Đang tải... (xem toàn văn)
Phương pháp thiết kế bộ lọc bằng phương pháp kết hợp dải chuyển tiếp - cửa sổ
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Nhng kt qu nghiên cu, các s liu, hình v, biu bng, kt qu tính toán c trình bày trong lun vn là hoàn toàn trung thc, không vi phm bt c iu gì trong lut s hu trí tu và pháp lut Vit Nam. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Đào Văn Đã DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. SBC(442) Mã hóa bng con 3 kênh dùng t hp phân chia [4, 4, 2] 2. SBC(8842) Mã hóa bng con 4 kênh dùng t hp phân chia [8,8,4,2] 3. Tone Mt thành phn n âm 4. f rng di tn ca tín hiu (n v là Hz) 5. B B rng di thông ca b lc thông di(n v là rad) 6. Bbk n H s ca b lc thông di ã nhân vi k n ph thuc vào n 7. Bb n H s ca b lc thông di ph thuc vào n 8. B H rng di thông ca b lc thông cao (n v là rad) 9. b i S bit cp cho di con th i 10. B L rng di thông ca b lc thông thp (n v là rad) 11. b TB S bit trung bình/mu trong mã hóa bng con 12. b TBi S bit trung bình/mu cp cho tín hiu bng con th i 13. B tr rng di chuyn tip ca b lc (n v là rad) 14. D H s phân chia ca b phân chia 15. F Tn s (n v Hz) 16. f max Tn s cc i ca tín hiu âm thanh (n v Hz) 17. f Sr Tn s ly mu ca tín hiu u ra 18. f Sv Tn s ly mu ca tín hiu u vào. 19. G áp ng biên ca b lc 20. G B áp ng biên ca b lc thông di 21. G B dB áp ng biên ca b lc thông di tính dB 22. GdB áp ng biên ca b lc tính theo dB 23. G H áp ng biên ca b lc thông cao 24. G H dB áp ng biên ca b lc thông cao tính dB 25. G L áp ng biên ca b lc thông thp 26. G L dB áp ng biên ca b lc thông thp tính dB 27. H B (e jF ) áp ng tn s ca b lc thông di theo thang tn s F 28. Hbk n H s ca b lc thông cao ã nhân vi k n ph thuc vào n 29. Hb n H s ca b lc thông cao ph thuc vào n 30. H H (e jF ) áp ng tn s ca b lc thông cao theo thang tn s F 31. H L (e jF ) áp ng tn s ca b lc thông thp theo thang tn s F 32. k n Hàm ca s 33. L H s ni suy ca b ni suy 34. Lbk n H s ca b lc thông thp ã nhân vi k n ph thuc vào n 35. Lb n H s ca b lc thông thp ph thuc vào n 36. M S kênh trong b mã hóa bng con 37. N Bc ca b lc 38. n i H s phân chia ca di con th i 39. p Cp phân chia trong phân tích Wavelet 40. R Tc bit trong SBC 41. T s Chu k ly mu (n v là giây) 42. T Sr Chu k ly mu ca tín hiu u ra 43. T Sv Chu k ly mu ca tín hiu u vào. 44. X(e j! ) Tín hiu trong min tn s liên tc 45. x(n) Tín hiu trong min th"i gian r"i rc chu#n hóa theo T s 46. X(z) Tín hiu trong min z 47. $ p gn sóng trong di thông ca b lc 48. $ s gn sóng trong di ch%n ca b lc 49. & L'i khôi phc trong mã hóa bng con 50. ! cB1 Tn s c%t di ca b lc thông di (n v là rad) 51. ! cB2 Tn s c%t trên ca b lc thông di (n v là rad) 52. ! cH Tn s c%t ca b lc thông cao (n v là rad) 53. ! sB1 Tn s gii hn di ca b lc thông di mc -20dB ( rad) 54. ! sB2 Tn s gii hn trên ca b lc thông di mc -20dB ( rad) 55. ! sH Tn s gii hn ca b lc thông cao mc -20dB ( rad) 56. ! sL Tn s gii hn ca b lc thông thp mc -20dB (rad) 57. ADC Analog to Digital Converter B chuyn i tng t sang s 58. ATRAC Adaptive Transform Acoustic Coding Mã hóa âm thanh bin i thích nghi. 59. BPF Bandpass Filter B lc thông di 60. CD Compact Disc (a Compact 61. DAC Digital to Analog Converter B chuyn i s sang tng t 62. DF Digital Filter B lc s B lc s 63. DFT Discrete Fourier Transform Bin i Fourier r"i rc 64. FFT Fast Fourier Transform Bin i Fourier nhanh. 