Analog và Digital

[HD_HN]

Kỹ thuật tương tự (Analog)​

Ôn lại kiến thức lớp 12 một tí đã :

Âm thanh là gì ?

Khi ta cầm cái quạt mo khua khua thì nghe có tiếng vù vù.
Đó là vì : khi ta khua là ta đã làm cho không khí xung quanh cái uạt mo co dãn. Sự co dãn này truyền đến vùng không khí lân cận rồi truyền đến tai ta. Ở đây, sự co dãn không khí sẽ làm cho màng nhỉ rung động. Tiếp tục, sự rung động này làm phát sinh tín hiệu thần kinh truyền lên não. Lại tiếp tục, chính những tín hiệu thần kinh cho ta cảm giác âm thanh.

Khi ta “hét” vào Micro thì hiện tượng gì xảy ra ?

Khi ta nói trước micro thì lực của không khí tác động vào micro cũng thay đổi. Ở đây, micro đóng vai trò như màng nhỉ. Khi đó điện áp ở 2 đầu micro sẽ thay đổi theo lực của không khí.
Rõ ràng,Sự thay đổi của điện áp này sẽ tương tự với sự rung động của màng nhỉ. kỹ thuật tương tự ( Analog) được đặt tên vì lý do như vậy đó - từ “tương tự” đã phản ảnh bản chất .

Nhưng cũng chính vì nó “tương tự” quá nên nó dễ bị nhiễu chi phối ,bất kỳ sự thay đổi nào của điện áp này điều có ý nghĩa. Nhiễu sẽ làm cho biên độ tín hiệu thay đổi. Đây chính là nguồn gốc nhược điểm của kỹ thuật tương tự. Nó rất dễ bị nhiễu xâm nhập.

Các bạn thấy nó y như phép tính cộng vậy !
Tín hiệu không bị nhiễu cho ta tiếng hát
Còn tín hiệu nhiễu cho cảm giác xì xì
Suy ra : tín hiệu bị nhiễu cho ta cảm giác tiếng người và tiếng xì .
Khi kết hợp 2 tín hiệu lại thì ta chỉ có 1 tín hiệu. Ở 1 thời điểm, vị trí của màng nhỉ là cố định.

Ví dụ : Khi ta nói chữ “hát” ứng với tín hiệu làm cho màng nhĩ tai của chúng ta phình ra ở mức 3 (giả sử, chia độ phình của màng nhĩ thành nhiều mức - giả sử thôi nhé )
Ngay tại thời điểm nói chữ “hát” bất ngờ có 1 thằng nào nói chen vào chữ “chán” – coi như nó là nhiễu đi, chữ “chán” này tương ứng sẽ làm cho màng nhĩ tai phình ra ở mức 2
Vậy cái màng nhĩ tai của ta phình ra theo lệnh của ai ? “hát” hay “chán”
Màng nhĩ không thể phình ra mức 3 (chữ “hát”)rồi sau đó cụp lai rồi phình ra ở mức 2 (chữ “chán”) tại cùng 1 thời điểm .
Vậy nó sẽ thể hiện cả 2 tại 1 thời điểm bằng cách phình ra ở mức 5 (=2+3)

Sở dĩ, có như vậy là do não ta có khả năng phân tích âm thanh. Do đó, đủ thứ trộn lại nhưng ta vẫn phân biệt được. Cái này thì cũng tùy thôi, Ví dụ, mình có thể phân biệt được giọng nói của 2 người nào đó nhưng nếu họ hát đồng ca thì bó tay chấm com.

Ở 1 thời điểm, vị trí màng nhỉ là xác định, phụ thuộc vào tổng sự tác động của tiếng nói và tiếng xì. Tín hiệu điện cũng vậy!

Ví dụ nữa dễ hiểu hơn. Giả sử chơi kéo co. Ở 1 thời điểm, vị trí của dây là xác định và chỉ có 1 vị trí mà thôi! Vị trí của dây sẽ phụ thuộc vào lực của bên A và bên B tác động vào. Khi dây vừa ở A mà lại ở B thì chắc chắn dây đã bị …. đứt, he he he .Tương tự với âm thanh - cái màng nhỉ của bạn chắc là rách làm 2 miếng rồi! Một miếng lồi ra, 1 miếng lõm vô. Dễ hiểu không ? dễ nhỉ , hihihi
Ngôn ngữ chuyên ngành gọi đây là "nguyên lý chồng chập", có nhiều thì cứ chồng lên, chập lại ( xem hình minh hoa ở trên là cụ thể nhất )

Nhiễu là gì ?

Nhiễu thường là các tín hiệu ngẫu nhiên như sự chuyển động nhiệt của các electron,...
Khi nghe radio thì ta có thể nghe tiếng gió, tiếng hú, .. hoặc khi nghe băng cát-xét thì có tiếng xì xì thì đó chính là nhiễu. Khi ta nghe radio đài Hà Nội nhưng có khi có cả tiếng đài Hà Tây. Mặc dù rất nhỏ nhưng tiếng đài Hà Tây có thể gây khó chịu cho ta. Vậy nhiễu là tín hiệu mà ta không mong muốn (ta đang nói chuyện, 1 đứa nói lảm nhảm bênh cạnh, ta chửi nó : mày nhiễu nó vừa vừa thôi , he he he). Nguồn gốc của nhiễu có thể là sét, động cơ chổi quét, xung điện.... và đặc biệt là nhiệt độ, điện trở.. Suy ra, bất kỳ thiết bị analog nào cũng có nhiễu.

