Kỹ thuật thông tin số_chương 3

Chia sẻ: Nguyễn Thị Giỏi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

0
334
lượt xem
193
download

Kỹ thuật thông tin số_chương 3

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hầu hết các tín hiệu cần truyền qua hệ thống truyền tin số đều là tín hiệu tương tự. Vì thế vấn đề đầu tiên cần quan tâm ở đây là số hóa tín hiệu tương tự. Lĩnh vực số hóa tín hiệu tương tự đã được nghiên cứu mạnh trong vài chục năm trở lại đây.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật thông tin số_chương 3

  1. - Chæång III - Chæång 3 Kyî thuáût säú hoaï vaì âënh daûng tên hiãûu Háöu hãút caïc tên hiãûu cáön truyãön qua hãû thäúng truyãön tin säú âãöu laì tên hiãûu tæång tæû. Vç thãú váún âãö âáöu tiãn cáön qua tám åí âáy laì säú hoaï tên hiãûu tæång tæû. Lénh væûc säú hoaï tên hiãûu tæång tæû âaî âæåüc nghiãn cæïu maûnh trong vaìi chuûc nàm tråí laûi âáy. Sæû nghiãn cæïu âoï âaî taûo ra ráút nhiãöu kiãøu biãún âäøi khaïc nhau vaì trong mäùi kiãøu laûi coï ráút nhiãöu biãún thãø. Viãûc choün kiãøu cuû thãø naìo laì phuû thuäüc vaìo lénh væûc æïng duûng vaì cháút læåüng truyãön dáùn maì ta mong muäún âaût âæåüc. Mäüt trong nhæîng phæång phaïp biãún âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú phäø biãún hån caí seî âæåüc trçnh baìy kyî trong chæång naìy laì âiãöu chãú xung maî PCM (Pulse Code Modulation). PCM cho cháút læåüng âaím baío våïi giaï thaình tæång âäúi. Tæì PCM coï nhæîng phæång phaïp biãún thãø cuîng khaï thäng duûng laì PCM delta, âiãöu chãú xung maî vi sai DPCM (Differential Pulse Code Modulation), âiãöu chãú delta DM ( Delta Modulation), DM thêch nghi ADM (Adaptive DM). Caïc phæång phaïp sau cho täúc âäü tên hiãûu säú tháúp hån so våïi PCM, dáùn âãún sæí duûng bàng thäng tiãút kiãûm hån. Tên hiãûu tæång tæû sau khi chuyãøn sang daûng säú cáön phaíi âæåüc biãøu diãùn dæåïi mäüt daûng thæïc thêch håüp âãø truyãön âi. Caïc daûng thæïc nhæ váûy goüi laì maî âæåìng (line code) vaì cäng viãûc âoï âæåüc goüi laì âënh daûng tên hiãûu säú (digital signal format). Chæång naìy seî giåïi thiãûu vãö mäüt säú loaûi maî âæåìng thæåìng gàûp cuìng våïi caïc âàûc âiãøm cuía chuïng. Coï thãø noïi tiãúng noïi laì loaûi tên hiãûu thäng tin âæåüc truyãön phäø biãún nháút trong maûng viãùn thäng. Chæång naìy seî daình mäüt pháön âãø giåïi thiãûu så læåüc vãö kyî thuáût maî hoïa tiãúng noïi täúc âäü tháúp nhåì vaìo caïc bäü maî hoaï thoaûi (voice coder). Quaï trçnh säú hoaï tiãúng noïi luïc naìy âæåüc thæûc hiãûn dæûa trãn nguyãn tàõc chè maî hoaï âãø truyãön âi caïc täø håüp ám vë laì yãúu täú cå baín cáúu thaình nãn tiãúng noïi. Bäü giaíi maî coï thãø taûo laûi tiãúng noïi bàòng caïch khäi phuûc laûi caïc täø håüp ám vë naìy. Táút nhiãn luïc naìy tiãúng noïi chè âuí hiãøu chæï khäng coìn giæî âæåüc âäü phán biãût, tênh trung thæûc, ngæî âiãûu...cuía ngæåìi noïi nhæ PCM. Pháön cuäúi chæång seî trçnh baìy vaìi neït vãö kyî thuáût maî hoïa audio cho täúc âäü tháúp nhæng cháút læåüng cao, dæûa trãn nguyãn tàõc maî hoïa bàng con (sub-band coding). 3.1 Láúy máùu Láúy máùu (sampling) laì bæåïc âáöu tiãn trong quaï trçnh biãún âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú theo kyî thuáût PCM. Muûc âêch cuía bæåïc láúy máùu naìy laì tæì tên hiãûu tæång tæû, ta taûo nãn mäüt daîy xung råìi raûc tuáön hoaìn räüng bàòng nhau, biãn âäü xung bàòng våïi giaï trë cuía tên hiãûu tæång tæû taûi thåìi âiãøm láúy máùu. Daîy xung råìi raûc âoï coìn âæåüc goüi laì tên hiãûu âiãöu chãú biãn âäü xung PAM (Pulse Amplitude Modulation). Hçnh 3.1 âæa ra mäüt vê duû vãö tên hiãûu PAM. Vç âènh cuía tên hiãûu PAM naìy bàòng phàóng nãn ta coìn goüi laì tên hiãûu flat-top PAM. Nãúu tên hiãûu PAM coï táön säú âuí låïn (tæïc laì khoaíng caïch giæîa caïc xung caûnh nhau âuí nhoí) thç coï thãø khäi phuûc laûi tên hiãûu tæång tæû ban âáöu tæì tên hiãûu PAM. - 44 -
  2. - Chæång III - Âënh lyï láúy máùu Shannon âæa ra giåïi haûn dæåïi cuía táön säú âoï laì f ≥ 2f hoàûc ω ≥ 2ω , S m s m trong âoï f laì táön säú cuía tên hiãûu PAM vaì f laì táön säú cæûc âaûi cuía phäø tên hiãûu tæång tæû. S m Træåìng håüp tên hiãûu tæång tæû laì tên hiãûu thäng daíi coï phäø tæì fL âãún fH thç táön säú láúy máùu âæåüc choün nhæ sau: 2 2 ⎛ fH ⎞ fH ≤ fs ≤ f L trong âoï n = int ⎜ ⎟ n n −1 ⎜f −f ⎟ ⎝ H L ⎠ Vê duû: Âãø láúy máùu tên hiãûu thoaûi tæång tæû coï phäø tæì 0.3 - 3.4 kHz thç theo âënh lyï láúy máùu tênh âæåüc n = int(3.4/3.1) = 1. Suy ra fs ≥ 6.8 kHz. Thæûc tãú, CCITT quy âënh fs = 8 kHz. Hçnh 3.1 Tên hiãûu flat-top PAM 3.1.1 Láúy máùu tæû nhiãn (natural sampling) Viãûc taûo ra tên hiãûu PAM coï âènh bàòng phàóng nhæ hçnh 3.1 ráút giäúng våïi láúy máùu tæû nhiãn, trong âoï láúy máùu tæû nhiãn laì quaï trçnh nhán tên hiãûu tæång tæû våïi daîy xung láúy máùu pT(t). Daîy xung láúy máùu pT(t) laì daîy xung vuäng tuáön hoaìn våïi chu kyì T = 1 / f , f ≥ 2f , âäü räüng S S m xung laì τ , chiãöu cao xung laì h = 1. Coï thãø khai triãøn Fourier cho daîy xung láúy máùu nhæ sau: τ ∞ sin kπ 2π − jk t 1 pT (t) = ∑τ T k =−∞ kπ τ Te T T Tên hiãûu láúy máùu coï daûng: f S ( t ) = f ( t )p T ( t ) Máût âäü phäø cuía tên hiãûu láúy máùu laì: - 45 -
