Bờ-nốc bình dân

Giản dị như gió, nhẹ nhàng như mây…

Giải trí với high-tech : Phần 1 – Số hóa minh họa

Trong bài trước, duymo bi bô một tí về cái gọi là tại sao lại có số hóa. Nói vậy mà không phải vậy, vì duymo vẫn tự hỏi thế số hóa là cái khỉ gì vậy.

duymo vốn hay chơi cờ với chính mình( thỉnh thoảng cả đấm bốc nữa) nên duymo sẽ không hề ngại ngùng trả lơi câu hỏi của chính mính đề ra. Thế này nhé: từ ngày có ông Fourrier ở Ba-lê phát hiện ra các đường cong nhấp nhổm người ta thấy rằng âm thanh trong suốt nàng Carmen-Cita cất lên khi đong sĩ quan Don José cũng là các đường cong nhấp nhổm như vậy. Nếu nó nhấp lên nhổm xuống một cách đều đặn tròn trịa thì đó là đơn âm(âm thanh của một nốt nhạc). Còn khi Don José chiến đấu ầm ĩ với chàng đấu bò tót Camillio, âm thanh hỗn loạn nghe thấy là một dạng tạp âm( chồng chất của nhiều nốt). Toán học hóa của nó là chồng chất của các nhấp nhổm đơn âm, kết quả nói chung dù sao vẫn nhấp nhổm và lặp đi lặp lại. Chỉ có điều cái nhấp nhổm của đơn âm nó tròn trịa, đều đặn (đồ thị hình \sin) thì cái của tạp âm nó loằng ngoằng, nhì nhằng (dạng như \sin (x)+\sin (2008x)…), nhưng nhìn kĩ thì vẫn nhận ra.

sampling.gif

Có một điểm chung của các loại nhấp nhổm : đó là chúng đều liên tục. Như đã nói ở bài trước, do cái “ma sát” khỉ gió mà con người không thể tái tạo y hệt những cái nhấp nhổm như vậy nên con người nghĩa ra cách khác để khuất mắt cái ma sát ấy đi. Con người vốn hay ám chỉ “1 là 1, 2 là 2” về một cái gì đấy chắc nịch. Nên con người mưu mẹo dùng các con số để mô hình hóa cái nhấp nhổm vốn dĩ rất bị biến dạng lung lay bởi “ma sát”. Thế là con người làm: con người cắt nhỏ mỗi khoảng âm thanh( cụ thể là một giây hay một chu kì – khoảng thời gian mà nhấp nhổm lặp lại y hệt như trước) thành các đoạn li ti nhỏ bằng nhau. Rồi trên mỗi đoạn li to nhỏ bằng nhau đó, con người bẻ cho thật bằng đoạn cong của âm thanh. Kết quả thu được là đường cong nhấp nhổm được xấp xỉ liên hợp của các thanh nhỏ li ti nằm ngang và gán cho mỗi thanh đó một giá trị số tương ứng( giống như cách chia nhỏ để tính tích phân của một hàm liên tục ý mà). Việc chia nhỏ càng tốt thì hy vọng tái tạo trung thực càng cao. Hành vi chia nhỏ rồi gán giá trị số này Tây gọi là sampling.

Bây giờ thử minh họa qua một đĩa CD “kiếp kăng kủ kọt ” của Duy Mạnh nhé: ai cũng biết CD là âm thanh số hóa của cassette. Đi kèm với CD bao giờ cũng có 2 thông số 44.1khz và 16 bit. 44.1khz=44100Hz, nghĩa là trong 1 giây làm được 44100 cái sampling. còn 16 bit là độ sâu của âm thanh, nghĩa là có cả thẩy 2^{16} giá trị âm thanh có thể( giá trị âm thanh ở đây nghĩa là giá trị của áp xuất không khí do nguồn tạo ra như dây đàn rung, mặt trống rung,…). Biết rằng nhạc CD là sterio, nghĩa là 2 kênh nên có thể tính dung lượng cần của 1 giây nhạc CD bằng

2(\textrm{kenh})\times 44100(\textrm{sampling})\times 16(\textrm{bit})= 1411200(\textrm{ bit})

Do 1kbit=1000bit nên viết kiểu khoa học thì bitrate của CD là 1411.2 kbp/s. Thêm nữa là 1Mo=1024ko=1024*1024 bytes= 1024*1024*8bit thì dung lượng 1 phút CD là :

\frac{60(\textrm{giay})\times 1411200}{1024\times 1024\times 8}=10.09\textrm{Mo}

Thế tại sao lại là 44.1khz? Có một đồng chí tục gọi Shanon đã từng bi bô rằng : để làm sampling chuẩn và chất lượng, số sampling cần làm phải xấp xỉ 2 lần tần số âm thanh. Ai cũng biết là tai người nghe được âm thanh trong khoảng tần số từ 20Hz đến 20khz. Để thỏa mãn một số đồng chí tai dơi và phú hợp với ý niệm của anh Shanon, người ta mới lấy 44.1khz để làm sampling cho âm thanh nhét vào CD. Nói chung cứ khoang trên 40Mhz là được nhưng tại sao mấy anh giai lại lấy chính xac con số 44.1khz thì duy mỡ chịu, có lẽ mê tín dị đoan chăng.

Thêm một tí nữa về đĩa CD : dung lượng một phút CD khoảng 10.09Mo như tính toán ở trên. Lại do hồi trước người ta lấy độ dài bản giao hưởng số 9 của Beethoven làm chuẩn tức hơn 70 phút một tí nên đĩa CD chuẩn có dung lượng khoảng 700Mo là lẽ đó.