Nếu ta có 1 băng cát-xét Tuấn Vũ gốc xịn là A, rồi đem chép qua băng B ---> nhiễu của băng B sẽ nhiều hơn băng A. . Khi nghe nhạc từ máy A thì ta nghe nhạc của băng A mà cũng nghe luôn nhiễu của máy cat-xét vì bản thân nội tại máy cát-xét luôn có tạp âm – không tin cứ bật nguồn máy cát-xét lên mà xem, dù chưa mở băng đã có tiếng xì xì nho nhỏ rồi .
Nếu ta sang(chép) qua băng C thì nhiễu của băng C lại càng nhiều hơn băng A. Bởi vậy ai cũng mê đồ gốc - nhất là dân Tuấn Vũ Fan, đồ xịn là vậy. Máy cát-xét bao gồm 1 đầu từ và mạch khuếch đại. Chính mạch khuếch đại này đã thêm nhiễu vào tín hiệu. Khi đó, nếu ta ghi xuống băng B thì rõ ràng tín hiệu trên băng B cũng bao gồm nhiễu của máy cát-xét .

Đấy là băng cát-xét . Bây giờ anh em Tuấn Vũ Fan đa số chơi CD, nên phải nói về CD. Mà nói đến CD thì không thể nói đến kỹ thuật số - Digital.

Kỹ thuật số (Digital)

Trước khi đi chi tiết, ta hãy bàn về các hệ số
Cái số ta vẫn hay dùng để đếm tiền hằng ngày chính là hệ số thập phân đấy các bác ạ (hệ số 10) – “cóc cần nói đây cũng biết !“

Hệ số dễ hiểu là tập hợp những chữ số mà dùng để đếm.

Hệ 10 : 0 1 2 4 5 6 7 8 9 .
Ví dụ : 2008
Các con số trên chỉ bao gồm các chữ số (digit) trong hệ 10.

Quá trình đếm của hệ 10:
1-->2...... ->10>11....-->19-->20......
Ta thấy cứ đếm 10 lần thì được 1 chục. 19 =1 chục + 9 đơn vị. Thêm 1 đơn vị vô 19 --> 1 chục + 9 đơn vị + 1 đơn vị =1 chục + 1 chục = 2 chục = 20
19 +1= 10+9 +1= 10+ 9+1= 10+10 =20
Ví dụ : 90 + 10 = 9 chục + 1 chục = 10 chục ? 90 + 10 =100 . Vậy 10 chục thì được 1 trăm
Một chục trong hệ thập phân chỉ có 10 đơn vị.

Hệ nhị phân:
Chỉ gồm 2 chữ số: 0 và 1
Ví dụ : 110 – anh em ta nhìn chắc sẽ đọc là “một trăm mười” => sai bét, đọc đúng phải là “một một không”
Chữ số của hệ nhị phân được người ta gọi là bit (BInary digiT).
Ví dụ trên (110) là số có 3 bít

Quá trình đếm của hệ nhị phân:
0-->1-->10-->11....
Ta thấy 2 đơn vị thì được 1 chục.
Ví dụ : Tính 1001+1=?
1001+1 = 1000+1 +1=1000+(1+1)=1000+10=1010
Cứ 2 đơn vị thì được 10. 2 cái 10 thì được 100....
111 + 1= 100+10+1 +1
= 100+10 +1+1
= 100+10 +10= 100+100= 1000
Đi mua CD Tuấn Vũ mà tính kiểu nhị phân chắc lỗ to, mới chọn được 2 cái mà lão chủ cửa hàng đã tính tiền 10 cái , ha ha ha.


Chuyển đổi qua lại giữa hệ 10 và hệ 2

Ví dụ : số 19 (hệ số 10) là số bao nhiêu trong hệ số 2
Cách làm như sau : Lấy số hệ 10 chia cho 2, được bao nhiêu lại đêm chia tiếp cho 2, cứ thế bao giờ phép chia bằng 0 thì dừng lại . Chuỗi số dư (đọc ngược)trong các phép chia kia chính là dãy số hệ số 2 tương ứng .Trong ví dụ trên :
19 chia 2 = 9 dư 1
9 chia 2 = 4 dư 1
4 chia 2 = 2 dư 0
2 chia 2 = 1 dư 0
1 chia 2 = 0 dư 1

Chuỗi số dư đọc ngược (đọc từ dưới lên) thu được là 10011
Vậy 19 (hệ 10) = 10011 (hệ 2)

Ví dụ :
Số 1011 (hệ 2) bằng số mấy trong hệ 10 ?
Cách tính : từ bên phải hướng sang trái của dãy số, gán lần lượt các hệ số (gọi là * đi)bắt đầu từ 0 cho đến khi hết dãy số thì thôi .
Lấy chính các số trong dãy số đó nhân với (2 mũ *), cụ thể :

1 0 1 1
(3)(2)(1)(0)
1 x2mũ3 + 0x2mũ2 + 1x2mũ1 + 1x2mũ0
=8 + 0 + 2 + 1
=11
vậy 1011 (hệ 2) = 11 (hệ 10)

Nhiều anh em Tuấn Vũ Fan bây giờ thích sưu tầm đồ cổ là các băng cát-xét, rồi ghi ra đĩa CD để “lưu truyền cho hậu thế “, công việc như vậy chính là chuyển tín hiệu từ Analog sang Digital đó . Ta sẽ bàn tiếp đến chuyển đổi Tương tự (Analog) - Số (Digital)

 

[HD_HN]

Ðề: Analog và Digital

Biến đổi tín hiệu Analog & Digital​

Tín hiệu tương tự và tín hiệu số

Trong thực tế ta gặp rất nhiều trường hợp chuyển qua lại giữa tín hiệu tượng tự (Analog) và tín hiệu số (Digital)
Trong phần này tôi sẽ giới thiệu quá trình chuểyn đổi giữa 2 lạo tín hiệu này dưới dạng lý thuyết đơn giản
Phần này cũng sẽ giúp các bạn hiểu được các bit rate được tạo ra như thế nào và nó ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng tín hiệu thu được .

