[Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL

[DATAVIEWER]

Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi
ANALOG to DIGITAL
*

​

I. ANALOG to DIGITAL

Để cho phép Computer lưu trữ/ghi lại, nghe hoặc chỉnh sửa âm thanh..v..v.. chuỗi âm thanh đó cần phải được mã hóa (Digitized), bằng cách chia ra thành những con số "1" và "0" để tạo nên loại ngôn ngữ NHỊ PHÂN/"Digital" của máy điện toán.

Photo #1

Spoiler

#1- Âm thanh/tín hiệu "Analog" được chia thành nhiều "Sample" trong những quãng thời gian ấn định.
[Cứ tại mỗi điểm ĐEN là một "Sample".]

#2- Âm thanh/tín hiệu "Analog" được mã hóa thành ngôn ngữ NHỊ PHÂN/"Digital" của máy điện toán.
[Được ghi vào đĩa CD]

#3- Tín hiệu "Digital" được giải mã/"Decode" để trở thành "Waveform" (do bởi DAC)
[DAC: "Digital-To-Analog Converter" thuộc đầu máy CD/DVD Player, "Media Player ..v..v.."]


II. SAMPLE

Mỗi "Sample" được hiểu như là một phép đo/một sự đo lường về cường độ của âm thanh "Analog" tương ứng trên trục đứng (y).
Ngoài ra, mỗi "Sample" cũng còn được hiểu như là một tấm "Audio Snapshot"...được chụp (bởi bộ phận "Converter") một cách liên tục trong những quãng thời gian ấn định (nhằm mục đích đo lường âm độ).

Photo #2

Spoiler

[Tại mỗi điểm màu XANH là một "Sample".]


III. SAMPLE RATE

Là tổng số "Sample" được đo lường/ hay "Audio Snapshot" được chụp (bởi bộ phận "Converter") một cách liên tục trong 1 giây đồng hồ/ "Second".
Để cho dễ hiểu, các bạn tập trung sự chú ý vào tấm hình sau...

Photo #3

Spoiler

- Hình #1: Tín hiệu của âm thanh "Analog" (có tần số f=1 Hz.)

- Hình #2: Chỉ là một ví dụ đơn giản về trị số THẤP của "Sample Rate" = 6 Hz.
[Nhạc trên đĩa CD có trị số THẬT của "Sample Rate" = 44100 Hz.]

- Hình #3: Kết quả có được là "Digital Waveform" (qua quá trình đo lường/"Sample").

Tấm hình #4 dưới đây nói lên sự khác biệt giữa 2 trị số THẤP (phía bên trái) & CAO (phía bên phải) của "Sample Rate".

Photo #4

Spoiler

NOTE: "Quality" của Nhạc trên đĩa CD có "Sample Rate" = 44100 Hz.
[Nói một cách khác...âm độ của sóng "Analog" được đo lường (bởi bộ phận "Converter") tới 44100 lần trong 1 giây đồng hồ.]


IV. BIT-RATE

"Bit-Rate" là gì..?
"Bit-Rate" là tổng số "Bit" được dùng để xử lý/tiến hành trong 1 đơn vị thời gian (thường là giây/"Second).
["Bit-Rate" được dùng để đo lường trong các lãnh vực: Video/Phim - Audio/Nhạc - Transmission/Sự chuyển vận (từ điểm A => điểm B).]


V. BIT DEPTH

"Bit Depth" là gì..?

Thiết nghĩ cũng cần nhắc lại rằng...
[Mỗi "Sample" là một sự đo lường/cũng còn được hiểu như là 1 tấm "Audio Snapshot" được chụp (bởi bộ phận "Converter") trong một quãng thời gian ấn định.]

Vậy thì..."Bit Depth" là con số "Bit" được dùng cho mỗi lần "Sample"/đo lường trên sóng "Analog".

Photo #5

Spoiler

Qua tấm hình trên, chúng ta nhìn thấy...

a) Hình bên trái: Có trị số THẤP của "Bit Depth" = 4 Bits (đếm theo chiều cao)
[Trông giống như những viên gạch... do bởi "Bit Depth" thấp..!]

b) Hình bên phải: Có trị số CAO hơn của "Bit Depth" = 16 Bit (đếm theo chiều cao)
[Trông hoàn hảo hơn/ càng giống sóng "Analog"/"Sinewave" hơn... do bởi "Bit Depth" cao hơn..!]

