KHOA IN T VIN THễNG BàI THUYếT TRìNH MễN: X LÍ TIẾNG NĨI GV:ĐỖ ANH TUẤN NHĨM 2: DƯƠNG THỊ HỒNG PHÙNG THỊ QUỲNH NGÔ HẢI LONG NGUYỄN VĂN ĐẠI LÊ ĐÌNH ANH PHẠM HỒNG PHÁI VŨ VĂN TÚ TỔNG QUAN PHẦN 1: Lấy mẫu Khôi phục liệu (Sampling and reconstruction) I.Giới thiệu II.Lấy mẫu III.Khôi phục liệu PHẦN 2: Lượng tử hóa (Quantization) I Q trình lượng tử hoá II.Bộ chuyển đổi D/A III.Bộ chuyển đổi A/D I.Giới thiệu chung Hầu hết tín hiệu thực tế tiếng nói, tín hiệu sinh học, tín hiệu địa chấn, radar, sonar, tín hiệu thơng tin audio, video tín hiệu tương tự.Có thể xử lý trực tiếp tín hiệu hệ thống tương tự thích hợp Một phương pháp khác để xử lý tín hiệu tương tự Xử lý số Ưu điểm xử lý số: hệ thống số lập trình tạo ta tính mềm dẻo việc cấu hình lại hoạt động xử lý cách đơn giản thay đổi chương trình , việc điều khiển độ xác hệ thống số lại dễ dàng dễ dàng lưu trữ thiết bị băng đĩa từ mà không bị mát hay giảm chất lượng T/h tương tự vào Bộ chuyển đổi A/D Bộ xử lý tín hiệu số DSP T/h số vào Hình :Quy trình Xử lý số tín hiệu Bộ chuyển đổi D/A T/h số T/h tương tự PHẦN1: Lấy mẫu Khôi phục liệu (Sampling and reconstruction) I Giới thiệu chung Để xử lý tín hiệu tương tự phương pháp số, trước hết phải chuyển tín hiệu tương tự sang dạng số Q trình gọi biến đổi A/D Quá trình A/D gồm bước minh họa hình T/h tương tự xa(t) Lượng tử hóa Lấy mẫu T/h rời rạc x(n) Hình 2: Bộ chuyển đổi A/D Mã hóa T/h lượng tử xq(n) T/h số PHẦN1: Lấy mẫu Khôi phục liệu (Sampling and reconstruction) II Lấy mẫu (sampling) 1.Định nghĩa Lấy mẫu (sampling) q trình chuyển đổi tín hiệu từ liên tục thành rời rạc cách lấy mẫu (sample) tín hiệu liên tục thời điểm rời rạc Vậy tín hiệu xa(t) đưa vào lấy mẫu đầu xa(nT) với T chu kỳ lấy mẫu PHẦN1: Lấy mẫu Khôi phục liệu (Sampling and reconstruction) I.Lấy mẫu (sampling) Note :Lựa chọn hợp lý giá trị fs vấn đề quan trọng: -Fsphải đủ lớn để biểu diễn đầy đủ tính chất tín hiệu -Fs lớn yêu cầu cao phần cứng, tốn nhớ,vv… PHẦN1: Lấy mẫu Khôi phục liệu (Sampling and reconstruction) II.Lấy mẫu(sampling) PHẦN1: Lấy mẫu Khôi phục liệu (Sampling and reconstruction) II.Lấy mẫu(sampling) Quan hệ ngõ vào – ngõ lấy mẫu: Note:Quá trình lấy mẫu tạo phổ rộng vơ hạn tuần hồn với chu kỳ Fs Nghĩa là, phổ xs(t) phổ x(t) lặp lại tần số ±fs, ±2fs,vv… PHẦN1: Lấy mẫu Khôi phục liệu (Sampling and reconstruction) II.Lấy mẫu(sampling) Định lý lấy mẫu Nyquist: • Định lý lấy mẫu: biểu diễn xác tín hiệu x(t) mẫu x(nT) thoả mãn điều