nöa thÊp vµ nöa cao d¶i th«ng cña d·y ban ®Çu ®· thùc sù ®−îc lÊy mÉu b»ng mét hÖ sè 2. Do vËy, cã thÓ lÊy mÉu con c¸c tÝn hiÖu nµy bëi hÖ sè 2 mµ kh«ng mÊt th«ng tin. §Õn ®©y nhËn ®−îc 2 d¶i cã c¸c ®Æc tÝnh kh¸c nhau vµ cã thÓ ®−îc m· kh¸c nhau. D−íi ®©y ta xÐt c¸ch thùc hiÖn cña hÖ thèng nµy trong ph¹m vi tÇn sè. B¾t ®Çu bëi thùc hiÖn lÊy mÉu d−íi x0 x2 x4… x0 0 x2 0 x4… 0 x1 x3 x5… 0 0 x1 0 x3 0 x5… 0 x1 x2 x3… H×nh 3.6 m« t¶ viÖc lÊy mÉu trªn ↑2 ↑2 z-1 + H×nh 3.7 m« t¶ tæng qu¸t qu¸ tr×nh ph©n tÝch vµ tæng hîp thµnh hai b¨ng dïng m¹ch läc lý t−ëng Z-1 LPF lý t−ëng HPF lý t−ëng ↓ 2 ↑ 2 Encoder 1 Encoder 2 Decoder 1 Decoder 2 ↓ 2 ↑ 2 LPF lý t−ëng HPF lý t−ëng Z-1 + 51 3.5.1. lÊy m©u d−íi: §Ó nhËn ra c¸c c¸c ¶nh h−ëng cña viÖc lÊy mÉu d−íi, ta sÏ thùc hiÖn biÕn ®æi Z cña d·y ®· lÊy mÉu d−íi tõ d·y ban ®Çu. §Ó cã thÓ nhËn biÕt vµ h×nh dung nh÷ng g× ®ang x¶y, ta sÏ dïng vÝ dô b»ng mét d·y nguån mµ cã h×nh d¹ng tÇn sè nh− trong h×nh 3.8. Víi d·y nµy ®Çu ra cña c¸c bé läc lý t−ëng sÏ cã h×nh thï nh− h×nh 3.9 BiÓu diÔn d·y ®· ®−îc lÊy mÉu d−íi lµ {wi,n}. BiÕn ®æi Z W1(z) cña d·y wi,n lµ: ( ) nn zwzW −∑= ,11 (3.11) PhÐp to¸n lÊy mÉu d−íi cã nghÜa r»ng: w1,n=y1,2n (3.12) §Ó t×m biÕn ®æi Z cña d·y nµy, thùc hiÖn 2 b−íc. §Þnh nghÜa d·y: ( ) njnn yey ,1,1 121 π+=′ (3.13) ⎩⎨ ⎧= l¹i cßn n ch½n n ,0 ,,1 ny (3.14) cã thÓ viÕt ph−¬ng tr×nh (3.13) nh− sau: X(ejω) π/2 π ω H×nh 3.8. m« t¶ phæ tÇn mét tÝn hiÖu ®Çu vµo Y1(e jω) Y2(ej ω) π/2 ω π/2 π ω H×nh 3.9. m« t¶ phæ tÇn ®Çu ra c¸c bé läc 52 ( )( ) nnn yy ,1,1 1121 −+=′ Tuy nhiªn, biÓu diÔn quan hÖ trong ph−¬ng tr×nh (3.13) lµm cho dÔ dµng ph¸t triÓn h¬n trong tr−êng hîp mµ chia nguån ®Çu ra nhiÒu h¬n 2 d¶i con. BiÕn ®æi Z cña ny ,1′ nhËn ®−îc lµ: ( ) ( )∑∞ −∞= −+=′ n n n jn zyezY ,11 12 1 π (3.15) gi¶ thiÕt r»ng tÊt c¶ c¸c tæng héi tô, ( ) ( )∑∑ ∞ −∞= −−∞ −∞= − +=′ n nj n n n n zeyzyzY π ,1,11 2 1 2 1 (3.16) ( ) ( )zYzY −+= 11 2 1 2 1 (3.17) ®Ó cã ph−¬ng tr×nh (3.17) ta ®· sö dông biÕn ®æi: e-jπ = cos(π) - jsinπ= -1. Chó ý r»ng: nn yw 2,1,1 ′= (3.18) ( ) .2,1,11 ∑∑ ∞ ∞− −∞ −∞= − ′== nn n n n zyzwzW (3.19) Thay m = 2n, ta cã: ( ) .2/,11 ∑∞ ∞− −′= mm zyzW (3.20) ( )2/11 zY ′= ( ) ( ).2121 2/112/11 zYzY −+= (3.21) NÕu ta thùc hiÖn®¬n gi¶n ho¸ b»ng c¸ch biÓu diÔn biÕn ®æi Z cña w1,n trùc tiÕp theo y1,n vµ sö dông m = 2n , ph−¬ng tr×nh t−¬ng ®−¬ng víi ph−¬ng tr×nh (3.20) sÏ chøa c¸c chØ sè lÎ cña y1,n, mµ ta nhËn ra nã kh«ng xuÊt hiÖn ë ®Çu ra cña bé lÊy mÉu d−íi. Trong ph−¬ng tr×nh (3.20), còng nhËn ®−îc c¸c chØ sè lÎ cña ny ,1′ , tuy nhiªn, nh÷ng ®iÒu kiÖn nµy ®Òu b»ng “0” (xem (3.13)), th× chóng cã mÆt trong biÕn ®æi Z. 53 Thay z = ejw nhËn ®−îc: ( ) ( ) ( ). 2 1 2 1 2/ 1 2/ 11 jwjwjw eYeYeW −+= (3.22) Dùng ®å thÞ cho Y1(e jw) cho h×nh 3.9 ta nhËn ®−îc d¹ng phæ nh− h×nh 3.10. Ta thÊy r»ng d¹ng phæ tÇn cña tÝn hiÖu lÊy mÉu d−íi lµ mét d¹ng phæ ban ®Çu bÞ kÐo dµi ra. T−¬ng tù víi tr−êng hîp tÝn hiÖu ®· lÊy mÉu d−íi w2,n. 3.5.2. LÊy mÉu trªn. XÐt ®iÒu g× x¶y ra khi lÊy mÉu trªn. Mét d·y lÊy mÉu trªn V1,n cã thÓ ®−îc viÕt nh− sau: ⎩⎨ ⎧= ch½n. n lÎ n ,0 ,2/,1 ,1 n n w v (3.23) BiÕn ®æi Z cña V1(z) lµ: ( ) ∑∞ −∞= −= n n n zvzV ,11 (3.24) ∑∞ ∞= −= -n lÎ n nn zw 2/,1 (3.25) ∑∞ −∞= −= m m m zw 2 ,1 = W1(z 2). (3.26) Trong h×nh 3.11 BiÓu diÔn “ph¸c ho¹” chuçi trong miÒn thêi gian trë thµnh nÐn trong miÒn tÇn sè. §iÒu nµy dÉn ®Õn kÕt qu¶ lµ nh©n ®«i phæ tÇn trong ®o¹n [0, π]. KÕt qu¶ cña sù nh©n ®«i nµy ®−îc gäi lµ lÊy ¶nh. Lo¹i bá ¶nh b»ng c¸ch sö dông mét bé läc d¶i thÊp lý t−ëng ë ®Ønh nh¸nh vµ mét bé läc d¶i cao lý t−ëng ë cuèi nh¸nh. π/2 π ω H×nh 3.10. Phæ tÇn cña tÝn hiÖu sau khi ®· ®−îc lÊy mÉu d−íi 54 ViÖc sö dông c¸c bé läc tr−íc khi lÊy mÉu lµm gi¶m d¶i th«ng, lÇn l−ît cho phÐp thùc hiÖn viÖc lÊy mÉu d−íi ®Ó lo¹i aliasing, nh÷ng bé läc nµy ®−îc gäi lµ c¸c bé läc anti-aliasing. Bëi chóng ph©n tÝch nguån ®Çu ra thµnh c¸c thµnh phÇn nhá h¬n, chóng còng ®−îc gäi lµ c¸c bé läc ph©n tÝch. Nh÷ng bé läc sau khi thùc hiÖn viÖc lÊy mÉu trªn ®−îc sö dông ®Ó t¸i t¹o l¹i tÝn hiÖu ban ®Çu. Do ®ã, chóng ®−îc gäi lµ bé läc tæng hîp synthesis. Còng cã thÓ biÓu diÔn nh÷ng bé läc nµy khi thªm vµo gi÷a c¸c gi¸ trÞ kh¸c “0” ®Ó kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu t¹i ®iÓm mµ ta ®· thªm c¸c gi¸ trÞ “0”. Do