Mã hóa văn bản, giọng nói, hình ảnh, và tín hiệu Video (phần 2)

Bài trước bạn đã được tìm hiểu về kỹ thuật mã hóa thông tin cho Văn bản và Âm thanh. Nếu chưa hiểu bạn nên xem lại trước khi tiếp tục phần hai, tìm hiểu kỹ thuật mã hóa dành cho hình ảnh và video.

Hình ảnh

Để chuyển một hình ảnh, hình ảnh được chia thành lưới gọi là điểm ảnh (hoặc các phần tử hình ảnh). Số lượng các mạng lưới càng cao thì các độ phân giải càng cao. kích cỡ mạng lưới như 768 × 1024 và 400×  600 thường được sử dụng trong đồ họa máy tính. Đối với hình ảnh đen trắng, mỗi điểm ảnh được cho một giá trị màu xám. Nếu có 256 cấp độ màu xám, mỗi điểm ảnh được biểu diễn bằng 8 bit. Vì vậy, để đại diện cho một hình ảnh với kích thước mạng lưới là 400 × 600 điểm ảnh với mỗi điểm ảnh của 8 bit, bắt buộc dung lượng lưu trữ là 240kbytes. Đại diện cho màu sắc, các thang màu của ba màu cơ bản đỏ, xanh dương và xanh lá cây, được kết hợp với nhau. Các sắc thái của màu sắc sẽ cao hơn nếu mức độ mỗi màu được sử dụng nhiều hơn.

Trong mã hóa hình ảnh, hình ảnh được chia thành lưới nhỏ gọi là điểm ảnh, và mỗi điểm ảnh được lượng tử hóa. Số điểm ảnh càng cao thì chất lượng của hình ảnh được tái tạo càng cao.

Ví dụ, nếu một hình ảnh được mã hóa với độ phân giải 352 × 240 pixels và mỗi điểm ảnh được biểu diễn bằng 24 bit, kích thước của hình ảnh là 352 × 240 × 24 / 8 = 247,5 KB.

Để lưu trữ những hình ảnh cũng như để gửi thông tin qua một phương tiện truyền thông, hình ảnh cần phải được nén. Một hình ảnh nén chiếm ít không gian lưu trữ nếu được lưu trữ trên đĩa mềm như là hoặc đĩa CD-ROM. Nếu hình ảnh được gửi qua một phương tiện truyền thông, hình ảnh được nén có thể được truyền đi nhanh chóng.

Một trong những hình ảnh được sử dụng rộng rãi nhất là định dạng mã hóa định dạng JPEG. Liên hiệp các nhóm chuyên gia về hình ảnh (Joint Photograph Experts Group -JPEG) đề xuất tiêu chuẩn này để mã hóa các hình ảnh. Sơ đồ khối nén hình ảnh JPEG được thể hiện trong hình 4.5.

Hình 4.5: Nén JPEG

Để nén hình ảnh bằng cách sử dụng kỹ thuật nén JPEG, hình ảnh được chia thành các khối 8 ×8 điểm ảnh và mỗi khối được xử lý bằng cách sử dụng các bước sau:

1.      Áp dụng biến đổi cosin rời rạc (DCT), trong đó có các ma trận 8 × 8 và tạo ra một ma trận 8 × 8 có chứa các hệ số tần số. Điều này cũng tương tự như Fast Fourier Transform (FFT) được sử dụng trong kỹ thuật số xử lý tín hiệu. Kết quả ma trận thể hiện cho hình ảnh trong miền không gian tần số.

2.      Lượng tử hóa các hệ số tần số thu được ở Bước 1. Đây chỉ là làm tròn các giá trị đến mức lượng tử gần nhất. Kết quả là, chất lượng của hình ảnh sẽ hơi suy giảm.

3.      Chuyển đổi các mức lượng tử hóa thành bit. Vì sẽ có ít thay đổi trong các hệ số tần số liên tiếp, sự khác biệt trong các hệ số tần số được mã hoá thay vì trực tiếp mã hóa các hệ số.

JPEG nén của một hình ảnh được thực hiện theo ba bước sau: (a) phân chia các hình ảnh thành 8 × 8 ma trận và áp dụng biến đổi cosin rời rạc (DCT) trên mỗi ma trận, (b) lượng tử hóa của các hệ số tần số thu được ở bước (a), và (c) chuyển đổi của các mức lượng tử hóa thành bit. Tỷ lệ nén của 30:1 có thể đạt được bằng cách sử dụng kỹ thuật này.

Tỷ lệ nén của 30:1 có thể đạt được bằng cách sử dụng nén JPEG. Nói cách khác, một hình ảnh 300kB có thể được giảm xuống còn khoảng 10kB.

 Lưu ý JPEG nén hình ảnh được sử dụng rộng rãi trong việc phát triển trang web. So với các tập tin ánh xạ bit (trong đó có một phần mở rộng bmp.), Những hình ảnh JPEG (trong đó có một phần mở rộng. Jpg) chiếm không gian ít hơn và do đó có thể được tải về nhanh chóng khi chúng ta truy cập một trang web.

VIDEO

Một tín hiệu video chiếm băng thông 5MHz. Sử dụng định lý lấy mẫu Nyquist, chúng ta cần phải lấy mẫu tín hiệu video là 10 mẫu / mili giây. Nếu chúng ta sử dụng PCM 8-bit, tín hiệu video đòi hỏi băng thông 80Mbps. Đây là một tốc độ dữ liệu rất cao, tỷ lệ, và mã hóa kỹ thuật này không thích hợp cho truyền dẫn video kỹ thuật số. Một số kỹ thuật mã hóa video đã được đề xuất để giảm tốc độ dữ liệu.

Đối với mã hóa video, đoạn video được xem xét một loạt các khung hình. Ít nhất là 16 khung hình / giây được yêu cầu để có được những nhận thức về chuyển động video. Mỗi khung được nén bằng cách sử dụng các kỹ thuật nén hình ảnh và truyền đi. Sử dụng kỹ thuật này, video có thể được nén đến 64kbps, mặc dù chất lượng sẽ không được tốt.

Mã hóa video là một phần mở rộng của mã hóa hình ảnh. Như hình 4.6, một loạt các hình ảnh hoặc khung hình, điển hình là 16-30 khung hình, được truyền đi mỗi giây. Do sự kiên trì của mắt, những hình ảnh rời rạc xuất hiện như thể nó là một đoạn video chuyển động. Theo đó, tốc độ dữ liệu để truyền video sẽ bằng số khung nhân với tỷ lệ dữ liệu cho một khung hình. Tốc độ dữ liệu được giảm xuống còn khoảng 64kbps trong các hệ thống hội nghị video nơi độ phân giải của hình ảnh và số khung được giảm đáng kể. Các kết quả video là thường được chấp nhận cho tiến hành cuộc họp kinh doanh trên Internet, mạng nội bộ công ty, nhưng không cho  truyền, cuộc hội thoại , các chương trình khiêu vũ, bởi vì các video sẽ bị giật nhiều.

.

Hình 4.6: Mã hóa Video thông qua các khung hình và các điểm ảnh.

Nhóm chuyên gia hình ảnh động (Moving Picture Experts Group-MPEG) phát hành một số tiêu chuẩn cho video mã hóa. Các tiêu chuẩn sau đây được sử dụng hiện nay:

MPEG-2: Tiêu chuẩn này là dành cho phát sóng video kỹ thuật số. Các tốc độ dữ liệu là 3 và 7.5Mbps. Chất lượng hình ảnh sẽ tốt hơn nhiều so với truyền hình analog. Tiêu chuẩn này được sử dụng trong phát thanh truyền hình qua vệ tinh phát sóng trực tiếp.

Một loạt các tiêu chuẩn nén video đã được phát triển. Đáng chú ý trong số đó là MPEG-2, được sử dụng để phát sóng video. MPEG-4 được sử dụng trong các ứng dụng hội nghị truyền hình và phát sóng truyền hình HDTV độ nét cao.

MPEG-4: Tiêu chuẩn này được sử dụng rộng rãi để mã hóa, sáng tạo, và phân phối các nội dung nghe nhìn cho nhiều ứng dụng vì nó hỗ trợ một loạt các tốc độ dữ liệu. Các tiêu chuẩn MPEG-4 dựa theo các khía cạnh sau :

Đại diện cho nội dung nghe nhìn, được gọi là các đối tượng truyền thông. Mô tả thành phần của các đối tượng này để tạo ra hợp chất các đối tượng truyền thông.

Ghép kênh và đồng bộ hóa dữ liệu

Các đối tượng nguyên thủy có thể vẫn còn có hình ảnh, âm thanh, văn bản, đồ họa, video, hoặc bài phát biểu tổng hợp. Mã hóa Video khoảng giữa 5kbps và 10Mbps, mã hóa lời thoại từ 1.2Kbps đến 24kbps, audio (âm nhạc) mã hóa ở 128kbps, v.v…  là có thể. MP3 (MPEG Layer-3) là tiêu chuẩn để phân phối âm nhạc với tốc độ dữ liệu 128kbps, mà là một phần của chuẩn MPEG-4.

