Đề tài Âm thanh số – Chuẩn mpeg - 1 layer iii phân tích và ứng dụng

NOÄI DUNG BAÙO CAÙO Yeâu caàu cuûa ñeà taøi. Tìm hieåu veà kyõ thuaät maõ hoùa thuï caûm. Phaân tích MPEG-1 Layer 3 (MP3). Giôùi thieäu chöông trình. Keát luaän vaø höôùng phaùt trieån. PHAÀN I: YEÂU CAÀU CUÛA ÑEÀ TAØI Caùc kyõ thuaät maõ hoaù aâm thanh Phaân tích quaù trình maõ hoùa mpeg 1 layer 3. Phaân tích quaù trình giaûi maõ mpeg 1 layer 3. Vieát chöông trình giaûi maõ taäp tin MPEG-1 Layer III, phaùt laïi ra loa. PHAÀN II : TÌM HIEÅU KYÕ THUAÄT MAÕ HOÙA THUÏ CAÛM 1. MAÕ HOÙA BAÊNG PHUÏ. Tín hieäu Audio ñöôïc cho vaøo 1 baêng loïc goàm M maïch loïc thoâng daõi chieám ñaày phoå taàn nghe ñöôïc. Moâ hình aâm taâm lyù ñöôïc söû duïng ñeå tính toaùn ngöôõng che cho moãi baêng phuï. Loái ra cuûa moãi maïch loïc ñöôïc laáy maãu tôùi haïn, vaø ñöôïc löôïng töû hoaù vaø maõ hoaù moät caùch rieâng bieät. Vieäc löôïng töû hoaù cuûa moãi baêng phuï ñöôïc döïa treân tæ soá naêng löôïng ñænh treân möùc che (ñoä cheânh leäch giöõa caùc thaønh phaàn caùc möùc SPL cao nhaát vaø ngöôõng che) tính ñöôïc cho moãi baêng phuï. Tæ soá naøy ñöôïc söû duïng bôûi boä phaân phoái bit ñeå phaân boá soá bit caàn thieát cho vieäc löôïng töû hoaù moãi baêng phuï, caùc thaønh phaàn thaáp hôn ngöôõng che thì khoâng ñöôïc maõ hoaù. Cuoái cuøng caùc maãu löôïng töû hoaù ñöôïc ñoùng thaønh caùc khung döõ lieäu, trong khung coù keøm theo caùc döõ lieäu phuï khaùc. MAÕ HOAÙ BIEÁN ÑOÅI Caùc maãu Audio trong mieàn thôøi gian ñöôïc chuyeån sang mieàn taàn soá nhôø caùc pheùp bieán ñoåi toaùn hoïc. Caùc boä maõ hoaù coù theå söû duïng caùc pheùp bieán ñoåi nhö pheùp bieán ñoåi Fourier rôøi raïc DFT( Discrete Fourier Transform) hoaëc MDCT. Caùc heä soá coù ñöôïc töø caùc pheùp bieán ñoåi ñöôïc löôïng töû hoaù vaø maõ hoaù döïa treân moâ hình aâm taâm lyù, caùc thaønh phaàn bò che ñöôïc loaïi boû. Laøm giaûm Entropy cuûa tín hieäu cho pheùp maõ hoaù hieäu quaû hôn. PHAÀN III :PHAÂN TÍCH MPEG -1 LAYER III MODE: Chuaån MPEG coù 4 cheá ñoä: Mono. Dual channel. Stereo. Intensity Stereo (coøn goïi laø Joint Stereo). TOÁC ÑOÄ LAÁY MAÃU: Moät soá toác ñoä laáy maãu: 32 kHz, 44.1 kHz vaø 48 kHz ñoái vôùi MPEG 1 (Tieâu chuaån ISO/IEC 11172-3). 