vËy, nh÷ng bé läc nµy ®−îc gäi lµ bé läc néi suy. MÆc dï sö dông c¸c bé läc lý t−ëng gióp chóng ta x©y dùng l¹i mét c¸ch hoµn thiÖn nguån ®Çu ra, nh−ng trong thùc tÕ kh«ng tån t¹i nh÷ng bé läc nh− vËy. Khi ta sö dông nh÷ng bé läc trong thùc tÕ ®Ó thay thÕ c¸c bé läc lý t−ëng, th× nhËn ®−îc kÕt qu¶ kh«ng râ rµng (dÉn ®Õn mÐo). Môc d−íi ®©y t×m hiÓu tr−êng hîp nµy vµ tr×nh bµy c¸ch lµm gi¶m hoÆc lo¹i bá mÐo nµy. 3.6-Kh«i phôc hoµn thiÖn sö dông c¸c nh¸nh bé läc 2-kªnh Gi¶ sö thay thÕ bé läc d¶i thÊp lý t−ëng trong h×nh 3.7 b»ng mét bé läc thùc tÕ h¬n víi phæ tÇn nh− h×nh 3.12. D¹ng phæ ®Çu ra cña bé läc d¶i thÊp ®−îc biÓu diÔn trong h×nh 3.13. V1(e jω) π/2 π ω H×nh 3.11 m« t¶ phæ tÝn hiÖu lÊy mÉu trªn f0 f f0 f H×nh 3.12 Phæ tÇn ®Çu ra cña bé läc lý t−ëng vµ thùc tÕ 55 Chó ý r»ng hiÖn ta cã c¸c gi¸ trÞ kh¸c “0” víi nh÷ng tÇn sè lín h¬n π/2. NÕu chia thµnh hai mÉu con, th× lÊy mÉu tèi thiÓu nhá h¬n hai lÇn tÇn sè cao nhÊt, hoÆc nãi mét c¸ch kh¸c, sÏ lÊy mÉu nhá h¬n tû lÖ Nyquist. §iÒu nµy sÏ dÉn ®Õn mÐo aliasing, nã sÏ thÓ hiÖn khi kh«i phôc tÝn hiÖu. §iÒu nµy sÏ x¶y ra t−¬ng tù khi ta thay thÕ bé läc d¶i cao lý t−ëng b»ng bé läc d¶i cao trong thùc tÕ. §Ó kh«i phuc mét c¸ch hoµn thiÖn sau khi tæng hîp, th× cÇn thiÕt ph¶i lo¹i bá hÕt nh÷ng ¶nh h−ëng cña aliasing. Ta sÏ xÐt nh÷ng ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt ®Ó thªm vµo c¸c bé läc H1(z), H2(z), K1(z), vµ K2(z) ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy. Nh÷ng ®iÒu kiÖn nµy ®−îc gäi lµ ®iÒu kh«i phôc hoµn thiÖn (perfect reconstruction - PR). 3.7- CÊp ph¸t bit Mçi khi t¸ch nguån ®Çu ra thµnh c¸c d·y, ta cÇn ph¶i qña quyÕt lµ cã bao nhiªu c¸ch m· ®−îc sö dông ®Ó m· ®Çu ra cña tõng bé läc tæng hîp. Nãi mét c¸ch kh¸c, cÇn ph¶i thay ®æi c¸ch cÊp ph¸t c¸c bits phï hîp gi÷a c¸c d·y b¨ng V1(e jω) π/2 ω H×nh 3.13. m« t¶ phæ ®Çu ra cña bé läc gi¶i thÊp Y1,n W1,n V1,n U1,n Xn X ∧ n Y2,n W2,n V2,n U2,n H×nh 3.14 S¬ ®å khèi hÖ thèng ph©n tÝch vµ tæng hîp cã sö dông bé läc hoµn thiÖn H1(z) K1(z) ↓2 ↑2 H2(z) K2(z) ↓2 ↑2 + 56 tÇn. Trong môc nµy sÏ tr×nh bµy vÒ mét c¸ch ph©n phèi bit lµm sao tËp trung vÒ quanh c¸c d¶i b¨ng tÇn nhiÒu th«ng tin. Ta b¾t ®Çu víi mét sè ký hiÖu. Tæng c¸c bits BT cÇn thiÕt ®Ó ph©n phèi cho M b¨ng tÇn. Gi¶ sö R t−¬ng øng víi tû lÖ trung b×nh sè bits/mÉu cho toµn hÖ thèng, vµ Rk lµ tû lÖ trung b×nh cña k b¨ng tÇn. B¾t ®Çu víi tr−êng hîp ®Çu vµo ®−îc ph©n tÝch thµnh M d¶i b»ng nhau, mçi d¶i ®−îc biÓu diÔn d¹ng thËp ph©n bëi mét thõa sè cña M. Cuèi cïng gi¶ sö biÕt vÒ hµm tû lÖ sai lÖch cña tõng d¶i. Ta còng gi¶ sö r»ng ®é sai lÖch tho¶ m·n sai lÖch tæng lµ tæng cña ph©n bè sai lªch tõng d¶i. CÇn t×m ph©n phèi bit Rk tho¶ m·n: ∑ = = M k kRM R 1 1 (3.27) vµ sai sè kh«i phôc l¹i lµ gi¶m ®Õn møc tèi ®a. Mçi gi¸ trÞ cña Rk t−¬ng øng mét ®iÓm trªn ®−êng cong biÓu diÔn tû lÖ sai lÖch. C©u hái ®Æt ra lµ ®iÓm nµo trªn ®−êng cong tû lÖ mÐo cña tõng b¨ng tÇn mµ ta thùc hiÖn tèi thiÓu ho¸ sai sè trung b×nh. Cã mét sù c©n b»ng gi÷a tû lÖ vµ sai sè. NÕu gi¶m tû lÖ (tøc lµ, chuyÓn ®−êng cong biÓu diÔn tû lÖ sai sè xuèng d−íi), sÏ t¨ng ®é mÐo. T−¬ng tù, nÕu muèn chuyÓn vÒ phÝa bªn tr¸i trªn ®−êng cong tû lÖ sai sè vµ tèi thiÓu ho¸ sai sè, th× ng−îc l¹i t¨ng tû lÖ ®ã lªn. CÇn thiÕt cã mét c«ng thøc ®Ó kÕt hîp c¶ tû lÖ, ®é sai sè vµ sù c©n b»ng gi÷a chóng. C«ng thøc mµ ta sö dông dùa trªn mét bµi b¸o n¨m 1988 cña Yaacov Shoham vµ Allen Gersho . §Þnh nghÜa hµm Jk: Jk = Dk + λR'k (3.28) Víi Dk lµ ph©n phèi mÐo cña b¨ng tÇn thø k vµ λ lµ tham sè Lagrangian. §©y lµ con sè mµ chóng ta muèn tèi thiÓu ho¸. Trong biÓu thøc nµy tham sè λ chØ sù c©n b»ng. NÕu chóng ta chØ muèn tèi thiÓu ho¸ ®é mÐo, th× chóng ta cÇn thiÕt lËp λ lµ mét gi¸ trÞ nhá. NÕu chóng ta chØ muèn tèi thiÓu ho¸ tû lÖ, th× ®Ó gi¸ trÞ λ lµ lín. Chóng ta cã thÓ chØ ra r»ng c¸c gi¸ trÞ Dk vµ Rk ®Ó tèi thiÓu ho¸ 57 Jk khi ®é nghiªng cña ®−êng cong tû lÖ mÐo lµ λ. Do vËy, nhËn ®−îc mét gi¸ trÞ λ vµ hµm tû lÖ mÐo, ngay lËp tøc chóng ta x¸c ®Þnh gi¸ trÞ Rk vµ Dk. 3.8-øng dông m· tiÕng nãi - G.722 G.722 lµ ®Ò xuÊt cña ITU-T, cung cÊp mét kü thuËt m· b¨ng réng cho c¸c tÝn hiÖu tiÕng nãi dùa trªn m· b¨ng con. Môc ®Ých c¬ b¶n cña khuyÕn nghÞ nµy lµ ®Ó phôc vô tiÕng nãi chÊt l−îng cao 64kbps. Kü thuËt nµy còng ®−a ra 2 