Đối với hội nghị truyền hình, 384kbps và 2.048Mbps tốc độ dữ liệu là rất thường được sử dụng để có được chất lượng tốt hơn so với 64kbps.Thiết bị cho hội nghị Video có hỗ trợ các tốc độ dữ liệu này rất có giá trị trong thương mại.

MPEG-4 được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động hỗ trợ hội nghị truyền hình trong khi di chuyển. Nó cũng được sử dụng trong hội nghị truyền hình qua Internet.

Mặc dù có nhiều phát triển trong truyền thông kỹ thuật số, phát thanh truyền hình video còn là tín hiệu tương tự ở hầu hết các nước. Nhiều tiêu chuẩn đã được phát triển cho các ứng dụng video kỹ thuật số. Khi cáp quang được sử dụng rộng rãi như là môi trường truyền dẫn, có lẽ sau đó kỹ thuật số video sẽ được phổ biến. Định dạng video kỹ thuật số quan trọng ở Châu Âu  được đưa ra ở đây:

Multimedia CIF format (định dạng đa phương tiện CIF): chiều rộng 360 pixels ; chiều cao 288 pixels ; số khung hình / giây là 6,25-25; tốc độ truyền bit  không nén là 7,8-31 Mbps; có nén là 1-3 Mbps.

Video conferencing (định dạng QCIF): Chiều rộng là 180 pixels , chiều cao 144pixels; khung hình / giây là 6,25-25, tốc độ bit không nén 1,9-7,8 Mbps; có  nén 0,064-1 Mbps.

TV kỹ thuật số, định dạng ITU-R BT.601: Chiều rộng 720pixels, chiều cao 526pixel ; khung hình / giây 25; tốc độ bit không nén 166 Mbps; có nén 5-10 Mbps.

HDTV, định dạng ITU-R BT.109: chiều rộng  1920pixels, chiều cao 1250pixels; khung hình / giây 25; tốc độ bit  không nén 960 Mbps; có nén 20-40 Mbps.

Lưu ý thương mại hóa phát sóng video kỹ thuật số đã không xảy ra rất nhanh. Dự kiến nhu cầu sử dụng  HDTV sẽ cất cánh trong thập kỷ đầu của thế kỷ XXI.

Nguồn http://dinhchithanh.com

Read more »

Mã hóa văn bản, giọng nói, hình ảnh, và tín hiệu Video (phần 1)

Các thông tin được trao đổi giữa hai thực thể (người hoặc máy móc) trong một hệ thống truyền thông có thể là một trong các định dạng sau: Văn bản, Giọng nói, Hình ảnh, Video

Trong hệ thống truyền thông, thông tin này đầu tiên được chuyển đổi thành tín hiệu . Ví dụ, một micro là bộ chuyển đổi có thể chuyển đổi giọng nói của con người thành tín hiệu analog. Tương tự, máy quay video chuyển đổi các cảnh trong thực tế cuộc sống thành tín hiệu analog. Trong một hệ thống truyền thông kỹ thuật số, bước đầu tiên là chuyển đổi tín hiệu analog sang định dạng kỹ thuật số bằng cách sử dụng kỹ thuật chuyển đổi analog-to-digital. Điều này biểu diễn tín hiệu số cho các loại hình thông tin. Tín hiệu số này biểu diễn cho các loại hình thông tin là chủ đề của chương này.

Tin nhắn văn bản

Tin nhắn văn bản được biểu diễn chung bởi bảng mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange), trong đó 7 bit mã được sử dụng để biểu diễn một ký tự. Một dạng mã khác được gọi là EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) cũng được sử dụng để truyền các tin nhắn văn bản. Đầu tiên văn bản được chuyển sang các dạng mã này và sau đó dòng bit sẽ được chuyển thành tín hiệu điện.

Sử dụng bảng mã ASCII, số lượng ký tự có thể được biểu diễn giới hạn đến 128 bởi vì chỉ có 7-bit mã được sử dụng. Bảng mã ASCII cũng được dùng biểu diễn cho nhiều ngôn ngữ châu Âu. Để biểu diễn cho các ngôn ngữ Ấn Độ, một tiêu chuẩn được biết đến như Indian Standard Code for Information Interchange (ISCII)(bảng mã tiêu chuẩn để trao đổi thông tin ) đã được phát triển. ISCII có 7-bit và cả 8-bit.

ASCII là chương trình mã hóa được sử dụng rộng rãi nhất cho biểu diễn cho văn bản trong máy tính . ISCII được sử dụng để thể hiện cho văn bản của các ngôn ngữ Ấn Độ.

Chú ý, trong ASCII mở rộng, mỗi ký tự được biểu diễn bằng 8 bit. Sử dụng 8 bit, một ký tự đồ họa và các ký tự điều khiển mới có thể được thể hiện.

Unicode đã được phát triển để thể hiện cho tất cả các ngôn ngữ trên thế giới. Unicode sử dụng 16 bit để đại diện cho mỗi ký tự  và có thể được sử dụng để mã hóa các ký tự của bất kỳ ngôn ngữ nào được công nhận trên thế giới. ngôn ngữ lập trình hiện đại như Java và các ngôn ngữ có dấu như là XML hỗ trợ Unicode.

Unicode được sử dụng để biểu diễn cho bất kỳ ngôn ngữ trên thế giới trong máy tính. Unicode sử dụng 16 bit để biểu diễn cho mỗi ký tự. Java và XML hỗ trợ Unicode. Điều quan trọng cần lưu ý là cơ chế mã hóa ASCII / Unicode không phải là cách tốt nhất, theo Shannon. Nếu chúng ta xem xét các tần số xuất hiện của các ký tự của một ngôn ngữ và sử dụng từ mã nhỏ cho các ký tự thường xuyên xuất hiện, các mã hóa sẽ có hiệu quả hơn. Tuy nhiên, nhiều xử lý sẽ được đòi hỏi, và nhiều hơn nữa sẽ gây ra chậm trễ.

Các cơ chế mã hóa tốt nhất cho các tin nhắn văn bản được phát triển bởi Morse. Mã Morse được sử dụng rộng rãi cho giao tiếp trong thời gian trước. Nhiều tàu đã sử dụng mã Morse cho đến khi tháng 5 năm 2000. Trong mã Morse, ký tự được biểu diễn bằng dấu chấm và dấu gạch ngang. mã Morse không còn được sử dụng trong các hệ thống truyền thông tiêu chuẩn.

Lưu ý : Mã Morse sử dụng dấu chấm và dấu gạch ngang để đại diện cho nhiều ký tự tiếng Anh. Nó là một mã hiệu quả bởi vì mã ngắn được sử dụng để biểu diễn cho ký tự có tần số suất hiện cao và mã dài được sử dụng để biểu diễn cho ký tự có tần số xuất hiện thấp. Ký tự E chỉ được biểu diễn bởi duy nhất một dấu chấm ( . ) và ký tự Q biểu diễn bởi dấu gạch gạch chấm gạch (- – . -).

Âm thanh

Bổ xung bài viết tí, các bạn có thể down bài viết Mã hóa tiếng nói và ứng dụng trong thông tin liên lạc di động (nếu link đứt thì search google nhé) thì sẽ có phân loại, mạng di động nào dùng loại mã hóa nào, tốc độ là bao nhiêu ...

Để truyền tiếng nói từ một nơi khác, các bài phát biểu (tín hiệu âm thanh) là đầu tiên chuyển đổi thành tín hiệu điện bằng cách sử dụng một bộ chuyển đổi, các microphone. Tín hiệu điện này là một tín hiệu analog . Các tín hiệu thoại tương ứng với câu nói “how are you” được thể hiện trong hình 4.1. Các đặc tính quan trọng của tín hiệu thoại được đưa ra ở đây:

·         Các tín hiệu thoại có băng tần 4kHz tức là, các thành phần tần số cao nhất trong các tín hiệu giọng nói là 4kHz. Mặc dù thành phần tần số cao hơn có mặt, chúng không đáng kể, do đó một bộ lọc được sử dụng để loại bỏ tất cả các thành phần tần số cao trên 4kHz. Trong các mạng điện thoại, băng thông được giới hạn chỉ 3.4kHz….

·         Cường độ thay đổi tùy theo mỗi người . Cường độ là tần số cơ bản trong các tín hiệu giọng nói. Giọng nam, cường độ  là trong khoảng 50-250 Hz. Giọng nữ, cường độ là trong khoảng 200-400 Hz.

·         Âm thanh của tiếng nói có thể được phân loại chung như là vô thanh và hữu thanh . Tín hiệu tương ứng với hữu thanh (chẳng hạn như các nguyên âm a, e, i, o, u) sẽ được các tín hiệu định kỳ và sẽ có biên độ cao. Tín hiệu tương ứng với vô thanh (như th, s, z, vv) sẽ giống như tín hiệu nhiễu và sẽ có biên độ thấp.