Phần trên là tín hiệu Analog (có dạng sóng hình sin), là 1 miền liên tục, có rất rất nhiều giá trị (trục thẳng đứng là biên độ tín hiệu, vì là liên tục nên có vô số giá trị - các bác học vi phân trong lớp 12 chắc biết rồi chứ ạ)

Phần dưới là tín hiệu Digital (có dạng các xung vuông) chỉ có 2 giá trị : 0 và 1

Mức 1 không nhất thiết phải điện áp dương hoặc lớn hơn mức 0 . Điện sao cũng được, miễn là có 2 mức khác nhau.
Ví dụ: 15V là mức 0 còn -5 là mức 1, tùy thuộc vào hệ thống. Có thể đặt mức theo khoảng điện áp, như từ 0V->3V là mức 0 ; từ 3V->6V là mức 1.Trên hình, có chỗ điện áp là 4V nhưng vẫn là mức 1. Nhiễu chỉ có thể tăng/giảm biên độ tín hiệu nhưng trong hệ thống số, tín hiệu chỉ có 2 mức nên 4V vẫn là mức 1. Rõ ràng, tín hiệu số có khả năng hạn chế nhiễu.

Nếu tín hiệu là 3V thì sao nhỉ ? Lúc đó, nó không xử lý -> treo máy , hihihi. Nói chung, người ta luôn chọn khoảng cách giữa mức 1 và mức 0 sao cho hệ thống vẫn hoạt động tốt với mức ảnh hưởng lớn nhất của nhiễu. Nhiễu thường bé lắm ! Cỡ mili vôn thôi !

Nhiễu nhỏ như vậy, cỡ mili vôn hoặc micrô vôn mà nghe cát-xét thì vẫn nghe tiếng xì ? Bởi vì tín hiệu đọc được bởi đầu từ thì cỡ vài mili vôn thôi! Mà nhiễu thì chỗ nào cũng ảnh hưởng, cũng xâm nhập được, tức là đầu từ cũng bị nhiễu. Do vậy, ở lúc đó, chỉ vài mili vôn nhưng ảnh hưởng rất ghê! Mới đọc từ băng lên chỉ có 10mV mà nhiễu tới 3mV rồi! Suy nghĩ 1 chút, ta thấy để đánh giá mức ảnh hưởng của nhiễu thì không thể dựa vào điện áp nhiễu. Tín hiệu 5V còn nhiễu vài 5mV thì không sao nhưng tín hiệu 200mV mà nhiễu cỡ vài mV là ghê ! Để đánh giá điều này, người ta sử dụng thông số S/N ( signal/noise ) , tức là tỷ số tín hiệu/nhiễu

Ví dụ 1 : S/N = 5V / 5mV = 1000
Ví dụ 2 : S/N= 200mV/ 5mV = 40
Rõ ràng, ví dụ 1 cho chất lượng tốt hơn vì mức tín hiệu gấp 1000 lần nhiễu (nhiễu quá nhỏ), ví dụ 2 tín hiệu gấp có 40 lần nhiễu (nhiễu tương đối là lớn)

Các bạn hay chơi Ampli, cát-xét, Equalizer chắc cũng hay nhìn thấy cái chữ “dB”, vậy nó là cái gì?
Ngoài cách đánh giá mức tín hiệu so với nhiễu như ở trên, còn có đại lượng PSNR
PSNR = 20lg S/N (peak signal to noise ratio )
Ví dụ 1 : PSNR = 20log 5V/5mV = 20log 1000 = 20x3 = 60dB
Tại sao phải lấy log ? Vì tai người, mắt người thường không tuyến tính, tức không tăng theo hàm bậc nhất .
Ví dụ : bạn nghe 1 âm thanh 2W và 8W thì chưa chắc gì có cảm giác lớn gấp 4 lần . Gía trị dB có thể âm vì sử dụng log mà, ví dụ lg (0/1000) = -2 . Khi đó thì nghe nhỏ hơn .Hàm lg là phép toán ngược với phép lũy thừa
102 = 100 =>lg 100= 2

Chắc nhiều người đang thắc mắc, vậy quá trình ghi và đọc đĩa CD nó diễn ra như thế nào ? Xin thưa là đại khái như sau :

Trong quá trình ghi đĩa CD, luồng tín hiệu dạng số được đưa vào đầu vào của tia lazer (chuỗi các bít 1 và 0, , ví dụ như là 100110111010 ….),gặp bít 0 thì tia lazer bắn 1 lỗ vào bề mặt của đĩa, còn bít 1 thì không bắn.
Khi đọc đĩa CD thì quá trình ngược lại, mắt thần (len) của đầu đọc đĩa sẽ phát ra tia lazer chiều vào mặt đĩa CD. Khi gặp lỗ trên mặt CD, tia lazer không bị phản xạ lại, đầu đọc hiểu đó là bít 0. Chỗ nào còn nguyên (không bị lỗ), tia lazer bị phản xạ ngược lại, mắt thần nhận được tia phản xạ đó, đầu đọc đĩa hiểu đó là bít 1.
Rõ ràng, với hệ thống tương tự, các máy móc phải được thiết kế để phân biệt rất nhiều mức tín hiệu. Trong khi đó, với hệ thống số, máy móc chỉ cần phân biệt 2 mức. Với 2 mức là rất dễ chế tạo. Ví dụ như, công tắc=đóng hoặc mở, đèn=sáng hoặc tắt, dây điện=dẫn hoặc ngưng, tụ điện= phóng điện hoặc nạp điện
Tóm lại, với đĩa CD thì cứ vô tư sao chép, miễn đĩa tốt thì không bao giờ xì xì do sao chép nhiều.
Chính vì thế nên nếu sao chép các file nhạc (không có convert) từ đĩa này sang đĩa kia, từ PC sang USB…. Thì không baio giờ mất chất lượng .

