ANTEN THÔNG MINH (SMART ANTENNAS)

Các khối vô tuyến thế hệ mới không chỉ có tính năng điều khiển công suất, điều khiển sửa lỗi, thích nghi bộ mã theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu,… như các khối thu phát vô tuyến hiện nay mà còn có khả năng cảm biến và thích nghi với đặc tính của môi trường vô tuyến, trong đó có yếu tố tần số và không gian. 

Anten thông minh là một trong những định hướng tối ưu các khối thu phát vô tuyến thế hệ mới dựa trên yếu tố đặc tính không gian. Anten thông minh đang được nghiên cứu và sẽ ứng dụng trong các khối thu phát vô tuyến thế hệ mới 3G, WiMAX, LTE, WLAN... Bài viết này trình bày  một số đặc điểm của môi trường đô thị và biện pháp tăng hiệu quả phủ sóng sử dụng anten thông minh.

1. Công nghệ anten thông minh

Anten thông minh là một hệ thống gồm hai hay nhiều anten (phần tử của dãy) được bố trí phù hợp về mặt hình học và kết nối liên thông về điện để tạo ra một giản đồ phát xạ định hướng mong muốn. Đối với dãy anten điều khiển pha, pha của các dòng điện ở mỗi phần tử anten sẽ được điều khiển để thu được giản đồ phủ sóng của dãy, thường là tập trung búp sóng lớn nhất hoặc nhỏ nhất theo các hướng mong muốn. Điều khiển pha dòng điện của các phần tử trong dãy là phương thức để điều chỉnh hướng búp sóng.

Một hệ thống anten thông minh bao gồm một dãy anten, với phần cứng vô tuyến và khối điều khiển để thay đổi giản đồ phủ sóng theo điều kiện môi trường vô tuyến nhằm tăng cường hiệu năng của một hệ thống thông tin.

Mở rộng vùng phủ sóng

Ở các vùng mật độ thuê bao thấp, tối ưu phủ sóng là hướng tới mục tiêu là tăng độ rộng vùng phủ và tăng khoảng cách phủ sóng. Khi sử dụng anten thông minh ở các khu vực này cho phép tăng bán kính phủ sóng của trạm nhiều lần so với anten đẳng hướng hay anten sector như mô tả trong Hình 1.

Hình 1. Mở rộng vùng phủ sóng sử dụng anten thông minh

Giảm nhiễu đường truyền

Ở nơi có mật độ thuê bao cao, mục tiêu tối ưu phủ sóng là tăng dung lượng. Hai kỹ thuật chính được sử dụng để tăng dung lượng là giảm nhiễu xuyên kênh trên đường xuống và khử nhiễu ở đường lên. Trong hệ thống sử dụng anten thông minh, các búp sóng của anten hướng chính xác thuê bao, do vậy công suất phát chỉ phát đúng đến hướng cần thiết và tránh phát tín hiệu về phía nguồn can nhiễu. Nhiễu xuyên kênh kiểu đồng kênh chỉ xảy ra nếu các thuê bao này cùng nằm trong một búp sóng khá hẹp (5^o đến 10^o). Do đó, nhiễu đồng kênh sẽ giảm được rất nhiều so với trường hợp dùng anten đẳng hướng (360⁰) hay anten sector (60⁰, 90⁰, 120⁰) ở kênh đường xuống.

Nhiễu xuyên kênh đường lên có thể loại trừ bằng cách hướng búp sóng về đúng hướng thuê bao và bằng không tại các hướng có các thuê bao đồng kênh.

Như vậy, giảm nhiễu đồng kênh được thực hiện bằng cách lái búp sóng hoặc chuyển mạch búp sóng. Nhờ việc sử dụng các búp sóng định hướng, nhiễu giữa các trạm phủ sóng dùng cùng tập kênh tần số cũng giảm đáng kể so với trường hợp anten đẳng hướng như mô tả trong Hình 2. Trong trường hợp lý tưởng, số lượng trạm phủ sóng cần có thể giảm xuống, tăng hiệu quả sử dụng băng tần và dung lượng.

Hình 2. Giảm nhiễu đường xuống và loại trừ nhiễu đường lên dùng anten thông minh

Đa truy nhập phân chia theo không gian

Hệ thống anten thông minh cũng cho phép một trạm phủ sóng có thể liên lạc với 2 hay nhiều thuê bao sử dụng cùng một tần số khi sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA – Space Division Multiple Access), do đó cho phép hệ thống sử dụng các tài nguyên mạng hiệu quả hơn.

Hình 3. Đa truy nhập phân chia theo không gian

2. Một số biện pháp giảm ảnh hưởng của môi trường đô thị khi triển khai mạng thông tin vô tuyến băng rộng dùng công nghệ anten thông minh

Môi trường đô thị có đặc điểm là mật độ nhà cao, đường phố hẹp, nhiều khu nhà cao tầng. Hơn nữa kiến trúc, cấu trúc và vật liệu xây dựng phức tạp như đa dạng về hình học, dùng nhiều loại vật liệu từ bê tông, gỗ, kính, thép, vật liệu tổng hợp… Hơn nữa, mật độ thuê bao cao và có phân bố tương đối đồng đều theo các hướng. Những yếu tố trên ảnh hưởng tới kênh truyền vô tuyến cũng như hiệu quả phủ sóng của anten thông minh.