·         Tín hiệu thoại được xem là một tín hiệu bất tĩnh, nghĩa là, các đặc điểm của tín hiệu (như cường độ và năng lượng) khác nhau. Tuy nhiên, nếu chúng ta lấy phần nhỏ của các tín hiệu thoại với thời gian 20 miligiây, tín hiệu có thể được coi là không thay đổi. Nói cách khác, trong thời gian nhỏ, các đặc điểm của tín hiệu không thay đổi nhiều. Do đó, giá trị cường độ có thể được tính bằng cách sử dụng tín hiệu thoại của 20 mili giây. Tuy nhiên, nếu chúng ta lấy 20 mili giây tiếp theo, cường độ có thể khác nhau.

Hình 4.1: Dạng sóng âm của giọng nói

Các tín hiệu thoại chiếm một băng thông là 4KHz. Các tín hiệu thoại có thể được chia thành một tần số cơ bản và giai điệu của nó. Các tần số cơ bản hoặc cao độ là thấp đối với giọng nam và cao đối với giọng nữ.

Những đặc điểm này được sử dụng trong khi chuyển đổi các tín hiệu thoại analog sang dạng kỹ thuật số. Sự chuyển đổi Analog-to-digital của tín hiệu thoại có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một trong hai kỹ thuật: mã hóa dạng sóng và vocoding .

Lưu ý : Các đặc tính của tín hiệu thoại được mô tả ở đây được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng xử lý lời nói như chuyển đổi  text–to-speech và nhận dạng giọng nói.
Tín hiệu âm nhạc có băng tần là 20kHz. Các kỹ thuật được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu âm nhạc vào dạng kỹ thuật số cũng tương tự như đối với tín hiệu thoại.

Mã hóa dạng sóng

Mã hóa dạng sóng được thực hiện theo cách tín hiệu điện tương tự có thể được sao chép vào cuối nhận được với sự thay đổi tối thiểu. Hàng trăm kỹ thuật mã hóa dạng sóng đã được đề xuất bởi nhiều nhà nghiên cứu. Chúng ta sẽ nghiên cứu hai kỹ thuật mã hóa dạng sóng quan trọng là: điều chế xung mã (PCM) và điều chế mã xung vi sai thích ứng (ADPCM).

Điều chế mã xung

Điều chế mã xung (PCM) là đầu tiên và được sử dụng rộng rãi nhất trong hầu hết các kỹ thuật mã hóa dạng sóng các. Tổ chức ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication Standardization Sector) đưa ra khuyến nghị G.711 quy định các thuật toán để mã hóa tiếng nói ở định dạng PCM.

PCM – kỹ thuật mã hóa dựa trên định lý Nyquist, định lý nói rằng nếu một tín hiệu được lấy mẫu thống nhất ít nhất là gấp đôi tần số cao nhất, nó có thể được tái tạo mà không có bất kỳ sự biến dạng nào. Tần số cao nhất trong tín hiệu thoại là 4kHz, vì vậy chúng ta cần phải mẫu dạng sóng là 8.000 mẫu / giây, mỗi 1/8000th của một giây (125 micro giây). Chúng tôi đã tìm ra biên độ của sóng cho mỗi 125 micro giây và truyền giá trị đó thay vì truyền tải những tín hiệu tương tự như nó có. Các giá trị vẫn còn giá trị mẫu tương tự, và chúng ta có thể "quantize" các giá trị này thành một số mức số cố định .Như trong hình 4.2, nếu số lượng lượng tử hóa là 256, chúng ta có thể đại diện cho mỗi mẫu bằng 8 bit. Vì vậy, 1 giây của tín hiệu thoại có thể được đại diện bởi 8000 × 8 bit, 64kbits. Do đó, để truyền giọng nói bằng cách sử dụng PCM, chúng tôi yêu cầu tốc độ dữ liệu là 64 kbps. Tuy nhiên, lưu ý rằng kể từ khi chúng ta xấp xỉ các giá trị mẫu thông qua lượng tử hóa, sẽ có một sự biến dạng trong các tín hiệu được xây dựng lại, biến dạng này được gọi là tiếng ồn lượng tử hóa.

Hình 4.2: Điều chế mã xung

ITU-T tiêu chuẩn G.711 quy định các cơ chế mã hóa của tín hiệu thoại. Tín hiệu tiếng nói có giới hạn băng thông là 4kHz, lấy 8.000 mẫu / giây, và mỗi mẫu được thể hiện bằng 8 bit. Do đó, bằng cách sử dụng PCM, tín hiệu thoại có thể được mã hoá là 64kbps.

Trong tiêu chuẩn kỹ thuật mã hóa PCM của ITU trong khuyến nghị G.711, các đặc tính phi tuyến của thính giác con người được khai thác – tai là nhạy cảm hơn với tiếng ồn lượng tử hóa trong biên độ tín hiệu thấp hơn so với tiếng ồn trong tín hiệu biên độ lớn. Trong G.711, một (phi tuyến) chức năng lượng hóa logarit được áp dụng cho các tín hiệu thoại, và vì vậy các tín hiệu nhỏ được lượng hóa với độ chính xác cao hơn. Hai chức năng lượng hóa, được gọi là quy tắc A và quy tắc M, đã được quy định tại G.711. Quy tắc M được sử dụng tại Mỹ và Nhật Bản. Quy tắc A được sử dụng ở châu Âu và các quốc gia theo tiêu chuẩn Châu Âu. Chất lượng lời nói được làm bằng kỹ thuật mã hóa PCM được gọi là âm sắc lời nói và được lấy làm tài liệu tham khảo để so sánh chất lượng của các kỹ thuật mã hóa tiếng nói khác.

Đối với chất lượng âm thanh CD, tỷ lệ lấy mẫu là 44.1kHz (một mẫu mỗi 23 micro giây), và mỗi mẫu được mã hoá với 16 bit. Đối với hai kênh truyền âm thanh stereo, tốc độ bit được đòi hỏi là 2 × 44,1 × 1000 × 16 = 1.41Mbps.

Lưu ý chất lượng của lời nói được sử dụng kỹ thuật mã hóa PCM được gọi là chất lượng  thực . Để so sánh chất lượng của các kỹ thuật mã hóa khác nhau, chất lượng thực lời nói được lấy ra để xem xét .

Điều chế mã xung vi sai thích ứng

Một cách đơn giản mà có thể được sửa đổi chế độ PCM là chúng ta có thể mã  hóa sự khác biệt giữa hai mẫu kế tiếp hay hơn là mã hóa các mẫu một cách trực tiếp. Kỹ thuật này được gọi là điều chế xung mã vi sai.

Một đặc tính của các tín hiệu thoại có thể được sử dụng là một giá trị mẫu có thể được dự đoán từ các giá trị mẫu quá khứ. Ở phía truyền, chúng ta dự đoán giá trị của mẫu và tìm thấy sự khác biệt giữa giá trị dự báo và giá trị thực tế và sau đó gửi các giá trị khác biệt. Kỹ thuật này được gọi là điều chế thích nghi xung mã vi sai (ADPCM). Sử dụng ADPCM, tín hiệu thoại có thể được mã hoá tại 32kbps mà không cần bất kỳ sự xuống cấp về chất lượng so với PCM.

ITU-T khuyến nghị G.721 quy định các thuật toán mã hóa. Trong ADPCM, giá trị của mẫu lời thoại không được truyền, nhưng sự khác biệt giữa giá trị dự báo và các mẫu giá trị thực tế được thì được truyền. Nói chung, các coder ADPCM lấy dữ liệu mã hoá tiếng nói PCM và chuyển đổi nó thành dữ liệu ADPCM.

Các sơ đồ khối của một bộ mã hóa ADPCM được thể hiện trong Hình 4.3 (a). 8-bit luật mẫu PCM được đặt vào bộ mã và được chuyển đổi sang dạng tuyến tính. Mỗi giá trị mẫu được dự đoán bằng cách sử dụng một thuật toán dự đoán, và sau đó giá trị dự đoán của các mẫu tuyến tính được trừ vào giá trị thực tế để tạo ra các tín hiệu khác biệt. Lượng  tử hóa thích nghi được thực hiện trên giá trị khác biệt này để tạo ra một mẫu giá trị ADPCM 4-bit, là cái được truyền đi. Thay vì đại diện cho mỗi mẫu bằng 8 bit, trong ADPCM chỉ có 4 bit được sử dụng. Ở đầu tiếp nhận, các bộ giải mã, thể hiện trong hình 4.3 (b), có được phiên bản dequantized (chuyển từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự) của tín hiệu kỹ thuật số. Giá trị này được thêm vào các giá trị được tạo ra bởi các yếu tố dự báo thích ứng để tạo ra các lời nói được mã hoá PCM tuyến tính, được điều chỉnh để tái tạo lại bằng quy tắc M dựa trên phương pháp mã hoá tiếng nói PCM .