kiÓu kh¸c ®Ó m· víi tèc ®é ®Çu vµo 56 vµ 48 kbps. C¸c kiÓu nµy ®−îc sö dông khi cÇn thiÕt mét kªnh phô. KiÓu thø nhÊt phôc vô kªnh phô 8 kbps; kiÓu thø 2 cho kªnh phô 16 kbps. TiÕng nãi ®Çu ra hoÆc tÝn hiÖu radio ®−îc läc ë tÇn sè 7 kHz ®Ó chèng aliasing, sau ®ã ®−îc lÊy thµnh 16.000 mÉu/gi©y. Chó ý r»ng tÇn sè c¾t cho bé läc anti-aliasing lµ 7 kHz, kh«ng ph¶i 8 kHz, thËm trÝ chóng ta lÊy 16.000 mÉu/gi©y. Mét lý do ë ®©y lµ ng−ìng cña bé läc anti-aliasing kh«ng dÔ nhËn ra gièng nh− bé läc d¶i thÊp. Do vËy, thµnh phÇn tÇn sè cao nhÊt ë ®Çu ra bé läc sÏ lín h¬n 7 kHz. Tõng mÉu ®−îc m· dïng mét bé l−îng tö ho¸ ®ång bé 14-bit. Víi bé l−îng tö nµy ®Çu vµo 14-bit ®−îc ®−a qua mét nh¸nh cña 2 bé läc FIR hÖ sè lµ 24. C¸c hÖ sè cña bé läc QMF d¶i thÊp ®−îc chØ ra trong sau h0, h23 3.66211 x 10 -4 h1, h22 - 1.34277 x 10 -3 h2, h21 - 1.34277 x 10 -3 h3, h20 6.46973 x 10 -3 h4, h19 1.46484 x 10 -3 h5, h18 - 1.90430 x 10 -2 h6, h17 3.90625 x 10 -3 h7, h16 4.41895 x 10 -2 h8, h15 - 2.56348 x 10 -2 h9, h14 - 9.82666 x 10 -2 h10, h13 1.16089 x 10 -1 h11, h12 4.73145 x 10 -1 58 C¸c hÖ sè cña bé läc QMF d¶i cao cã thÓ nhËn ®−îc tõ quan hÖ: hHP, n = (-1) nhLP, n (3.29) Bé läc th«ng thÊp cho qua tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn tÇn sè trong d¶i tõ 0 ®Õn 4 kHz, trong khi ®ã bé läc th«ng cao cho qua tÊt c¶ c¸c tÇn sè cßn l¹i. §Çu ra cña c¸c bé läc ®−îc lÊy mÉu d−íi theo hÖ sè 2. C¸c d·y lÊy mÉu d−íi ®−îc m· sö dông c¸c hÖ thèng ADPCM (Adaptive Differential PCM). HÖ thèng ADPCM ®ã m· ®Çu ra ®· lÊy mÉu d−íi cña bé läc tÇn sè thÊp dïng 6 bits/mÉu, víi tuú chän bá bít tèi thiÓu 1 hoÆc 2 bits LSB ®Ó cung cÊp cho kªnh phô. §Çu ra cña bé läc th«ng cao ®−îc m· sö dông 2 bits/mÉu. V× 2 bit cã ý nghÜa thÊp nhÊt (LSB) cña ®Çu ra bé l−îng tö ho¸ cña d¶i thÊp hÖ thèng ADPCM cã thÓ bá vµ khi ®ã th× kh«ng thÓ nhËn, c¸c bé thÝch nghi vµ dù ®o¸n c¶ bªn truyÒn vµ bªn nhËn ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch chØ sö dïng 4 bits cao nhÊt (MSB) cña ®Çu ra bé l−îng tö ho¸. NÕu tÊt c¶ 6 bits ®Òu ®−îc sö dông trong khi m· b¨ng con tÇn sè thÊp, th× cuèi cïng tèc ®é cña chóng lµ 48 kbps cho d¶i thÊp. V× d¶i cao ®−îc m· 2 bits/mÉu, nªn tèc ®é ®Çu ra cho d¶i cao lµ 16 kbps. Do vËy, ®Çu ra tæng cho hÖ thèng b¨ng con ADPCM lµ 64 kbps. PhÝa bªn nhËn, sau khi gi¶i m· b»ng bé gi¶i m· ADPCM, tõng tÝn hiÖu ®Çu ra ®−îc lÊy mÉu trªn b»ng c¸ch thªm vµo gi¸ trÞ 0 sau mçi mÉu. C¸c tÝn hiÖu ®· lÊy mÉu trªn ®−îc ®−a qua c¸c bé läc ®Ó t¸i t¹o l¹i. Nh÷ng bé läc nµy lµ ®ång nhÊt víi c¸c bé läc sö dông ph©n tÝch tÝn hiÖu. C¸c hÖ sè bé läc t¸i t¹o l¹i d¶i thÊp chØ ra trong b¶ng 3.1, vµ c¸c hÖ sè bé läcd¶i cao cã thÓ nhËn ®−îc tõ c«ng thøc (3.29). 59 Ch−¬ng 4. NGHI£N CøU THIÕT KÕ , CHÕ T¹O THIÕT BÞ NGO¹I VI NÐN phæ tÝn hiÖu tho¹i 4.1/ §Æt vÊn ®Ò: Nh− trªn ®· nãi tÝn hiÖu tho¹i sè ho¸ cã hµng lo¹t −u ®iÓm chÝnh so víi tÝn hiÖu t−¬ng tù, nh−: - Kh¶ n¨ng chèng nhiÔu , söa sai , t¸i sinh. - Kh¶ n¨ng ghÐp kªnh , giao tiÕp. - Kh¶ n¨ng xö lý nhê linh kiÖn c«ng nghÖ hiÖn ®¹i. - Kh¶ n¨ng b¶o mËt b»ng c¸c kho¸ m· sè vv…. Tuy vËy viÖc më réng d¶i th«ng yªu cÇu lµm h¹n chÕ øng dông tho¹i sè ho¸ trªn c¸c kªnh tiªu chuÈn. Th«ng th−êng cho mäi kªnh tho¹i sè tèc ®é truyÒn sè liÖu lµ 64Kbit/s. §©y lµ chuÈn quèc tÕ xuÊt ph¸t tõ viÖc lÊy mÉu 8000 lÇn/s vµ m· ho¸ mçi mÉu b»ng 8 bit ( 1 byte ). Mét dßng sè liÖu nh− vËy trong thùc tÕ kh«ng thÓ truyÒn qua c¸c kªnh tiªu chuÈn , rÊt khã kh¨n c¶ víi c¸c thiÕt bÞ ë d¶i UHF. Cã nh÷ng tiªu chuÈn thÊp h¬n cho viÖc truyÒn tho¹i sè ho¸. Mét thÝ dô lµ hÖ thiÕt bÞ tho¹i sè mËt KY8/28 cña Mü. ë ®©y tÇn sè lÊy mÉu gi¶m xuèng 6khz vµ mçi mÉu m· b»ng 3 bit. Viªc sö dông mét bé nÐn gi·n t−¬ng tù cho phÐp chÊt l−îng tiÕng cña KY8 kh¸ trung thùc. Tèc ®é truyÒn SL cì 15 ÷ 20 KC cßn cã thÓ ®¹t ®−îc nhê mét kü thuËt kh¸ ®¬n gi¶n h¬n ®ã lµ : ®iÒu chÕ DELTA ( nh− ®· xÐt ë ch−¬ng 2 ). §iÒu chÕ DELTA víi c¸c biÕn thÓ cña nã cã thÓ t¹o mét dßng sè liÖu tho¹i cì 15Kbit/s nh−ng khi gi¶m xuèng giíi h¹n 10Kbit/s chÊt l−îng tho¹i gi¶m m¹nh , ®ßi hái ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p xö lý ®Æc biÖt. Trë l¹i vÊn ®Ò truyÒn tÝn hiÖu tho¹i sè qua kªnh tiªu chuÈn , cã thÓ nãi r»ng ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nÇy cÇn mét cè g¾ng