Chúng ta bắt đầu tìm hiểu cách biến 1 tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và ngược lại .

Lấy mẫu: (SAMPLING)

Có 1 đóng bài hát của Tuấn Vũ, lấy ngẫu nhiên 1 bài ra nghe rồi kết luận : đại ca hát hay quá => Cái đó là gọi là lấy mẫu đấy.

T1, T2... là các lần lấy mẫu. T1 là lần lấy mẫu thứ nhất, T2 là lần thứ 2 ….
t1, t2... là khoảng thời gian đẻ tiếp tục lấy mẫu tiếp theo, theo hình trên lần lấy mẫu thứ nhất T1 cách lần lấy mẫu thứ hai T2 một khoảng thời gian là t2.
Lấy mẫu là giai đoạn đầu của quá trình chuyển tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (tức điện áp ở micro thành điện áp số để lưu vô đĩa CD). Cứ sau 1 khoảng thời gian cố định, người ta đo mức tín hiệu tương tự - tất nhiên là thiết bị điẹn tử đ chứ có cha nào ngồi để đo được. Từ t1 đến t2, có vô số giá trị nhưng ta chỉ lấy “9V” làm giá trị đại diện. Tương tự cho các thời điểm khác. Vì sao không lấy hết các giá trị mà chỉ lấy ở thời điểm T1 ? Dễ hiểu thôi ! Vì sao không kiểm tra nguyên bao gạo mà chỉ lấy 1 nhúm ra coi rồi kết luận gạo ngon hay dở? Vì nhiều quá ! Nếu ta lấy mẫu hết thì rõ ràng ta cần nhiều đĩa để lưu trữ. Bởi vậy mà từ t1->t2, ta lấy 1 giá trị thôi !
Số lần lấy mẫu trong 1 giây gọi là tần số lấy mẫu (Sampling rate)
Ví dụ : Sampling rate f= 8KHz => T=1/f = 1/8000Hz = 0,125ms
Nghĩa là : cứ 0,125 giây thì người ta lại đo lấy mẫu một lần , tương đương 1 giây lấy mẫu 8000 lần . Kinh khủng .

Lượng tử hóa (Quantize)

Người ta chia điện áp đo được thành các mức Một mức đại diện cho 1 khoảng giá trị.
Ví dụ 16 mức
0 - 1V : mức 0
1V - 2V: mức 1
........
15V - 16V : mức 15

giả sử điện áp đo được là :
0.5V ---> mức 0 ,
1V ---> mức 1 ,
1.2V ---> mức 1 ,
3V ---> mức 3 ,
5.4V ---> mức 5 ,

Sau bước lượng tử hóa, miền giá trị của các điện áp đọc được là rất rộng sẽ trở thành 1 số giá-trị hữu hạn nhất định. Như ta thấy, 1V và 1.2V đều là mức 1 . Vậy ở bước này, 1 lần nữa ta lại làm sơ lược hơn tín hiệu.
-----Số lần lấy mẫu là vô hạn --> trong 1 khoảng thời gian thì chỉ lấy 1 số mẫu nhất định
----- giá trị của các mẫu lấy được là vô hạn ----> chia thành các mức và 1 khoảng giá trị sẽ được đại diện bởi 1 mức
Bước này, nói cho toán học 1 chút là " Ta rời rạc hóa tín hiệu". Đang là 1 đường liền tục thì biến thành 101010

MÃ HOÁ

Bước này đơn giản là ta đổi hệ 10 thành nhị phân. Sau đó, dĩ nhiên là truyền đi hoặc là lưu vô đĩa CD, đĩa cứng (nếu đang thu âm... )
Vd: lấy ví dụ trên, giả sử dùng 4 bit để mã hoá các mức .
0.5V ---> mức 0 (0000)
1V ---> mức 1 (0001)
1.2V ---> mức 1 (0001)
3V ---> mức 3 (0011)
5.4V ---> mức 5 (0101)
Luồng tín hiều thu được sẽ là 00000001000100110101
Thiết bị thu sẽ đọc lần lượt, dựa vào số bít dùng để mã hoá tín hiệu đã thống nhất từ trước, nó tách từng nhóm 4 bit trong dãy số trên ra, ví dụ 0000 nó hiểu là 0, 0001 là mức 1 …

Số các mức gọi là độ rộng của mẫu (Resolution, ), ví dụ trên độ rộng là 16 mức => dùng 4 bit nhị phân để lưu trữ.
Dùng 1 số nhị phân có 4 bit thì có tất cả 16 số nhị phân : 0001, 0010,....... 1111 . Bởi vì : 2 mũ 4 =16 . Muốn lưu trữ 256 số thì số bit cần dùng để mã hoá 8 (vì 2 mũ 8 = 256 )

Tốc độ lấy mẫu = (tần số lấy mẫu) x (độ rộng mẫu) . Tiếng Anh gọi là sampling rate
vd: 16khz x 8 bit = 16000 x 8 = 128000b/s = 128kb/s

He he, đến đây chắc mọi người biết bit rate bài hát được hình thành và tính toán ra sao rồi chứ .