  3. - Chæång III - τ 1 ∞ τ sin kπ T 2π FS (ω ) = F (ω ) ∗ P(ω ) = ∑ F (ω − k ) 2π k = −∞ T τ T kπ T Hçnh 3.2 trçnh baìy tên hiãûu tæång tæû, daîy xung láúy máùu, tên hiãûu láúy máùu vaì phäø cuía chuïng. Âiãøm cáön læu yï trong træåìng håüp naìy laì âènh cuía tên hiãûu láúy máùu baïm theo sæû biãún thiãn cuía tên hiãûu tæång tæû. Hçnh 3.2 a, c, e láön læåüt laì âäö thë cuía tên hiãûu tæång tæû, daîy xung láúy máùu vaì tên hiãûu láúy máùu. Vê duû tên hiãûu tæång tæû laì tên hiãûu thäng tháúp våïi phäø coï daûng nhæ hçnh 3.2b. Vç daîy xung láúy máùu tuáön hoaìn nãn phäø cuía daîy xung láúy máùu åí hçnh 3.2 d laì phäø råìi raûc, bao gäöm caïc xung Dirac caïch âãöu nhau 1/T. Vaì vç daîy xung láúy máùu laì daîy xung vuäng tuáön hoaìn nãn âæåìng bao cuía caïc xung Dirac laì phäø cuía mäüt xung vuäng âån daûng (sinx)/x. Theo tênh cháút cuía pheïp biãún âäøi Fourier thç pheïp nhán trong miãön thåìi gian tæång âæång våïi pheïp cháûp trong miãön táön säú nãn phäø cuía tên hiãûu láúy máùu coï âæåüc bàòng caïch tênh nhæ trçnh baìy trãn âáy vaì càn cæï vaìo âoï, ta coï âæåüc âäö thë phäø cuía tên hiãûu láúy máùu nhæ hçnh 3.2 f. Tæì hçnh 3.2 f, ta tháúy phäø cuía tên hiãûu láúy máùu bao gäöm vä säú phiãn baín phäø cuía tên hiãûu tæång tæû nàòm caïch nhau 2π / T . Nãúu táön säú láúy máùu khäng thoaí maîn âënh lyï láúy máùu Shannon f ≥ 2f hoàûc ω ≥ 2ω thç xaíy ra hiãûn tæåüng caïc phiãn baín phäø chäöng láún lãn S m s m nhau. Ta goüi âáy laì hiãûn tæåüng chäöng phäø hay máûp måì phäø (aliasing). Hçnh 3.2 Tên hiãûu láúy máùu tæû nhiãn vaì phäø Viãûc thæûc hiãûn láúy máùu tæû nhiãn khaï dãù daìng, chè cáön mäüt chuyãøn maûch hai âáöu vaìo mäüt âáöu ra tæång tæû (analog bilateral switch) nhæ chè ra trong hçnh 3.3. Mäüt vê duû cuía loaûi chuyãøn maûch naìy laì 4016 (coï sàôn trong pháön cæïng cuía CMOS). - 46 -
  4. - Chæång III - Chuyãøn maûch f(t) fs(t) pT(t) Clock Hçnh 3.3 Maûch taûo tên hiãûu PAM láúy máùu tæû nhiãn 3.1.2 Láúy máùu tæïc thåìi (instaneous sampling) Ngoaìi caïch láúy máùu tæû nhiãn, ta coìn coï thãø taûo ra tên hiãûu flat-top PAM nhæ hçnh 3.1. Viãûc láúy máùu kiãøu naìy coìn âæåüc goüi laì láúy máùu tæïc thåìi, yï muäún noïi giaï trë cuía tên hiãûu flat-top PAM bàòng våïi giaï trë cuía tên hiãûu tæång tæû åí ngay thåìi âiãøm láúy máùu vaì giæî nguyãn nhæ váûy trong suäút thåìi gian bàòng âäü räüng xung láúy máùu. Âãø taûo ra tên hiãûu flat-top PAM, ta sæí duûng bäü láúy máùu vaì giæî máùu (sampler & holder) nhæ chè ra trong hçnh 3.4. r rC > T Hçnh 3.4 Maûch láúy máùu vaì giæî máùu Vaìo thåìi âiãøm láúy máùu, khoïa âoïng laûi. Tuû C âæåüc naûp ráút nhanh do rC ráút nhoí. Tuû C naûp âãún âiãûn aïp bàòng våïi giaï trë âiãûn aïp cuía tên hiãûu tæång tæû vaìo. Quaï trçnh naìy chênh laì láúy máùu. Sau âoï khoïa måí ra. Do RC ráút låïn nãn âiãûn aïp trãn tuû C gáön nhæ khäng thay âäøi. Âáy chênh laì giai âoaûn giæî máùu. Trong thæûc tãú ngæåìi ta ráút quan tám âãún kiãøu láúy máùu tæïc thåìi. Lyï do laì chuïng ta khäng cáön duìng hçnh daûng cuía xung âãø chæïa thäng tin truyãön âi vaì dãù taûo ra daûng xung chæî nháût. Thäng tin åí âáy chè chæïa trong biãn âäü cuía xung ngay taûi thåìi âiãøm láúy máùu. Khi truyãön tên hiãûu qua khoaíng caïch xa, ta cáön duìng caïc bäü làûp (repeater) âãø loüc vaì khuãúch âaûi tên hiãûu træåïc khi truyãön tiãúp âãún bäü làûp kãú tiãúp hay bäü thu. ÅÍ âáy, bäü làûp chè cáön taïi taûo xung chæï khäng cáön khuãúch âaûi xung (khaïc cå baín våïi thäng tin tæång tæû) 3.1.3 Khäi phuûc tên hiãûu ban âáöu So saïnh hçnh daûng cuía tên hiãûu flat-top PAM åí hçnh 3.1 våïi hçnh daûng cuía tên hiãûu láúy máùu åí hçnh 3.2 e, ta tháúy chuïng khaïc nhau ráút êt. Do váûy maì viãûc khäi phuûc tên hiãûu tæång tæû ban - 47 -
  5. - Chæång III - âáöu tæì tên hiãûu flat-top PAM hay tên hiãûu láúy máùu ráút giäúng nhau. Tæì biãøu thæïc máût âäü phäø vaì hçnh veî 3.2 ta tháúy: nãúu táön säú láúy máùu thoía âënh lyï láúy máùu thç tæì tên hiãûu PAM, ta coï thãø khäi phuûc âæåüc tên hiãûu gäúc ban âáöu nhåì mäüt bäü loüc thäng tháúp táön säú càõt fm. Tên hiãûu khäi phuûc caìng giäúng våïi tên hiãûu ban âáöu nãúu tyí säú τ / T cæûc nhoí. Bäü loüc thäng tháúp naìy âæåüc goüi laì loüc khäi phuûc (reconstruction filter). Tæì âáy, ta coï thãø tæû kiãøm tra laûi cäng thæïc læûa choün táön säú láúy máùu trong træåìng håüp tên hiãûu tæång tæû laì tên hiãûu thäng daíi thay vç laì tên hiãûu thäng tháúp. Ngæåüc laûi, nãúu táön säú láúy máùu khäng thoía âënh lyï láúy máùu thç do aính hæåíng cuía hiãûn tæåüng chäöng phäø (aliasing), ta khäng thãø khäi phuûc tên hiãûu ban âáöu. Váûy âãø chäúng aính hæåíng cuía chäöng phäø, ta âàût ngay træåïc bäü láúy máùu mäüt bäü loüc thäng tháúp âãø loaûi boí caïc thaình pháön táön säú låïn hån f / 2 . Viãûc loaûi boí naìy coï khi aính hæåíng âäi chuït âãún cháút læåüng tên hiãûu. S 3.1.4 Kãút håüp láúy máùu våïi gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian TDM Nhæ âaî trçnh baìy åí trãn, tyí säú τ / T ráút nhoí nghéa laì khoaíng caïch giæîa hai xung PAM caûnh S nhau ráút låïn. Ngæåìi ta låüi duûng khoaíng caïch låïn naìy âãø gheïp vaìo vaì truyãön