theo hai h−íng : - NÐn dßng sè liÖu tho¹i cµng nhiÒu cµng tèt. 60 - T¨ng kh¶ n¨ng truyÒn sè qua kªnh. ë h−íng mét trªn thÕ giíi ®· cã nh÷ng hÖ thèng nÐn dßng sè liÖu tho¹i tíi 1200bit/s vµ cßn thÊp h¬n ë nh÷ng thiÕt bÞ ®ang nghiªn cøu thö nghiÖm ®ã lµ nhê sù ph¸t triÓn cña kü thuËt xö lý sè liÖu dùa trªn c¬ së Vocoder , LPC , l−îng tö ho¸ Vector ( Vector quantizer ) , kü thuËt m· thèng kª… C¶ c¬ së c«ng nghÖ ( ë møc rÊt cao ) vµ lý luËn liªn quan tíi vÊn ®Ò nµy cho kh¶ n¨ng nÐn dßng sè liÖu tho¹i ®Õn møc 1200 ÷ 2400 bit/s víi kü thuËt cña n−íc ta hiÖn nay lµ khã thùc hiÖn ®−îc nÕu chØ dïng c¸c ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng. Muèn nÐn ®−îc ë møc trªn , th−êng ph¶i dïng kü thuËt DSP (sÏ xÐt kü ë phÇn sau ). Víi c¸c biÖn ph¸p th«ng th−êng cña ta , chØ cã thÓ triÓn khai víi mét môc tiªu ®¬n gi¶n lµ nÐn sè liÖu xuèng cì 9600 ÷ 4800bit/s , sö dông kü thuËt xö lý sè vµ trªn c¬ së ph©n tÝch thèng kª dßng sè liÖu tho¹i gèc. Môc tiªu 9600 ÷ 4800 kh«ng ph¶I lµ ngÉu nhiªn mµ dùa trªn kh¶ n¨ng thùc tÕ cña c¸c modem truyÒn sè liÖu hiÖn ®¹i. C¸c modem truyÒn sè liÖu ngµy nay cã thÓ ®¹t tèc ®é 19200bit/s qua kªnh tho¹i th«ng th−êng , nh−ng ®é tin cËy cao, víi c¸c modem gi¸ thµnh rÎ chØ ë tèc ®é 4800 ÷ 9800bit/s. ViÖc sö dông c¸c modem truyÒn sè liÖu ®Ó truyÒn tho¹i lµ cã thÓ thùc hiÖn tèt, nh−ng ®ßi hái mét lo¹t biÖn ph¸p bæ trî, v× ta hiÓu r»ng c¸c modem tuyÒn sè liÖu ®−îc thiÕt kÕ chñ yÕu ®Ó nèi c¸c m¸y tÝnh víi nhau vµ ho¹t ®éng cña nã ®−îc m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn, kiÓm so¸t chÆt chÏ. Mét hÖ thèng tho¹i sè kh«ng thÓ bao gåm c¶ mét m¸y tÝnh, nh−ng l¹i ph¶i ®¶m nhiÖm c¸c chøc n¨ng mµ m¸y tÝnh vÉn thùc hiÖn ®Ó ®¶m b¶o vËn hµnh b×nh th−êng cña modem vµ hÖ truyÒn sè liÖu. Nh− vËy hÖ thèng tho¹i sè – sè qua kªnh – tiªu chuÈn (TSQKTC) sÏ gåm: - Khèi sè ho¸ vµ gi¶i (AD – DA). - Khèi ®iÒu khiÓn vµ nèi ghÐp. 61 - Modem (xem H×nh 4.1) Chó ý : a) Bé AD – DA bao gåm c¶ phÇn nÐn sè liÖu xuèng tèc ®é thùc tÕ cña Modem. b) Khèi nèi ghÐp vµ ®iÒu khiÓn thùc chÊt lµ mét bé vi xö lý chøa ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn modem, cã nhiÖm vô: - B¶o ®¶m khëi ®éng modem. - TiÕn hµnh ®Æt chÕ ®é kh¸c nhau cho modem. - Thùc hiÖn b¾t tay. CÊp xung Clock cho AD – DA vµ hÖ m·. 4.2/ nÐn dßng sè liÖu tho¹i theo h−íng xö lý sè – thèng kª. D·y sè ®Çu ra cña mét bé ®iÒu chÕ DELTA cã nh÷ng tÝnh chÊt ®Æc biÖt, cho phÐp tiÕn hµnh xö lý, nÐn dùa trªn ph©n tÝch thèng kª. C¸c tÝnh chÊt cña d½y DELTA: a) TÝnh kh«ng ®ång bé. b) §é thõa tÝch ph©n. c) §Æc tÝnh ph©n bè x¸c suÊt cña ®−êng xÊp xØ. C¸c tÝnh chÊt nµy thÓ hiÖn râ qua vÝ dô: Ta kÐo 1 ®o¹n N bit cña d·y Vector khi d·y nµy ®i vµo mét bé tÝch ph©n sÏ cã nh÷ng ®−êng xÊp xØ cã thÓ nh− sau: (h×nh 4.2) Gi¶ sö t¹i t0 ®iÖn ¸p ra cña bé tÝch ph©n lµ U0 Kªnh H×nh 4.1 A/D Modem D/A ®iÖn tho¹i Nèi ghÐp & ®iÒu khiÓn 62 Tõ t0 ®Õn tN , qua ®iÓm A cã thÓ cã 2 N kh¶ n¨ng ®−êng ®i kh¸c nhau. øng víi 2N tæ hîp m· tõ (00…0) ®Õn (11…1). Nh−ng do ®Æc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ DELTA vµ bé tÝch ph©n, c¸c quü ®¹o ®iÖn ¸p qua ®iÓm A sau N b−íc chØ cã thÓ nhËn 1 trong N+1 gi¸ trÞ tõ U(t0 )- N/2.U0 ®Õn U(t0)+N/2(U0) Ch¼ng h¹n nÕu N=4; U0=1; U(t0)=5V th× sau 4 b−íc T0. Ura(tN) chØ cã thÓ lµ 9,7,5,3,1V. Nãi c¸ch kh¸c, sè tr¹ng th¸I (®−êng ®I) cã thÓ lµ 5.5 tr¹ng th¸I nµy cã thÓ m· ho¸ b»ng 3 bit ( cßn d− 3 tr¹ng th¸i ). HÖ sè nÐn thùc tÕ trong tr−êng hîp nµy lµ 4/3=1,33. C«ng thøc hÖ sè nÐn lý thuyÕt tæng qu¸t lµ: Klt = N / lg2(N+1) cßn hÖ sè thùc th× nhá h¬n ( hoÆc b»ng ) hÖ sè nµy: Ktt = N / [lg2(N+1)]+1 nÕu N ≠ 2n –1 vµ Ktt = N / lg(N+1) nÕu N = 2 n –1 [lg2(N+1)] lµ phÇn nguyªn cña gi¸ trÞ lg2(N+1) thÝ dô: N+1 = 5 [lg2(N+1)] = 2 N+1 = 8 [lg2(N+1)] = lg2(N+1) = 3 D−íi ®©y lµ b¶ng hÖ sè nÐn trong c¸c tr−êng hîp N = 1 ®Õn 9 U (111..11) ΔUmax U0 ΔU0 (100..0110) (000..00) -ΔUmax (1011..0011) t0 tN t H×nh 4.2 63 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 lg2(N+1) 1 1,58 2 2,32 2,58 2,81 3 3,17 3,32 Klt(%) 100 127 150 172 194 214 233 252 271 Ktt(%) 100 100 150 133 167 200 233 200 225 Kkt(%) 100 100 100 100 100 200 200 200 200 Lra 1 2 2 3 3 3 3 4 4 TXL(T0) 1 2 6 12 15 3 21 4 36 B¶ng 4.1 Trong b¶ng 4.1 ngoµi Klt vµ Ktt cßn Kkt: hÖ sè nÐn kh¶ thi. §ã lµ hÖ sè nÐn cã thÓ ®¹t ®−îc khi chu kú xö lý lµ 1 −íc sè cña N, nãi c¸ch kh¸c ®©y lµ hÖ sè nÐn cã thÓ thùc hiÖn b»ng nh÷ng s¬ ®å kh«ng phøc t¹p. Lra lµ ®é dµi cña côm m· ®Çu ra. TXLlµ ®é dµi xö lý (tÝnh b»ng thêi gian cña 1 nhËp vµo T).Víi ®é dµi nµy s¬ ®å m· ho¸ ®¹t ®−îc hÖ sè nÐn Ktt . Ta cã nhËn xÐt: a-HÖ sè nÐn lý thuyÕt t¨ng dÇn theo N. Tøc lµ trªn lý thuyÕt côm xö lý cµng lín ta cã hÖ sè nÐn cµng m¹nh, ®iÒu nµy nghiÖm ®óng víi ®Þnh lý Shanon-Fano. b-HÖ sè nÐn thùc tÕ nhiÒu khi gi¶m khi N t¨ng ®Iòu nµy do quan hÖ to¸n häc gi÷a N vµ lg2(N+1). c-HÖ sè nÐn kh¶ thi t¨ng theo N, nh−ng trong tõng kho¶ng (thÝ dô N = 1÷5 ) Kkt kh«ng thay ®æi. d-§é dµi nhãm m· ra t¨ng theo N vµ còng cã nh÷ng kho¶ng (thÝ dô tõ N = 4÷7 ) lµ kh«ng ®æi. e-§é dµi xö lý ( ®Ó khai th¸c hÕt Ktt ) nãi chung t¨ng theo N nh−ng thay ®æi m¹ch tïy thuéc tÝnh chia hÕt cña N vµ Lra. 64 Dùa vµo b¶ng 4.1 vµ nhËn xÐt trªn cã thÓ chän N vµ hÖ sè nÐn trong tõng tr−êng hîp cô thÓ sao cho víi 1 s¬ ®å m· ®¬n gi¶n nhÊt (TXL min ) ta cã mét hÖ sã nÐn thÝch hîp. MÆc dï b¶ng 4.1 ®· chøa rÊt nhiÒu th«ng tin vµ c¸c quan hÖ thó vÞ, cã Ých cho ng−êi thiÕt kÕ (cÇn x©y dùng cho N ®ñ lín ) nh−ng cã nhiÒu ®Iòu ch−a thÓ hiÖn trùc tiÕp. ThÝ dô ph−¬ng ¸n chän N = 6 vµ N = 8 cã hÖ sè nÐn thùc tÕ nh− nhau , nh−ng ®é dµi Lra cña ph−¬ng ¸n N = 8 l¹i lín h¬n. Nh−ng nÕu kÓ ®Õn ®é mÒm dÎo, kh¶ n¨ng ph¸t triÓn th× ph−¬ng ¸n nµy tèt h¬n nhiÒu (cã 16 – 9 = 7 kho¸ m· dù phßng, cã thÓ dïng vµo môc ®Ých kh¸c nh− ®ång bé nhãm ). Ph©n bè x¸c suÊt cña tÝn hiÖu tho¹i DELTA. Sai sè thèng kª cña viÖc nÐn sè liÖu. Nh− ®· nãi trªn b¶n chÊt cña viÖc nÐn dßng sè liÖu DELTA lµ m· l¹i 2N kh¶ n¨ng ®−êng ®i cã thÓ cña tÝn hiÖu gi÷a hai ®iÓm t0 vµ tN b»ng lg2(N+1) bit th«ng tin. Nh− vËy hiÓn nhiªn ®©y lµ mét qu¸ tr×nh kh«ng thuËn nghÞch (1→1) cã nhiÒu tæ hîp m· gèc bÞ m· chung b¨ng mét m· ra. T¹i bé gi¶i m· sai sè trung b×nh sÏ lµ: δ = i=1ΣN+1j=1ΣNR*1Pi√ (Si2-Sj2) Trong ®ã: Si lµ thÓ hiÖn tÝn hiÖu dïng ®Ó biÓu diÔn chung cho c¸c m· cã cïng träng sè 1. Sj lµ c¸c thÓ hiÖn cô thÓ ë bé m· cã cïng träng sè j. Ri lµ sè l−îng c¸c thÓ hiÖn cã träng sè 1 b»ng i. B¶n chÊt cña viÖc gi¶i m· tèi −u lµ ë chç lµm cho δ cùc tiÓu, b»ng c¸ch t×m bé Si thÝch hîp. §iÒu nµy ph¶i dùa trªn c¬ së ph©n tÝch ph©n bè x¸c suÊt cña δj . Ph©n bè nµy cã d¹ng nh− h×nh 4.3 65 Kh«ng sa vµo c¸c c«ng thøc vµ thuËt to¸n phøc t¹p, ta cã thÓ nhËn xÐt ngay r»ng: Khi chän bé Si : -Chó träng c¸c tæ hîp cã träng sè xÊp xØ N/2. -ViÖc chän d¹ng cña tõng Si ph¶i chó ý c¸c b−íc sau: . dùa vµo ph©n bè P(j), chó ý vïng cã x¸c suÊt max. . d¹ng nµy cã ®é t−¬ng ®ång cao nhÊt víi ®−êng cong t¹i P(jm) Nh÷ng nhËn xÐt trªn gióp ta ®Þnh h−íng khi chän Si, còng lµ thiÕt kÕ bé gi¶i m· - gi·n DELTA. Bé nÐn – gi·n DELTA thùc nghiÖm cã c¸c tham sè nh− sau: N = 6 Klt = 2 Ktt = Kht = 1,5 LXL =12 TTrÔ = 12×(1/14400) gi©y S¬ ®å chøc n¨ng cña bé nÐn – z·n DELTA ®−îc vÏ ë h×nh 4.4 Nh− vËy, víi c¸ch ®Æt vÊn ®Ò ë trªn luËn v¨n ®· gi¶i quyÕt mét sè vÊn ®Ò kÜ thuËt nh»m t¹o nh÷ng tiÒn ®Ò ®Ó ph¸t triÓn theo h−íng nµy, cô thÓ lµ: a/ Nghiªn cøu lµm chñ c¸c MODEM truyÒn sè liÖu, dïng vµo môc ®Ých truyÒn tho¹i sè. b/ X©y dùng khèi ®iÒu khiÓn MODEM. c/ X©y dùng khèi nèi ghÐp MODEM víi bé sè hãa tho¹i. P(j) R(i) 1 jm=6 Ri=8 j N/2 N i H×nh 4.3 66 d/ X©y dùng thuËt to¸n m· vµ s¬ ®å nÐn sè liÖu tho¹i DELTA, dùa trªn c¸c ph©n tÝch thèng kª dßng sè liÖu tho¹i ®· sè hãa. e/ X©y dùng hÖ kho¸ m· Gi¶ NgÉu Nhiªn víi 250 tØ kho¸ (cã 255 kho¸ dÔ thay ®æi) kh«ng t−¬ng quan. f/ ChÕ t¹o 2 mÉu m¸y m· sè trªn c¬ së c¸c khèi kÓ trªn , víi tÝnh n¨ng: -§é che lÊp trªn kªnh : 100% -§é che lÊp chÐo kho¸ : 100% -ChÊt l−îng håi phôc : Kh¸ ( nhËn ®−îc giäng ng−êi nãi ). -Sè l−îng kho¸ : 14! -Dïng cho kªnh tho¹i tiªu chuÈn, trªn m¹ng tæng ®µi tù ®éng (QS vµ m¹ng thµnh phè). g/ Thao t¸c ®¬n gi¶n , sö dông thuËn tiÖn. 14400 9600 Bé nÐn Delta . . 