Nguyên lý truyền thông

NGUYÊN LÝ TRUYỀN THÔNG 1 Nhóm 4 BÀI THUYẾT TRÌNH Hà nội ,10/10/2012 Thành viên nhóm 4 1. PHẠM VĂN THANH 2. PHẠM VĂN CƯỜNG 3. NGUYỄN XUÂN THÁI 4. NGUYỄN VĂN CƯỜNG 3 Degin by thanh pham 4 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ PCM 1. Mã hóa phi tuyến: Trình bày mã hóa nén – giãn tương tự luậtA, mã hóa nén-giãn số luậtA áp dụng cho tín hiệu thoại 2. Khôi phục tín hiệu tương tự 3. Băng thông tín hiệu PCM 4. Nhiễu tác động lên tín hiệu PCM Nén – dãn tín hiệu • Lượng tử hóa không đều ,áp dụng cho tín hiệu thoại • Khái niệm: • Thực hiện lượng tử hóa đều toàn bộ biên độ của tín hiệu đòi hỏi số lượng mức lượng tử hóa lớn -> số lượng bit mã hóa lớn. • Đưa ra qui luật lượng tử hóa không đều: nén biên độ tín hiệu về các giá trị nhỏ hơn giảm số lượng mức lượng tử hóa • Ở phía phát có bộ nén được đặt trước bộ mã hóa thì phía thu phải có bộ dãn đặt trước bộ giải mã • Tín hiệu đầu vào, đầu ra của bộ nén và bộ dãn đều là tín hiệu analog  bộ nén – dãn analog: sử dụng các phần tử phi tuyến • Tín hiệu đầu vào, đầu ra của bộ nén và bộ dãn đều là tín hiệu số bộ nén – dãn số: sử dụng các vi mạch 5 Nén – dãn analog: 6  LuậtA: sig(x) 𝑨|𝒙| 𝟏+𝒍𝒏𝑨 0≪ |𝒙| ≪ 𝟏 𝑨 Y= sig(x) 𝟏+𝒍𝒏𝑨|𝒙| 𝟏+𝒍𝒏𝑨 𝟏 𝑨 ≪ |x| ≪ 𝟏  Luật µ: Y = sig (x) 𝑳𝒏(𝟏+µ|𝒙|) 𝑳𝒏(𝟏+µ) -1≤ 𝒙 ≪ 𝟏  Trongđó: x=Vin/Vmax; Vmax: điệnápvàoứngvớiđiểmbãohòacủađặctínhbiênđộbộnén  Vin: điệnápvào (biếnthiêntừ 0÷2048Δ; Δ: mứclượngtửhóađều)  A là tham số nén A=87,6 (Thoại) ; sig(x) là hàm dấu của x ;µ = 255 (thoại) Đặc tuyến bộ nén và bộ giãn tương tự 7 Cấu tạo bộ nén – dãn analog  Hoạt động của bộ nén: 1. Tín hiệu vào bémột trong hai diode mở ít (điện trở lớn) tín hiệu rẽ mạch ítsuy hao bộ nén bé 2. Tín hiệu vào tăngđiện trở thuận diode giảmsuy hao bộ nén lớn biên độ vào càng lớn sẽ bị nén nhiều 8 V in V out V in V out Bộ nén Bộ dãn Nén-giãn số • Bộ nén số được đặt trong miền tín hiệu số của nhánh phát và bộ giãn số được đặt trong miền tín hiệu số của nhánh thu • Đặc tuyến bộ nén và bộ giãn số xây dựng dựa trên cơ sở đặc tuyến bộ nén và bộ giãn tương tự bằng cách gần đúng hóa đường cong đặc tuyến bộ nén và bộ giãn tương tự theo luật A và µ thành các đoạn thẳng gấp khúc 9 Đặc tuyến bộ nén-dãn số luật A (A=87,6/13) July 22, 2012 10 Nén – dãn số: 11 0  16 32 48 64 80 96 112 128 2048        1024512256 128 32 64 16 Vra Vvào VII VI V IV III II I 0 Dựa trên biểu thức toán học của bộ nén analog theo tiêu chuẩn châu Âu, bộ nénA=87,6/13 • Đặc điểm của đặc tính biên độ: Hình vẽ đặc tính biên độ thể hiện cho nhánh dương, nhánh âm đối xứng qua gốc tọa độ Biên độ chia thành 13 đoạn: Mỗi nhánh có 8 đoạn, đoạn I và đoạn II có cùng bước lượng tử hóa và có cùng độ dốc được ghép lại thành một đoạncòn 7 đoạn Hai đoạn bắt đầu từ gốc tọa độ có cùng độ dốc và cùng bước lượng tử hóa ghép thành 1 đoạn Trong mỗi đoạn được lượng tử hóa đều với 16 mức lượng tử hóa Sử dụng một bit b1 để mã hóa dấu của giá trị biên độ (biên độ mang giá trị âm và dương) Việc mã hóa biên độ tín hiệu chỉ cần quan tâm đến giá trị tuyệt đối 12  Lượng