NOTE:
- 8-Bit "Audio" cho ta 256 cấp độ đo lường trên mỗi "Sample".
- 16-Bit "Audio" cho ta 65536 cấp độ đo lường trên mỗi "Sample".
- 24-Bit "Audio" cho ta 16.7 triệu cấp độ đo lường trên mỗi "Sample".

- Trị số của "Bit Depth" & "Sample Rate" càng cao => Sóng "Digital"/ "Digital Waveform" càng hoàn hảo hơn...
[Nói một cách khác... càng giống, chính xác hơn (so với sóng màu ĐỎ/"Analog").]

- "Bit Depth" & "Sample Rate" càng GIA TĂNG => Dung lượng của "File" càng LỚN => "Quality" của âm thanh càng CAO.

Photo #6

 

[caothudeche]

Ðề: [Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL

Dạo này có nhiều bài viết về DAC, nhưng chưa thấy bài nào ổn lắm.

Bác DATAVIEWER có lẽ cùng vì làn sóng này mà mở mang bờ cõi cho anh em.
Về độ chính xác về bài viết của bác ở trên khá cao, nhưng em thấy hơi khó hình dung việc ADC nó hoạt động như thế nào.
Bởi vậy em có chút góp ý, nếu bác có thể viết lại cho những người không biết về kỹ thuật có thể hiểu. Theo kiểu dân dã chút.

1. Đặc điểm của tín hiệu tương tự: Có 3 đặc điểm, hay là thông số đặc trưng.
- Biên đo (Amplitute): Độ lớn của tín hiệu
- Tân sô (Frequency): Số lần thay đổi của tín hiệu trong 1 giây.
- Pha (Phase): Chiều của tín hiệu.

Khi thực hiện quá trình biến đổi ADC thì phải thực hiện được 3 thông số này sao cho chính xác nhất.

2. Tín hiệu số: Là tín hiệu được thể hiện qua các con số 0 và 1. Ví dụ:

100: 4
111: 7

3. Quá trình ADC:
Là quá trình biến đổi biên độ, tần số, pha của tín hiệu tương tự sang các con số 0, 1 (tín hiệu số), theo một qui ước nào đó. Quá trình này thực hiện làm sao để khi thực hiện quá trình ngược lại DAC phải thể hiện được chính xác nhất tín hiệu tương tự ban đầu.

Quá trình ADC được thực hiện qua 3 bước: Lấy mẫu -> Lượng tử hóa -> Mã Hóa.
Và hình của bác DATAVIWER thể hiện rõ 3 quá trình này.

- Lấy mẫu (Hình 1): Chọn trên tín hiệu tương tự những điểm mẫu. Nếu chọn càng nhiều mẫu thì khả năng tái tạo chính xác tín hiệu càng cao. Và số mẫu được lấy trong 1 giây gọi là tần số hay tốc độ lấy mẫu, đơn vị Hz.
Ví dụ: ở CD thông thường là 44,1 Khz (44100 Hz), tức 44100 mẫu được lấy trong 1 giây. Cực kỳ nhiều nhưng chưa ăn thua so với nhạc DSD lên đến hàng trăm KHz.

- Lượng tử hóa: Là quá trình đo đạc các mẫu và đưa về một giá trị gần đúng.
Độ sâu số (bit depth) là thông số thể hiện độ chính xác của quá trình lượng tử hóa (4 bit, 8 bit, 12 bit, 16 bit, 24 bit, 32 bit...)

Để dễ hình dung mức độ quan trọng của bit depth ta nhìn vào hình số 2. Ta thấy mỗi mẫu tương ứng ở đây được thể hiện bằng 3 bit. Ví dụ 4 là 100, 6 là 110, 7 là 111.... 3 bit ở đây chính là bit depth.
Và với 3 bít nó chỉ thể hiện được 8 giá trị: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 tưng ứng với tín hiệu số là : 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111

Vậy với các giá trị khác như 0.5, 1.5, hay 6.9 thì sao? Nếu vẫn ở bit depth = 3 thì nó sẽ được làm tròn lên, như qui tắc làm tròn của chúng ta. Như vậy thì độ chính xác thấp quá.
Đó là lý do chúng ta có các độ sâu bit cao hơn như 8 bit (256 mức), 16 bit (65536 mức), 24 bit (16777216 mức )... và bit depth càng cao thì càng chính xác.

