BÀI 6 - DỮ LIỆU ÂM THANH VÀ HÌNH ẢNH (KNTT)

Bài 6. Dữ liệu âm thanh và hình ảnh - kntt

TÓM TẮT NỘI DUNG:
1. Biểu diễn âm thanh
a) Số hóa âm thanh
-Bước 1: Lấy mẫu
-Bước 2: Biểu diễn giá trị mẫu
-Bước 3: Biểu diễn âm thanh
b) Các định dạng lưu trữ âm thanh
2. Biểu diễn hình ảnh
-Ảnh màu.
-Ảnh xám và ảnh đen trắng.
-Biểu diễn ảnh bitmap.

1. BIỂU DIỄN ÂM THANH
a) Số hóa âm thanh

Phương pháp cơ bản số hóa âm thanh là điều chế mã xung (Pulse Code Moderation, gọi tắt là PCM) được thực hiện theo các bước như sau:
Bước 1: Lấy mẫu. Lấy giá trị biên độ tín hiệu ở những thời điểm rời rạc, cách đều nhau. Khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu gọi là chu kì lấy mẫu.
Bước 2: Biểu diễn giá trị mẫu. Chọn một thang biểu diễn giá trị mẫu, gồm một số mức đều nhau, ví dụ 256 mức. Biên độ tín hiệu được quy đổi theo tỉ lệ trên thang lấy mẫu và làm tròn.
Ví dụ với thang 256 (2⁸) mức thì giá trị mẫu sẽ nhận trong khoảng từ 0 đến 255, hay từ 00000000 đến 11111111 trong hệ nhị phân, có thể ghi trong một byte.
Bước 3: Biểu diễn âm thanh Dãy giá trị biên độ đã quy đổi tại các điểm lấy mẫu được ghi lại làm biểu diễn âm thanh, ví dụ 128, 192, 242, 255, 235, 210,...
Như vậy, đồ thị liên tục dạng hình sin của sóng âm (Hình 6.2) được xấp xỉ bằng đồ thị hình bậc thang (đường màu đỏ trên hình 6.3). Trong đó, giá trị biên độ tín hiệu được coi là không thay đổi trong chu kì lấy mẫu.

Để số hóa âm thanh, người ta dùng các thiết bị ghi âm cài đặt sẵn phần mềm số hóa, trong đó có các mạch điện tử chuyển tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (Analog to Digital Converter – ADC).
Số bit cần thiết để biểu diễn được một giây âm thanh gọi là tốc độ bit (bit-rate).
Các thiết bị âm thanh số cần có mạch điện tử gọi là DAC (Digital to Analog Converter) có chức năng tạo lại tín hiệu tương tự từ tín hiệu số để phát ra loa hoặc tai nghe.
b) Các định dạng lưu trữ âm thanh
Cách số hóa âm thanh theo phương pháp PCM cho chất lượng âm thanh khá trung thực nhưng kích thước tệp lớn. Do đó, người ta đã tìm các phương pháp nhằm giảm kích thước tệp. Có hai phương pháp chính:
Phương pháp thứ nhất là nén dữ liệu nhưng không làm giảm chất lượng âm thanh, tạo nên định dạng âm thanh không mất mát (lossless).
Phương pháp thứ hai là bỏ bớt một phần thông tin âm thanh, nhưng vẫn đảm bảo chất lượng chấp nhận được.
Một trong các định dạng thông dụng nhất là Mp3, có thể làm giảm kích thước tệp khoảng 10 lần so với định dạng wav của PCM (là định dạng thường được dùng trong các ứng dụng trên Windows) mà chất lượng âm thanh giảm không đáng kể.

2. BIỂU DIỄN HÌNH ẢNH
Biểu diễn tự nhiên nhất của hình ảnh số chính là tập hợp thông tin màu của các điểm ảnh – gọi là pixel (picture element- phần tử ảnh).
Ảnh lưu thông tin theo từng điểm ảnh gọi là ảnh bitmap.
Số bit cần thiết để mã hoá thông tin màu của một điểm ảnh - “bit depth" được hiểu là độ sâu màu. Độ sâu màu càng lớn thì màu sắc của ảnh càng tinh tế.
- Ảnh màu:
+ Màu trắng có mã (255, 255, 255).
+ Màu đỏ có mã (255, 0, 0).
+ Màu xanh lá cây có mã (0, 255, 0).
+ Màu xanh dương có mã (0, 0, 255).
+ Màu đen có mã (0, 0, 0).
Tổng cộng có 2563 tổ hợp tạo ra khoảng 16,7 triệu sắc độ màu khác nhau.

- Ảnh xám và ảnh đen trắng.
+ Ảnh xám (grayscale) với nhiều mức đậm nhạt khác nhau, phổ biến là 256 mức.
+ Ảnh đen trắng chỉ có hai sắc độ màu là đen và trắng, tương đương với độ sâu màu là 1.

- Biểu diễn ảnh bitmap.
+ Ảnh bitmap nguyên gốc được lưu vào các tệp có phần mở rộng là .bmp.
+ Lưu ảnh theo thông tin của từng điểm ảnh rất tốn bộ nhớ. Có hai cách giải quyết vấn đề này: hoặc nén tệp, lúc xem thì giải nén mà không gây mất mát chất lượng; hoặc giảm bớt một phần thông tin, chịu mất mát một phần chất lượng.
+ Một số định dạng ảnh phổ biến thường được dùng trong các ứng dụng trên web:
+ “.jpeg”: là ảnh đã được nén có mất mát chất lượng nhưng có tệp dung lượng khá nhỏ, tốn ít thời gian truyền và không gian lưu trữ.
+ “.png”: có độ nén tốt, không mất mát chất lượng, có thể có nền trong suốt để chồng ảnh mà không che ảnh dưới nền.
Việc số hóa hình ảnh có thể thực hiện bằng các thiết bị số như máy ảnh số, máy quét, điện thoại thông minh,...