tử hóa trong đoạn: Mỗi đoạn được chia thành 16 mức lượng tử hóa với bước lượng tử hóa đều nhau, đánh số từ 0 đến 15  Bước lượng tử hóa của các đoạn khác nhau là khác nhau, bước lượng tử hóa của đoạn sau lớn hơn gấp đôi bước lượng tử hóa của đoạn trước liền kềlượng tử hóa không đều  So sánh bước lượng tử hóa đều Δ và không đều Δn: Δn = (V2n-V1n)/16 Trong đó: n là chỉ số thứ tự đoạn từ 0 đến 7 V2n,V1n: giá trị điện áp tại đầu đoạn và cuối đoạn thứ n 13 Mã hóa nén – giãn tương tự 14 Bảng nén – giãn tương tự luật A 15 Bảng nén – giãn tương tự luật A 16 Ví dụ mã hóa nén – giãn tương tự  Tín hiệu vào bộ nén – giãn tương tự luật A có giá trị 71. Xác định tổ hợp mã ra bộ nén và giá trị biên độ ra bộ giải mã.  X = 71 → Bit dấu là bit 0, mã đoạn là 010 và mã bước lượng tử hóa là 0001  Vậy: Tổ hợp mã ra bộ nén là 00100001 Giá trị biên độ ra bộ giải mã là 70 17 Mã hóa nén – giãn số 18 Bảng nén – giãn số luật A (12 bit – 7 bit) 19 Mã hóa: Ta thực hiện mã hóa đều thông thường được từ mã 13 bit ,sau đó thực hiện nén số 13 bit xuống còn 8 bit . Thực sự nén số 12 bit xuống còn 7 bit và bit cao là bit dấu phải được giữ nguyên . Giải mã: Ta thực hiện giải mã đều thông thường được từ mã 8 bit. Sau đó thực hiện giãn 8 bit thành 13 bit . Thực sự ta giãn 7 bit thành 12 bit vì bit cao nhất là bit dấu phải được giữa nguyên . 20 Ví dụ mã hóa nén – giãn số theo luật A  Một mẫu lượng tử hóa có giá trị là + 121.  Xác định từ mã PCM phát đi và giá trị mã đầu ra bộ giãn.  Mã hóa Tổ hợp mã vào bộ nén: 00000 1111001 →Mã nén: 0101110 Bit dấu là 0 Vậy ta có từ mã PCM 8 bit là 00101110  Giải mã Tổ hợp mã ra bộ giãn: 000001111010 Giá trị tuyệt đối mã đầu ra: 122 (Sai số = 1) 21 Thuật toán thực hiện mã hóa không đều Ta xét thuật toán này với luật A = 87,6 Gọi 3 bit đoạn là a, 4 bit bước lượng tử là b, x là giá trị lượng tử hóa đều của mẫu rời rạc 22 Thuật toán thực hiện mã hóa không đều  Mã hóa  Xác định bit dấu : là 0 khi x dương và là 1 khi x âm  Xác định a: a nhỏ nhất thỏa mãn |x| < 32.2a (0 ≤ a ≤ 7)  Xác định b: b nhỏ nhất thỏa mãn  Với 23 Thuật toán thực hiện mã hóa không đều  Giải mã  Giá trị tuyệt đối của mẫu khôi phục ở đầu ra của bộ giải mã là:  Bit dấu phải được giữ nguyên không thay đổi 24 Ví dụ mã hóa không đều dùng thuật toán Một mẫu lượng tử hóa có giá trị là + 121 Ta xác định được bit đầu là 0; a = 2, r= 57, b = 14 Vậy từ mã PCM 8 bit là 00101110 Nếu truyền từ mã đi, bên giải mã sẽ khôi phục được giá trị tuyệt đối là 22(14 + 33/2) = 122 25 Khôi phục tín hiệu ban đầu 26 Khôi phục tín hiệu ban đầu  Tại phía thu, tín hiệu số PCM được chuyển đổi thành tín hiệu analog qua 2 bước: giải mã và lọc. Tổng hợp hai quá trình xử lý này gọi là quá trình chuyển đổi D/A  Nếu tần số lấy mẫu không thỏa mãn định lý lấy mẫu thì không thể khôi phục tín hiệu ban đầu do ảnh hưởng hiện tượng chồng phổ 27 Khôi phục tín hiệu ban đầu 28 Khôi phục tín hiệu ban đầu Giải mã:  Tách các mã nhị phân 8 bit từ tín hiệu PCM  Chuyển mỗi từ mã nhị phân thành một xung lượng tử có biên độ tương ứng với số mức