Bài giảng Xử lý số tín hiệu - Chương 2: Lượng tử hóa - Nguyễn Thanh Tuấn

Chương 2: LƯỢNG TỬ HÓA 
•Quá trình lượng tử hóa
•Bộ chuyển đổi D/A
•Bộ chuyển đổi A/D
•Lấy mẫu dư và định dạng nhiễu
•Dither 
•Lượng tử hóa tín hiệu âm thanh
ThS. Nguyễn Thanh Tuấn
Khoa Điện-Điện tử, Đại học Bách Khoa TP.HCM
nttbk97@yahoo.com
2.1 Quá trình lượng tử hóa
• Tầm đo toàn thang R
– Đơn cực [0 R]
– Lưỡng cực [-R/2 R/2]
• Số bit lượng tử B
• Bước lượng tử Q = R / 2B
• Mức lượng tử
• Nguyên tắc lượng tử
– Rút bớt (truncating)
– Làm tròn (rounding)
2.1 Quá trình lượng tử hóa (tt)
• Sai số lượng tử
– Định nghĩa
– Tính chất
– Hàm mật độ xác suất
– Trung bình sai số
– Trung bình bình phuơng sai số
– Sai số trị hiệu dụng erms
• Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR = R/Q
• Tầm động SNRdB qui luật 6dB/bit
2.2 Bộ chuyển đổi D/A
• Định nghĩa
• Ký hiệu
• Nguyên tắc mã hóa
– Nhị phân đơn cực (tự nhiên, thông thường)
– Nhị phân lưỡng cực offset
– Nhị phân lưỡng cực bù 2
• Quan hệ giữa các nguyên tắc mã hóa
• Sơ đồ mạch thực hiện
2.3 Bộ chuyển đổi A/D
• Định nghĩa
• Ký hiệu
• Hoạt động
• Giải thuật test bit
– Nguyên tắc
– Hạn chế: chỉ đúng cho
• Rút bớt
• Mã hóa đơn cực và lưỡng cực offset
– Khắc phục
• Làm tròn: x’ = x + Q/2
• Mã hóa lưỡng cực bù 2
– Cách 1: Đảo bit MSB của mã hóa lưỡng cực offset
– Cách 2: Xét riêng bit MSB của mã hóa lưỡng cực bù 2
2.4 Lấy mẫu dư và định dạng nhiễu 
• Phổ công suất nhiễu lượng tử
• Mô hình bộ lượng tử hóa định dạng nhiễu
• Lấy mẫu dư
• Hiệu quả của việc lấy mẫu dư và bộ lượng 
tử hóa định dạng nhiễu
• Hệ thống DSP lấy mẫu dư và định dạng 
nhiễu
2.5 Dither
• Định nghĩa
• Dither tương tự
• Dither số
– Hàm mật độ xác suất của tín hiệu dither
• Chữ nhật
• Tam giác
• Gaussian 
– Công suất nhiễu tổng cộng
– Hiệu quả của dither 
2.6 Lượng tử hóa tín hiệu âm thanh
• Đặc tính âm thanh
• Tần số lấy mẫu
• Số bit lượng tử
• Dung lượng
• Tốc độ xử lý
• Card âm thanh (sound card)
Tóm tắt chương 2
• Các thông số cơ bản của quá trình lượng tử hóa?
• Quan hệ giữa các nguyên tắc lượng tử?
• Quan hệ giữa các nguyên tắc mã hóa?
• Tính chất của sai số lượng tử?
• Hiệu quả của lấy mẫu dư và định dạng nhiễu?
• Hiệu quả của dither?
• Giải thuật test bit?
• Xác định mức lượng tử và các bit lượng tử?
• Xác định dung lượng cần lưu trữ? 
• Xác định tốc độ xử lý yêu cầu của chip DSP?