Lưu ý: Hình ở trên chỉ minh họa cho quá trình lượng tử hóa như thế nào. Còn đối với tín hiệu thì bit depth hay số mức nó thể hiện độ chi tiết về biên bộ tín hiệu, hay dễ hiểu hơn là sự chênh lệch giữa 2 mức tín hiệu gần nhau nhất. Ví dụ biên độ lớn nhất tín hiệu là 1V, với bit depth = 8 thì độ chính xác của nó đến 3.9 mV. Còn nếu bit depth = 16 thì sự chênh lệch này là 0.015mV...[/I]

- Mã hóa: Đây là khâu cuối cùng của quá trình ADC. Sau quá trình lượng tử sẽ cho ta một dải số toàn là 0 với 1 như 11110000111100000. Vậy có bạn nào biết là ở đây có bao nhiêu mẫu được lấy, mỗi mẫu bao nhiêu bit không?
Quá trình mã hóa chính là sắp sếp các mẫu đã đã lượng tử hóa theo một qui luật nào đó, làm sao để khi thực hiện quá trình ngược lại có thể tạo lại được tín hiệu ban đầu, bao gồm cả trong trường hợp bị lỗi bit thì vẫn khôi phục được.
Các phương thức mã hóa thì nhiều lắm, nhưng đối với âm thanh thì chúng ta hay gặp là PCM.

Kết lại:
Quá trình ADC rất quan trọng, việc tái tạo chính xác đến đâu phụ thuộc vào quá trình này. Đối với người dùng phổ thông khi tải nhạc thì quan tâm đến 2 thông số chính: tần số lấy mẫu và độ sâu bit (bit depth).
- Tần số lấy mẫu: Thể hiện độ chi tiết theo trục thời gian.
- Bit depth: Thể hiện độ chính xác theo biên độ.

 

[DATAVIEWER]

Ðề: [Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL


TOPIC UPDATE
["BIT DEPTH"]

 

[DATAVIEWER]

Ðề: [Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL

- Mã hóa: Đây là khâu cuối cùng của quá trình ADC.
... Sau quá trình lượng tử sẽ cho ta một dải số toàn là 0 với 1 như 11110000111100000. Vậy có bạn nào biết là ở đây có bao nhiêu mẫu được lấy, mỗi mẫu bao nhiêu bit không?

Câu hỏi của bạn được trả lời như sau...

Spoiler

"Bit Depth" = 3-Bit hay 4-Bit qua các tấm hình trên chỉ là những con số ví dụ tượng trưng, nhằm mục đích đơn giản hóa/giúp ta dễ hiểu hơn mà thôi.

Trong thật tế..."Quality" của nhạc trên đĩa CD có những đặc điểm như sau...

a) Cường độ âm thanh/âm độ của sóng "Analog" được bộ phận "Converter" đo lường /"Sample" bằng 16-Bit Data (Bit Depth).
b) Cường độ âm thanh/âm độ của sóng "Analog" được bộ phận "Converter" đo lường /"Sample" tới...44100 lần trong 1 giây đồng hồ/"Second" (Sample Rate).

 

[caothudeche]

Ðề: [Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL

Câu hỏi của bạn được trả lời như sau...

Spoiler

"Bit Depth" = 3-Bit hay 4-Bit qua các tấm hình trên chỉ là những con số ví dụ tượng trưng, nhằm mục đích đơn giản hóa/giúp ta dễ hiểu hơn mà thôi.

Trong thật tế..."Quality" của nhạc trên đĩa CD có những đặc điểm như sau...

a) Cường độ âm thanh/âm độ của sóng "Analog" được bộ phận "Converter" đo lường /"Sample" bằng 16-Bit Data (Bit Depth).
b) Cường độ âm thanh/âm độ của sóng "Analog" được bộ phận "Converter" đo lường /"Sample" tới...44100 lần trong 1 giây đồng hồ/"Second" (Sample Rate).