9600 §ång bé Bé gi·n Delta H×nh 4.4 läc th«ng thÊp khuyÕch ®¹i ®iÒuchÕ Delta ph©n tÝch träng sè M· l¹i Clock NhËn m· L−u tr÷ mÉu thèng kª Sj DAC Läc th«ng thÊp vµ khuyÕch ®¹i 67 4.3/ NÐn tÝn hiÖu b»ng ph−¬ng ph¸p DSP: 4.3.1. C¬ së nÐn tÝn hiÖu b»ng DSP: Nh− phÇn trªn ®· nãi vÒ tÝnh −u viÖt cña tÝn hiÖu sè. Víi c«ng nghÖ DSP ®−îc thiÕt kÕ ®Ó chuyªn xö lý tÝn hiÖu sè, nªn cÊu tróc cña nã còng cã kh¸c chót Ýt so víi c¸c hÖ vi xö lý th−êng. Nh− hç trî m¹ch ®Öm vßng, c¸c lÖnh thùc hiÖn phÐp to¸n nh©n víi mét tæng, xö lý néi t¹i trong c¸c thanh chøa lµ 32bit hoÆc cao h¬n, cã RAM onchip, ROM onchip, cã chÕ ®é thùc hiÖn lÖnh theo kiÓu PipeLine, cã c¸c lÖnh cho phÐp quay, dÞch, ®¶o bit, bé tÝnh to¸n sè häc thùc hiÖn c¸c sè dÊu ph¶y ®éng…, rÊt mÒm dÎo thÝch hîp cho c¸c phÐp to¸n thùc hiÖn cho c¸c bé läc sè, lµ c¬ së ®Ó nÐn tÝn hiÖu Ngoµi ra ngo¹i vi trªn chip cßn cã cæng vµo ra ®ång bé, dÞ bé, song song , ph©n chia thêi gian (TDM) hay Host, cã c¸c tr¹ng th¸i ®îi ch−¬ng tr×nh, ®îi d÷ liÖu hay ®îi vµo ra. Nãi chung lµ hç trî rÊt lín cho c¸c phÐp to¸n trong xö lý tÝn hiÖu sè vµ giao tiÕp trong thêi gian thùc 4.3.2. Thùc hiÖn nÐn tÝn hiÖu tho¹i trªn vi m¹ch AMBE1000: Chip AMBE1000TM vocoder lµ mét bé m· ho¸ nÐn tiÕng nãi ®¬n chip, rÊt hiÖu qu¶ vµ mÒm dÎo víi chÊt l−îng tiÕng nãi cao ë tèc ®é thÊp ( cã thÓ lùa chän tõ 2400bps ®Õn 9600bps), thùc hiÖn trªn chÕ ®é song c«ng vµ thêi gian thùc. Digital Voice System Inc ®· ®−a ra kü thuËt nÐn tiÕng nãi AMBE (Advanced Multi Band Excitation) vµ ®· chøng minh lµ cã chÊt l−îng tèt h¬n c¸c ph−¬ng ph¸p CELP, RELP, VSELP, MELP, MP-MLQ, LPC-10… 4.3.2.1. Mét sè tham sè c¬ b¶n cña chip AMBE1000 vocoder. - M· ho¸ tiÕng nãi chÊt l−îng cao ë tèc ®é thÊp - Xö lý song c«ng - Hç trî c¸c tèc ®é tõ 2400bps ®Õn 9600bps, víi sè gia 50bps, cho phÐp lùa chän söa lçi - Cho phÐp chÌn t¹p ©m khi kh«ng cã tÝn hiÖu tiÕng nãi - Cho phÐp giao tiÕp song song hoÆc nèi tiÕp 68 - Cã chøc n¨ng lo¹i bá echo - Cã chÕ ®é tiÕt kiÖm nguån 4.3.2.2. S¬ ®å khèi ®iÒu khiÓn nÐn tÝn hiÖu tho¹i dïng AMBE 1000 vocoder 4.3.2.3. Nguyªn t¾c lµm viÖc chung: AMBE 1000TM cã hai thµnh phÇn riªng biÖt lµ m· ho¸ (Encoder) vµ bé gi¶i m· (Decoder). Bé m· ho¸ nhËn dßng sè liÖu ®· lÊy m·u tÇn sè 8khz cña tiÕng nãi tõ codec. Codec lµ mét bé biÕn ®æi AD/DA 16 bit tuyÕn tÝnh, 8bit luËt A hoÆc 8bit luËt μ. Sè liÖu ®Çu ra cña bé m· ho¸ cã c¸c tèc ®é kh¸c nhau tõ 2400 – 9600bps. Sè liÖu nµy cã thÓ cã cÊu tróc hoÆc kh«ng. Bé gi¶i m· thùc hiÖn ng−îc l¹i, nhËn dßng sè liÖu tõ phÇn ghÐp kªnh vµ tæng hîp l¹i ®Ó chuyÓn ®æi thµnh tiÕng nãi. V× sè liÖu vµo, ra phÇn ghÐp kªnh cña chip AMBE kh«ng ph¶i lµ sè liÖu chuÈn, ®Ó truyÒn sè liÖu trªn c¸c kªnh h÷u tuyÕn hoÆc v« tuyÕn ta ph¶i dïng mét bé vi xö lý thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng sau: - §iÒu khiÓn c¸c chÕ ®é ho¹t ®éng cu¶ chip AMBE - T¸ch c¸c d÷ liÖu tiÕng nãi tõ ®Çu ra bé m· ho¸, ®Þnh d¹ng l¹i ®Ó truyÒn lªn kªnh AD/DA (8Khz) D÷ liÖu ®· nÐn GhÐp kªnh giao tiÕp codec AMBE 1000 Encoder Decoder RS232 §iÒu khiÓn ( dïng 89C51) CLK 69 - NhËn d÷ liÖu tõ kªnh truyÒn, ®Þnh d¹ng l¹i ®Ó ®−a vµo bé gi¶i m·. 4.3.2.3. D¹ng sè liÖu vµo / ra ghÐp kªnh cña AMBE 1000 vocoder: D÷ liÖu ®Çu ra ghÐp kªnh cña AMBE 1000 cã hai kiÓu: cã cÊu tróc vµ kh«ng cã cÊu tróc. ThiÕt bÞ nÐn sö dông kiÓu cã cÊu tróc. §Çu ra d÷ liÖu cã cÊu tróc tõ 16 – 17bit trong mçi Frame 20ms. D¹ng cña mét khung d÷ liÖu vµo ra nh− h×nh vÏ sau: Header ID Flags Control Voice Data 16bit 8 8 48 192 ChØ khi chip AMBE ho¹t ®éng ë chÕ ®é 9600bps th× d÷ liÖu tiÕng nãi míi ®ñ 192bit, v× 9600bps: 50frame/s = 192bit/ frame. Khi tèc ®é thÊp h¬n 9600bps th× c¸c bÝt d÷ liÖu tiÕng nãi ®· m· ho¸ ®−îc ®Æt tõ bit cã träng sè lín nhÊt (MSB) trë vÒ sau, c¸c bit cßn l¹i kh«ng dïng ®Õn sÏ ®Æt b»ng “0”. VÝ dô víi tèc ®é 4800bps th× sè bit voice data trong mét khung lµ: 4800bps: 50frame/s = 96bit/frame C¸c bÝt nµy sÏ n»m ë 6 word ®Çu tiªn cña voice data Víi cÊu tróc sè liÖu nµy, nÕu truyÒn ®i tÊt c¶ c¸c sè liÖu cña mét frame th× tèc ®é sÏ lín. Ta cã thÓ chØ truyÒn ®i d÷ liÖu voice data. §Ó lµm ®−îc ®iÒu nµy cÇn t¸ch d÷ liÖu vµ ®Þnh d¹ng l¹i chóng. 