65. FIR Finite Impulse Response áp ng xung hu hn 66. HPF Highpass Filter B lc thông cao 67. IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Bin i Fourier r"i rc ngc. 68. IEC International Electrotechnical Commission )y ban in quc t 69. IIR Infinite Impulse Response áp ng xung vô hn 70. ISO International Organization for Standardization T chc tiêu chu#n quc t. 71. LPF Lowpass Filter B lc thông thp 72. MDCT Modified Discrete Cosine Transform Bin i cosin r"i rc 73. MPEG/audio Motion Picture Experts Group/audio Nhóm chuyên gia hình nh chuyn ng/âm thanh 74. PASC Precision Adaptive Subband Coding Mã hóa bng con thích nghi chính xác 75. QMF Quadrature Mirror Filter B lc gng cu phng 76. SBC SubBand Coding Mã hóa bng con DANH MỤC CÁC BẢNG trang Bng 1.1.1 : Các phép toán c bn ca x lý tín hiu 17 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chương 1: Cơ bản về bộ lọc và bank lọc số trang Hình 1.5.1: áp ng biên ca b lc s thông thp 10 Hình 1.7.1: B phân chia 12 Hình 1.7.2: B phân chia 12 Hình 1.7.3: Ph ca mt tín hiu x(n) 13 Hình 1.7.4: Ph ca tín hiu ra b phân chia vi h s D = 2 14 Hình 1.7.5: S * tng ng ca b ly mu F s = F nsy 15 Hình 1.7.6: Ký hiu b ni suy trong min n 15 Hình 1.7.7: B ni suy 16 Hình 1.7.8: Ph ca mt tín hiu x(n) 17 Hình 1.7.9: Ph ca tín hiu ti u ra b ni suy vi L = 2 17 Hình 1.7.10: B bin i nhp vi h s L D 18 Hình 1.7.11: Ký hiu b bin i nhp h s L D 19 Hình 1.7.12: Y +,2/3 (e j! ) và Y ,+2/3 (e j! ) 20 Hình 1.7.13: S * tng quát ca b lc ni suy 21 Hình 1.7.14: Y ,2H (e j! ) 22 Hình 1.7.15: B lc bin i nhp h s D/L 23 Hình 1.7.16: S * khi ca b lc bin i nhp h s D/L 24 Hình 1.8.1: Cu trúc ca bank lc s phân tích 25 Hình 1.8.2: Cu trúc ca bank lc s tng hp 25 Hình 1.9.1: Bank lc s nhiu nhp 2 kênh 26 Hình 1.9.2: Mt vài tr"ng hp ca áp ng biên 27 Hình 1.9.3: Ph tín hiu vào, ra b lc s lý tng 29 Hình 1.9.4: S * tng quát ca bank lc s M kênh 30 Chương 2: Mã hóa băng con Hình 2.1.1: S * mã hoá bng con 2 kênh Hình 2.1.2: S * mã hoá bng con tng quát M kênh 31 32 Hình 2.1.3: Bank lc phân tích 4 kênh n phân gii 34 Hình 2.1.4: Bank lc tng hp 4 kênh n phân gii 34 Hình 2.1.5: Bank lc s 4 kênh 35 Hình 2.1.6: Bank lc phân tích 2 tng a phân gii 36 Hình 2.1.7: Bank lc tng hp 2 tng a phân gii 36 Hình 2.1.8: Quá trình mã hóa bng con 37 Hình 2.1.9: Phân b các bng con theo các h s phân chia 39 Hình 2.1.10: Quan h gia u ra và u vào ca b phân chia 42 Hình 2.1.11: Tín hiu vào (a) và tín hiu ra (b) ca b phân chia trong min th"i gian r"i rc, ã chu#n hoá theo chu k ly mu. 43 Hình 2.1.12: Ph ca tín hiu vào (a) và tín hiu ra (b) b phân chia D = 2. 