Hiệu ứng “canyon”

Hiệu ứng “canyon” do phản xạ sóng vô tuyến ở các đường hẹp. Sóng vô tuyến từ khối phát trên các đường hẹp sẽ phản xạ nhiều lần vào các tòa nhà hai bên đường trước khi tới khối thu. Đường phố đóng vai trò như ống dẫn sóng từ khối phát tới khối thu. Điều này làm ảnh hưởng tới độ chính xác khi xác định vị trí thuê bao, và vì vậy dẫn tới lệch định hướng búp sóng của anten thông minh. Hiệu quả của anten thông minh bị suy giảm. So với trường hợp dùng một anten, sử dụng dãy anten gồm 8 chấn tử có thể làm tăng độ tăng ích lên 4-6 dBi hoặc thấp hơn một chút. Trường hợp hoàn toàn lệch định hướng, tăng ích của dãy anten có thể thấp hơn sử dụng một anten duy nhất.

Hình 4. Hiệu ứng “canyon” trong khu đô thị có đường hẹp, mật độ nhà cao

Để tăng hiệu quả anten thông minh cần phải sử dụng các mô hình dự đoán và thuật toán điều khiển có tính toán đến hiệu ứng “canyon”. Ví dụ như khi phát hiện tín hiệu có thăng giáng lớn và chậm thì cần mở rộng búp sóng để tăng độ chính xác của búp sóng định hướng hoặc sử dụng anten thu phát nhiều đường (MIMO - Multiple Input, Multiple Output) thay vì dùng công nghệ định hướng búp sóng thích nghi (BF – Beamforming)

Hiệu ứng tán xạ

Khi anten đặt ở khu vực có nhiều nhà cao tầng và ở vị trí thấp so với một số tòa nhà xung quanh, xảy ra hiện tượng tán xạ sóng. Các tia sóng bị tán xạ ở các rìa nhọn của tòa nhà và bị biến đổi pha khi tới khối thu. Nếu tia tán xạ có tỷ trọng lớn trong tín hiệu thu được, sẽ gây ra lệch định hướng hoàn toàn và dẫn tới giảm nghiêm trọng tăng ích anten theo hướng đó.

Hình 5. Hiệu ứng tán xạ ở rìa nhọn các nhà cao tầng

Hiện tượng tán xạ có thể giảm bớt hoặc loại trừ bằng cách đặt anten của trạm phủ sóng ở vị trí cao hơn so với các tòa nhà xung quanh, ví dụ cần đặt anten cao hơn 8-10 m so với các tòa nhà trong vòng bán kính 300m đến 500m. Khi đặt anten ở vị trí cao cũng sẽ giảm được ảnh hưởng tia phản xạ và giảm được thăng giáng tín hiệu sâu.

Hiệu ứng đường hầm (tunnel)

Ở một số thành phố như Hà Nội hay các thành phố Đài Loan, Hồng Kông, các nhà trong khu thương mại thường được thiết kế hẹp và dài, liền kề với nhau. Khi thuê bao ở trong nhà, tia truyền thẳng bị suy giảm lớn do phải truyền xuyên qua nhiều lớp tường. Các tia phản xạ từ các nhà xung quanh cũng bị suy giảm do phải đi xuyên qua nhiều lớp tường tính từ lớp tường thứ nhất. Phủ sóng trong nhà ở khu vực này rất khó khăn và suy hao tín hiệu sâu trong nhà rất lớn và biên độ biến đổi tùy thuộc từng nhà. Cường độ trường trong nhà có thể thấp hơn ngoài đường từ 20-40 dBi.

Hình 6. Hiệu ứng đường hầm và phủ sóng nhiều lớp

Để tăng cường khả năng phủ sóng trong nhà, một phương pháp hiệu quả là dùng các trạm nhỏ (micro/pico-cell) với anten có búp sóng định hướng phù hợp với truyền sóng dọc theo “đường hầm” hình hộp. Các trạm nhỏ sẽ tạo thành lớp phủ sóng thứ hai nằm dưới các trạm lớn (macro cell) và chuyển tiếp sóng của các trạm lớn. Tuy nhiên, cần tối ưu thuật toán chuyển giao giữa hai lớp cũng như phối hợp các khối điều khiển thu phát sao cho vừa tăng cường phủ sóng lại giảm thiểu được nhiễu xuyên kênh.

