- 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 -
- Chæång III -
Âënh lyï láúy máùu Shannon âæa ra giåïi haûn dæåïi cuía táön säú âoï laì hoàûc
mS f2f ≥ms 2
ω
≥ω ,
trong âoï laì táön säú cuía tên hiãûu PAM vaì laì táön säú cæûc âaûi cuía phäø tên hiãûu tæång tæû.
S
fm
f
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:
LsH f
1n
2
ff
n
2
−
≤≤ trong âoï ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
=
LH
H
ff
f
intn
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 mSS f2f,f/1T ≥
=
, âäü räüng
xung laì , chiãöu cao xung laì h = 1. τ
Coï thãø khai triãøn Fourier cho daîy xung láúy máùu nhæ sau:
t
T
2
jk
k
Te
T
k
T
ksin
T
1
)t(p
π
−
∞
−∞=
∑τ
π
τ
π
τ=
Tên hiãûu láúy máùu coï daûng:
)t(p)t(f)t(f TS
=
Máût âäü phäø cuía tên hiãûu láúy máùu laì:
- 45 -
- Chæång III -
)
2
(
sin
)()(
2
1
)( T
kF
T
k
T
k
T
PFF
k
S
π
ω
τ
π
τ
π
τ
ωω
π
ω
−=∗= ∑
∞
−∞=
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 T
/
2π. Nãúu táön säú láúy máùu khäng thoaí maîn âënh lyï láúy máùu
Shannon hoàûc
mS f2f ≥ms 2
ω
≥ω thç xaíy ra hiãûn tæåüng caïc phiãn baín phäø chäöng láún lãn
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 -
- Chæång III -
- 47 -
Chuyãøn maûch
pT(t)
fs(t) f(t)
Cloc
k
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
C
rC << τ
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
- 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 T
/
τcæûc 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 . Viãûc loaûi boí naìy coï khi aính hæåíng âäi chuït âãún cháút læåüng tên hiãûu. 2/fS
3.1.4 Kãút håüp láúy máùu våïi gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian TDM
Nhæ âaî trçnh baìy åí trãn, tyí säú ráút nhoí nghéa laì khoaíng caïch giæîa hai xung PAM caûnh
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).
S
T/τ
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.
T/2
T
f1(t)
f2(t)
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 -