43 Hình 2.1.13: Quan h gia u ra và u vào ca b ni suy 43 Hình 2.1.14: Tín hiu vào (a) và tín hiu ra (b) ca b ni suy trong min th"i gian r"i rc, ã chu#n hoá theo chu k ly mu. 44 Hình 2.1.15: Ph ca tín hiu vào (a) và tín hiu ra (b) b ni suy vi L = 2. 44 Hình 2.2.1: Minh ha các b lc có di chuyn tip b-ng nhau 47 Hình 2.2.2: .c tuyn biên ca BPF khi thit k b-ng phng pháp trc tip theo áp ng tn s vi N = 20. 50 Hình 2.2.3: .c tuyn biên ca BPF khi thit k b-ng phng pháp trc tip theo áp ng tn s vi N = 40. 50 Hình 2.2.4 : áp ng biên ca LPF vi các di chuyn tip 50 Hình 2.2.5 : áp ng biên ca BPF vi các di chuyn tip 52 Hình 2.2.6 : áp ng biên ca HPF vi các di chuyn tip 54 Hình 2.2.7: .c tuyn biên ca BPF khi thit k b-ng phng pháp n nh di chuyn tip vi N = 20, tg/=40/0. 56 Hình 2.2.8: .c tuyn biên ca BPF khi thit k b-ng phng pháp n nh di chuyn tip vi N = 40, tg/=40/0. 56 Hình 2.2.9: .c tuyn biên ca BPF khi thit k b-ng phng pháp di chuyn tip - ca s vi N = 20, tg/=40/0, ca s Hamming. 59 Hình 2.2.10: .c tuyn biên ca BPF khi thit k b-ng phng pháp di chuyn tip - ca s vi N = 40, tg/=40/0, ca s Hamming. 60 Hình 3.2.1: Các bng con ti u ra bank lc phân tích nhiu nhp n phân gii 61 Chương 3: Mã hóa băng con ứng dụng trong xử lý tiếng nói Hình 3.2.2: Bank lc phân tích nhiu nhp n phân gii 62 Hình 3.2.3: Bank lc tng hp nhiu nhp n phân gii 63 Hình 3.2.4:Các bng con ti u ra bank lc phân tích nhiu nhp a phân gii 64 Hình 3.2.5: Bank lc phân tích nhiu nhp a phân gii 64 Hình 3.2.6: Bank lc tng hp nhiu nhp a phân gii 66 Hình 3.3.1: Phân chia bng con và to khung d liu ca các lp MPEG-1/audio 67 Hình 3.3.2: B mã hóa MPEG-1/audio 68 Hình 3.3.3: S * khi b SBC(442) 72 Hình 3.3.4: S * khi mã hóa âm thanh theo thut toán ATRAC1 72 Hình 3.3.5: Ph tn ca tín hiu vào x(n) 72 Hình 3.3.6: Ph tn ca ba tín hiu bng con ti u ra các b lc 73 Hình 3.3.7: Ph tn ca ba tín hiu bng con ti u ra các b phân chia 74 Hình 3.3.8: Ph tn ca ba tín hiu bng con ti u ra các b ni suy 75 Hình 3.3.5: S * khi b SBC(8842) 76 Hình 3.4.1: Các di con ng vi t hp phân chia [ 6,3,2 ] 78 Hình 3.4.2: S * khi b mã hóa bng con SBC(632) 79 Hình 3.4.4: .c tuyn biên G(F), GdB(F) ca 3 b lc khi chn N= 10, α= 75 0 83 Hình 3.4.5: .c tuyn biên G(F), GdB(F) ca 3 b lc khi chn N= 12, α= 78 0 83 Hình 3.4.6: .c tuyn biên G(F), GdB(F) ca 3 b lc khi chn N= 20, α= 82,5 0 83 Hình 3.4.7: .c tuyn biên G(F), GdB(F) ca 3 b lc khi chn N= 35, α= 85,5 0 83 Hình 3.4.8: .c tuyn biên G(F), GdB(F) ca 3 b lc khi chn N= 100, α= 88,5 0 84 Hình 3.4.4: Ph tn ca tín hiu vào x(n) khi f s = f Ny 85 Hình 3.4.4: Ph tn ca tín hiu bng con ti u ra bank lc phân tích 86 Hình 3.4.6: Ph tn ca tín hiu bng con ti u ra bank lc tng hp 87 Hình 3.4.7: Ph tn ca 3 tín hiu di con sau khi qua các b lc nôi suy 88 Hình 3.4.8: Ph tn ca 3 tín hiu di con sau khi qua các b lc tng hp 89 Hình 3.4.9: Ph tn ca 3 tín hiu ra y(n) 89 MỤC LỤC Trang Danh mc các ký hiu, các ch vit t%t Danh mc các bng Danh mc các hình v, * th M1 2U 1 Chương 1: Cơ bản về bộ lọc và bank lọc số 1.1. Gii thiu chung v b lc s 5 1.2. Các loi b lc s 1.3. B lc s a nhp và các bng lc 6 7 1.4. Tính u vit ca b lc s 8 1.5. Các ch3 