Hình 4.3: (a) Bộ mã ADPCM

Hình 4.3: (b) Bộ giải mã ADPCM

Có rất nhiều kỹ thuật mã hóa dạng sóng chẳng hạn như điều chế Delta (delta modulation -DM) và điều chế biến đổi độ dốc liên tục (continuously variable slope delta modulation – CVSD). Sử dụng cách này, tốc độ mã hóa có thể được giảm đến 16kbps, 9.8kbps, và có thể giảm nữa. Khi tốc độ mã giảm, chất lượng của lời thoại cũng là đi xuống. Có những kỹ thuật mã hóa bằng cách sử dụng giọng nói chất lượng tốt ,có thể được mã hóa với tốc độ thấp. Kỹ thuật mã hóa PCM được sử dụng rộng rãi trong các mạng điện thoại. ADPCM được sử dụng trong các mạng điện thoại cũng như trong nhiều hệ thống phát thanh như công nghệ truyền thông không dây, kỹ thuật số cải tiến (DECT).

Trong ADPCM, mỗi mẫu được biểu diễn bằng 4 bit, và do đó tốc độ dữ liệu cần thiết là 32kbps. ADPCM được sử dụng trong các mạng điện thoại cũng như hệ thống phát thanh như DECT.

Lưu ý Trong 50 năm qua, hàng trăm kỹ thuật mã hóa dạng sóng đã được phát triển với tốc độ dữ liệu có thể được giảm xuống thấp 9.8kbps để có được tiếng nói chất lượng tốt.

Vocoding

Một phương pháp mã hóa tín hiệu thoại hoàn toàn khác nhau đã được đề xuất bởi H. Dudley vào năm 1939. Ông đặt tên là coder vocoder , một thuật ngữ bắt nguồn từ voice coder. Trong một vocoder, mô hình điện cho biến đổi lời thoại thể hiện trong Hình 4.4 được sử dụng. Mô hình này được gọi là mô hình nguồn lọc bởi vì cơ chế biến đổi lời thoại được xem là hai thực thể riêng biệt-một bộ lọc phát âm và các nguồn kích thích. Nguồn kích thích bao gồm một máy phát xung và bộ tạo tiếng ồn. Các bộ lọc được kích thích bởi các máy phát xung để tạo âm hữu thanh (nguyên âm) và tiếng ồn của máy phát điện để sản xuất âm vô thanh (phụ âm). Bộ lọc lọc các hệ số biến thiên theo thời gian . Bởi vì các đặc tính của tín hiệu thoại khác nhau từ từ theo thời gian, khoảng  20mili giây, các hệ số bộ lọc có thể được giả định là không đổi.

Hình 4.4: Mô hình điều chế giọng nói

Trong kỹ thuật vocoding, tại máy phát, tín hiệu thoại  được chia thành nhiều phần theo thời gian mỗi phần 20 mili giây . Mỗi phần chứa 160 mẫu. Mỗi phần được phân tích để kiểm tra xem nó là một phần hữu thanh hoặc vô thanh bởi bằng cách sử dụng các thông số như năng lượng, biên độ, vv… Đối với phần hữu thanh, cao độ được xác định. Đối với mỗi phần, các hệ số bộ lọc cũng được xác định. Các thông số này –vô thanh /hữu thanh, hệ số bộ lọc, và cao độ cho phần hữu thanh, được truyền tới người nhận. Ở đầu tiếp nhận, tín hiệu thoại được tái tạo bằng cách sử dụng các mô hình điều chế giọng nói . Sử dụng phương pháp này, tốc độ dữ liệu có thể được giảm thấp khoảng 1.2Kbps. Tuy nhiên, so với kỹ thuật mã hóa, chất lượng giọng nói sẽ không được quá tốt . Một số kỹ thuật được sử dụng để tính các hệ số bộ lọc. Dự báo tuyến tính được dùng hổ biến nhất trong những kỹ thuật này.

Trong kỹ thuật vocoding, mô hình điện cho biến đổi lời thoại được sử dụng. Trong mô hình này, vùng phát âm được thể hiện như một bộ lọc. Các bộ lọc được kích thích bởi một máy phát xung để tạo ra âm hữu thanh và bởi một máy phát tiếng ồn để tạo ra âm vô thanh.

Chú ý: Giọng nói được tạo ra bằng cách sử dụng các kỹ thuật vocoding âm thanh rất cơ học hoặc giống robot . Một giọng nói như vậy được gọi là giọng nói. tổng hợp Nhiều giọng nói tổng hợp, được tích hợp vào robot, máy ảnh, và nhiều nữa,đều sử dụng các kỹ thuật vocoding.

Dự đoán tuyến tính

Các khái niệm cơ bản của dự đoán tuyến tính là các mẫu của một tín hiệu thoại có thể gần giống với một sự kết hợp tuyến tính của các mẫu quá khứ của tín hiệu đó.

Nếu Sn là mẫu bài phát biểu thứ n, sau đó

           

ak (k = 1, …, P) là các hệ số dự đoán tuyến tính, G là độ lợi của bộ lọc phát âm , và Un là kích thích cho các bộ lọc. hệ số dự báo tuyến tính (thông thường 8-12) đại diện cho các hệ số của bộ lọc. Tính toán hệ số dự đoán tuyến tính liên quan đến việc giải quyết P phương trình tuyến tính. Một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để giải quyết những phương trình này là bằng thuật toán Levinson- Durbin.

Mã hóa của tín hiệu thoại bằng cách sử dụng phương pháp phân tích dự đoán tuyến tính bao gồm các bước sau:

Khi truyền kết thúc, phân chia các tín hiệu thoại vào khung, mỗi khung có thời gian 20mili giây. Đối với mỗi khung, tính toán hệ số dự đoán tuyến tính và cao độ và tìm hiểu xem khung là hữu thanh hoặc vô thanh. Chuyển đổi các giá trị này thành các từ mã và gửi đến đầu nhận.
Tại máy thu, sử dụng các tham số và mô hình điều chế giọng nói, xây dựng lại các tín hiệu thoại.

Trong kỹ thuật dự đoán tuyến tính, một mẫu giọng nói là xấp xỉ như là một sự kết hợp tuyến tính của các mẫu n trước đó. Các hệ số dự đoán tuyến tính được tính toán mỗi 20 mili giây và gửi đến người nhận, và dựng lại các giọng nói bằng cách sử dụng các hệ số. Sử dụng phương pháp này, tín hiệu thoại có thể được nén thấp tới 1.2Kbps.

Sử dụng vocoder dự đoán tuyến tính, tín hiệu thoại có thể được nén thấp đến 1.2Kbps. Chất lượng của bài phát biểu sẽ rất tốt cho tốc độ dữ liệu xuống 9.6kbps, nhưng tiếng nói của âm thanh tổng hợp cho tốc độ dữ liệu thấp hơn nữa. Sự thay đổi ít của kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống thiết thực như hệ thống thông tin di động, tổng hợp giọng nói, vv…

Lưu ý các biến thể của LPC kỹ thuật được sử dụng trong nhiều hệ thống thương mại, chẳng hạn như các hệ thống thông tin di động và điện thoại Internet.

 Nguồn http://dinhchithanh.com

Phần 2 ở đây http://tongquanvienthong.blogspot.com/2012/02/ma-hoa-van-ban-giong-noi-hinh-anh-va.html

Read more »

Các phương pháp song công

Để hiểu về khái niệm song công, các bạn có thể vào link sau để xem
http://tongquanvienthong.blogspot.com/2012/02/on-cong-ban-song-cong-song-cong.html

Nói chung thì xong công là khả năng thu và phát cùng lúc (thường với tín hiệu thoại = nghe và nói)

Các phương pháp song công

Có nhiều phương pháp song công như trong bài viết này
FDD, TDM (chắc là viết nhầm của TDD), EC (song công triệt tiếng vọng), CN...
Tuy nhiên trong quá trình học thì mình chỉ được dạy 2 loại là FDD và TDD nên ở bài viết này mình chỉ trình bày 2 loại, search google các từ khóa "song công trong 3g", "song công trong 4g" cũng thấy các công nghệ di động cũng chỉ toàn dùng 2 phương pháp này. Đoạn trình bày dưới mình gõ lại nội dung trong vở đã học.

a. FDD (Frequency Division Duplex)
- Tần số đường lên và đường xuống khác nhau
- Trong mỗi đường, tín hiệu được phát liên tục cùng lúc
- Đường xuống và đường lên có khoảng bảo vệ về tần số gọi là khoảng cách song công

b. TDD (Time Division Duplex)
- Tần số đường xuống và đường lên giống nhau
- Trong mỗi đường tín hiệu không phát liên tục mà lần lượt như bóng bàn
- Yêu cầu đồng bộ thời gian thu phát rất chặt chẽ nếu không sẽ mất liên lạc
- Do phân chia về thời gian giữa thu và phát nên phạm vi phủ sóng của tế bào thường nhỏ hơn

Trong thực tế thì người ta dùng 1 hoặc kết hợp cả 2 phương pháp trên.