âi caïc xung PAM khaïc cuía caïc tên hiãûu tæì caïc kãnh khaïc. Phæång phaïp naìy goüi laì gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian TDM (Time Division Multiplexing). Âãø minh hoüa nguyãn lyï TDM, ta xeït vê duû hçnh 3.5 thæûc hiãûn gheïp kãnh phán thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM laì f1(t) vaì f2(t). Khoaíng caïch giæîa hai xung PAM caûnh nhau trong doìng tên hiãûu gheïp kãnh khäng coìn laì T næîa maì laì T/2. f1(t) f2(t) T T/2 Hçnh 3.5 Gheïp kãnh theo thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM Så âäö thæûc hiãûn gheïp kãnh theo thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM trçnh baìy trãn hçnh 3.6. Giaí sæí hai tên hiãûu laì tên hiãûu thäng tháúp (low-pass), táön säú täúi âa laì 3 kHz, theo âënh lyï láúy máùu thç táön säú láúy máùu nhoí nháút laì 6 kHz. Âiãöu naìy yãu cáöu täúc âäü täúi thiãøu cuía âäöng häö laì 12 kHz cho hãû thäúng naìy hoaût âäüng. Ngoaìi caïch duìng chung bäü láúy máùu ta cuîng coï thãø sæí duûng riãng tæìng bäü láúy máùu cho mäùi kãnh. Viãûc truyãön tên hiãûu láúy máùu tæû nhiãn hay flat-top PAM qua kãnh thäng tin yãu cáöu mäüt bàng thäng ráút räüng so våïi tên hiãûu tæång tæû ban âáöu vç âäü räüng xung quaï heûp. Khaí nàng chäúng nhiãùu cuía tên hiãûu PAM khäng âæåüc caíi thiãûn máúy so våïi truyãön træûc tiãúp tên hiãûu tæång tæû. - 48 -
  6. - Chæång III - Âiãöu naìy dáùn âãún PAM khäng thêch håüp cho truyãön dáùn qua khoaíng caïch xa. Khi truyãön âi xa, phaíi chuyãøn âäøi PAM sang daûng säú. Baìi tiãúp theo seî xeït váún âãö chuyãøn âäøi tên hiãûu PAM sang daûng säú. f1(t) Láúy máùu LPF PAM- f2(t) Taûo xung Clock Hçnh 3.6 Så âäö thæûc hiãûn gheïp kãnh theo thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM 3.2 Âiãöu chãú xung maî PCM Kyî thuáût âiãöu chãú xung maî PCM âæåüc âãö xuáút láön âáöu tiãn vaìo nàm 1937 båíi Alec Reeves - mäüt kyî sæ cuía haîng STC ( báy giåì laì mäüt bäü pháûn cuía Northern Telecom). PCM laì mäüt kyî thuáût hiãûu quaí chuyãøn âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú, trong âoï caïc xung PAM råìi raûc âæåüc chuyãøn âäøi thaình mäüt tæì maî säú (digital word); âoï laì mäüt doìng bit näúi tiãúp (serial bit stream). Tæì nhæîng nàm 1960, caïc hãû thäúng thäng tin sæí duûng PCM ngaìy caìng räüng raîi vç nhæîng æu âiãøm näøi báût sau âáy: - Coï thãø sæí duûng caïc maûch säú khäng âàõt làõm trong hãû thäúng. - Tên hiãûu PCM xuáút phaït tæì táút caí caïc nguäön tên hiãûu tæång tæû (audio, video...) coï thãø kãút håüp våïi tên hiãûu säú liãûu (vê duû tæì maïy tênh) vaì truyãön chung qua hãû thäúng truyãön tin säú täúc âäü cao (high-speed digital communication system). - Khi truyãön tin qua khoaíng caïch xa, tên hiãûu PCM coï thãø âæåüc khäi phuûc hoaìn toaìn taûi mäùi traûm làûp trung gian (intermediate repeater station). Aính hæåíng cuía nhiãùu khäng bë têïch luyî maì chè cáön quan tám âãún nhiãùu truyãön dáùn giæîa hai traûm làûp caûnh nhau. - Coï thãø giaím aính hæåíng cuía nhiãùu lãn tên hiãûu PCM bàòng caïch sæí duûng caïc kyî thuáût maî hoaï âàûc biãût, coï thãø sæía âæåüc háöu hãút caïc loaûi läùi. - Coï thãø giaím båït sæû làûp laûi khäng cáön thiãút hay coìn goüi laì âäü dæ (redundancy) trong baín tin. - Tên hiãûu PCM dãù læu træî. Caïc æu âiãøm trãn coï giaï trë væåüt träüi so våïi khuyãút âiãøm chênh cuía tên hiãûu PCM laì âoìi hoíi bàng thäng truyãön dáùn räüng hån tên hiãûu tæång tæû tæång æïng nhiãöu láön. Ba bæåïc cå baín âãø thæûc hiãûn PCM gäöm láúy máùu (sampling), læåüng tæí hoïa (quantizing) vaì maî hoïa (encoding) nhæ trçnh baìy trãn hçnh 3.7. Láúy máùu laì bæåïc nhàòm taûo ra tên hiãûu flat-top PAM âaî trçnh baìy trong baìi træåïc. Baìi naìy seî trçnh baìy hai bæåïc sau laì læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa. - 49 -
  7. - Chæång III - Bäü phaït PCM PAM T.h T.h tæång flat- top læåüng tæí PCM tæû vaìo Loüc thäng Láúy máùu & PAM Læåüng tæí hoïa Maî hoïa tháúp giæî máùu hoïa M mæïc Kãnh Làûp khäi Làûp khäi Làûp khäi phuûc phuûc phuûc Bäü thu PCM PAM T.h tæång læåüng tæí PCM tæû ra Maûch taïi Giaíi maî hoïa Loüc thäng taûo tháúp Hçnh 3.7 Hãû thäúng truyãön dáùn PCM 3.2.1 Læåüng tæí hoïa Haûn chãú cuía hãû thäúng truyãön tin qua khoaíng caïch xa laì sæû têch luyî nhiãùu, khiãún cho sæû suy giaím cháút læåüng tên hiãûu gia tàng theo khoaíng caïch. Coï thãø giaím båït aính hæåíng naìy bàòng caïch thæûc hiãûn læåüng tæí hoïa (quantizing). Âoï laì sæû xáúp xè hoïa caïc giaï trë cuía caïc máùu tæång tæû bàòng caïch sæí duûng säú mæïc hæîu haûn M. Hoaût âäüng læåüng tæí hoïa âæåüc minh hoüa trãn hçnh 3.8. Tên hiãûu m(t) âæåüc âæa vaìo âáöu vaìo cuía bäü læåüng tæí hoaï, m ( t ) laì tên hiãûu ra cuía bäü læåüng tæí hoïa . q Quan saït trãn hçnh 3.8, ta tháúy m ( t ) coï daûng báûc thang biãn âäü råìi raûc, láúy caïc mæïc biãn âäü q gáön våïi m(t) laì ... m-2 m-1 m0 m1 m2 m3 ... Ta goüi caïc mæïc naìy laì mæïc læåüng tæí hoïa. Säú mæïc naìy hæîu haûn. m ( t ) chuyãøn tæì mæïc naìy sang mæïc kia åí taûi giao âiãøm giæîa m(t) vaì q âæåìng chênh giæîa hai mæïc. Sæû khaïc nhau giæîa m(t) vaì m ( t ) nhiãöu hay êt tuyì thuäüc vaìo q khoaíng caïch giæîa hai mæïc caûnh nhau goüi laì kêch thæåïc bæåïc S (step size). Cháút læåüng cuía tên hiãûu khäi phuûc coï thãø âæåüc caíi thiãûn nãúu giaím kêch thæåïc bæåïc, tuy nhiãn luïc âoï säú mæïc tàng lãn. Sau âáy laì mäüt säú vê duû vãö säú mæïc trong caïc hãû thäúng thæûc tãú: thoaûi cäng cäüng sæí duûng 256 mæïc, truyãön hçnh maìu thæång maûi sæí duûng 512 mæïc. - 50 -