kiện: • Tín hiệu x(t) phải giới hạn băng thơng Tức phổ tín hiệu phải giới hạn tần số cực đại fmax tín hiệu khơng tồn thành phần tần số lớn fmax • Tần số lấy mẫu phải chọn lớn 2fmax: fs>2fmax Với fs=2fmax: tốc độ Nyquist N=[-fs/2, fs/2]: khoảng Nyquist PHẦN1: Lấy mẫu Khôi phục liệu (Sampling and reconstruction) II.Lấy mẫu(sampling) Định lý lấy mẫu Nyquist: • Ví dụ 1: Cho tín hiệu sau: x(t) = + 2cos2πt + 6cos8πt (t:ms) Xác định giá trị hợp lý fs ? • Lời giải: Xác định thành phần tần số: f1 = Khz; f2 = Khz; f3 = 4Khz Thành phần tần số cao nhất: fM = max{f1, f2, f3} = f3 = 4Khz Chọn giá trị fs dựa vào định lý lấy mẫu Nyquist: fs = 2x4 = Khz Phần 2: Lượng tử hóa (Quantization) 2.Phân loại lượng tử 2.3 Theo tầm tồn thang: • Bộ lượng tử đơn cực: 0≤xQ(nT) tỉ số SNR tăng thêm 6dB • Số bit nhiễu nhiễu lượng tử sơ • Tỉ số SNR khơng phụ thuộc vào biên dộ tín hiệu Nhận xét : Phần 2: Lượng tử hóa (Quantization) II.BỘ CHUYỂN ĐỔI D/A • Xét DAC B-bit có tầm tồn thang hình 2.3.1 Cho trước B bit ngõ vào , b = [b1, b2, , bB], chuyển đổi cho ngõ có trị xQ Nếu chuyển đổi đơn cực , sản lượng XQ rơi khoảng [0, R) Nếu lưỡng cực, rơi vào [-R / 2, R / 2) Ba loại chuyển đổi thông đổi thông dụng : • (a)nhị phân đơn cực thơng thường (unipolar natural binary) • (b) nhị phân dịch chuyển lưỡng cực ( bipolar offset binary) • (c) lưỡng cực lấy bù 2( bipolar 2`s complement) Bộ chuyển đổi nhị phân cực dạng thường đơn giản nhất.Ngõ x Q tính theo B bit sau : 2.3.1 Phần 2: Lượng tử hóa (Quantization) II.BỘ CHUYỂN ĐỔI D/A Gía trị lớn tương ứng với trường hợp bit đếu 1, b=[ 1, 1,…,1] • xQ = R(2-1 + 2-2 + ··· + 2-B)= R(1 − 2-B)= R − Q • chuỗi cấp số nhân • (2.3.1) viết lại theo độ rộng lượng với Q, sau: Phần 2: Lượng tử hóa (Quantization) II.BỘ CHUYỂN ĐỔI D/A m số nguyên mà nhị phân đại diện (b1 b2 ··· bB), có nghĩa : • Như số nguyên m trải 2B giá trị liên tiếp m = 0,1,2, , 2B - 1, đầu tương tự XQ chạy suốt mức lượng tử liên tiếp lượng tử hóa Bộ nhị phân dịch chuyển lưỡng tử thu cách thay đổi phương trình (2.3.1) xuống nửa quy mơ, R / cho quy tắc: • Tối thiểu tối đa mức độ đạt thu cách thay đổi giá trị nhị phân tự nhiên tương ứng cách R / 2: Phần 2: Lượng tử hóa (Quantization) II.BỘ CHUYỂN ĐỔI D/A • Các XQ giá trị tương tự biểu diễn theo Q, phương trình (2.3.2) Trong trường hợp có: m số nguyên m dịch nửa thang cực đại , nghĩa là: • Thơng số chiếm giá trị 2B Phần 2: Lượng tử hóa (Quantization) II.BỘ CHUYỂN ĐỔI D/A • Bảng 2.3.1 tóm