Ở trên là quá trình tạo tín hiệu PCM. Khi bạn thu âm bằng micro vào PC, CD thì thực sự ta đang thực hiện quá trình trên. Bây giờ nhìn vào thông số như "PCM 44khz 16bits " thì chắc là bạn đã hiểu được ý nghĩa của chúng rồi chứ
Không biết có hiểu thật không, tôi cứ giải thích lại 1 lần nữa cho chắc, đó là
+ Tần số lấy mẫu (sampling rate) = 44KHz
+ Số bít dùng để mã hoá các mức tín hiệu = 16bít
=> Tốc độ (bit rate) = 44Khz x 16 bit = 44000Hz x 16 bit = 704000b/s = 704kb/s

Đó là quá trình biến đổi từ Analog sang Digital
Vậy có được file dạng Digital rồi, để đọc được nó ta phải làm sao
Qúa trình đi ngược lại so với quá trinhg trên mà thôi .

Giải mã :

Các bạn thấy sau khi giải mã thì ta thu được 1 đường gấp khúc trong khi đường gốc là 1 đường cong. Chuyện này dễ hiểu đúng không ?

Các bạn có thấy hình trên đường gấp khúc nhìn rõ lắm không ?
Cũng dễ thấy, nếu ta càng tăng tần số lấy mẫu, tăng độ rộng mẫu thì đường giải mã được sẽ càng mịn (trên hình : các đường nối giữa các lần lấy mẫu sẽ nhỏ lại, càng nhỏ ta càng thấy nó mịn hơn đúng không) và càng giống đường gốc. Điều này giải thích tại sao bitrate càng cao thì nghe càng hay, càng giống thực, vì kết quả tái tạo lại sẽ chính xác hơn.
Một ông tên là Nyquyst đã nghiên cứu và nói là tần số lấy mẫu lớn hơn 2 lần băng thông thì kết quả thu được là gần trung thực .

Ví dụ: tai người nghe 0Hz->20Khz,suy ra băng thông = 20khz-0hz = 20khz, vậy thì tần số lấy mẫu ít nhất phải là 2x 20khz =40khz. Thời nay, với đĩa DVD, người ta đã dùng tới 96kHz
Dù tần số lấy mẫu có tăng lên thì rõ ràng ta cũng mất thông tin. Ta đã không lưu trữ tất cả. Cái gì mà chuyển sang Digital thì đã cắt thành từng khúc hết rồi ! Khi đó chỉ có mất đi chứ không thể thêm ra. Bởi vậy đừng dùng phần mềm convert để tăng bitrate hay tần số lấy mẫu nhé các bác. Ảnh số cũng tương tự. Khi phóng to ảnh trên máy vi tính thì quá ghê ! Càng phóng càng ghê ! Quá trình scan hình cũng như trên đó! Người ta chia tấm hình thành những ô nhỏ, gọi là pixel. Trong 1 ô như vậy chắc cú là có nhiều điểm với màu khác nhau nhưng người ta chỉ lấy 1 màu làm đại diện. Dễ thấy, nếu số pixel cao và độ sâu màu cao thì ảnh sẽ đẹp và sắc nét. Với máy ảnh số thì màn hình bao gồm những cảm biến. Mỗi cảm biến là 1 pixel, màu của 1 cảm biến là màu của 1 điểm ảnh. Cảm biến là từ chỉ thiết bị cảm nhận được sự biến đổi. Nói chung, cái nào mà biến ánh sáng, nhiệt độ,.. thành điện thì là cảm biến (sensor). Ánh sáng, nhiệt độ,.. thay đổi thì điện cũng thay đổi theo là được. Và đều được gọi là thiết bị mặc dù nó nhỏ xíu

Tới đây, có thể mọi người thắc mắc là " Tại sao tín hiệu mất đi mà không cảm thấy như vậy" . Đó là vù nhanh quá nên mình khó nhận ra đấy!, tai người mà chứ có phải tai …. Đâu , hihihihi .

Kết luận:

- Bitrate, tần số lấy mẫu càng cao thì nghe càng hay
- Convert lại để tăng bit rate :
nếu dùng 1 file MP3 64kbs Convert lên MP3 128kbs hoàn toàn không hay thêm tí nào.
Nếu dùng 1 file MP3 64kbs 32kHz Convert lên MP3 128kbs 44kHz hoàn toàn không hay thêm tí nào.
- Hạn chế sự có mặt của thiết bị Analog trong quá trình xử lý/biên tập âm thanh/hình ảnh.

Các file WMA, MP3 , AAC, đều là dạng lossy(mất thông tin). Các encoder Mp3,... sẽ cắt bớt những phần mà tai người rất ít nhận ra, ví dụ như khoảng tần số cao từ 16khz-20khz, hoặc là trong lúc có rất nhiều âm to, nhỏ thì những âm nhỏ sẽ được bỏ đi .

Nói chuyện vui chút, các bạn chắc cũng đã mua đĩa ngoài chợ trời rồi đúng không ?Các bạn để ý 1 điều : đĩa VCD mua ở chợ thường là ca nhạc lồng thêm người mẫu ThaiLand hoặc phim đám đá hự hự. đó là do họ lồng vào bán cho chạy. Nguồn của mấy ông làm đĩa là trên mạng mà thôi ! Trên mạng thì là mp3, wma,.. đều là những dạng lossy . Sau đó, mấy ổng đó phải chuyển thành MPEG để ghi ra đĩa VCD. Mà MPEG lại là 1 dạng lossy . Hai lần lossy nên chất lượng kém là phải. Hehe, đúng nhỉ .

Chắc đến đây các bạn đã có chút ít hiểu biết thêm về lĩnh vục điện tử số, đặc biệt là liên qua trực tiếp đến các file MP3 Tuấn Vũ – tài sản vô giá của mình . Hy vọng nó giúp ích nhiều hơn nữa trong cuộc sống số muôn màu của chúng ta.