  8. - Chæång III - mq(t) S/2 S m(t) m2 m1 m0 m-1 m-2 Hçnh 3.8 Minh hoüa hoaût âäüng læåüng tæí hoïa Báy giåì ta xeït âãún khaí nàng haûn chãú sæû têch luyî nhiãùu cuía tên hiãûu læåüng tæí hoïa. Giaí sæí tên hiãûu læåüng tæí hoïa âæåüc truyãön âãún mäüt traûm làûp, chëu aính hæåíng cuía nhiãùu nãn bë meïo (distorsion) nhæ veî trong hçnh 3.9 a. Cho tên hiãûu naìy âi vaìo bäü læåüng tæí hoïa mäüt láön næîa goüi laì taïi læåüng tæí hoïa (requantizer), âáöu ra luïc naìy âæåüc chè ra trãn hçnh 3.9 b. Quan saït trãn hçnh ta tháúy roî raìng laì läùi chè xuáút hiãûn nãúu biãn âäü nhiãùu væåüt quaï mäüt næía kêch thæåïc bæåïc vaì nhiãùu seî hoaìn toaìn bë loaûi boí nãúu biãn âäü åí dæåïi mäüt næía kêch thæåïc bæåïc. Váûy bàòng caïch tàng kêch thæåïc bæåïc ta coï thãø giaím båït sæû têch luyî nhiãùu. Tuy nhiãn tàng kêch thæåïc bæåïc thç seî dáùn âãún tàng sai khaïc giæîa tên hiãûu gäúc vaì tên hiãûu læåüng tæí hoïa. Sai khaïc naìy goüi laì nhiãùu læåüng tæí hoïa (quantizing noise). Ta coï thãø tênh âæåüc cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa nhæ sau: Goüi sai khaïc giæîa tên hiãûu gäúc vaì tên hiãûu læåüng tæí hoïa åí mäüt mæïc naìo âoï laì ξ . Theo sæû phán têch hoaût âäüng læåüng tæí hoïa åí trãn, ta ruït ra âæåüc daíi thay âäøi cuía ξ laì: − S/ 2 ≤ ξ ≤ S/ 2 Giaí sæí ξ phán bäú âãöu thç haìm máût âäü xaïc suáút seî laì: ⎧1 / S, − S / 2 ≤ ξ ≤ S / 2 f (ξ) = ⎨ ⎩0, ξ≠ Váûy cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa laì: S/ 2 2 S Pq = ξ = m 2 = ∫ ξ f (ξ)dξ = 2 2 −S / 2 12 Roî raìng laì nhiãùu læåüng tæí hoïa seî tàng khi kêch thæåïc bæåïc tàng vaì ngæåüc laûi. 3.2.2 Maî hoïa Sæû kãút håüp giæîa hoaût âäüng láúy máùu vaì læåüng tæí hoïa taûo ra tên hiãûu PAM læåüng tæí hoïa (quantized PAM), âoï laì daîy xung råìi raûc caïch nhau TS vaì coï biãn âäü cuîng råìi raûc hoïa våïi M - 51 -
  9. - Chæång III - mæïc biãn âäü. Træåïc khi truyãön âi, mäùi máùu PAM læåüng tæí hoïa âæåüc maî hoïa thaình mäüt tæì maî säú (digital word) goüi laì tæì maî PCM (PCM word). Coï thãø sæí duûng maî Gray hoàûc maî nhë phán âãø biãøu diãùn tæì maî PCM. Goüi na laì säú bit cáön thiãút âãø maî hoïa mäùi tæì maî PCM. Caí maî Gray vaì maî nhë phán âãöu laì maî cå säú 2 nãn phaíi choün n sao cho: log 2 M ≤ n < log 2 M + 1 Läùi Nhiãùu låïn S/2 S (a) (b) Hçnh 3.9 (a) Tên hiãûu læåüng tæí hoïa våïi nhiãùu cäüng (b) Tên hiãûu sau bäü taïi læåüng tæí hoïa Trong thæûc tãú thç bäü læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa khäng taïch riãng maì gäüp chung trong bäü chuyãøn âäøi tæång tæû - säú ADC. Coï ba phæång phaïp thäng duûng âãø chuyãøn âäøi tæång tæû - säú laì phæång phaïp âãúm (counting) hay maî hoïa theo âäü däúc (ramp), phæång phaïp näúi tiãúp (serial) hay xáúp xè liãn tiãúp (successive approximation) hay coìn goüi laì phaín häöi (feedback) vaì phæång phaïp song song (parallel). Trong bäü maî hoïa âãúm trãn hçnh 3.10, khi lãûnh maî hoïa (encode command) phaït ra thç bäü láúy máùu thæûc hiãûn láúy máùu, mäüt âiãûn aïp däúc (daûng ràng cæa) âæåüc taûo ra vaìì bäü âãúm nhë phán bàõt âáöu âãúm. Âiãûn aïp âáöu ra cuía bäü taûo ràng cæa liãn tuûc so saïnh våïi âiãûn aïp cuía máùu tæång tæû. Khi âiãûn aïp ràng cæa bàòng våïi âiãûn aïp cuía máùu thç lãûnh âoüc (read command) âiãöu khiãøn âoüc ra giaï trë nhë phán cuía bäü âãúm, âáy chênh laì tæì maî PCM. Luïc naìy bäü âãúm vaì bäü taûo ràng cæa reset vãö giaï trë 0 vaì chuáøn bë cho máùu tiãúp theo. Phæång phaïp naìy chè yãu cáöu êt linh kiãûn nhæng täúc âäü maî hoïa bë haûn chãú båíi täúc âäü bäü âãúm. IC chuyãún âäøi A-D hiãûu Intersil ICL 7126 sæí duûng kyî thuáût naìy. Coï thãø caíi tiãún phæång phaïp âãúm bàòng caïch khäng sæí duûng bäü taûo âiãûn aïp ràng cæa maì thay bàòng mäüt bäü têch phán chen giæîa bäü láúy máùu vaì so saïnh. Âiãûn aïp ra cuía bäü láúy máùu âæåüc láúy têch phán, âäü räüng cuía xung ra bäü têch phán tè lãû våïi giaï trë âiãûn aïp cuía máùu. Æu âiãøm cuía phæång phaïp naìy laì âäü tuyãún tênh vaì âäü chênh xaïc ráút cao, loaûi træì nhiãùu täút, âån giaín vaì kinh tãú. Khuyãút âiãøm chênh laì thåìi gian chuyãøn âäøi A-D daìi. Bäü maî hoïa näúi tiãúp trãn hçnh 3.11 hoaût âäüng bàòng caïch so saïnh liãn tiãúp âiãûn aïp cuía máùu tæång tæû våïi mäüt loaût caïc âiãûn aïp thæí (trial voltage). Caïc âiãûn aïp thæí naìy phuû thuäüc vaìo kãút - 52 -