4.3.2. X©y dùng thuËt to¸n nÐn tÝn hiÖu tho¹i trªn vi m¹ch AMBE1000 Víi ph©n tÝch trªn. Vi xö lý cÇn thùc hiÖn t¸ch d÷ liÖu cña voice data vµ ®Þnh d¹ng l¹i chóng ®Ó truyÒn ®i, ®ång thêi nhËn d÷ liÖu tõ kªnh truyÒn ®Þnh d¹ng l¹i ®Ó ®−a vµo AMBE 1000 ThuËt to¸n cña vi xö lý khi nhËn d÷ liÖu tõ AMBE 1000 nh− sau: 70 Begin §äc sè liÖu tõ T¸ch lÊy c¸c bit voice data KiÓm tra d÷liÖu xem ®ñ frame ? §Þnh d¹ng RS232 Ph¸t lªn kªnh End 71 L−u ®å cña VXL khi nhËn d÷ liÖu tõ kªnh truyÒn, ®Þnh d¹ng l¹i vµ ®−a vµo chip ch−a ®ñ Start NhËn d÷ liÖu tõ kªnh truyÒn KiÓm tra ®· xem ®ñ frame? §−a th«ng tin Header,ID, flags, control vµo §Þnh d¹ng giao tiÕp víi AMBE 1000 §−a d÷ liÖu vµo AMBE End 72 ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn cña hÖ vi xö lý trong khèi ®iÒu khiÓn - nèi ghÐp - chuyÓn m¹ch Më m¸y - Reset VXL §Æt tham sè cÊu h×nh cho c¸c Modem KiÓm tra tr¹ng th¸i khèi ADC vµ m¸y VT§ KÝch Modem a1 d·y khëi ®éng M KÝch Modem a1 d·y khëi ®éng S OK? KiÓm tra t×nh tr¹ng b¾t tay (Modem Ready?) OK? Chê møc kÝch ph¸t (PTT) OK? TruyÒn SL ®Õn Modem a1 Nèi ®Çu ra sè cña a1 ®Õn m¸y ph¸t VT§ N Y N Y Y N 73 ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn cña hÖ vi xö lý trong khèi ®iÒu khiÓn - nèi ghÐp - chuyÓn m¹ch (ChÕ ®é: thu - gi¶i m∙) Më m¸y - Reset VXL §Æt tham sè cÊu h×nh cho c¸c Modem KiÓm tra tr¹ng th¸i khèi ADC vµ m¸y VT§ KÝch Modem a1 d·y khëi ®éng M KÝch Modem a1 d·y khëi ®éng S OK? KiÓm tra t×nh tr¹ng b¾t tay (Modem Ready?) OK? Cã sè liÖu tíi (CD=1)? CD=1? TruyÒn SL tõ Modem a2 ®Õn Gi¶i m· Nèi ®Çu ra m¸y thu VT§ ®Õn Modem a1 N Y N Y N Y 74 KÕt luËn chung LuËn v¨n ®· thùc hiÖn ®−îc yªu cÇu ®Æt ra lµ x©y dùng m« h×nh sè t¹o tiÕng nãi. Tõ ®ã øng dông c«ng nghÖ còng nh− lý thuyÕt xö lý tÝn hiÖu sè trong nÐn tÝn hiÖu. Kh¸i qu¸t c¸c ph−¬ng ph¸p nÐn tÝn hiÖu tiÕng nãi míi nhÊt ®ang ®−îc øng dông thùc tÕ. Dùa trªn linh kiÖn DSP nÐn phæ tÝn hiÖu tiÕng nãi theo mét thuËt to¸n x©y dùng hÖ thèng giao tiÕp nÐn tiÕng nãi hoµn chØnh. MÆc dï ®· ®−îc sù gióp ®ì nhiÖt t×nh cña c¸c thÇy vµ ®Æc biÖt lµ TS NguyÔn ThÕ HiÕu ë Trung T©m KHKT vµ CNQS. Tuy nhiªn do thêi gian vµ tr×nh ®é cßn nhiÒu h¹n chÕ, h¬n n÷a ®©y lµ mét lÜnh vùc khã vµ ë n−íc ta c«ng nghÖ cßn thiÕu nªn luËn v¨n cã thiªn vÒ lý thuyÕt, ®¸nh gi¸ lùa chän gi¶i ph¸p. PhÇn thùc hµnh dùa trªn c¬ së hoµn thiÖn thiÕt bÞ ®· cã. Nh−ng luËn v¨n còng ®· hoµn thµnh ®−îc mét sè c«ng viÖc ®¸ng kÓ vµ ®óng thêi gian. Mét lÇn n÷a t¸c gi¶ xin c¶m ¬n sù gióp ®ì cña c¸c thÇy trong khoa vµ ®Æc biÖt lµ TS NguyÔn ThÕ HiÕu. 75 Phô lôc ******** Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cña vi xö lý ******** cho vi m¹ch nÐn Ambe 1000 dongbo equ 00h org 0000h jmp main org 0023h jmp thuphat org 0050h main: setb p2.6 setb p2.7 mov r6,#0 mov 60h,#13h mov 61h,#0ech mov 62,#0 mov 63,#0 mov 64,#0 mov 65,#0 mov 66,#0 mov 67,#0 mov 68,#0 mov 69,#0 mov r7,#18 mov r0,#70h l1: mov @r0,#0 djnz r7,l1 clr dongbo 76 mov scon,#72h mov tmod ,#20h mov th1,#26 mov ie,#80h main1: mov r2,#30h mov r3,#30h mov r4,#38h mov r5,#68h jnb p2.1,$ mov r7,#34 lap1: mov a,r2 mov r0,a clr p2.6 mov @r0,p0 setb p2.6 jb p2.4,$ inc r2 djnz r7,lap1 mov 39h,33h mov 63h,69h mov 69h,#0 mov r7,#34 lap2: mov a,r3 mov r0,a clr p2.7 mov p0,@r0 setb p2.7 77 jb p2.5,$ inc r3 djnz r7,lap2 setb es setb tr1 setb ti setb tf1 jmp main1 thuphat: jb ri,thu mov a,r4 mov r1,a phat: cjne r1,#40h,l2 clr ti jmp endi l2: mov sbuf,@r1 inc r4 clr ti jmp endi thu: mov r5,a mov r0,a clr ri jnb dongbo,bdb thutiep: mov @r0,sbuf inc r5 jmp endi 78 bdb: mov a,sbuf cjne a,#0,endi setb dongbo endi: reti end 79 **************************************************** * * * Ch−¬ng tr×nh nÐn phæ * * * *********************************************************** doc equ $2000 ra1 equ $8000 ra2 equ $c000 ra equ $4000 catx equ $20 catx1 equ $22 catx2 equ $24 catx3 equ $26 catx4 equ $28 catx5 equ $2a cata equ $2c nhap equ $70 n6 equ $f2 ma equ $ef00 mad equ $ee00 mah equ $ee00 ngay equ $40 gio equ $50 gio1 equ $60 cho equ $30 th1 equ $a0 th2 equ $9a tgcd equ $9b Org $e700 ; kIEM TRA RAM NOP NOP LDS #$1F8 LDAA #$7E CMPA N6 BNE XX1 ; STAA N6 DAU COM NGAY+4 LDAA NGAY+4 80 BEQ F78 JMP CHAY1 F78 JMP F7 XX1 STAA N6 LDX #$F0 X1 LDAA 0,X COMA COM 0,X CMPA 0,X BEQ X2 X3 LDAA $C000 BRA X3 X2 CLR 0,X DEX CPX #1 BNE X1 LDAA #$1 STAA GIO+1 LDX #$0100 STX GIO1+4 JMP F7 FAT JSR GC40 JSR HNGAY JDAA CHO BNE F1 LDX CATX3 LDAA #$0 FF2 STAA 0,X CLRA STAA RA1 STAA RA2 F1 JSR L10 BEQ FAT JSR GC40 JSR L10 BEQ FAT L13 CMPA #1 BEQ F33 BRA F4 L10 LDAA D0C1 COMA ANDA #$3 RTS ; F33 LDX CATX INX STX CATX LDX CATX3 INX STX CATX3 81 CPX #RA+6 BNE F77 F7 LDX #RA STX CATX3 JSR KTR STX CATX F77 CLR CHO JMP GCF KTR LDAA DOC1 ANDA #$4 BEQ P102 LDX #GIO RTS P102 LDX #GIO1 RTS F4 LDX CATX LDAA 0,X LDX CATX3 CPX #RA BEQ G1 CPX #RA+1 BEQ G2 