Read more »

Mạng thông tin di động tế bào

Hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng một số lượng lớn các máy phát vô tuyến công suất thấp để tạo nên các cell hay còn gọi là tế bào (đơn vị địa lý cơ bản của hệ thống thông tin vô tuyến). Thay đổi công suất máy phát nhằm thay đổi kích thước cell theo phân bố mật độ thuê bao, nhu cầu thuê bao theo từng vùng cụ thể. Khi thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác, cuộc đàm thoại của họ sẽ được giữ nguyên liên tục, không gián đoạn. Tần số sử dụng ở cell này có thể được sử dụng lại ở cell khác với khoảng cách xác định giữa hai cell. Bài này tập trung nêu lên những nguyên tắc cơ bản của hệ thống điện thoại vô tuyến (bao gồm hệ thống tương tự và hệ thống số).

Lời nói đầu 

      Hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng một số lượng lớn các máy phát vô  tuyến công suất thấp để  tạo  nên các cell hay còn gọi là tế bào (đơn vị địa lý cơ bản của hệ thống thông tin vô tuyến).  Thay đổi công suất máy phát nhằm thay đổi kích thước cell theo phân bố mật độ thuê bao, nhu cầu thuê bao theo từng vùng cụ thể. Khi thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác, cuộc đàm thoại của họ sẽ được  giữ nguyên liên tục, không gián đoạn. Tần số sử dụng ở cell này có thể được sử dụng lại ở cell khác với khoảng cách xác định giữa hai cell.  Bài này tập trung nêu lên những nguyên tắc cơ bản của hệ thống điện thoại vô tuyến (bao gồm hệ thống tương tự và hệ thống số). Sau khi đọc và nắm vững nội dung, bạn đọc thể dễ dàng thực hiện được :

• Mô tả những thành phần cơ bản của hệ thống thông tin kiểu tế bào
• Xác định và mô tả những kĩ thuật vô tuyến số

Các nội dung chính bao gồm :

1. Các nguyên lí của thông tin di động
2. Hệ thống thông tin di động sử dụng mô hình tế bào 
3. Cấu trúc hệ thống thông tin tế bào

1.   Các nguyên lí của thông tin di động

      Mỗi thuê bao di động sử dụng một kênh vô tuyến riêng biệt tạm thời để liên lạc với mỗi cell. Mỗi  cell có thể liên lạc được với nhiều thuê bao di động tại cùng một thời điểm, mỗi thuê bao được dùng một kênh vô tuyến riêng.  Mỗi kênh vô tuyến sử dụng một cặp tần số để liên lạc, một tần số cho đường xuống (phát đi từ cell), một tần số theo chiều ngược lại để cell nhận cuộc gọi từ thuê bao.  Năng lượng sóng vô tuyến  suy hao theo khoảng cách nên các thuê bao cần thiết phải đứng gần trạm phát để giữ liên lạc được liên tục. Cấu trúc cơ bản của mạng di động gồm có hệ thống điện thoại và dịch vụ vô tuyến. Ngoài ra hệ thống thông tin di động có thể kết nối liên mạng với hệ thống PSTN.

Cấu trúc hệ thống thoại di động trước đây 

      Dịch vụ thoại di động truyền thống được cấu trúc giống như hệ thống truyền hình phát thanh quảng bá :  Một trạm phát sóng công suất mạnh đặt tại một cao điểm có thể phát tín hiệu trong vòng bán kính đến 50km.

  

Hình 1.  Cấu trúc hệ thống di động trước đây

Hình 2 mô tả một vùng phủ sóng được cấu hình theo cấu trúc mạng thoại di động truyền thống với một máy phát công suất lớn đặt tại một điểm cao để có thể truyền sóng đi xa.

Hình 2 : Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước đây 

2.   Hệ thống thông tin di động tế bào

     Khái niệm tổ ong đã cấu trúc lại hệ thống thông tin di động theo cách khác. Thay vì sử dụng một trạm công suất lớn, người ta sử dụng nhiều trạm công suất nhỏ trong vùng phủ sóng được ấn định trước. Lấy ví dụ, bằng cách phân chia một vùng trung tâm thành 100 vùng nhỏ hơn (các tế bào), mỗi cell sử dụng một máy phát công suất thấp với khả năng cung cấp 12 kênh thoại cho mỗi máy. Khi đó năng lực của hệ thống về lý thuyết có thể tăng từ 12 kênh thoại sử dụng một máy phát công suất lớn lên đến 2000 kênh thoại bằng cách sử dụng 100 máy phát công suất thấp.
      Các vấn đề về nhiễu sinh ra khi các khối di động sử dụng cùng một tần số tại các điểm gần nhau đã chứng tỏ rằng tất cả các tần số không thể tái sử dụng ở mọi cell. Việc tái sử dụng chỉ có thể triển khai ở các cell có khoảng cách nhất định với nhau.  Các nghiên cứu phát hiện ra rằng, các ảnh hưởng của nhiễu không phải do khoảng cách giữa các vùng mà phụ thuộc vào tỉ lệ của khoảng cách với bán kính phủ sóng của vùng.

      Bằng cách giảm bán kính của vùng đi 50%, nhà cung cấp dịch vụ có thể tăng số khả năng phục vụ lên 4 lần. Hệ thống được triển khai trên vùng có bán kính 1 Km có thể cung cấp số kênh lớn hơn gấp 100 lần so với hệ thống triển khai trên vùng có bán kính 10 Km. Từ thực tế rút ra kết luận rằng, bằng cách giảm bán kính vùng đi vài trăm mét thì nhà cung cấp có thể phục vụ thêm vài triệu cuộc gọi.

      Khái niệm cell (tế bào) được sử dụng với các mức công suất thấp khác nhau, nó cho phép các cell (các tế bào) có thể thay đổi vùng phủ sóng tuỳ theo mật độ, nhu cầu của thuê bao trong một vùng nhất định. Các cell có thể được thêm vào từng vùng tuỳ theo sự phát triển của thuê bao trong vùng đó. Tần số ở cell này có thể được tái sử dụng ở cell khác, các cuộc điện thoại vẫn được duy trì liên tục khi thuê bao di chuyển từ cell này sang cell khác.

                            

Hình 3 : Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào

     Các trạm vô tuyến tế bào có thể liên lạc với các thuê bao di động trong một khoảng cách mặc định trước. Năng lượng sóng vô tuyến suy hao theo khoảng cách,  nên các máy đầu cuối di động nhất thiết phải nằm trong vùng phủ sóng của trạm gốc (BS - Base Station). Trong hệ thống thông tin di động trước đây, trạm gốc liên lạc với đầu cuối di động sử dụng một kênh. Kênh này sử dụng một cặp tần số, tần số phát từ trạm gốc và tần số thu từ đầu cuối di động lên trạm gốc.

3.    Cấu trúc hệ thống thông tin tế bào

       Số lượng thuê bao ngày càng tăng lên trong khi hệ thống thông tin di động trước đây không đáp ứng kịp về số lượng thuê bao cũng như chất lượng dịch vụ. Đây là sức ép đối với các nhà cung cấp dịch vụ, bắt buộc họ phải tìm  giải pháp mới nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển thuê bao di động tăng nhanh.  Phổ tần số dành cho thông tin di động là có hạn, do đó sử dụng hiệu quả tần số trong hệ thống thông tin di động tế bào là rất cần  thiết.  Các tham số hệ thống như số lượng, kích thước các cell, sử dụng lại tần số, quá trình chuyển tiếp cuộc gọi giữa các cell (handover) là khác nhau tuỳ theo vùng địa lý cụ thể, nông thôn hay thành phố.

Các tế bào (Cells)

      Cell (tế bào) là đơn vị địa lý cơ bản của hệ thống thông tin vô tuyến theo mô hình tế bào.  Các vùng phủ sóng bởi các trạm có dạng tế bào nên người ta gọi là hệ thống thông tin theo mô hình tế bào. Các cell là các trạm gốc phát sóng đến một bán kính địa lý xung quang và vùng phủ sóng có dạng gần giống hình lục giác. Kích thước phủ sóng mỗi cell thay đổi tuỳ theo vùng.

Nhóm các tế bào (Cluster)

      Cluster là một nhóm các cell. Các kênh không được tái sử dụng tần số trong một cluster. Hình 4 mô tả một cluster gồm 7 cell.

                                  

Hình 4 : Cluster gồm 7 cell

Tái sử dụng tần số (Frequency Reuse)

      Phổ tần số sử dụng trong hệ thống thông tin di động là có hạn nên người ta phải tìm cách sử dụng lại tần số để có thể tăng dung lượng điện thoại phục vụ.  Giải pháp này được gọi là quy hoạch tần số hay tái sử dụng tần số. Việc sử dụng lại tần số được thực hiện bằng cách cấu trúc lại kiến thúc hệ thống thông tin di động theo mô hình tổ ong. Mô hình sử dụng lại tần số dựa trên việc gán cho mỗi cell một nhóm kênh vô tuyến trong một khu vực địa lý nhất định. Các kênh vô tuyến của cell khác biệt hoàn toàn với các kênh vô tuyến của cell lân cận với nó (cell láng giềng). 

