Sách hướng dẫn học tập: Xử lý âm thanh và hình ảnh - TS. Nguyễn Thanh Bình, ThS. Võ Nguyễn Quốc Bảo (Biên soạn)

Tài liệu này giới thiệu những kiến thức cơ bản về xử lý âm thanh và hình ảnh. Đặc biệt, tác giả chú trọng tới vấn đề xử lý tín hiệu ứng dụng trong mạng viễn thông: đó là các phương pháp nén tín hiệu, lưu trữ, các tín hiệu nén âm thanh và hình ảnh. Những kiến thức được trình bày trong tài liệu sẽ giúp học viên tiếp cận nhanh với các vấn đề thực tiễn thường gặp trong mạng viễn thông.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sách hướng dẫn học tập: Xử lý âm thanh và hình ảnh - TS. Nguyễn Thanh Bình, ThS. Võ Nguyễn Quốc Bảo (Biên soạn)HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG SÁCH HƯỚNG DẪN HỌC TẬP XỬ LÝ ÂM THANH VÀ HÌNH ẢNH(DÙNG CHO SINH VIÊN HỆ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC TỪ XA) Biên soạn: TS Nguyễn Thanh Bình ThS Võ Nguyễn Quốc Bảo LƯU HÀNH NỘI BỘ TP HỒ CHÍ MINH - 2007 LỜI NÓI ĐẦU Tài liệu hướng dẫn học tập môn Xử lý âm thanh và hình ảnh dành cho khối đào tạo từ xachuyên ngành điện tử viễn thông. Tài liệu này giới thiệu những kiến thức cơ bản về xử lý âmthanh và hình ảnh. Đặc biệt, tác giả chú trọng tới vấn đề xử lý tín hiệu ứng dụng trong mạng viễnthông: đó là các phương pháp nén tín hiệu, lưu trữ, các tiêu chuẩn nén tín hiệu âm thanh và hìnhảnh. Những kiến thức được trình bày trong tài liệu sẽ giúp học viên tiếp cận nhanh với các vấn đềthực tiễn thường gặp trong mạng viễn thông. Vì khối lượng kiến thức trong lĩnh vực xử lý âm thanh cũng như hình ảnh rất lớn, trong tàiliệu hướng dẫn chỉ có thể nêu lên một số vấn đề chính. Để tìm hiểu sâu và rộng hơn học viên phảinghiên cứu thêm trong các sách tham khảo được tác giả đề cập tới trong phần cuối của tài liệunày. Đây là lần biên soạn đầu tiên, chắc chắn tài liệu còn nhiều sơ sót, rất mong các bạn đọctrong quá trình học tập và các thày cô giảng dạy môn học này đóng góp các ý kiến xây dựng. Tp. Hồ Chí Minh 10/11/2007 Nhóm biên soạn Biên soạn phần xử lý âm thanh: ThS Võ Nguyễn Quốc Bảo Biên soạn phần xử lý hình ảnh: TS Nguyễn Thanh BìnhChương 1 Giới thiệu chung về xử lý tín hiệu CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XỬ LÝ TÍN HIỆU 1.1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ LÝ THUYẾT CƠ BẢN Xử lý tín hiệu là lĩnh vực khoa học được nghiên cứu và phát triển trong một thời gian dài.Hệ thống xử lý tín hiệu tương tự cũng như xử lý tín hiệu số được ứng dụng rất rộng rãi trongngành viễn thông cũng như trong nhiều ngành khoa học khác. Trong những năm gần đây, cácphương pháp xử lý tín hiệu số đang dần chiếm ưu thế, cho dù, về mặt bản chất, tín hiệu nguyênthủy được truyền đi và tín hiệu mà người nhận tin có thể tiếp thu được vẫn là tín hiệu tương tự.Xu hướng phát triển trên hình thành do hệ thống số có nhiều tính năng nổi trội của so với các hệthống analog cổ điển: 1. Các hệ thống xử lý số có độ linh hoạt cao: có thể nhanh chóng thay đổi cơ chế hoạt động của phần cứng thông qua phần mềm điều khiển. 