lượng tử của từ mã đó 29 Khôi phục tín hiệu ban đầu Lọc: Tín hiệu xung lượng tử được đưa qua bộ lọc thông thấp lý tưởng có tần số cắt 𝝎c Đầu ra bộ lọc này nhận được tín hiệu analog là tín hiệu liên tục theo thời gian nhờ nội suy giữa các mẫu kế tiếp nhau 30 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA TÍN HIỆU PCM 1. Băng thông của tín hiệu PCM 2. Ảnh hưởng nhiễu lên PCM BĂNG THÔNG CỦA THÔNG CỦA TÍN HIỆU PCM  Băng thông :để chỉ lưu lượng của tín hiệu điện được truyền qua thiết bị truyền dẫn trong một giây là bao nhiêu.  Băng thông và tốc độ bít có mối quan hệ với nhau  R là tốc độ bit (số bit truyền đi trong một giây của tín hiệu PCM)  (bit/s hay bps)  n là số bit của một từ mã PCM  fs là tần số lấy mẫu (chính là số mẫu trong một giây)  R = n x fs  Ví dụ : đối với thoại công cộng thì n = 8,  fs = 8 KHz; do đó R = 64kbps Hình a Hình b  Hình a: 1 bit  1 lần thay đổi mức =>BPCM ≥ 1/2 R = 1/2 n.fs  Hình b: 1 bit 2 lần thay đổi mức => BPCM ≥ R = n.fs  Để tránh chồng phổ thì fs ≥ 2B với B là băng thông của tín hiệu tương tự tương ứng  Vậy băng thông của PCM là: BPCM ≥ nB (hình a) ;BPCM ≥ 2nB (hình b)  BĂNG THÔNG CỦA TÍN HIỆU PCM LỚN HƠN BĂNG THÔNG CỦA TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ Ví dụ : Đối với tín hiệu thoại ,CCITT quy định tần số lấy mẫu là 8 KHz và độ dài từ mã là 8 bit . Vậy tốc độ của tín hiệu thoại số là 64 kbps. Do đó ,băng thông tối thiểu của tín hiệu thoại số là 32 KHz ,lớn gấp 8 lần so với băng thông của tín hiệu thoại tương tự là 4 KHz 35 Ảnh hưởng của các loai nhiễu lên PCM Có 2 loại nhiễu chính : 1. Nhiễu lượng tử hoá 2. Lỗi bít Nhiễu lượng tử hoá  Nhiễu gây ra bởi bộ lượng tử hoá M, mức ở bên mã hoá PCM  Thực tiễn :nhiễu lượng tử hoá chia 4 loại ở đầu ra : 1. Nhiễu quá tải 2. Nhiễu ngẫu nhiên 3. Nhiễu hạt 4. Nhiễu rung. Nhiễu quá tải xuất hiện khi điện áp đỉnh cuả tín hiệu tương tự vượt quá giá trị điện áp đỉnh lúc thiết kế  tín hiệu khôi phục ở đầu thu sẽ có đỉnh bằng phẳng gần với giá trị đỉnh thiết kế => tín hiệu bị méo Ví dụ méo nghe trong hệ thống điện thoại PCM khi có các mức điện áp cao xuất hiện như âm quay số, bận, tín hiệu nhấc máy Nhiễu ngẫu nhiên  tạo ra bởi lỗi lượng tử hóa thay đổi ngẫu nhiên nếu điện áp tín hiệutương tự vào không đủ lớn thì tỷ số S/N sẽ bị giảm. Nhiễu ngẫu nhiên nghe như một tiếng rít. Nhiễu hạt  Xuất hiện khi điện áp của tín hiệu tương tự giảm tương đối nhỏ so với giá trị thiết kế, làm cho tín hiệu lượng tử hóa gần như bằng phẳng ở mức 0. Nhiễu hạt nghe như tiếng lạo xạo. Có thể giảm nhiễu hạt bằng cách tăng số mức lượng tử hóa, nghĩa là tăng tốc độ bit của tín hiệu PCM hoặc là sử dụng lượng tử hóa không đều. Quan hệ mức lượng tử hóa ,độ dài từ mã PCM và băng thông cảu tín hiệu PCM 42 Nhiễu rung Xuất hiện khi điện áp của tín hiệu tương tự gần như là một hằng số nằm giữa hai mức lượng tử hóa cạnh nhau gây ra một tín hiệu sin không mong muốn ở tần số bằng một nửa tần số lấy mẫu ở đầu ra của hệ thống PCM. 44 Thanks you for listen ! 45 The end ! July 22, 2012 Footer text here 47