 

[HDVNAdmin]

Ðề: Analog và Digital

Một bài viết công phu, rất có ích cho ai muốn hiểu bản chất vấn đề. Cảm ơn bạn rất nhiều.

Văn phong của bạn hay lắm, nói đến kỹ thuật mà vẫn hài và không khô cứng, hấp dẫn người đọc theo cách mộc mạc chân phương.

 

[cuong.nomore]

Ðề: Analog và Digital

thanks bạn HD_VN bổ sung 1 vài viết công phu về Âm Thanh

 

[hayvedaybenanh]

Ðề: Analog và Digital

1 bài viết chất lượng, đến giờ em mới hiểu đc rõ bitrate là gì cảm ơn bác

 

[havu]

Ðề: Analog và Digital

Cám ơn bác, giờ e mơí hiểu được bitrate là gì, hôm nọ cứ ngồi nói linh tinh như phán vơí mấy đưá mà cứ ngở mình là superman.

E cám ơn a lần nưã.

 

[duongtrung]

Ðề: Analog và Digital

Các cao thủ nghe nhìn dần xuất chiêu đây. Thanks mate!

 

[hoangtuan_neu]

Ðề: Analog và Digital

Kết luận:

- Bitrate, tần số lấy mẫu càng cao thì nghe càng hay
- Convert lại để tăng bit rate :
nếu dùng 1 file MP3 64kbs Convert lên MP3 128kbs hoàn toàn không hay thêm tí nào.
Nếu dùng 1 file MP3 64kbs 32kHz Convert lên MP3 128kbs 44kHz hoàn toàn không hay thêm tí nào.
- Hạn chế sự có mặt của thiết bị Analog trong quá trình xử lý/biên tập âm thanh/hình ảnh.

Các file WMA, MP3 , AAC, đều là dạng lossy(mất thông tin). Các encoder Mp3,... sẽ cắt bớt những phần mà tai người rất ít nhận ra, ví dụ như khoảng tần số cao từ 16khz-20khz, hoặc là trong lúc có rất nhiều âm to, nhỏ thì những âm nhỏ sẽ được bỏ đi .

Chuẩn không cần chỉnh. Tks bác !

 

[HD_HN]

Ðề: Analog và Digital

Anh em ta lâu nay đã quá quên thuộc với các dạng file như là MP3, WAV, WMA, DAT, VOB .... hay như là 128kbps, 320kbps ... Nó như gắn liền với mỗi ai thích nghe, sưu tập và chia sẻ âm nhạc trên internet, các anh em bây giờ còn kén chọn như bitrate thấp chê ỏng chế eo, bitrate cao thì khoái bới vì ai chẳng biết Bitrate cao là nghe sướng lỗ tai hơn ,hay như ISO là giải pháp lưu trữ tốt nhất .

Nhưng, chắc trong số các anh em chúng ta ở đây, đâu phải ai cũng hiểu được gốc dễ của vấn đề, bản chất của các định dạng file trên ra sao, nó được hình thành như thế nào, tại sao nó có chất lượng cao thấp, dung lượng lớn nhỏ . Những ai đã được học qua chuyên ngành về Điện tử, Viễn thông, IT thì có lẽ không khó khăn để hiểu, nhưng còn các anh em khác để hiểu còn là cả 1 vấn đề nan giải .

Chính vì vậy, tôi mở Topic này để chia sẻ với mọi người 1 chút kiến thức liên quan đến điện tử số - đặc biệt là sẽ đi sát vào vấn đề AUDIO-VIDEO , tôi sẽ cố gắng dùng những từ ngữ phổ thông nhất bên cạnh những ví dụ, liên tưởng thực tiễn để giúp anh em tiếp thu 1 cách nhanh nhất . Cũng rất mong sự đóng góp của các anh em để mục đích quan trọng nhất ở đây được thực hiện : "PHỔ BIẾN KIẾN THỨC"

Âm thanh số : Định dạng nén mất dữ liệu & không mất dữ liệu​

Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu các dạng âm thanh gốc và nén (trong đó nén mất dữ liệu và không mất dữ liệu)

Trước tiên, ta tìm hiểu về âm thanh gốc cái đã :

1 CD Audio ( định dạng WAV ) được sử dụng chuẩn định dạng PCM (Pulse-Code Modulation)
Trong tin hiệu, Dạng sóng của tín hiệu Analog là dạng SIN, tín hiệu Digital là những những bậc cao thấp khác nhau 1 cách liên tục (kiểu như dạng bậc thang)nó diễn tả gần đúng dạng song SIN .
Âm thanh dạng PCM là chưa bị nén .

PCM có các chuẩn :

+ Tần số lấy mẫu là 44.1KHz
+ Số bít mã hoá của mỗi mẫu : 16bit

Đôi khi có người tự hỏi, tại sao lưu MP3 vào 1 cái CD thì được hẳn hơn trăm bài, mà Burn thành đĩa nhạc chỉ được có trên 1 chục bài . Câu hỏi này cũng đâu kém phần thú vị phải không ? Dạ thưa nó là thế này :
Bây giờ ta thử tính dung lượng 1 file nhạc dạng WAV trong 1 giây là bao nhiêu nhé (Theo công thức điển hình : Dung lượng = Tần số lấy mẫu X Số bít mã hoá của mỗi mẫu) .

Ta phải để ý : 1 bài nhạc có 2 kênh trái và phải .Nên dung lượng phải nhân 2 (bởi vì 2 kênh độc lập mà) và 16 bit = 2 bytes

Ta có : 44100 Hz X 2 kênh X 2 bytes X 1 giây = 176400 bytes = 172.27Kb

Chú ý : 1 Kb = 1024 byte ; 1 Mb = 1024 Kb ; 1Gb = 1024 Mb

Suy ra : 1 phút nhạc WAV có dung luợng = 172.27 X 60s = 10336.2 Kb = 10.1Mb

Đến đây chắc các bạn hiểu tại sao 1 đĩa CD chỉ lưu được khoảng 70 -80 phút không ?