Hiệu ứng nhà cao tầng

Các nhà cao tầng có hai đặc điểm ảnh hưởng tới phủ sóng. Thứ nhất, ở các phòng gần cửa sổ, sóng từ các trạm hướng tới đều lớn do đó cường độ trường lớn nhưng tỷ số tín hiệu trên nhiễu thấp. Thứ hai, ở các khu vực thang máy và hành lang cường độ trường thấp, đặc biệt là các tầng thấp.

Để giảm nhiễu trong trường hợp thứ nhất, cần thuật toán phối hợp giữa các trạm phủ sóng sao cho các búp sóng định hướng không bị chồng lấn lên nhau. Điều này có thể thực hiện thông qua kênh phản hồi ở đường lên từ phía thuê bao. Ngoài ra, cần phải đặt các trạm nhỏ (inbuilding) để nâng cao chất lượng phủ sóng trong nhà. Các trạm này dùng anten đẳng hướng hoặc định hướng tùy theo yêu cầu vùng phủ. Vấn đề phối hợp các trạm nhỏ với trạm lớn đặt ra tương tự trong trường hợp hiệu ứng đường hầm.

3. Kết luận

Tối ưu phủ sóng đô thị dùng anten thông minh cần quan tâm tới các đặc điểm chính của địa hình đô thị. Trong nhiều trường hợp, dùng anten thông minh (BF) có hiệu quả thấp hơn anten thu phát nhiều đường (MIMO). Việc phân vùng sử dụng kiểu anten nào sẽ tùy thuộc vào yếu tố địa hình, đặc điểm chuyển động của thuê bao trong khu vực đó và yếu tố kinh tế. Để tăng hiệu quả và chất lượng phủ sóng khu vực đô thị cần phải đặt anten ở độ cao cao hơn so với địa hình xung quanh nhằm giảm ảnh hưởng tia tán xạ và phản xạ. Đối với phủ sóng trong nhà ở khu đô thị mật độ cao, cần triển khai giải pháp phủ sóng nhiều lớp để đảm bảo chất lượng tín hiệu cũng như nâng cao dung lượng. Ngoài ra, vấn đề phối hợp tối ưu môi trường vô tuyến các trạm phủ sóng dùng anten thông minh cũng là yếu tố quan trọng quyết định tới chất lượng và hiệu quả phủ sóng đô thị trong các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ mới.

Nguồn http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=19338

 Vì sao Anten thông minh có thể đạt được tính “thông minh” như vậy?
Thực ra, trong hệ thống Anten thông minh, bản thân các phần tử Anten không thông minh, mà sự thông minh được tạo ra do quá trình xử lý số tín hiệu các tín hiệu đến các phần tử Anten. Quá trình kết hợp tín hiệu và sau đó tập trung bức xạ theo một hướng đặc biệt được gọi là Beamforming.

Nguồn http://www.deeforum.net/forum/index.php?topic=466.0

Read more »

Biến đổi tín hiệu Analog & Digital

Theo mạch bài viết của thày Bình môn kỹ thuật truyền dẫn số thì quá trình biến đổi tín hiệu tương tự ra tín hiệu số (trình bày về mã hóa PCM) gồm 4 quá trình:

1. Lọc hạn băng : do tần số lấy mẫu có phổ rộng vô hạn, theo định lý lấy mẫu Nyquist - Shannon thì cần lấy mẫu tối thiểu gấp đôi tần số tín hiệu để khôi phục được ở đầu thu, nếu để phổ tần vô hạn thì biết bao nhiêu cho nó vừa. Trong thông tin di động, phổ thường hạn chế 0.3-3.4 kHz, nhưng do lọc không lý tưởng nên sẽ gây ra méo gập phổ, nên người ta lấy dư ra là 4kHz và tần số lấy mẫu là 8kHz, tuy nhiên file âm thanh thì khác, để hay (chứ không chỉ để nghe được) thì cần lấy mẫu nhiều hơn, bài viết dưới đây sẽ nói trên cơ sở thực tế của người làm về mảng âm thanh.
2. Lấy mẫu (tín hiệu thành các xung PAM - Pulse amplitude modulation, nó là một chuỗi xung mảnh)
3. Lượng tử hóa : vì tín hiệu số khác tín hiệu tương tự, chỉ có hữu hạn mức. Xem thêm.
   Tín hiệu sau khi lượng tử thành xung PAM số.
   Trong tín hiệu thoại thì có 2 luật lượng tử của châu Âu và của Mĩ, các bạn có thể xem thêm trong các giáo trình, blog này cố gắng trình bày ở mức dễ hiểu nhất cho người đọc nên không đi sâu và lý thuyết.
4. Từ các mức của xung mảnh (PAM) người ta biểu diễn các giá trị thành một tổ hợp mã nhị phân.

Các bạn cũng có thể xem thêm bài này để biết nhiều hơn về mã hóa các loại tín hiệu khác :
http://tongquanvienthong.blogspot.com/2012/02/ma-hoa-am-thanh-tieng-noi.html

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.

Nguồn http://www.yeunhacvang.com/forums/index.php?topic=9354.0

Read more »