      Vùng phủ sóng của cell được gọi là footprint (dấu chân). Các footprints này có đường giao với nhau nên các nhóm tần số giống nhau có thể được sử dụng ở các cell khác nhau miễn sao khoảng cách giữa các cell đủ lớn để tránh nhiễu do các tần số trùng nhau gây ra.

Hình 5.   Tái sử dụng tần số

      Xem Hình 5 trên cho thấy các cell có cùng chỉ số thì sử dụng nhóm tần số giống nhau. Theo như mô hình trên, số tần số sẵn có là 7, nhân tố sử dụng lại tần số là 1/7.  Theo đó, mỗi cell chỉ sử dụng 1/7 số kênh có sẵn.

Cells splitting (Sự phân chia các cell)

      Tuy nhiên, sẽ không thực tế  khi người ta chia nhỏ toàn bộ các hệ thống ra các vùng nhỏ hơn nữa và tương ứng với nó là các cells. Nhu cầu lưu lượng cũng như mật độ thuê bao sử dụng giữa các vùng nông thôn và thành thị có sự khác nhau nên đòi hỏi cấu trúc mạng ở các vùng đó cũng khác nhau.

      Các nhà quy hoạch sử dụng khái niệm cells splitting để phân chia một khu vực có mật độ thuê bao cao, lưu lượng lớn thành nhiều vùng nhỏ hơn để cung cấp tốt hơn các dịch vụ mạng.   Ví dụ các thành phố lớn được phân chia thành các vùng địa lý nhỏ hơn với các cell có mức độ phủ sóng hẹp nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ cũng như lưu lượng sử dụng cao, trong khi khu vực nông thôn nên sử dụng các cell có vùng phủ sóng lớn, tương ứng với nó số lượng cell sẽ sử dụng ít hơn để đáp ứng cho lưu lượng thấp và số người dùng với mật độ thấp hơn.

  

Hình 6  Quá trình phân chia cell

Handoff (Sự chuyển giao) - hay handover

        Trở ngại cuối cùng trong việc phát triển mạng thông tin di động tế bào là vấn đề phát sinh khi một thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác. Các khu vực kề nhau trong hệ thống tế bào sử dụng các kênh vô tuyến có tần số khác nhau, khi thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác thì cuộc gọi hoặc bị rớt hoặc tự động chuyển từ kênh vô tuyến này sang một kênh khác thuộc cell khác. 

       Thay vì để cuộc gọi bị rớt, quá trình Handoff giúp cho cuộc gọi được liên tục. Quá trình Handoff xảy ra khi hệ thống thông tin di động tự động chuyển cuộc gọi từ kênh vô tuyến này sang kênh vô tuyến khác khi thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác liền kề với nó. Trong qúa trình đàm thoại, hai thuê bao cùng chiếm một kênh thoại.  Khi một thuê bao di động chuyển động ra khỏi vùng phủ sóng của cell cho trước, tín hiệu đầu  thu của cell này sẽ giảm.  Khi đó, cell đang sử dụng sẽ yêu cầu một Handoff (chuyển giao) đến hệ thống.  Hệ thống sẽ chuyển mạch cuộc gọi đến một cell có tần số với cường độ tín hiệu thu mạnh hơn mà không làm gián đoạn cuộc gọi hay gửi cảnh báo đến người sử dụng. Cuộc gọi sẽ được tiếp tục mà người sử dụng không nhận thấy quá trình Handoff diễn ra.

  

Hình 7.  Quá trình Handoff

Trích và sửa đổi từ nguồn http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=16563

Read more »

Đơn công, bán song công, song công

Trong lĩnh vực truyền thông, từ song công (雙工 tiếng Anh: duplex) dùng để miêu tả một kênh truyền thông có thể chuyển tín hiệu theo cả hai hướng, ngược lại với các kênh đơn công chỉ có thể chuyển tín hiệu theo một hướng.
Các hệ thống song công được sử dụng trong hầu như tất cả các mạng truyền thông, hoặc để cho phép liên lạc hai chiều giữa hai thiết bị được kết nối, hoặc để cung cấp một "đường dự phòng" cho việc theo dõi và điều chỉnh từ xa các thiết bị ngoài trời

Bán song công

Minh họa đơn giản về một hệ thống truyền thông bán song công.

Nếu tại mỗi thời điểm tín hiệu chỉ có thể chạy theo một hướng, kênh truyền thông được gọi là bán song công (half-duplex).
Ví dụ về hệ thống bán song công là loại điện đài với 1 nút bấm để nói. Do tín hiệu radio truyền theo hướng này hay hướng kia đều dùng cùng một tần số nên tại mỗi thời điểm chỉ có thể có một người nghe được người kia. Nên người dùng phải dùng từ ngữ đặc biệt đánh dấu cuối câu nói cuối cùng trước khi nhả nút chuyển sang phiên người kia nói, để người ở đầu kia biết rằng đã đến lượt mình nói.

Song công toàn phần

Minh họa đơn giản về một hệ thống truyền thông song công toàn phần.

Nếu tín hiệu có thể đồng thời chạy theo hai hướng, kênh truyền thông được gọi là song công toàn phần (full-duplex).
Mạng điện thoại hữu tuyến hay điện thoại di động là một hệ thống song công toàn phần, do nó cho phép cả hai người tham gia một cuộc điện thoại nghe và nói cùng lúc.
Điện đài hai chiều có thể được thiết kế thành các hệ thống song công toàn phần, trong đó gửi và nhận tại hai tần số khác nhau.
Song công thì sử dụng 2 tần số khác nhau giữa 2 máy nếu không tín hiệu khiphats và thu sẽ nhiễu lẫn nhau

Nguồn http://vi.wikipedia.org

Bổ xung thêm ví dụ về 3 loại :

• Đơn công, các bạn có thể thấy đó là các loại truyền thông quảng bá 1 chiều như truyền hình, radio
• Bán song công thì như trên đã nói, là các loại truyền liên lạc mà có 1 nút bấm vào thì nói, bỏ ra thì nghe, thấy dễ tìm nhất là các bộ đàm taxi
• Song công toàn phần thì ở ngay trong túi quần của chúng ta hằng ngày, đó chính là chiếc di động đó các bạn

Read more »

Các phương pháp đa truy nhập trong di động

Các kỹ thuật Đa Truy Cập (Multiple Access Techniques)

Multi-Access: Kĩ thuật cho phép nhiều cặp thu–phát có thể chia sẻ một kênh chung. Cần phân biệt đa truy nhập với ghép kênh
 
Có 3 kỹ thuật đa truy cập phổ biến là FDMA, TDMA và CDMA, ngoài ra còn có 2 kỹ thuật ít phổ biến hơn là OFDMA (còn khá mới) và SDMA.

I/ Đa truy cập theo phân chia tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access)



Theo kỹ thật này, mỗi một người sử dụng trong một tế bào (cell) được phân chia một dải tần số (băng tần) nhất định, các băng tần của những người sử dụng khác nhau sẽ không trùng nhau (non-overlap). Người sử dụng gửi và nhận tín hiệu trong băng tần mình được phân chia và tất cả mọi người trong mạng đều gửi/nhận tín hiệu đồng thời. Vì rằng mỗi người sử dụng truyền và nhận tín hiệu trong băng tần của mình cho nên những người sử dụng trong một tế bào (cell) không gây nhiễu cho nhau (lý tưởng). Tuy nhiên, do yêu cầu cần có một số lượng lớn người sử dụng trong mạng, các băng tần sẽ được sử dụng lại ở các tế bào khác. Chình vì vậy có thể có những người sử dụng ở tế bào A gây nhiễu cho một người sử dụng ở tế bào B gần đó do hai người sử dụng này dùng chung một băng tần. Nhiễu này gọi là nhiễu đồng kênh (co-channel interference).


II/ Đa truy cập theo phân chia thời gian TDMA (Time Division Multiple Access)



Trong cách truy cập này, mỗi người sử dụng được phân chia một khoảng thời gian, gọi là khe thời gian (time-slot) nhất định để truyền và nhận thông tin. Trong khe thời gian mà người sử dụng A truyền và nhận tín hiệu thì tất cả mọi người sử dụng khác trong cùng tế bào đó không được truyền và nhận tín hiệu. Như vậy mọi người sử dụng trong cùng một tế bào cũng không gây nhiễu cho nhau (lý tưởng) bởi ở một thời điểm cụ thể chỉ có một người duy nhất truyền và nhận tín hiệu. Tuy nhiên, cùng thời điểm đó cũng có thể có một người sử dụng ở tế bào bên cạnh truyền và nhận tín hiệu cho nên trong cách truy cập này cũng có nhiễu đồng kênh.