  10. - Chæång III - quaí so saïnh træåïc âoï laì dæång hay ám (tæång âæång våïi âiãûn aïp cuía máùu vaìo låïn hån hay nhoí hån âiãûn aïp thæí ) âãø tàng lãn hay giaím âi mäüt giaï trë bæåïc (step). Giaï trë bæåïc âæåüc choün âáöu tiãn låïn nháút sau âoï giaím nhoí dáön bàòng mäüt næía bæåïc træåïc, nhæ váûy quaï trçnh thæí seî nhanh choïng häüi tuû. Âiãûn aïp thæí âæåüc taûo ra tæì bäü chia âiãûn aïp (voltage divider) våïi caïc chuyãøn maûch on-off (on-off swich) âæåüc âiãöu khiãøn båíi mäüt maûch logic säú (digital logic circuit). Sau khi quaï trçnh thæí häüi tuû, giaï trë âàût trãn chuyãøn maûch âæåüc âoüc ra chênh laì tæì maî PCM. T.h tæång tæû Láúy máùu & giæî máùu So saïnh Lãûnh maî hoïa Taûo âiãûn aïp däúc Stop Reset Clock Bäü âãúm nhë phán Âãúm säú Lãûnh âoüc Chuyãøn song T.h song/näúi tiãúp PCM Hçnh 3.10 Så âäö bäü maî hoïa âãúm T.h tæång tæû Láúy máùu & giæî máùu So saïnh Logic säú Lãûnh maî hoïa Chia aïp & chuyãøn maûch Âãúm nhë phán T.h Lãûnh Chuyãøn song PCM âoüc song/näúi tiãúp Hçnh 3.11 Så âäö bäü maî hoïa näúi tiãúp - 53 -
  11. - Chæång III - Âäü chênh xaïc cuía phæång phaïp phuû thuäüc vaìo âäü chênh xaïc cuía caïc âiãûn aïp thæí, täúc âäü maî hoïa bë haûn chãú båíi täúc âäü cuía chuyãøn maûch. Phæång phaïp naìy yãu cáöu nhiãöu linh kiãûn hån phæång phaïp âãúm nhæng chênh xaïc hån. IC chuyãún âäøi A-D hiãûu National Semiconductor 0804-8bit sæí duûng kyî thuáût naìy. Âãø giaím thåìi gian chuyãøn âäøi A-D, coï thãø thay mäüt bäü so saïnh trãn âáy bàòng nhiãöu bäü so saïnh hoaût âäüng song song nhæ trãn hçnh 3.12. Bäü maî hoïa kiãøu naìy goüi laì maî hoïa song song. (n-1) bäü so saïnh Lo 44 1 Chuyãøn song T.h T.h Láúy máùu & gic song PCM 2 sang tæång tæû giæî máùu näúi säú tiãúp Lãûnh maî hoïa n-1 Âãúm nhë Lãûnh phán âoüc Hçnh 3.12 Så âäö bäü maî hoïa song song Mäùi bäü so saïnh âãöu coï âiãûn aïp tham chiãúu (reference) riãng. Âáöu ra cuía táút caí caïc bäü so saïnh âæåüc âæa âäöng thåìi âãún maûch logic säú âãø xaïc âënh tæì maî nhë phán ra (chênh laì tæì maî PCM) tæång æïng våïi mäùi máùu tæång tæû vaìo. Phæång phaïp naìy âaût âæåüc täúc âäü maî hoïa cao nháút nhæng täún nhiãöu linh kiãûn nháút so våïi hai phæång phaïp trãn, cáön sæí duûng âãún 2n - 1 bäü so saïnh. IC chuyãún âäøi A-D hiãûu RCA CA 3318-8bit sæí duûng kyî thuáût naìy. Táút caí caïc IC kãø trãn âãöu cho tæì maî PCM ra åí daûng song song. Âãø truyãön âi trãn kãnh thäng tin cáön phaíi chuyãøn âäøi sang näúi tiãúp. Âiãöu naìy âæåüc thæûc hiãûn nhåì IC chuyãøn âäøi song song - näúi tiãúp goüi laì chip SIO (Serial-Input-Output). Chip SIO gäöm mäüt thanh ghi dëch chæïa dæî liãûu song song (thæåìng 8 hay 16 âæåìng vaìo). Dæî liãûu âæåüc dëch ra åí ä cuäúi cuìng cuía thanh ghi tæìng bit mäüt (bit-by-bit), ra theo mäüt âæåìng ra âån âãø taûo ra dæî liãûu näúi tiãúp. Caïc chip SIO thæåìng hoaût âäüng åí chãú âäü song cäng (full-duplex) nãn mäùi chip coï hai thanh ghi, mäùi thanh ghi cho mäüt hæåïng: mäüt thanh ghi chuyãøn âäøi näúi tiãúp - song song cho hæåïng maî hoaï PCM, mäüt thanh ghi chuyãøn âäøi song song - näúi tiãúp cho hæåïng giaíi maî PCM. Coï ba loaûi chip SIO laì: bäü thu phaït khäng âäöng bäü vaûn nàng UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), bäü thu phaït âäöng bäü vaûn nàng USRT (Universal Synchronous Receiver Transmitter), bäü thu phaït âäöng bäü - khäng âäöng bäü vaûn nàng USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter). UART thu phaït dæî liãûu näúi tiãúp khäng âäöng bäü, USRT thu phaït dæî liãûu näúi tiãúp âäöng bäü, USART kãút håüp UART vaì USRT vaìo trong cuìng mäüt chip. ÅÍ âáöu thu, tên hiãûu PCM âæåüc giaíi maî tråí laûi thaình tên hiãûu tæång tæû nhåì bäü chuyãøn âäøi säú - tæång tæû DAC. Træåïc hãút, tên hiãûu PCM âæåüc chuyãøn âäøi sang daûng song song sæí duûng caïc - 54 -
  12. - Chæång III - chip SIO nhæ âaî noïi åí trãn. Mäùi tæì maî song song âæåüc chuyãøn âäøi thaình mäüt giaï trë cuía máùu tæång tæû xáúp xè våïi bãn phaït nhåì mäüt bäü giaíi maî. Daûng tên hiãûu âáöu ra cuía bäü giaíi maî chênh laì PAM læåüng tæí hoïa. Tên hiãûu PAM naìy âæåüc laìm mën nhåì mäüt bäü loüc thäng tháúp khäi phuûc (low-pass reconstruction filter) hay coìn goüi laì bäü loüc laìm mën (smoothing filter) âãø taûo laûi tên hiãûu tæång tæû (xem hçnh 3.7 pháön bäü thu PCM). 3.3 Mäüt säú âàûc âiãøm cuía tên hiãûu PCM 3.3.1 Bàng thäng cuía tên hiãûu PCM Goüi R laì säú bit truyãön âi trong mäüt giáy cuía tên hiãûu PCM. R hay âæåüc goüi laì täúc âäü bit (âån vë tênh laì bit/s hay bps). Goüi n laì säú bit cuía mäüt tæì maî PCM; fs laì táön säú láúy máùu (chênh laì säú máùu trong mäüt giáy). Coï thãø dãù daìng tênh âæåüc R tæì n vaì fS nhæ sau: R = nf S Vê duû âäúi våïi thoaûi cäng cäüng thç n = 8, fS = 8kHz, do âoï R = 64 kbps. Giæîa âäü räüng bàng thäng vaì täúc âäü bit coï mäüt mäúi quan hãû. Báy giåì ta seî tçm mäúi quan hãû naìy. Hçnh 3.13 minh hoüa täúc âäü bit täúi âa cuía tên hiãûu PCM trong hai træåìng håüp thäng duûng. Âoï laì træåìng håüp åí hçnh 3.13 a vaì hçnh 3.13 b. ÅÍ hçnh 3.13 a, sæí duûng troün mäüt ä bit laì Tb âãø biãøu diãùn mäüt bit, hçnh 3.13 b chè sæí duûng mäüt næía ä bit âãø biãøu diãùn mäüt bit, næía coìn laûi tråí vãö giaï trë tham chiãúu. Ta nháûn tháúy åí hçnh 3.13 a, mäüt bit tæång âæång våïi mäüt láön tên hiãûu thay âäøi mæïc trong khi åí hçnh 3.13 b thç mäüt bit tæång âæång våïi hai láön thay âäøi mæïc. Ta biãøu diãùn sæû thay âäøi mæïc bàòng tên hiãûu sin. Tæì âáy tháúy ràòng åí hçnh 3.13 a, ta coï thãø truyãön âi täúc âäü bit laì 2 bps trãn Hz, åí hçnh 3.13 b thç täúc âäü naìy chè laì 1 bps trãn Hz. Ta goüi säú bit truyãön trong mäüt giáy trong mäüt Hz laì hiãûu quaí sæí duûng bàng thäng (bandwidth efficiency). Tb Tb (a) (b) Hçnh 3.13 Täúc âäü bit täúi âa cuía tên hiãûu PCM Qua phán têch åí trãn ta ruït ra bàng thäng täúi thiãøu cuía tên hiãûu PCM phaíi laì: 1 1 B PCM ≥ R = nf S (træåìng håüp hçnh 3.13 a) 2 2 B PCM ≥ R = nf S (træåìng håüp hçnh 3.13 b) Ta âaî biãút âãø traïnh chäöng phäø thç táön säú láúy máùu phaíi laì f ≥ 2B våïi B laì bàng thäng cuía S - 55 -
