a) Số hóa âm thanh

– Phương pháp cơ bản số hoá âm thanh là điều chế mã xung (Pulse Code Modulation, viết 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 tới 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,…

Hình 6.2. Chu kì lấy mẫu và thang giá trị mẫu

– 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 một chu kì lấy mẫu.

Hình 6.3. Xấp xỉ tín hiệu tương tự bằng tín hiệu số

– Để số hoá âm thanh, người ta dùng các thiết bị ghi âm cài đặt sẵn phần mềm số hoá, 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 hoá âm thanh theo phương pháp PCM cho chất lượng âm thanh khá trung thực nhưng kích thước tập 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.

– Âm thanh được số hoá bằng cách lấy mẫu biên độ tín hiệu của sóng âm theo chu kì lấy mẫu. Chu kì lấy mẫu càng nhỏ, thang lấy mẫu càng chi tiết, âm thanh càng trung thực nhưng cần nhiều không gian lưu trữ.  – Có nhiều định dạng âm thanh khác nhau giúp giảm bớt không gian. Lưu trữ trên cơ sở nén không mất mát (lossless) hoặc giảm chất lượng âm thanh ở mức chấp nhận được.

– Hệ ba màu cơ bản đỏ, xanh lá cây – lục và xanh dương – lam (Hình 6.4.a) phối hợp theo các “liều lượng” khác nhau để tạo ra tất cả các màu (Hình 6.4.b) được gọi là hệ màu RGB (viết tắt từ Red – Green – Blue).

Hình 6.4. Hệ màu RGB

– Biểu diễn tự nhiên nhất của hình ảnh số chính là tập hợp thông tin màu của các điểm ảnh. Điểm ảnh trong tiếng Anh gọi là pixel (picture element – phần tử ảnh). Ảnh lưu thông tin theo từng điểm ảnh gọi là ảnh bitmap.

Hình 6.5. Một số điểm ảnh trên màn hình LCD

– Số bit cần thiết để mã hoá thông tin màu của một điểm ảnh trong tiếng Anh là “bit depth” được hiểu là độ sâu màu. Độ sâu màu càng lớn thì màu sắc của ảnh càng tinh tế.

Ảnh màu: 

– Ảnh màu thông dụng có độ sâu màu 24 bit, mỗi màu cơ bản được mã hoá bởi 8 bit, tương ứng với 256 sắc độ khác nhau.

– Mã màu 255₁₀ = 11111111₂ có sắc độ đậm nhất. Mã màu càng nhỏ thì độ màu giảm đi, đến 0₁₀ = 00000000₂ là mất màu, trở thành đen hoàn toàn.

Hình 6.6. Mẫu màu ảnh màu

Ảnh xám và ảnh đen trắng:

– Ngoài ảnh màu, người ta cũng dùng ảnh xám, trong tiếng Anh gọi là grayscale, với nhiều mức đậm nhạt khác nhau, phổ biến là 256 mức.

Hình 6.7. Số mức xám phụ thuộc vào độ sâu màu

– So sánh độ độ sâu màu:

+ Độ sâu màu là 1 vì chỉ có 2 màu đen và trắng

+ Ảnh màu có tổng cộng có 2563 tổ hợp tạo ra khoảng 16,7 triệu sắc độ màu khác nhau. Do 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) còn màu đen có mã (0, 0, 0).

Hình 6.8. Ảnh màu và ảnh xám tương ứng

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 phố biên 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 hoá hình ảnh có thể thực hiện bằng các thiết bị số như máy ảnh số, máy quét, điện thoại thông minh,…

– Ảnh màu thông dụng trong máy tính là ảnh theo hệ RGB. Mỗi điểm ảnh được mã hoá bởi 24 bit, mỗi màu cơ bản sử dụng 8 bit để mô tả sắc độ từ 0 (đen) đến 255 (màu đậm nhất). – Ảnh xám thông dụng có độ sâu màu 8bit, cho 256 sắc độ xám khác nhau. – Có nhiều định dạng tập hình ảnh khác nhau. Mỗi định dạng có mức lưu trữ và hiệu ứng thể hiện khác nhau.