III/ Đa truy cập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access)



Đây là một cách truy cập khác hẳn hai cách trên. Theo cách này, tất cả mọi người sử dụng trong một tế bào cùng truyền/nhận thông tin một lúc và trên cùng một băng tần số. Do vậy vấn đề nhiễu lẫn nhau giữa những người sử dụng trong cùng một tế bào, giữa những người sử dụng ở các tế bào cạnh nhau (do việc sử dụng lại tần số ở các tế bào cạnh nhau) là một vấn đề lớn nhất trong cách truy cập CDMA này. Để khắc phục vấn đề này, mỗi người sử dụng trong một tế bào sẽ được gán một mã (code) đặc biệt và không có hai người sử dụng nào trong cùng một tế bào có cùng một mã (có nghĩa là mỗi người có một mã riêng biệt). Máy thu sẽ căn cứ vào mã của mỗi người sử dụng để khử bớt (không thể khử hết) nhiễu của những người sử dụng khác trong cùng một tế bào và khôi phục tín hiệu của người đó. Trong kỹ thật này có nhiễu trong tế bào (intra-cell interference) và nhiễu giữa các tế bào (inter-cell interference).


IV/ Đa truy cập theo phân chia tần số trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)



OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một kỹ thuật ghép kênh ra đời từ khá lâu, tương tự như kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM, một băng thông lớn sẽ được chia thành nhiều băng thông nhỏ hơn. Trong FDM giữa các băng thông nhỏ này phải có một khoảng tần số bảo vệ, điều này dẫn tới lãng phí băng thông vô ích do các dải bảo vệ này hoàn toàn không chứa đựng tin tức. OFDM ra đời đã giải quyết vấn đề này, bằng cách sử dụng tập tần số trực giao các băng thông nhỏ này có thể chồng lấn lên nhau, do đó không cần dải bảo vệ, nên sử dụng hiệu quả và tiết kiệm băng thông hơn hẳn FDM. Nhờ ghép kênh theo tần số trực giao và sử dụng khoảng bảo vệ thích hợp OFDM có khả năng truyền thông tốc độ cao, sử dụng băng thông hiệu quả, chống được nhiễu liên sóng mang ICI và chống được fading chọn lọc tần số, chống lại nhiễu ISI và có khả năng cân bằng tín hiệu hiệu quả bằng các bộ Equalizer đơn giản. Trong OFDMA, các user sẽ được phân bổ dữ liệu truyền đi trên các sóng mang phụ của kỹ thuật OFDM.


V/ Đa truy cập phân chia theo không gian SDMA (Space Division Multiple Access)



Kỹ thuật đa truy cập này khác hẳn với 4 kỹ thuật trên. Đó là, tất cả mọi người sử dụng trong cùng một cell đều có thể truyền/nhận tín hiệu một lúc, trên cùng một băng thông và không sử dụng mã như trong CDMA. Như vậy tín hiệu do mọi người sử dụng trong cell và ngoài cell sẽ bị chồng lên nhau (cộng vào nhau). Khử nhiễu do nhiều người sử dụng trong SDMA là một vấn đề vô cùng phức tạp. Phía BS yêu cầu phải có một dãy các ăng-ten lớn (antenna array) để có thể khử nhiễu. Việc khử nhiễu ở phía BS có thể được thực hiện bằng một số kỹ thuật như (a) ước lượng hướng đến của tín hiệu (direction of arrival - DOA) của mỗi người sử dụng để tách tín hiệu của mỗi người sử dụng ra khỏi tín hiệu thu được và (b) dựa vào kỹ thuật khử nhiễu kết hợp với lọc (chẳng hạn khử nhiễu mềm kết hợp với bộ lọc MMSE). Trong kỹ thuật đa truy cập này, BS có sử dụng kỹ thuật beamforming để phát tín hiệu trực tiếp đến người sử dụng.

(+) Kết hợp các kỹ thuật trên đây ta có thể có các hệ thống khác nhau như: TD-CDMA, FD-CDMA, SD-CDMA ...

Nguồn http://www.deeforum.net/forum/index.php?topic=53.0

Khái quát lại thì trong di động để phân chia các kênh, các người dùng (một người dùng có thể dùng nhiều kênh tùy theo nhu cầu tốc độ) thì người ta tìm cách truyền các kênh có sự sai khác nào đó (cái đấy thuộc về quá trình ghép kênh) còn cũng dựa vào cái đấy nhưng máy thu lấy được kênh, tài nguyên mà hệ thống cấp cho mình (mà không nhầm sang thằng khác) thì là vấn đề đa truy cập, tức là một cái để ghép vào, một cái để trích ra ấy.
Bài viết trên đã khái quát các kỹ thuật đa truy nhập / đa truy cập, trong môn các hệ thống thông tin vô tuyến 2 của mình còn được giới thiệu 1 phương pháp đa truy nhập nữa là đa truy nhập phân chia theo phân cực PDM
A (Polarisation division multiple access)

Read more »

Hiệu ứng Doppler

Hiện tượng: khi một chiếc xe (hay một nguồn phát tiếng động) đi về phía bạn, bạn sẽ cảm thấy tiếng của nó mạnh dần lên và khi nó vượt qua rồi chạy ra xa khỏi bạn thì bạn sẽ thấy tiếng của nó giảm dần đi.
Câu hỏi: có bao giờ bạn tự hỏi tại sao nguồn phát ra tiếng động (tiếng xe chạy) không đổi nhưng tai bạn lại nghe thấy sự thay đổi của tiếng động đó hay không?
BÀN LUẬN
Âm thanh và sự dịch chuyển
Khi chúng ta đang di chuyển, hoặc khi nguồn phát ra âm thanh di chuyển, chúng ta sẽ nghe thấy sự thay đổi của âm thanh truyền đến tai. Bạn có thể cảm thấy tiếng động cơ xe hoặc tiếng còi tàu ngày càng nhỏ hơn khi nó đi ra xa khỏi bạn.  Cường độ của tiếng còi tàu không thay đổi, nhưng bạn lại nghe thấy nó thay đổi. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Doppler. Hiệu ứng  Doppler được đặt theo tên của một nhà vật lý học người Áo, Christian Johann Doppler, là người đã phát hiện ra nó.
Christian Johann Doppler đã phát hiện ra điều gì?
Doppler cho rằng nếu tiếng động đi đến gần bạn, có thể là do nguồn phát ra nó tiến đền gần bạn hoặc bạn đi về phía phát ra tiếng động thì cường độ của nó sẽ có vẻ như tăng lên hơn cường độ thật sự của nó. Nếu bạn đi ra xa khỏi nguồn phát ra tiếng động hoặc nếu như nó đi ra xa khỏi bạn, Doppler cho rằng âm thanh mà bạn nghe được có vẻ như  có cường độ thấp hơn cường độ thật sự của nó. Để kiểm tra lại giả thuyết của Doppler, các nhà khoa học đã thuê những người thổi kèn Trumplet chơi kèn trên một chiếc xe lửa và họ nhận ra rằng khi chiếc xe lửa chạy ra xa khỏi họ thì cường độ của tiếng kèn giảm xuống, y như những gì Doppler đã tiên đoán.
Hiệu ứng Doppler xảy ra do khoảng cách tác động đến khoảng thời gian mà bạn cần có để nghe được âm thanh. Hãy tưởng tượng bạn đang chơi trong công viên với một người bạn, và anh ta đứng từ xa lăn trái banh về phía bạn. Nếu bạn tiến về phía trái banh thì bạn sẽ bắt được nó sớm hơn, nhưng nếu bạn đi ra xa khỏi trái banh thì bạn sẽ bắt được nó muộn hơn. Hiện tượng này cũng xảy ra tương tự đối với âm thanh.  Nhắc lại 2 đại lượng của sóng âm:

1. Bước sóng: là khoảng cách của một lần nén và một lần dãn. Là khoảng cách giữa hai đỉnh hoặc hai đáy sóng nằm liền kề nhau
2. Tần số: là số bước sóng trong 1 đơn vị thời gian (1 giây).

Do đó, nếu như bạn nghe 1 sóng âm có cùng 1 tần số nhưng với thời gian ngắn hơn, như vậy sẽ có vẻ như là bạn đang nghe sóng âm đó với tần số cao hơn. Chẳng hạn như, nếu bạn nghe được một âm có 50 bước sóng khi nó di chuyển được đến bạn, nó phải mất 5 giây để di chuyển đến tai bạn. Như vậy tần số của sóng âm là 50:5 = 10 Hertz. Hãy thử tưởng tượng bạn cũng nghe âm thanh đó, nhưng lần này bạn di chuyển về nơi phát ra tiếng động, như vậy thì sóng âm chỉ phải mất 2 giây để cho 50 bước sóng đi đến tai bạn. Lần này, tần số của sóng âm mà bạn nghe được sẽ là 50:2 = 25 Hertz. Tần số có vẻ như cao hơn do bạn di chuyển. Nếu bạn không di chuyển, sau 2 giây, chỉ có 20 bước sóng đi đến tai bạn, và do đó, tần số sóng âm vẫn chỉ la 10 Hertz.
Hiện tượng ngược lại sẽ xảy ra khi khoảng cách giữa bạn và nguồn phát sóng tăng lên. Khi đó, sóng âm sẽ phải mất nhiều thời gian hơn để cùng một số bước sóng đi đến được tai bạn. Do đó, tần số sẽ có vẻ như thấp hơn. Như vậy, hiệu ứng Doppler làm cho cường độ của sóng thay đổi khi bạn, hoặc nguồn phát sóng, đang di động.

