Nén và xử lý số tín hiệu thoại

Lời nói đầu Hiện nay, việc số hoá các hệ thống thông tin liên lạc đã và đang được thực hiện mạnh mẽ ở trên thế giới cũng như ở Việt nam. Chính vì vậy mà xử lý tín hiệu và lọc số đã trở thành một lĩnh vực khoa học khá quan trọng. Nó được phát triển nhanh chóng bởi sự ra đời các vi mạch điện tử cỡ lớn VLSI làm nền tảng cho sự phát triển của phần cứng số chuyên dụng giá thành rẻ, kích thước nhỏ gọn, tốc độ tính toán cao, mềm dẻo linh hoạt, đáng chú ý là các chip chuyên cho xử lý số tín hiệu. ỨNG dụng của lĩnh vực khoa học này là rất to lớn, như xử lý tiếng nói, xử lý ảnh, Từ lâu, lĩnh vực nén tín hiệu tiếng nói đã được các nhà khoa học rất quan tâm nghiên cứu để ứng dụng cho mục đích quân sự, sau này phát triển cho cả các mục đích chung khác. Những kiến thức cơ bản về xử tín hiệu và lọc số là rất cần thiết để tiếp cận với ngành khoa học này. Nội dung của luận văn sẽ đề cập đến vấn đề nén tín hiệu tiếng nói và ứng dụng xử lý số để nén tín hiệu tiếng nói, bao gồm các phần sau: Chương 1: Cơ sở lý thuyết nén tín hiệu Chương này trình bày những lý thuyết chung nhất về nén dữ liệu Chương 2: Nén và xử lý số tín hiệu tiếng nói Chương này trình bày tổng quát các phương pháp nén tín hiệu tiếng nói và xử lý số tín hiệu tiếng nói, xây dựng mô hình số tạo tín hiệu tiếng nói dựa trên mô hình lý tưởng, từ đó dự đoán các tham số của tín hiệu tiếng nói, phân tích theo phương pháp tự tương quan. Chương 3: Nén tín hiệu tiếng nói bằng phương pháp mã hoá băng con Chương này tìm hiểu và trình bày phương pháp mã hoá băng con để nén tín hiệu tiếng nói, cũng như các bộ lọc băng đi kèm Chương 4: Thiết kế, chế tạo thiết bị ngoại vi nén phổ tín hiệu thoại là các chương trình và sơ đồ thiết kế Phần cuối cùng là kết luận và tài liệu tham khảo Mục lục Lời nói đầu 1 Chương 1: Cơ sở lý thuyết nén tín hiệu 4 1.1.Giới thiệu 4 1.2.Các kỹ thuật nén . 5 1.3.Đánh giá khả năng thực hiện 6 1.4.Kết luận 7 Chương 2Nén và xử lý số tín hiệu tiếng nói . 8 2.1Nén tín hiệu tiếng nói . 9 2.2Một số phương pháp cơ bản . 10 2.3Xử lý số tín hiệu tiếng nói 27 2.4Phương pháp dự đoán tuyến tính trong xử lí số tín hiệu tiếng nói . 36 2.5Kết luận 39 Chương 3 Nén tín hiệu tiếng nói bằng phươngpháp mã hoá băng con 40 3.1 Giới thiệu chung 40 3.2Cơ sở kỹ thuật mã hoá băng con 40 3.3Các bộ lọc 43 3.4Thuật toán mã băng con cơ bản . 45 3.5Thiết kế các nhánh lọc . 48 3.6Khôi phục hoàn thiện sử dụng các nhánh lọc hai kênh . 53 3.7Cấp phát bit . 54 3.8ỨNG dụng bộ mã tiếng nói G722 . 56 Chương 4 Thiết kế ngoại vi nén phổ tín hiệu thoại 58 Phục lục 72

pdf91 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 11/06/2013 | Lượt xem: 2536 | Lượt tải: 7download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nén và xử lý số tín hiệu thoại, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfNén và xử lý số tín hiệu thoại.pdf