  13. - Chæång III - tên hiãûu tæång tæû tæång æïng (giaí thiãút tên hiãûu coï bàng thäng hæîu haûn).Váûy bàng thäng cuía tên hiãûu PCM laì: B PCM ≥ nB (træåìng håüp hçnh 3.13 a) B PCM ≥ 2nB (træåìng håüp hçnh 3.13 b) Váûy bàng thäng cuía tên hiãûu PCM låïn hån bàng thäng cuía tên hiãûu tæång tæû tæång æïng. Âáy laì khuyãút âiãøm chênh cuía hãû thäúng truyãön tin sæí duûng PCM. Baíng 3.1 âæa ra quan hãû giæîa säú mæïc læåüng tæí hoïa M, âäü daìi tæì maî PCM n vaì bàng thäng cuía tên hiãûu PCM tênh theo bàng thäng cuía tên hiãûu tæång tæû tæång æïng. Vê duû: âäúi våïi tên hiãûu thoaûi, CCITT quy âënh táön säú láúy máùu laì 8 kHz vaì âäü daìi tæì maî laì 8 bit. Váûy täúc âäü cuía tên hiãûu thoaûi säú laì 64 kbps. Do âoï, bàng thäng täúi thiãøu cuía tên hiãûu thoaûi säú laì 32 kHz, låïn gáúp 8 láön so våïi bàng thäng cuía tên hiãûu thoaûi tæång tæû laì 4 kHz. 3.3.2 Aính hæåíng cuía nhiãùu lãn tên hiãûu PCM Tên hiãûu tæång tæû khäi phuûc taûi âáöu thu cuía hãû thäúng PCM chëu aính hæåíng cuía nhiãùu nãn bë meïo. Coï hai loaûi nhiãùu chênh aính hæåíng lãn tên hiãûu PCM laì: - Nhiãùu læåüng tæí hoïa gáy båíi bäü læåüng tæí hoïa M mæïc åí bãn maî hoïa PCM - Läùi bit (bit error) åí tên hiãûu PCM khäi phuûc gáy båíi nhiãùu kãnh truyãön (channel noise). Giaí sæí tên hiãûu tæång tæû vaìo coï PDF âäöng âãöu trong daíi tæì -V âãún +V, tên hiãûu PCM âæåüc âiãöu chãú kiãøu FSK räöi truyãön qua mäüt hãû thäúng säú coï tyí lãû läùi bit laì Pe , säú mæïc læåüng tæí hoïa âãöu laì M, ngæåìi ta âaî chæïng minh âæåüc: Tyí säú cäng suáút âènh cuía tên hiãûu khäi phuûc (recovered peak signal power) trãn cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu (average noise power) laì: 2 3M (S / N )pk out = 2 1 + 4(M − 1)Pe Nãúu tên hiãûu vaìo âaût mæïc täúi âa thçì tyí säú cäng suáút trung bçnh cuía tên hiãûu trãn cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu laì: M2 (S / N ) 1 = (S / N) pk out = 1 + 4(M 2 − 1)Pe out 3 Trong caïc hãû thäúng thæûc tãú, Pe nhoí khäng âaïng kãø nhåì quaï trçnh maî hoïa kãnh coï thãø sæía âæåüc háöu hãút läùi bit. Giaí sæí khäng coï läùi bit thç tyí säú S/N âènh vaì S/N trung bçnh chè phuû thuäüc vaìo nhiãùu læåüng tæí hoïa: (S / N )pk out (S / N )out 2 2 = 3M , =M . Giaï trë cuía caïc tyí säú S/N naìy tênh bàòng dB cho trong baíng 3.1. - 56 -
  14. - Chæång III - Tæì quan âiãøm thæûc tiãùn, nhiãùu læåüng tæí hoïa åí âáöu ra bäü giaíi maî PCM coï thãø phán thaình bäún loaûi phuû thuäüc vaìo âiãöu kiãûn hoaût âäüng. Bäún loaûi âoï laì nhiãùu quaï taíi (overload noise), nhiãùu ngáùu nhiãn (random noise), nhiãùu haût (granular noise) vaì nhiãùu rung (hunting noise). Nhiãùu quaï taíi xuáút hiãûn khi âiãûn aïp âènh cuía tên hiãûu tæång tæû væåüt quaï giaï trë âiãûn aïp âènh thiãút kãú. Luïc naìy, tên hiãûu khäi phuûc åí âáöu thu seî coï âènh bàòng phàóng gáön våïi giaï trë âènh thiãút kãú. Caïc âènh phàóng naìy laìm cho tên hiãûu khäi phuûc bë meïo, taûo ra caïc thaình pháön haìi khäng mong muäún. Vê duû meïo nghe âæåüc trong hãû thäúng âiãûn thoaûi PCM khi coï caïc mæïc âiãûn aïp cao xuáút hiãûn nhæ ám quay säú, báûn, tên hiãûu nháúc maïy. Nhiãùu ngáùu nhiãn taûo ra båíi läùi læåüng tæí hoïa thay âäøi ngáùu nhiãn. Nãúu âiãûn aïp tên hiãûu tæång tæû vaìo khäng âuí låïn thç tyí säú S/N seî bë giaím. Nhiãùu ngáùu nhiãn nghe nhæ mäüt tiãúng rêt. Nhiãùu haût xuáút hiãûn khi âiãûn aïp cuía tên hiãûu tæång tæû giaím tæång âäúi nhoí so våïi giaï trë thiãút kãú, laìm cho tên hiãûu læåüng tæí hoïa gáön nhæ bàòng phàóng åí mæïc 0. Nhiãùu haût nghe nhæ tiãúng laûo xaûo. Coï thãø giaím nhiãùu haût bàòng caïch tàng säú mæïc læåüng tæí hoïa, nghéa laì tàng täúc âäü bit cuía tên hiãûu PCM hoàûc laì sæí duûng læåüng tæí hoïa khäng âãöu seî trçnh baìy trong muûc sau. Säú mæïc læåüng tæí Chiãöu daìi tæì maî PCM Bàng thäng cuía tên hiãûu PCM (S/N)pk out (S/N)out 2 1 2B 10.8 6.0 4 2 4B 16.8 12.0 8 3 6B 22.8 18.1 16 4 8B 28.9 24.1 32 5 10B 34.9 30.1 64 6 12B 40.9 36.1 128 7 14B 46.9 42.1 256 8 16B 52.9 48.2 512 9 18B 59.0 54.2 1024 10 20B 65.0 60.2 2048 11 22B 71.0 66.2 4096 12 24B 77.0 72.2 8192 13 26B 83.0 78.3 16384 14 28B 89.1 84.3 32768 15 30B 95.1 90.3 65536 16 32B 101.1 96.3 Baíng 3.1 ( B laì bàng thäng cuía tên hiãûu tæång tæû vaìo bäü læåüng tæí hoïa) - 57 -