3. LÔÙP III: Lôùp naøy ñöa ra möùc ñoä neùn vaø loïc cao hôn caû lôùp II vaø söû duïng moät boä maõ hoùa Huffman. Layer Complexity Encoder Decoder I 1.5 – 3 1 II 2 – 4 1.25 III > 7.5 2.5 Lôùp III laø chuaån hieäu quaû nhaát vaø ñaõ trôû thaønh chuaån trong thöïc teá cho vieäc maõ hoaù chaát löôïng aâm thanh. Nhöõng caûi thieän cuûa lôùp 3 so vôùi lôùp 1 vaø lôùp 2 : Giaûm söï choàng phoå. Löôïng töû hoùa phi tuyeán. Maõ hoùa entropy caùc giaù trò döõ lieäu. Söû duïng boä döï tröõ bit. ÑÒNH DAÏNG KHUNG DÖÕ LIEÄU: Frame bao goàm 4 phaàn : tieâu ñeà,thoâng tin ,döõ lieäu chính, döõ lieäu phuï. a. Tieâu ñeà (Header): coù chieàu daøi 4 bytes (32 bits) vaø chöùa thoâng tin veà lôùp , toác ñoä bit, taàn soá maãu vaø cheá ñoä stereo ñöôïc moâ taû cuï theå nhö sau: b. Thoâng tin (Side information ) :coù chieàu daøi laø 256 bit Main data begin Private bits Scale factor SI granules 0 SI granules 1 c. Döõ lieäu chính (Main data) : Chöùa heä soá tæ leä vaø maãu taàn soá ñaõ ñöôïc maõ hoùa. Chieàu daøi phuï thuoäc toác ñoä bit chöùa trong header vaø döõ lieäu phuï. Ví duï veà vieäc quaûn lyù döõ lieäu chính nhö sau : d. Döõ lieäu phuï : Do ngöôøi duøng ñònh nghóa, nhöng khoâng caàn thieát giaûi maõ. 5. QUAÙ TRÌNH MAÕ HOÙA: Ví duï ta coù chuoãi caàn maõ hoaù laø “HUFFMAN”. Symbol Xaùc suaát H 1 / 7 U 1 / 7 F 2 / 7 M 1 / 7 A 1 / 7 N 1 / 7 6. QUAÙ TRÌNH GIAÛI MAÕ: Giaûi maõ Huffman: F5-10 0 1 F4-6 F3-4 F2-3 e-3 o - 2 a - 2 F1-2 i - 1 ! -1 u-1 Söï löôïng töû hoùa laïi (Requantization): Duøng heä soá tæ leä ñeå chuyeån ñoåi giaù trò maõ hoùa Huffman thaønh giaù trò quang phoå söû duïng coâng thöùc sau: xri = isi4/3 * 2 ( 0.25 * C ) Söï saép xeáp laïi (Reordering): Sau khi löôïng töû hoùa caùc maãu xong phaûi saép xeáp laïi baêng tæ leä duøng cöûa soå ngaén . Ñeå taïo cho vieäc maõ hoùa Huffman hieäu quaû hôn . Ví duï  Giaûi maõ aâm thanh (Stereo) Giaûm bôùt bieät danh IMDCT:bieán ñoåi vaïch phoå (Xk) thaønh khoái loïc ña pha maãu subband (Si) söû duïng coâng thöùc sau : xi= Xkcos[ π/2n [2i+1+n/2](2k+1)],for i=0 to n-1 Toång hôïp taàng loïc ña pha : Taàn loïc ña pha chuyeån 32 subband thaønh 32 maãu PCM . PHAÀN IV : GIÔÙI THIEÄU CHÖÔNG TRÌNH PHAÀN V : KEÁT LUAÄN VAØ HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN KEÁT LUAÄN: Keát quaû ñaït ñöôïc: Giaûi maõ file mp3 vaø phaùt ra loa chæ ñöôïc moät baøi haùt. Thöïc hieän ñöôïc caùc chöùc naêng cuûa chöông trình nhö môû file mp3, giaûi maõ vaø phaùt ra loa, taïm döøng hay ngöng haún. Moät soá haïn cheá: Chöa phaùt ñöôïc nhieàu file mp3 lieân tuïc. Chöa ñieàu chænh ñöôïc pass, treble hay ñoä caân baèng cuûa volume 2. HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN: Choïn ñöôïc moät danh saùch caùc file mp3 vaø phaùt lieân tuïc caùc file mp3 ñoù. Hay ñieàu chænh ñöôïc pass, treble, hay ñieàu chænh ñöôïc ñoä caân baèng cuûa volume. Laëp laïi moät baøi haùt hay caùc chöùc naêng khaùc nhö trong nhöõng chöông trình nghe nhaïc phoå bieán hieän nay nhö: Winamp, Herosoft …