Bởi vì : 1 CD có dung lượng khoảng 700-800Mb , mỗi phút nhạc mất khoảng 10Mb, vị chi lấy 10Mb nhân cho 70 phút có phải bằng 700Mb – đúng là dung lượng chứa của cái đĩa CD không . Hehe, hay nhỉ . À thì ra là thế !!
Qua cách tính ở trên ta cũng có thể suy ra được tốc độ chuẩn của WAV (file gốc) sẽ là : 44100Hz X 2kênh X 16bit = 1411Kbps (phải là thế này nha các bác)

Lossy Compression (nén mất dự liệu)

Tiêu biểu : MP3,WMA,...

Trong thời đại Internet hiện nay thì nhu cầu chia sẻ thông tin, Multimedia ngày càng lớn. Nhưng người ta không thể nào gửi cả album nhạc đến 700Mb qua internet với tốc độ con rùa 56kps của Dial-Up được, hay tốc độ của ADSL cũng không khả thi.

Người ta luôn cố gắng sang tạo ra các định dạng âm thanh khác nhau, sử dụng phương pháp khác nhau nhằm mục đích giảm thiểu dung lượng của file nhạc nhưng vẫn phải giữ được đặc trưng vốn có của file nhạc gốc . Các bạn có thể thấy ngày nay có rất nhiều định dạng file âm nhạc khác nhau như :
MP3, WMA, AAC, MPC, AMR ... Mỗi định dạng âm thanh đó lại sử dụng một thuật toán khác nhau để lấy mẫu, mã hoá và có cách riêng để giữ lại đặc trưng của file nhạc gốc .

Như các bạn đã biết, tai con người có khả năng cảm nhậm những âm thành có tần số nằm trong khoảng 16Hz -20KHz, âm thanhnằm ngoài dải đó coi như vô nghĩa đối với tai người . Chính vì thế mà người ta tìm cách loại bỏ thành phần tần số nằm ngoài dải đó đi, chính vì vậy giúp cho các định dạng âm thanh nén kiểu mất dữ liệu như MP3,WMA tiết kiệm được số lần lấy mẫu cũng như tiết kiệm được rất nhiều số bit để mã hoá các mẫu đó , dẫn đến tiết kiệm được dung lượng .

Song song với quá trình “tiết kiệm ” trên, các định dạng này cũng phải làm sao để bì đắp vào những phần mà nó đã lược bỏ đi, nó tạo ra những âm thanh méo so với âm thanh chuẩn gốc, với âm thanh nén với tốc độ cao thì không roc rệt lắm, nhưng nếu nén với âm thanh có tốc độ thấp thì hiện tượng này rất rõ rệt tạo cho ta cảm giác mất fê . Bạn hãy so sánh tiếng đàn ngựa phi từ 1 CD gốc và từ 1 file MP3 mà xem, tiếng từ CD gốc được diễn tả chi tiết, đầy đủ nên ta có thể nghe rõ từng bước từng bước chạy của đàn ngựa, những vơi 1 file MP3 thì 1 số thành phần âm thanh đã bị giản lược đi nên ta nghe có cảm giác tiếng ngựa nó từ tàng tàng, đều đều nhau, chẳng rõ tiếng chân ngựa phi .

Chắc mọi người cũng biết là chúng ta hay download nhạc MP3 ở cá bit rate như 128kbps, 192kbps, 256kbps, 320kbps . Như vậy nhiều anh em đã cho là bit rate quá cao rồi, nhưng thực ra so với âm thanh CD chuẩn (1411Kbps) thì nó chỉ bằng khoảng 1/9 mà thôi, thế nên dung lượng file MP3 so với WAV cũng chỉ bằng khoang 1/9 -1/10 mà thôi .

Cũng có 1 số trường hợp nén nhạc tốt khiến cho không cảm nhận được sự khác biệt giữa file nén đó và file gốc . Các bạn cũng nên lưu ý rằng, việc sử dụng file nhạc dạng nén như MP3,WMA… chỉ là giải pháp tình thế mà thôi, bởi vì nó có thể áp dụng tốt cho dòng nhạc tân thời như POP, ROCK … nhưng khi áp dụng nó với trường hợp nhạc hoà tấu, nhạc cổ điển thì coi như đồ bỏ đi, lý do vì sao ư, đơn giản là như sau :
Các dòng nhạc này thường có những nhạc cụ phát ra loại âm thanh rất trầm (tần số cực thấp) hoặc cực bổng (tần số cực cao), do đó khi nén chúng các âm thanh trong dải tần số cực thấp hoặc cực cao này sẽ bị loại bỏ thế nên coi như 1 phần của dàn nhạc đã bị “gã nén hoá” gạt ra khỏ danh sách, he he he . Vậy thì còn đâu là trọn vẹn nữa phải không các bác .

Âm thanh dạng nén mất dữ liệu nó có ưu và nhược điểm như thế đấy, vậy còn âm thanh nén không mất dữ liệu thì sao ?

Lossless Compression (Nén không mất dữ liệu)

Chắc mọi người chẳng xa lại gì với 2 thằng WINZIP và WINRAR. 2 thằng này giúp ta giảm thiểu dung lượng file đáng kể, nhất là file dạng Office . Nén vào rồi bung ra mà dữ liẹu vẫn nguyên si, hay nhỉ !
Vậy nó làm cách nào, thuật toán của nó là gì ?