  15. - Chæång III - Nhiãùu rung xuáút hiãûn khi âiãûn aïp cuía tên hiãûu tæång tæû gáön nhæ laì mäüt hàòng säú nàòm giæîa hai mæïc læåüng tæí hoïa caûnh nhau, gáy ra mäüt tên hiãûu sin khäng mong muäún åí táön säú bàòng mäüt næía táön säú láúy máùu åí âáöu ra cuía hãû thäúng PCM. n Giaí sæí M = 2 ta coï thãø viãút laûi caïc tyí säú S/N tênh bàòng dB nhæ sau: (S / N) dB = 6,02n + α åí âáy n laì säú bit trong tæì maî PCM, α = 4,77 âäúi våïi S/N âènh vaì α = 0 âäúi våïi S/N trung bçnh. Tæì âáy ta tháúy cæï tàng thãm 1 bit trong tæì maî PCM thç S/N seî tàng âæåüc 6.02 dB. Thæûc tãú thç tên hiãûu vaìo khäng âaût mæïc täúi âa. Giaï trë α chênh xaïc âæåüc chæïng minh laì: α = 4.77 − 20 lg(V / x rms ) åí âáy V laì giaï trë âènh cuía bäü læåüng tæí hoïa vaì xrms laì giaï trë hiãûu duûng cuía tên hiãûu vaìo. Nháûn xeït ràòng α laì mäüt haìm theo mæïc tên hiãûu vaìo. Do âoï tyí säú (S/N) khäng âäöng âãöu. 3.4 Læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa khäng âãöu Tæì cäng thæïc tênh P ta tháúy cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa phuû thuäüc vaìo kêch q thæåïc bæåïc S. Nãúu kêch thæåïc bæåïc khäng thay âäøi thç tyí säú S/N seî nhoí âäúi våïi tên hiãûu coï biãn âäü nhoí vaì låïn âäúi våïi tên hiãûu coï biãn âäüü låïn. Âãø âaût âæåüc tyí säú S/N âäöng âãöu maì khäng laìm tàng säú mæïc læåüng tæí hoïa thç tiãún haình læåüng tæí hoïa khäng âäöng âãöu (nouniform quantizing) våïi kêch thæåïc bæåïc læåüng tæí hoïa thay âäøi: kêch thæåïc bæåïc nhoí âäúi våïi tên hiãûu coï biãn âäü nhoí vaì ngæåüc laûi. Sæû thay âäøi kêch thæåïc bæåïc ráút hæîu hiãûu âäúi våïi tên hiãûu thoaûi, laì tên hiãûu coï 50% thåìi gian täön taûi våïi biãn âäü nhoí chè bàòng 1/4 giaï trë hiãûu duûng. Hçnh 3.14a laì mäüt vê duû vãö thay âäøi kêch thæåïc bæåïc . Âãø thæûc hiãûn læåüng tæí hoïa khäng âãöu, træåïc hãút cho tên hiãûu tæång tæû âi qua mäüt bäü khuãúch âaûi neïn phi tuyãún goüi laì bäü neïn (compressor), räöi vaìo bäüü maî hoïa PCM sæí duûng læåüng tæí hoïa âãöu. Goüi tên hiãûu vaìo bäü neïn laì s1(t), tên hiãûu ra bäü neïn laì s2(t), quan hãû giæîa s1(t) vaì s2(t) âæåüc Smith tçm ra vaìo nàm 1957 nhæ sau: ln(1 + µ s1 ( t ) ) s 2 (t) = ln(1 + µ) åí âáy giaï trë âènh cuía s1(t) vaì s2(t) laì ± 1 , µ laì hàòng säú dæång. Phæång phaïp neïn nhæ thãú naìy goüi laì neïn luáût µ ( µ -law). Maûng âiãûn thoaûi åí mäüt säú næåïc nhæ Hoa Kyì, Canada, Nháût sæí duûng neïn luáût µ våïi µ = 255. Mäüt luáût neïn khaïc goüi laì luáût A (A-law), sæí duûng chuí yãúu åí cháu Áu, do Cattermole tçm ra nàm 1969: - 58 -
  16. - Chæång III - ⎧ A s (t ) 1 ⎪ 1 , 0 ≤ s1 ( t ) ≤ ⎪1 + ln A A s 2 (t) = ⎨ ⎪1 + ln(A s1 ( t ) ) 1 ⎪ , < s1 ( t ) ≤ 1 ⎩ 1 + ln A A Hçnh 3.14 b veî âàûc tuyãún neïn luáût A. Giaï trë A âiãøn hçnh laì A = 87,6. Våïi A = 87.6, Dunlop vaì Smith âaî chæïng minh ràòng: so våïi læåüng tæí hoïa âãöu thç tyí säú (S/N) tàng âæåüc 24 dB khi x < 1 / A vaì tàng 38 dB khi x > 1 / A . Våïi luáût µ , tyí säú (S/N) tàng hån mäüt chuït so våïi luáût A. Caí luáût neïn A vaì µ âãöu coï quan hãû vaìo-ra laì quan hãû loga. Do váûy, âàûc tuyãún neïn luáût A vaì µ âãöu coï daûng gáön giäúng nhau. Âoï laì âàûc tuyãún daûng loga. Ra Khäng âãöu Âãöu (a) Vaìo 1.0 (b) A=87.6 A=5 A=1 - 1.0 0 1.0 - 1.0 Hçnh 3.14 Âàûc tuyãún neïn - giaîn (a) Âàûc tuyãún læåüng tæí hoïa M=8 (b) ÂàÛc tuyãún luáût A - 59 -
  17. - Chæång III - Ngæåüc våïi quaï trçnh neïn bãn phaït, bãn thu thæûc hiãûn quaï trçnh giaíi neïn hay coìn goüi laì giaîn nhåì bäü giaîn (expandor). Âàûc tuyãún giaîn laì âaío ngæåüc cuía âàûc tuyãún neïn. Nhæ váûy, âàûc tuyãún giaîn laì âàûc tuyãún âäúi loga. Sæû kãút håüp giæîa bäü neïn vaì bäü giaîn goüi chung laì bäü neïn - giaîn (compandor). Âãø quaï trçnh neïn - giaîn khäng laìm aính hæåíng âãún cháút læåüng cuía tên hiãûu khäi phuûc thç âáy phaíi laì mäüt quaï trçnh tuyãún tênh, nghéa laì täøng hai âàûc tuyãún neïn vaì giaîn phaíi laì mäüt âæåìng thàóng. Âiãöu naìy âæåüc thæûc hiãûn trong thæûc tãú bàòng caïch xáúp xè tuyãún tênh hoïa tæìng âoaûn. Caí hai luáût A vaì µ âãöu aïp duûng phæång phaïp naìy. ÅÍ âáy ta xeït luáût A, âàûc tuyãún neïn luáût A âæåüc xáúp xè hoïa bàòng mäüt âæåìng gáúp khuïc 13 âoaûn (segment) nhæ trãn hçnh 3.15: coï saïu âoaûn cho pháön dæång tæì + 2 / 8 → +1 , saïu âoaûn cho pháön ám hoaìn toaìn âäúi xæïng tæì − 2 / 8 → −1 vaì mäüt âoaûn åí giæîa tæì − 2 / 8 → +2 / 8 . ITU âæa ra chuáøn maî hoïa G.711 âãø maî hoïa tên hiãûu thoaûi, säú mæïc læåüng tæí hoïa sæí duûng laì M = 256, âäü daìi tæì maî PCM laì n = 8, trong âoï coï mäüt bit âáöu tiãn troüng säú cao nháút laì bit dáúu vaì 7 bit coìn laûi chè giaï trë tuyãût âäúi. Quy æåïc bit dáúu laì 0 âãø chè giaï trë + cuía máùu tên hiãûu vaì laì 1 âãø chè giaï trë - cuía máùu tên hiãûu. Trong 7 bit chè giaï trë tuyãût âäúi thç 3 bit âáöu taûo thaình tæì maî chè âoaûn (coï 8 âoaûn cho mäùi pháön + hay -), 4 bit cuäúi cuìng taûo thaình tæì maî chè bæåïc læåüng tæí hoïa (coï 16 bæåïc læåüng tæí hoïa trong mäùi âoaûn). Baíng 3.2 nãu cuû thãø vãö váún âãö naìy våïi luáût neïn choün trçnh baìy åí âáy laì luáût A = 87.6. 1.0 1 7/8 2 6/8 3 5/8 4 4/8 5 3/8 6 2/8 7 1/8 8 0 1/16 1/8 1/4 1/2 1.0 Hçnh 3.15 Âàûc tuyãún xáúp xè tuyãún tênh hoïa luáût A- 13 âoaûn (goïc 1/4 thæï nháút) Tæì baíng 3.2, ta tháúy âäü daìi tæì maî thoaûi PCM khi læåüng tæí hoïa âãöu laì 13 bit âaî âæåüc neïn xuäúng coìn 8 bit khi læåüng tæí hoïa khäng âãöu. Thæûc tãú coï hai thuáût toaïn thæûc hiãûn maî hoïa khäng âãöu. Ta xeït hai thuáût toaïn naìy våïi luáût A = 87.6. Goüi 3 bit âoaûn laì a, 4 bit bæåïc læåüng tæí laì b, x laì giaï trë læåüng tæí hoïa âãöu cuía máùu råìi raûc. a- Thuáût toaïn 1: - 60 -