Em đặt ra câu hỏi đó là để thấy được ý nghĩa của quá trình mã hóa, chứ đâu có cần giải thích.
Và toàn bộ comment đó góp ý cho mọi người thấy được quá trình chuyển đổi Analog sang digital nó thực hiện như thế nào.
Em thấy bài viết của bác nó thuần kỹ thuật quá, rất khó hiểu và hình dung ra được ADC nó thực hiện thế nào.
Trong đó lại xem kẽ các thuật ngữ tiếng anh, khiến sẽ có nhiều người hỏi các thuật ngữ đó là gì.

Và ở trên bác có nhắc tới 16 bit Data, Quá trình mã hóa không phải là cứ nối đuôi các Sample 16 bit này vào với nhau, nó còn hàng loạt thứ thêm vào để sao cho quá trình giải mã hóa (decode) nó hiểu được: mào đầu đoạn, khung, bit chẵn lẻ, bit sửa lỗi...

Ví dụ như một mã hóa PCM ở dưới, những gì mà đo được từ mẫu nó chả giống gì với kết quả của quá trình ADC ra cả.

Trên diễn đàn chỉ dừng lại ở mức độ mô hình, hiểu được nó làm như thế nào, cái gì quan trọng thế là đủ. Còn đi sâu quá trình ADC chắc vài chục trang bài viết chưa đủ.

 

[torune]

Ðề: [Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL

bài này hay quá. vote đăng trang chủ. cám ơn mod DATAVIEWER

 

[bobo19966]

Ðề: [Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL

Cho e hỏi tý, là nếu mình có 1 bài nhạc 16bit,44k vậy dùng DAC thì nó ra âm thanh 24bit,192k ko ?

 

[DATAVIEWER]

Ðề: [Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL

Cho e hỏi tý, là nếu mình có 1 bài nhạc 16bit,44k vậy dùng DAC thì nó ra âm thanh 24bit,192k ko ?

Không bác à..! Nhiệm vụ của DAC là chỉ "Convert" ra "Analog" từ những gì mà bạn đưa vào (tức "Digital").
Hầu hết các loại DAC hổ trợ/chấp nhận 24-Bit/192 KHz (Input).

 

[haimxnn]

Ðề: [Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL

Kiến thức chi tiết quá, đọc cũng muốn đau đầu luôn. nhưng rất cảm ơn chủ thớt, bổ ích lắm ạ

 

[coti]

Ðề: [Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL

Chuyển đổi A-D xét về mặt chuyên môn và thuật ngữ sẽ làm cho nhiều người không đúng chuyên môn đọc sẽ khó hiểu.
Mình có thể giải thích theo kiểu nôn na và bình dân như thế này:
1. Về thuật ngữ, khái niệm
A viết tắt ANALOG (kỹ thuật điện tử, tương tự). Tín hiệu A diễn ra liên tục trong một khoảng thời gian biến đổi. Nó xử lý tín hiệu điện, hình ảnh tín hiệu điện hình sin, cos, đường cong.
D viết tắt DIGITAL (kỹ thuật số). Tín hiệu D rời rạc theo thời gian. Nó xử lý tín hiệu số, ngôn ngữ sử dụng với kỹ thuật số chỉ là số 0 và số 1 (nhị phân), hình ảnh tín hiệu xung vuông.
2. Về mặt kỹ thuật chuyển đổi A-D:
Là chuyển đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu số
Là chuyển đổi hình sin thành hình xung vuông
Để làm được điều này người ta phải thiết kế những mạch điện tử với các linh kiện bán dẫn, vi mạch theo nguyên lý của kỹ thuật số. Ở đây ta hiểu bộ chuyển đổi như hộp đen, có đầu vào tín hiệu A và đầu ra tín hiệu D.
Một số bộ chuyển đổi A-D trong thực tế chúng ta hay gặp:
Cáp converter VGA sang HDMI
Audio L/R sang Optical
...

Ý nghĩa của chữ VAIO trên laptop của SONY.
Chữ v và chữa a viết mềm nối nhau như tín hiệu điện hình sin (đại diện cho analog), chữ I và chữ O như tín hiệu số (số 0 và số 1, đại diện cho Digital). Ngoài ra bản thân 4 chữ cái còn được viết tắt từ 4 từ tiếng anh:
Visual Audio Intelligent Organiser (nhà tổ chức âm thanh hình ảnh thông minh).

 

[nienvu]

Ðề: [Tìm Hiểu] Kiến Thức Căn Bản Về Sự Chuyển Đổi Từ ANALOG Sang DIGITAL

Bài viết rất hay và bổ ích !!!!