tiêu thit k ca b lc s 1.6. Vai trò ca ca s 1.7. Thay i nhp ly mu 9 11 1.7.1. Khái nim phân chia và ni suy 12 1.7.2. Thay i nhp ly mu vi h s D/L 18 1.7.3. B lc ni suy 21 1.7.4. B lc bin i nhp ly mu vi h s D/L không nguyên 23 1.8. Bank lc s 24 1.8.1. nh ngh(a bank lc s 24 1.8.2. nh ngh(a bank lc s phân tích 24 1.8.3. nh ngh(a bank lc s tng hp 25 1.9. Bank lc s nhiu nhp hai kênh 1.9.1. Bank lc s nhiu nhp 2 kênh và bank lc gng cu phng 26 26 1.9.2. Bank lc s nhiu nhp M kênh 30 Chương 2: Mã hóa băng con 2.1. Tng quan v mã hóa bng con 31 2.1.1. Gii thiu 31 2.1.2. Cu trúc dng cây ca bank lc s 33 2.1.3. Nguyên lý mã hóa bng con 36 2.1.4. Các thông s k4 thut ca SBC 38 2.1.5. Các iu kin ca mã hóa bng con 41 2.1.6. iu kin tng h s nén tín hiu trong mã hóa bng con 44 2.2. Thit k b lc FIR b-ng phng pháp kt hp di chuyn tip-ca s 46 2.2.1. Gii thiu 46 2.2.2. Thit k b lc FIR b-ng phng pháp trc tip 48 2.2.3. Thit k b lc FIR b-ng phng pháp di chuyn tip 50 2.2.4. Thit k b lc FIR b-ng phng pháp di chuyn tip-ca s 56 Chương 3: Mã hóa băng con ứng dụng trong xử lý tiếng nói 3.1. Gii thiu 3.2. Bank lc theo phân tích Wavelet 61 61 3.2.1. Bank lc nhiu nhp n phân gii 61 3.2.2. Bank lc nhiu nhp a phân gii 64 3.3. Mã hóa bng con ã ng dng trong x lý âm thanh s 66 3.3.1. Chu#n âm thanh s MPEG/audio 66 3.3.2. Thut toán PASC 70 3.3.3. Thut toán ATRAC 3.4 xut phng pháp xác nh t hp phân chia 3.4.1 Phng pháp phân chia liên ti p cng cui 3.4.2 Xác nh t hp phân chia ti u 3.4.3 5ng dng vào mã hóa bng con SBC(632) 71 77 77 78 78 3.4.4 Bin i h s và so sánh kt qu SBC(632) vi SBC(442) 85 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC [...]... có độ rộng bằng nhau, để khắc phục hạn chế đó luận văn đưa ra giải pháp thiết kế mới bằng cách thiết kế lại bộ lọc bên trong bằng phương pháp kết hợp dải chuyển tiếp cửa sổ và thay đổi lại hệ số phân chia trong bank lọc phân tích và tổng hợp để đạt được ưu điểm hơn so với SBC đã ứng dụng bằng mô hình mới SBC 3 kênh tổ hợp phân chia [632] 4 Phương pháp nghiên cứu Luận văn nghiên cứu trên phương diện... dùng bộ lọc FIR không thể tránh khỏi một số vấn đề sau: - Thiết kế bộ lọc FIR là một vấn đề mới căn bản so với các phương pháp đã biết, bởi vì các kết quả của bộ lọc tương tự không được dùng hoặc chỉ được dùng rất ít trong trường hợp này - Thiết kế bộ lọc FIR đòi hỏi kỹ thuật tính toán khá lớn và tăng tuyến tính với bậc của bộ lọc - Trong bộ lọc FIR đòi hỏi bộ nhớ Ram và bộ ghi dịch tỷ lệ với bậc của bộ. .. tin Bộ lọc biến đổi nhịp hệ số D/L được xây dựng bằng cách ghép nối tiếp hai bộ lọc nội suy và bộ lọc phân chia như trên hình 1.7.15 Fs x(n) ↑L HD(n) hL(n) ↓D L Fs D y(n) Bộ lọc nội suy Bộ lọc phân chia Hình 1.7.15: Bộ lọc biến đổi nhịp hệ số D/L Do cách ghép nối tiếp bộ lọc nội suy trước bộ lọc phân chia như hình 1.7.15 ta thấy rằng bộ lọc hL(n) được ghép nối tiếp với bộ lọc hD(n) nên ta có thể kết hợp. .. nghĩa là đảm bảo tính tái xây dựng hoàn chỉnh 10 Thiết kế bộ lọc FIR có nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như: - Phương pháp