2. Độ ổn định cao, ít chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh, tính chất của hệ thống số hầu như không thay đổi theo thời gian. 3. Khả năng xử lý tín hiệu với độ chính xác cao. Tín hiệu số cho phép lưu trữ và sao chép nhiều lần với mức độ tin cậy cao. Khả năng chống nhiễu của tín hiệu số cao hơn so với tín hiệu tương tự. 4. Thời gian thiết kế và thi công các hệ thống số nhanh, kích thước nhỏ gọn, mức tiêu hao năng lượng thấp v.v. Trước đây, do tốc độ xử lý của máy tính còn chậm, việc xử lý các tín hiệu phức tạp nhưtín hiệu âm thanh chất lượng cao hay tín hiệu ảnh số không thể thực hiện được trong thời gianthực. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử,nhược điểm nêu trên đã được khắc phục. Ví dụ điển hình là DSP xử lý ảnh và âm thanh cao cấpcủa hãng Texac Instrument TMS320DM6446 Digital Media System-on-Chip làm việc với tần sốxung nhịp 594 Mhz, cho phép thực hiện nén video theo chuẩn MPEG-2 và MPEG-4 thời gianthực (http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tms320dm6446.html). Tốc độ xử lý của DSP nàylà 4752 MIPS (Million Instructions Per Second - MIPS). DSP TMS320DM6446 được tích hợp 4kênh biến đổi DAC (54MHz) để tạo các tín hiệu video tiêu chuẩn theo hệ NTSC/PAL, S-Videocũng như video thành phần (Component video). Giá thành của DSP xử lý video chuyên dụng nóitrên khoảng Chương 1 Giới thiệu chung về xử lý tín hiệuvẫn được mô tả dựa trên nền tảng lý thuyết xử lý tín hiệu tổng quát. Sau đây chúng ta nhắc lại mộtsố những khái niệm cơ bản về tín hiệu và hệ thống xử lý tín hiệu. 1.1.1 Tín hiệu và phân loại tín hiệu Tín hiệu do một thiết bị đầu cuối tạo ra, tín hiệu là biểu diễn vật lý (dòng điện, điện áp...)của tin tức, được truyền đi từ đầu phát đến đầu thu. Tín hiệu có thể được biểu diễn bằng một hàmcủa nhiều biến số: m(t ) = f (t , v, f , ϕ ) , f - tần số, t - thời gian, v - biên độ, ϕ - trạng thái pha. Khi phân loại tín hiệu ta có thể dựa trên các cơ sở khác nhau như phân loại theo năng lượng,hình thái, theo tính chất của phổ của tín hiệu v.v. Trong lý thuyết tín hiệu có hai lớp tín hiệu quan trọng đó là tín hiệu xác định và ngẫu nhiên.Tín hiệu xác định là tín hiệu có quá trình biến đổi biểu diễn bằng một hàm thời gian, và có thể xácđịnh chính xác ở mọi thời điểm. Các tín hiệu xác định có vai trò rất quan trọng trong lý thuyết tínhiệu cổ điển. Tín hiệu xác định còn chia ra thành tín hiệu tuần hoàn (theo chu kỳ T) và khôngtuần hoàn (phi chu kỳ).Tín hiệu tuần hoàn là những tín hiệu có thể biểu diễn bằng công thức nhưsau: x (t ) = x (t + kT ) k − nguyeân - tín hiệu này tuân theo quy luật lặp lại đều với chu kỳ T. Tín hiệu ngẫu nhiên là các tín hiệu mà không thể dự kiến trước hành vi của chúng theo thờigian và để biểu diễn chúng phải dựa trên lý thuyết thống kê. Trên thực tế, các tín hiệu thông tinđều mang tính chất ngẫu nhiên. Tín hiệu có thể có biên độ và biến thời gian (không gian) là rời rạc hay liên tục, do đóchúng ta còn phân biệt bốn loại tín hiệu sau: Tín hiệu Tín hiệu Tín hiệu Tín hiệu tương tự (analog) lượng tử rời rạc ...