CPX #RA+2 BEQ G3 CPX #RA+4 BEQ G3 G4 INCA CMPA #10 BCS G44 CLRA G44 LDX CATX STAA 0,X LDAA #$FF STAA CHO GCF LDX #16000 JSR GCC JMP FAT ; GCC LDAA N6 TST N6 DEX CPX #0 BNE GCC RTS GG4 LDX CATX LDAB 1,X CMPB #3 BCS G4 LDAB #$2 STAB 1,X 82 BRA G4 ; G1 CMPA #0 BEQ GG4 LDAA #$FF JMP G4 ; G2 CMPA #2 BCS G4 LDX CATX DEX LDAB 0,X CMPB #0 BEQ G4 LDAA #$FF BRA G4 G3 CMPA #5 BCS G4 LDAA #$FF JMP G4 P100 LDAA #GIO1 ADDA CATX3+1 STAA CATX+1 LDX #GIO1 BRA P101 ; HNGAY LDAA #49 JSR GC LDAA DOC1 ANDA #$4 BEQ P100 NOP NOP LDAA #GIO ADDA CATX3+1 STAA CATX+1 LDX #GIO P101 LDAA N6 ; HGIO STX CATX1 LDX #RA STX CATX2 HH10 LDX CATX1 LDAA 0,X JSR DOIMA INX STX CATX1 LDX CATX2 COMA STAA O,X 83 INX STX CATX2 CPX #RA+6 BNE HH10 RTS ; DOIMA STX CATX5 LDX #MA STX CATX4 STAA CATX4+1 LDX CATX4 LDAA 0,X LDX CATX5 RTS ; DOI LDAA 0,X LDAB 1,X ASLA ASLA ASLA ASLA ANDB #$F ABA ADDA #1 DAA STAA NHAP+19 TAB ANDA #$F STAA 1,X LSRB LSRB LSRB LSRB STAB 0,X LDAA NHAP+19 RTS DOI1 LDAA 0,X LDAB 1,X ASLA ASLA ASLA ASLA ANDB #$F ABA RTS CC6 LDAA GIO1+5 BNE CC7 LDAA #1 STAA GIO1+4 BRA CC8 84 CHAY1 LDAA GIO1+4 BEQ CC6 LDAA #1 STAA GIO1+4 LDAA #10 ADDA GIO1+5 CMPA #11 BCS CC7 CC8 LDAA #0 STAA GIO1+5 LDAA #10 CC7 STAA TGCD ; LDX #GIO JSR DOI1 CMPA #6 BCS CHIEU SANG LDX #GIO1 JSR DOI1 CMPA #0 BEQ CC3 STAA TH2 CMPA #5 BCS CC3 BRA CC1 CC3 LDX #$603 STX GIO1+1 CLR GIO1+3 CRL GIO1 LDX #$630 STX TH2 BRA CC2 CHIEU CMPA #5 BNE CC10 LDAA GIO+2 CMPA #3 BCC SANG CC10 LDX #GIO1 JSR DOI1 CMPA #0 BEQ CC4 STAA TH2 CMPA #5 BCC CC4 BRA CC1 CC4 LDX #$200 STX GIO1+1 STX TH2 CLR GIO1+3 CLR GIO1 85 BRA CC2 CC1 LDX #GIO1+2 JSR DOI1 STAA TH2+1 CS2 JSR KB JMP CHAY KB LDX TH2 STX TH1 LDAA TGCD STAA TH1+2 LDAA #$45 JSR CONG STX TH1+3 LDAA #5 STAA TH1+5 ; LDAA #5 JSR CONG STX TH1+6 LDAA #5 STAA TH1+8 LDAA #$45 JSR CONG STX TH1+9 LDAA TGCD STAA TH1+11 ; LDAA #$10 JSR CONG STX TH1+12 LDAA TGCD STAA TH1+14 LDAA #$45 JSR CONG STX TH1+15 LDAA #5 STAA TH1+17 ; LDAA #5 JSR CONG STX TH1+18 LDAA #5 STAA TH1+20 LDAA #$45 JSR CONG STX TH1+21 LDAA TGCD STAA TH1+23 ; 86 LDAA #$10 JSR CONG STX TH1+24 LDAA TGCD STAA TH1+26 LDAA #$45 JSR CONG STX TH1+27 LDAA #5 STAA TH1+29 ; LDAA #5 JSR CONG STX TH1+30 LDAA #5 STAA TH1+32 LDAA #$45 JSR CONG STX TH1+33 LDAA TGCD STAA TH1+35 RTS ; CONG ADDA TH2+1 DAA BCS CONG1 CMPA #$60 BCS CONG2 SUBA #$60 CONG3 STAA TH2+1 LDAA TH2 ADDA #1 DAA STAA TH2 LDX TH2 RTS CONG1 ADDA #$40 DAA JMP CONG3 CONG2 STAA TH2+1 LDX TH2 RTS ; CHAY JSR HNGAY JSR RASL ; LDAA #37 JSR GC LDAA NHAP ; 87 CH2 LDAA NHAP+3 CMPA #$F NOP NOP LDX NHAP+7 INX STX NHAP+7 CPX #978 BEQ CH22 ; LDAA #95 JSR GC NOP JMP CH2 CH22 LDAA #70 LSR GC CLR NHAP+7 CLR NHAP+8 JSR DEM LDAA #113 JSR GC BRA CHAY ; RASL LDAA NGAY BEQ H1 LDX #922 JSR GCC JMP CHUONG H1 STAA RA1 STAA RA2 LDX GIO+4 CPX #0 BEQ H2 LDX #922 JSR GCC CMPA 0,X CMPA 0,X RTS H2 LDX #GIO JSR DOI1 STAA TH2 LDX #GIO+2 JSR DOI1 STAA TH2+1 LDX #TH1 H22 STX TH2+2 LDX TH2+2 LDX 0,X CPX TH2 88 BEQ H21 TST N6 LDX TH2+2 H24 LDX TH2+2 INX INX INX CPX #TH1+36 BNE H22 H23 LDX #878 JSR GCC TXT 0,X TXT 0,X NOP LDAA NGAY BNE CHUONG TXT 0,X TXT 0,X TXT 0,X CMPA 0,X NOP RTS CHUONG CMPA 0,X LDAA #$FF STAA RA1 LDAA #$C0 STAA RA2 LDAA NGAY DECA STAA NGAY RTS H21 LDX TH2+2 LDAA 2,X STAA NGAY JMP H24 H8 LDX #908 JSR GCC CMPA 0,X CMPA 0,X CMPA 0,X RTS DEM LDX #GIO+4 JSR DOI CMPA #$60 BCC C1 LDAA #69 JSR GC TST NHAP 89 LDAA NHAP RTS C1 CLR 0,X CLR 1,X LDX #GIO+2 JSR DOI CMPA #$60 BCC C2 LDAA #60 JSR GC LDAA NHAP NOP RTS C2 CLR 0,X CLR 1,X LDX #GIO JSR DOI CMPA #$13 BCC GC LDAA #50 JSR GC TST NHAP LDAA NHAP NOP RTS C4 CLR 0,X LDAA #1 STAA 1,X LDX #$200 STX GIO1+1 STX TH2 CLR GIO1+3 CLR GIO1 JSR CC2 RTS LDAA #49 JSR GC TST NHAP TST NHAP GC NOP NOP DECA BNE GC RTS JSR GC TST NHAP TST NHAP RTS GC40 LDAB #20 GC41 LDAA #100 90 GC42 NOP NOP DECA BNE GC42 DCEB BNE GC41 LDAA CHO+2 INCA STAA CHO+2 CMPA #15 BNE GC43 CLR CHO2 COM CHO GC43 RTS 91 Tµi liÖu tham kh¶o [1] A Simple Approach to Digtal Signal Processing – Craig Marven & Gillian Ewers. 1996 [2] Discrete-Time Processing of Speech Signals – John G. Proakis & john R. Deller [3] Speech Coding – Thomas P. Barnwell & Craig H. Richardson [4] Kü ThuËt TruyÒn DÉn Sè – NguyÔn Quèc B×nh. HVKTQS 2001 [5] B¶n dÞch, viÕt tay vÒ m· ho¸ tiÕng nãi - NguyÔn Quèc B×nh. HVKTQS