cửa sổ - Phương pháp lấy mẫu tần số - Phương pháp lặp…vv 1.6.Vai trò của cửa sổ Cửa sổ w(n) xác định một phần của tín hiệu tiếng nói để xử lý bằng cách đưa về 0 phần tín hiệu bên ngoài miền xử lý Đáp ứng tần số lý tưởng của cửa sổ sẽ có một búp sóng chính rất hẹp để có thể... đến 2(e jω HM- ) sẽ là các bộ lọc số thông dải còn HM-1(ejω) sẽ là bộ lọc số thông cao, mà các tần số cắt của các bộ lọc số này sẽ kế tiếp nhau Như vậy, các bộ lọc H0(ejω), H1(ejω),…, HM-1(ejω) được gọi là các bộ lọc phân tích, còn tập hợp các bộ lọc được gọi là bank lọc phân tích 1.8.3 Định nghĩa bank lọc số tổng hợp Bank lọc số tổng hợp là tập hợp các bộ lọc số có đáp ứng tần số là Gk(ejω) được nối... nên còn được gọi là bộ lọc số đệ quy Có thể biểu diễn bộ lọc số IIR dưới dạng: y(n) = F[y(n-1), y(n-2),…,y(n-N),x(n), x(n-1),…,x(n-M)] (1.2.6) Bộ lọc số IIR không phải luôn ổn định, để bộ lọc IIR ổn định thì phải có điều kiện 1.3 Bộ lọc số đa nhịp và các băng lọc Bộ lọc số có nhịp lấy mẫu đầu vào và đầu ra như nhau được gọi là bộ lọc số đơn nhịp (Single rate digital filtera) Bộ lọc số có nhịp lấy mẫu... được gọi là bộ lọc số đa nhịp (Multi rate digital filter) Trên thực tế tuỳ thuộc vào ứng dụng cụ thể mà người ta phân ra các loại cụ thể, như: bộ lọc thông thấp (Lowpass Digital Filter), bộ lọc thông cao (Highpass Digital Filter), bộ lọc thông dải (Pass-band Digital Filter), 7 bộ lọc chắn dải (Stop-band Digital Filter), bộ lọc thông tất (All-pass Digital Filter), bộ lọc số dải hẹp (Narrow-band Digital... tổ hợp phân chia là [4 4 2] và [8 8 4 2] Chuẩn ATRAC cho hệ số nén dữ liệu cao, chất lượng âm thanh tốt Trong phạm vi đề tài này, em xin giới thiệu về mã hóa băng con đơn phân giải, đa phân giải tương đối 3 kênh và nghiên cứu mã hóa băng con đã được ứng dụng thực tế trong xử lý tín hiệu âm thanh số Đồng thời đưa ra phương pháp thiết kế bộ lọc bằng phương pháp kết hợp dải chuyển tiếp- cửa sổ và giải pháp. .. tiếp Khi hệ thống lọc được phân chia thành các băng lọc như băng lọc gương cầu phương (QMF banks), băng lọc biến đổi Fourier rời rạc đồng dạng (Uniform DFT banks)…Ngoài ra phụ thuộc vào các tính năng và ứng dụng cụ thể bộ lọc số mà có tên gọi trực tiếp như bộ lọc phân chia (Decimation), bộ lọc nội suy (Interpolation) và bộ lọc vi phân 1.4 Tính ưu việt của bộ lọc số Về mặt thiết kế, bộ lọc đệ quy và không... Filter), bộ lọc số dải rộng (Wide-band Digital Filter) Phụ thuộc vào cách sử dụng hàm cửa sổ và phương pháp xấp xỉ hoá ta có bộ lọc số Butter Worth, bộ lọc số Chebyshev, bộ lọc số Bassel,… Bộ lọc số được thể hiện bằng nhiều cách khác nhau như: thể hiện trực tiếp (Direct realization), không gian trạng thái (State space realization), hình bậc thang (Ladder), hình mắt lưới (Lattice), song song hoặc nối tiếp Khi . F[y(n-1), y(n-2),…,y(n-N),x(n), x(n-1),…,x(n-M)] (1.2.6) B lc s IIR không phi luôn n nh, b lc IIR n nh thì phi có iu kin. 1.3. Bộ lọc. 2.2.3. Thit k b lc FIR b-ng phng pháp di chuyn tip 50 2.2.4. Thit k b lc FIR b-ng phng pháp di chuyn tip-ca s 56 Chương 3: Mã hóa