Thuật toán của nó thật ra cũng chẳng cao siêu gì, an hem ta có khi cũng nghĩ ra, hihi . Đó là nó tìm ra những đoạn dữ liệu trùng lặp sau đó nó tìm cách hiển thị sao cho càng tiết kiệm được số liệu bao nhiêu càng tốt

Ví dụ liên tưởng thực tế 1 chút, còn trong máy tính nó là các chuỗi số 1,0 cơ: Trích từ đoạn thư tôi tán gái có nội dung như sau :
Anh yêu em, anh cần em, anh muốn em

Đoạn này có cả thảy 3 từ “anh”, mỗi từ có 3 chữ, vị chi mất 9 chữ
Tương tự có 3 từ “em”, mỗi từ có 2 chữ, vị chi mất 6 chữ
nếu giờ thay vì viết chữ “anh” ta chỉ cần thay thế bằng chữ “X”, chữ “em” thay bằng chữ “Y” , từ giờ ta ngầm hiểu cứ chữ X là “anh”, chữ Y là “em”
Suy ra : X yêu Y, X cần Y, X muốn Y
Như vậy ta tiết kiệm được tổng cộng 9 chữ cái đấy .

Qúa trình giải nén ra thì làm ngược lại : X -> anh ; Y -> em

Nén file âm nhạc bằng WINZIP, WINRAR cũng làm theo kiểu như thế, nó tìm ra quy luật của âm thanh rồi nén lại . Nhưng các bạn biết đấy, file âm thanh đâu có nhiều đoạn lặp lại, âm thanh nó rất đa dạng nên khả năng nén là rất thấp, do đó dung lượng sau khi nén chẳng thấp hơn ban đầu là bao, không tin các bạn thử nén 1 file WAV mà xem .

Thuật toàn nén không mất dữ liệu luôn dảm bảo chất lượng ban đầu sau khi giải nén vì nó không lược bỏ đi bất kể cái gì, nó chỉ tìm cách hiển thị dữ liệu khác mà thôi, nhưng khi tái tạo lại thì y như ban đầu.
Còn với kiểu nén mất dữ liệu thì không thể tái tạo lại chất lượng ban đầu, vì 1 phần của file gốc đã bị lược bỏ đi khi nén .

 

[sieucan]

Ðề: Analog và Digital

Hình như các bài viết này không phải của bạn?

 

[HD_1080p]

Ðề: Analog và Digital

Theo tôi biết thì bài viết này là entry của 1 người bạn tôi viết trên blog của anh ta.

Nếu cậu HD_HN thực sự là tác giả của bài viết này thì cho tôi xin lỗi và rút lại những lời nói ở trên.

 

[HD_HN]

Ðề: Analog và Digital

Theo tôi biết thì bài viết này là entry của 1 người bạn tôi viết trên blog của anh ta.

Nếu cậu HD_HN thực sự là tác giả của bài viết này thì cho tôi xin lỗi và rút lại những lời nói ở trên.

Bạn nào vậy ta )

 

[Thế Anh]

Ðề: Analog và Digital

Ôi giời. Ngồi đó mà tranh cãi xem bài viết của ai với chả của ai

Xin thưa mọi người. Toàn bộ kiến thức cơ bản trong các bài viết này. Các bạn có thể tìm đọc trong các tài liệu về "Xử lý tín hiệu số" hay "Hệ thống thông tin số"



Những tài liệu này nếu bản cứng thì bán đầy ở các trường Đại Học, Cao đẳng có đào tạo ngành địên tử. Bản mềm thì có đầy trên các E-book
Đó là những tài liệu chuẩn đã được các GS/TS Việt Nam dịch ra từ các tài liệu cũng của các GS/TS nước ngoài cả

Chính vì những kiến thức này quá cơ bản và chuẩn mực rồi. Nên giờ đọc bài viết của ai viết về mấy cái này cũng thấy giống nhau cả. Vì tất cả cùng lấy từ những tài liệu cơ bản

Sốt ruột

 

[xmobile]

Ðề: Analog và Digital

Bài viết của bác hay quá.

 

[Truongduclong]

Ðề: Analog và Digital

Đúng là đi một ngày đàng học một sàng khôn, cảm ơn bác HD_HN vì bài viết :-x

 

[HD-Happy]

Ðề: Analog và Digital

Cám ơn bạn HD_HN, nhờ bài này mình biết thêm nhiều điều.

 

[HD_HN]

Ðề: Analog và Digital

Chắc chằn là không phải của 1 riêng ai, tất cả là kiến thức của các nhà khoa học nghiên cứu ra, nhưng rất cám ơn chủ topic đã chắt lọc lại thêm ít văn phong hài nhẹ nhàng vào cho bớt khô khan, chứ trình độ i tờ như em chơi nguyên mấy cuốn sách kia lên đọc 10 chưa chắc ngấm vào cái đấu được 1.
Làm được và nói được lại là 2 chuyện khác nhau.

Thành thật cám ơn chủ topic đã bổ sung kiến thức cần và đủ cho vấn đề này. Thân.

Tks bác,bác hiểu đúng ý em,trong bể trời kiến thức vô tận này, đọc và chắt lọc ra để có thể nói đơn giản xúc tích (ko phải xúc xích) để mọi người cùng hiểu mới là cái khó bác nhỉ?

 

[dino]

Ðề: Analog và Digital

bài này hay , cho xin chân đăng ký để rảnh đọc lại, dài quá @@

 

[nghe&nhin]

Ðề: Analog và Digital

thank bác HD_VN đã bỏ công post bài lên đây để ae phổ cập kiến thức về âm thanh

 

[quanghaiphong]

Ðề: Analog và Digital

bài viết của pác thật bổ ích,rất cám on pác trên tinh thần PHỔ BIẾN KIẾN THỨC