Như vậy, hiệu ứng Doppler được phát biểu như sau:

• Nếu sóng được phát ra từ nguồn phát cố định đến một đầu thu cố định thì tần số thu bằng tần số phát.
• Nếu khoảng cách giữa đầu thu và đầu phát thay đổi trong khoảng thời gian thu sóng (thời gian sóng truyền đến đầu thu) thì bước sóng sẽ dài ra hoặc ngắn lại: ngắn lại trong trường hợp đầu thu và phát lại gần nhau và dài ra trong trường hợp ra xa nhau.

Nguồn http://www.sieuam.com/2010/06/28/hieu-ung-doppler/ 

Nếu các bạn chưa thực sự hiểu thì cứ nôm na là tần số cũng có tính chất tương đối như là vận tốc vậy. Các tính toán chứng minh các bạn có thể tham khảo trên các giáo trình, ebook trên mạng.

Hiện tượng Doppler hay hiệu ứng Doppler này là một yếu tố ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu vì khi người dùng di chuyển (gần hoặc xa) trạm bts thì tần số sóng tới máy thu sẽ thay đổi => tần số kênh truyền đến thiết bị bị thay đổi => ảnh hưởng đến việc tiếp nhận thông tin.

Read more »

Hiện tượng trải trễ

Trễ (delay) là thời gian tính từ khi bắt đầu truyền cho tới khi nhận xong một tin hay một tín hiệu.
Delay spread là lượng tăng của trễ truyền do tín hiệu truyền đi theo nhiều đường khác nhau, thí dụ như trong thông tin di động, tín hiệu lan truyền tới điểm thu theo nhiều đường khác nhau do phản xạ, nhiễu xạ, tán xạ tại các chướng ngại. Giả sử đầu phát phát đi một xung cực hẹp, tại đầu thu khi đó không chỉ nhận được một xung mà là một cụm (nhóm) xung. Lượng trải trễ là deltaD như trong hình vẽ dưới đây:



Lưu ý rằng, trải trễ không chỉ có trong thông tin di động mà có trong mọi hệ thống vô tuyến điện, chỉ có điều trong nhiều trường hợp nó quá nhỏ. Trải trễ gây bởi các tia phản xạ từ các chướng ngại khác nhau trong truyền hình tương tự là nguyên nhân gây nên hiện tượng hình có "bóng", có đường viền làm nhoè hình, thiếu sắc nét. Trong thông tin quang, do tia sáng trong sợi đa mode được truyền đi theo nhiều tia khác nhau (nếu giải thích theo phương pháp quang hình) sẽ làm xung lối ra giãn ra, về bản chất cũng là hiện tượng trải trễ song người ta lại hay gọi đó là hiện tượng tán sắc.

(trả lời bởi nqbinhdi)


Để rõ hơn về các cơ chế truyền sóng nhiều đường, hãy xem bài viết này
http://tongquanvienthong.blogspot.com/2012/02/hien-tuong-fading-uong-multipath-fading.html

Read more »

Tần số vô tuyến

Tần số vô tuyến (RF) là dải tần số nằm trong khoảng 3 kHz tới 300 GHz, tương ứng với tần số của các sóng vô tuyến và các dòng điện xoay chiều mang tín hiệu vô tuyến. RF thường được xem là dao động điện chứ không phải là dao động cơ khí, dù các hệ thống RF cơ khí vẫn tồn tại (xem bộ lọc cơ khí và RF MEMS).

Tính chất đặc biệt của dòng điện tần số vô tuyến

Các dòng điện dao động ở các tần số vô tuyến có các tính chất đặc biệt khác với dòng một chiều hay dòng xoay chiều dao động ở tần số thấp. Năng lượng trong một dòng điện RF có thể lan truyền trong không gian như các sóng điện từ (sóng vô tuyến); đây là cơ sở của công nghệ vô tuyến. Dòng điện RF không chạy trong lòng dây dẫn mà phần lớn lại chạy trên bề mặt của dây dẫn; điều này được gọi là hiệu ứng bề mặt. Vì lý do này, khi cơ thể con người tiếp xúc với các dòng điện RF công suất lớn có thể gây bỏng bề mặt da và còn được gọi là bỏng RF. Dòng điện RF có thể dễ dàng ion hóa không khí, tạo ra vùng dẫn điện qua nó. Đặc tính này được áp dụng cho các khối "cao tần" trong hàn hồ quang điện, cách hàn này sử dào điện ở tần số cao hơn so với phân bố công suất sử dụng. Đặc tính khác là khả năng xuất hiện dòng điện qua nơi chứa vật liệu cách điện, như chất li điện môi của một tụ điện. Khi dẫn điện bằng một dây cáp điện thông thường, dòng điện RF có xu hướng phản xạ không liên tục trong cáp chẳng hạn như trong các bộ đấu nối và phản xạ ngược trở lại nguồn, gây ra sóng đứng, do đó dòng điện RF phải được truyền trên một loại cáp đặc biệt gọi là đường dây truyền tải.

Thông tin vô tuyến

Để nhận được tín hiệu vô tuyến, người ta sử dụng anten. Tuy nhiên, anten sẽ nhận hàng ngàn tín hiệu vô tuyến cùng lúc, cần phải có một bộ dò sóng vô tuyến bắt được tần số muốn tìm (hay dải tần). Việc này thường được thực hiện thông qua một bộ cộng hưởng – trong dạng đơn giản nhất của nó, một mạch với với một tụ điện và một cuộn cảm tạo thành một mạch cộng hưởng. Mạch cộng hưởng khuếch đại dao động trong một dải tần cụ thể, trong khi giảm dao động ở các tần số khác ngoài băng tần.

Phân loại tần số

Tần số	Bước sóng	Tên gọi	Viết tắt	Công dụng
30 - 300 Hz	10^4km-10^3km	Tần số cực kỳ thấp	ELF	chứa tần số điện mạng xoay chiều, các tín hiệu đo lường từ xa tần thấp.
300 - 3000 Hz	10^3km-100km	Tần số thoại	VF	chứa các tần số kênh thoại tiêu chuẩn.
3 - 30 kHz	100km-10km	Tần số rất thấp	VLF	chứa phần trên của dải nghe được của tiếng nói. Dùng cho hệ thống an ninh, quân sự, chuyên dụng, thông tin dưới nước (tàu ngầm).
30 - 300 kHz	10km-1km	Tần số thấp	LF	dùng cho dẫn đường hàng hải và hàng không.
300 kHz - 3 MHz	1km-100m	Tần số trung bình	MF	dùng cho phát thanh thương mại sóng trung (535 - 1605 kHz). Cũng được dùng cho dẫn đường hàng hải và hàng không.
3 - 30 MHz	100m-10m	Tần số cao	HF	dùng trong thông tin vô tuyến 2 chiều với mục đích thông tin ở cự ly xa xuyên lục địa, liên lạc hàng hải, hàng không, nghiệp dư, phát thanh quảng bá...
30 - 300 MHz	10m-1m	Tần số rất cao	VHF	dùng cho vô tuyến di động, thông tin hàng hải và hàng không, phát thanh FM thương mại (88 đến 108 MHz), truyền hình thương mại (kênh 2 đến 12 tần số từ 54 - 216 MHz).
300 MHz - 3 GHz	1m-10cm	Tần số cực cao	UHF	dùng cho các kênh truyền hình thương mại từ kênh 14 đến kênh 83, các dịch vụ thông tin di động mặt đất, di động tế bào, một số hệ thống radar và dẫn đường, hệ thống vi ba và vệ tinh.
3 - 30 GHz	10cm-1cm	Tần số siêu cao	SHF	chủ yếu dùng cho vi ba và thông tin vệ tinh.
30 - 300 GHz	1cm-1mm	Tần số cực kì cao	EHF	ít sử dụng trong thông tin vô tuyến.

Trong y học

Năng lượng tần số vô tuyến (RF) cũng được sử dụng các hoạt động điều trị y tế hơn 75 năm qua, nói chung thường được sử dụng trong các phẫu thuật ít xâm lấn, sử dụng để cắt bỏ và làm đông, bao gồm cả việc chữa trị chứng ngưng thở khi ngủ. Ảnh cộng hưởng từ (MRI) sử dụng sóng tần số vô tuyến để tạo ra hình ảnh cơ thể người.

RF đồng nghĩa với không dây

Dù tần số vô tuyến là dải tần, nhưng thuật ngữ "tần số vô tuyến" hay từ viết tắt "RF" cũng được sử dụng như một từ đồng nghĩa với vô tuyến – tức là mô tả việc sử dụng các hình thức thông tin liên lạc không dây, ngược với kiểu thông tin liên lạc qua các bộ đấu nối điện. Ví dụ như:

• Nhận dạng tần số vô tuyến
• ISO/IEC 14443-2 Giao diện tín hiệu và công suất tần số vô tuyến

Nguồn http://vi.wikipedia.org

Xem thêm Bảng quy hoạch tần số ở Việt Nam 

Read more »