tắt ba loại chuyển đổi cơng ước mã hóa đầu vào / đầu tương ứng Bảng 2.3.2 so sánh ba ước mã hóa cho trường hợp B = R = 10 volt Khoảng cách mức độ Q = R / B = 10/24 = 0,625 volt Các mã [b1, b2, b3, b4] cột fi, áp dụng cho thiên nhiên bù đắp trường hợp nhị phân, giá trị tương tự lượng tử mà họ đại diện khác : Bảng 2.3.1 Chuyển đổi loại Bảng 2.3.2 mã chuyển đổi cho B = bit, R = 10 volt Phần 2: Lượng tử hóa (Quantization) II.BỘ CHUYỂN ĐỔI D/A • Đối với trường hợp nhị phân tự nhiên, giá trị XQ tích cực, kéo dài khoảng [0,10) volts, với giá trị tối đa R-Q = 10-0,625 = 9,375 Để bù đắp nhị phân, giá trị mức độ bù đắp nửa quy mô, R / = volts, mở rộng khoảng [-5,5) volts, với tối đa phúc R / 2-Q = 5-0,625 = 4,375 volt Lưu ý đầu phạm vi đầy đủ quy mô, R = 10 R / = volts, thể bảng để tham khảo khơng đại diện cho cấp độ • Cột cuối cho thấy hai mã bổ sung Họ thu từ cột fi cách bổ sung MSB, b1 Các XQ giá trị lượng tử hóa đại diện mã giống trường hợp nhị phân bù đắp, là, đưa cột fi fth bảng • Đang bổ sung hai hiểu cách gói mã nhị phân tự nhiên thẳng xung quanh vòng tròn, thể hình 2.3.2 Hình vẽ fi Điều cho thấy số nguyên nhị phân m tự nhiên giá trị tiêu cực họ nửa hình tròn Những tiêu cực m tích cực việc hình bán nguyệt thu quy tắc thông thường việc bổ sung tất bit thêm một, là, m2c = m + Hình 2.3.2 Hai mã bổ sung Phần 2: Lượng tử hóa (Quantization) II.BỘ CHUYỂN ĐỔI A/D • Bộ chuyển đổi A/D: nhận tín hiệu tương tự đầu chuyển thành tín hiệu số đầu Hình 2.4.1 B-bit A / D chuyển đổi Hình 2.4.2 Bộ xấp xỉ liên tiếp Phần 2: Lượng tử hóa (Quantization) II.BỘ CHUYỂN ĐỔI A/D • Nhận xét: • Các mức tín hiệu nằm mức lượng tử quy mức lượng tử thấp -> phương ph| p rút ngắn • • Để thực lượng tử theo phương pháp làm tròn trước lượng tử, tín hiệu ban đầu dịch lên nửa khoảng lượng tử y=x+Q/2 Đối với mã bù bit MSB bit dấu nên xét riêng Nếu x ≥ MSB = ... and reconstruction) I.Giới thiệu II.Lấy mẫu III.Khôi phục liệu PHẦN 2: Lượng tử hóa (Quantization) I Quá trình lượng tử hố II.Bộ chuyển đổi D/A III.Bộ chuyển đổi A/D I.Giới thiệu chung Hầu hết... trình A/D gồm bước minh họa hình T/h tương tự xa(t) Lượng tử hóa Lấy mẫu T/h rời rạc x(n) Hình 2: Bộ chuyển đổi A/D Mã hóa T/h lượng tử xq(n) T/h số PHẦN1: Lấy mẫu Khôi phục liệu (Sampling and... III Khôi phục liệu 1.Bộ khôi phục lý tưởng Bộ khôi phục lý tưởng lọc thông thấp có đáp ứng tần số: - Tần số cắt [-fc;fc] Thông thường, tần số chọn fs/2 - Độ lợi T PHẦN1: Lấy mẫu Khôi phục liệu