  18. - Chæång III - Maî hoïa: - Xaïc âënh bit dáúu: laì 0 khi x dæång vaì laì 1 khi x ám. Xaïc âënh a: a nhoí nháút thoía x < 32.2 (0 ≤ a ≤ 7 ) a - Daíi biãn âäü vaìo Kêch thæåïc bæåïc Maî âoaûn Maî bæåïc læåüng tæí hoïa Säú thæï tæû tæì maî Biãn âäü ra bäü giaíi maî 0-1 2 000 0000 0 1 2-3 0001 1 3 ... ... ... ... 30-31 1111 15 31 32-33 2 001 0000 16 33 ... ... ... ... 62-63 1111 31 63 64-67 4 010 0000 32 66 ... ... ... ... 124-127 1111 47 126 128-135 8 011 0000 48 132 ... ... ... ... 248-255 1111 63 252 256-271 16 100 0000 64 264 ... ... ... ... 496-511 1111 79 504 512-543 32 101 0000 80 528 ... ... ... ... 992-1023 1111 95 1008 1024-1087 64 110 0000 96 1056 ... ... ... ... 1984-2043 1111 111 2016 2048-2176 128 111 0000 112 2112 ... ... ... ... 3968-4095 1111 127 4032 Baíng 3.2 ⎧2(b + 1), a = 0 - Xaïc âënh b: b nhoí nháút thoía r < ⎨ (0 ≤ b ≤ 15) ⎩ 2 a (b + 1), a ≠ 0 ⎧x , a = 0 ÅÍ âáy r = ⎨ ⎩x − 16.2 , a ≠ 0 a - 61 -
  19. - Chæång III - Giaíi maî: ⎧2b + 1, a = 0 Giaï trë tuyãût âäúi cuía máùu khäi phuûc åí âáöu ra cuía bäü giaíi maî laì: y = ⎨ . ⎩ 2 a (b + 33 / 2), a ≠ 0 Bit dáúu phaíi âæåüc giæî nguyãn khäng thay âäøi. Vê duû: Mäüt máùu læåüng tæí hoïa coï giaï trë laì +121. Ta xaïc âënh âæåüc bit dáúu laì 0, a = 2, r = 57, b = 14. Váûy tæì maî PCM 8 bit laì: 0010 1110. Nãúu truyãön tæì maî naìy âi thç bãn giaíi maî seî khäi phuûc âæåüc giaï trë tuyãût âäúi laì: 22(14+33/2) = 122. b- Thuáût toaïn 2: Maî hoïa: Ta thæûc hiãûn maî hoïa âãöu thäng thæåìng, âæåüc tæì maî 13 bit. Sau âoï thæûc hiãûn neïn säú 13 bit xuäúng coìn 8 bit. Thæûc sæû ta neïn säú 12 bit xuäúng coìn 7 bit vç bit cao nháút laì bit dáúu phaíi âæåüc giæî nguyãn. Baíng 3.3 trçnh baìy thuáût toaïn neïn. Baíng 3.3 (x laì bit báút kyì) 12 bit 7 bit 1 a b c d x x x x x x x 1 1 1 a b c d 0 1 a b c d x x x x x x 1 1 0 a b c d 0 0 1 a b c d x x x x x 1 0 1 a b c d 0 0 0 1 a b c d x x x x 1 0 0 a b c d 0 0 0 0 1 a b c d x x x 0 1 1 a b c d 0 0 0 0 0 1 a b c d x x 0 1 0 a b c d 0 0 0 0 0 0 1 a b c d x 0 0 1 a b c d 0 0 0 0 0 0 0 a b c d x 0 0 0 a b c d Baíng 3.4 7 bit 12 bit 1 1 1 a b c d 1 a b c d 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 a b c d 0 1 a b c d 1 0 0 0 0 0 1 0 1 a b c d 0 0 1 a b c d 1 0 0 0 0 1 0 0 a b c d 0 0 0 1 a b c d 1 0 0 0 0 1 1 a b c d 0 0 0 0 1 a b c d 1 0 0 0 1 0 a b c d 0 0 0 0 0 1 a b c d 1 0 0 0 1 a b c d 0 0 0 0 0 0 1 a b c d 1 0 0 0 a b c d 0 0 0 0 0 0 0 a b c d 1 - 62 -
  20. - Chæång III - Giaíi maî: Ta thæûc hiãûn giaíi maî âãöu thäng thæåìng, âæåüc tæì maî 8 bit. Sau âoï thæûc hiãûn giaîn säú 8 bit thaình 13 bit. Thæûc sæû ta giaîn säú 7 bit thaình 12 bit vç bit cao nháút laì bit dáúu phaíi âæåüc giæî nguyãn. Baíng 3.4 trçnh baìy thuáût toaïn giaîn. Ta coï thãø laìm laûi vê duû trãn vaì seî tháúy kãút quaí tæång tæû. 3.5 Caïc kyî thuáût säú hoïa giaím bàng thäng Bàng thäng (bandwidth) laì mäüt taìi nguyãn thäng tin quyï giaï vaì coï haûn. Táút caí caïc âæåìng truyãön váût lyï (dáy xoàõn âäi, caïp âäöng truûc, caïp såüi quang, vi ba...) âãöu chè cho truyãön tên hiãûu qua trong mäüt daíi hæîu haûn cuía táön säú. Vç váûy cáön phaíi coï biãûn phaïp sæí duûng bàng thäng hiãûu quaí, nghéa laì laìm sao truyãön âæåüc nhiãöu kãnh thäng tin nháút våïi mäüt bàng thäng sàôn coï. Âiãöu naìy tæång âæång våïi tçm phæång phaïp giaím bàng thäng cuía tên hiãûu truyãön trãn kãnh. Nhæ âaî phán têch, ta tháúy: trong mäüt hãû thäúng PCM thäng thæåìng, caïc máùu råìi raûc cuía tên hiãûu vaìo âæåüc maî hoïa mäüt caïch âäüc láûp våïi nhau. Váûy, hãû thäúng PCM thäng thæåìng coï khaí nàng maî hoïa nhæîng tên hiãûu báút kyì coï phäø khäng væåüt quaï mäüt næía táön säú láúy máùu. Song trong thæûc tãú, caïc tên hiãûu thäng tin nhæ tiãúng noïi, hçnh aính, ám thanh... coï sæû tæång quan (correlation) âaïng kãø giæîa caïc máùu caûnh nhau. Sæû tæång quan naìy laìm cho tên hiãûu coï âäü dæ (redundancy). Âãø tiãút kiãûm bàng thäng truyãön dáùn, coï thãø thæûc hiãûn caïc kyî thuáût säú hoïa khaïc hiãûu quaí hån PCM. Caïc kyî thuáût naìy quan tám âãún sæû tæång quan cuía tên hiãûu, sæí duûng âäü dæ âãø laìm giaím täúc âäü bit, tæïc laì giaím bàng thäng. Baìi naìy trçnh baìy mäüt säú kyî thuáût giaím bàng thäng cuía tên hiãûu, bao gäöm: PCM delta, PCM vi sai DPCM (Differential PCM) , DPCM thêch nghi (Adaptive DPCM), âiãöu chãú delta DM (Delta Modulation) vaì âiãöu chãú delta thêch nghi ADM (Adaptive DM). 3.5.1 Kyî thuáût PCM delta PCM delta laì mäüt kyî thuáût âån giaín âãø giaím bàng thäng cuía tên hiãûu PCM. Thay vç maî hoïa vaì truyãön âi toaìn bäü giaï trë cuía máùu, PCM delta chè maî hoïa vaì truyãön âi âäü chãnh lãûch giæîa caïc máùu caûnh nhau (difference in adjacent sample values). Thäng thæåìng âäü chãnh lãûch naìy nhoí hån giaï trë cuía toaìn bäüü máùu nãn maî hoïa âäü lãûch seî sæí duûng êt bit trong mäüt tæì maî hån so våïi PCM thäng thæåìng. + Maî hoïa Láúy máùu Delta PCM PCM (a) - Trãù T Giaíi maî PCM (b) Trãù T Hçnh 3.16 Bäü phaït - thu PCM delta (a) Maî hoïa PCM delta (b) Giaíi maî PCM delta - 63 -
Đồng bộ tài khoản