Thế còn MP3 là ái giống gì? Hồi mới ra đời, ai cũng biết đó là nhạc nén. Mấy anh giai kĩ sư âm thanh khôn phết, phát hiện ra rằng thật ra âm thanh mà tai người hay nghe rõ nhất chỉ trong khoảng từ 2khz đến 5khz, giọng nói của các anh nằm trong khoảng 500hz đến 2khz. Rồi các anh giai lưu ý là ở khi nghe hòa nhạc gia hưởng, nêu violons rồi trống phách ầm ầm thì rất khó nhận ra tiếng sao du dương nhỏ bé, nghĩa là bên cạnh một âm thanh ầm ĩ thì những tiếng nhỏ bé thường bị quên lãng. Vì vậy các anh giai mới hầu như xóa béng hết các sampling ở những khoảng tần số mà tai người bình thường khó phát hiện. Đó chính là bản chất của việc nén nhạc MP3. Việc sampling như vậy của MP3 có bitrate thường thấy là 128kbp/s, trong khi của CD là 1411.2kbp/s, nghĩa là khoảng 1/10 thế nến nhạc MP3 chuẩn thường chỉ tốn 1/10 dung lượng của CD. Nếu bitrate của MP3 càng cao lên thì nói chung là chất lượng âm thanh cũng sẽ được sát với âm thanh của CD hơn. Thế nên mới sinh ra những thể loại bitrate khác của MP3 như 192kbp/s; 320kbp/s,…

Tương tự như sampling của âm thanh trong hình ảnh là độ phân giải và điểm ảnh (pixel). Thời xa xưa, khi anh em nhà Lumière tìm ra cách chiếu phim đầu tiên, những hình ảnh của công nhân tan ca chiều ở Paris được tái tạo thực như nó vốn thế( mỗi tội là đen trắng và mờ thôi 😀 ). Ý muốn nói là những hình ảnh đó là analogue giống như âm thanh trên băng cassette ý. Về sau, bắt chước số hóa của âm thanh, người ta cũng đi số hóa hình ảnh. Các cụ ngày xưa muốn lưu giữ những hình ảnh thanh xuâ tươi trẻ mà mấy cái ảnh cũ thời đó lại hoen ố bởi nước thuốc lào thường tìm cách đi truyề thần. Kĩ thuật truyền thần chính là tiên phong cho số hóa hình ảnh. Ông chủ hiệu truyền thần sau khi thương lượng giá cả với cụ già, bèn ngồi ngay ngắn, lấy bút chí và thước kẻ chia nhỏ cái ảnh đen trắng phủ một lớp nước thuốc lào vàng khè thành các ô con con trông rất rối mắt. Ấy thế mà cái rối mắt ấy giúp bác truyền thần vẽ lại chi tiết bức ảnh một cách rất dễ dàng vì lúc này thay vì phải vẽ lại i xì cái ảnh to tướng, bác chỉ việc vẽ lại thật giống mấy nét nhỏ nhỏ trong từng cái ô nhỏ nhỏ mà thôi, điều dễ làm hơn nhiều.

Số hóa hình ảnh cũng vậy, người ta chia nhỏ một tấm ảnh ra nhiều ô con con, bé tí tị tì ti đến nỗi mặt thường nhìn tưởng chỉ là một điểm( mặc dù điểm là gì thì đố ai định nghĩa một cách chín chắn được). Các điểm tí tị tì ti đó chuyên môn gọi là điểm ảnh( pixel). Sau khi chia rồi thì phải tô màu cho cái ô nhỏ đó, à thế là người ta giá trị hóa các gam màu và gán cho mỗi ô đó một giá trị tương đương vớ gam màu của nó. Vậy là ta đã hoàn thành xong việc số hóa hình ảnh.

Việc số hóa gam màu cũng giống như việc gán giá trị ở sampling của âm thanh. Dân chuyên môn thoạt đầu dùng 8 bit để quy định giá trị màu, nghĩa là có cả thấy 2^8=256 màu. Lúc đầu dân chuyên môn thấy ôi nhiều màu quá sướng lắm vì ti đến như cầu vòng mà chỉ có 7 sắc thôi cơ mà. Nhưng rồi họ phát hiện ra trong cầu vồng giữa 7 màu đó là các màu pha trộ thành ra có hằng hà sa số các màu khác nhau. Thế là họ thất vọng về sự hạn chế của 256 màu. Họ bèn quyết tâm nâng cấp số màu càng nhiều càng tốt, vì thế họ dùng 16bit, 32 bit, …

Cũng giống như sampling trong âm thanh, việc chia nhỏ một tấm ảnh về lý thuyết có thể là vô hạn, chia càng nhỏ thì ảnh thu được sau khi số hóa càng giống thật, giá trị màu càng nhiều thì màu càng sặc sỡ. người ta gọi số ô của một ảnh là độ phân giải.

Ví dụ như bạn cầm một con máy ảnh Canon EOS 1D ống kính Canon 18-55mm, 4.5 – 5.6F :D, bạn chụp marco một con kiến :D, bạn để độ phân giải hình ảnh là 1280×1024, gam màu ở 16 bit, thế thì với cái card compact Flash 1Gb mà bạn dùng, số ảnh kiến mà bạn có thể có là:

\frac{1024\times 1024\times\times 1024\times 8\ \textrm(bits)}{1280\times 1024\times 16}=409.6

nghĩa là được khoảng 400 cái, nhiều quá còn gì.

Thế là bây giờ bạn vỡ lẽ ra thế nào là phân giải, là sampling là bitrate, … rồi nhé

Advertisements

One response to “Giải trí với high-tech : Phần 1 – Số hóa minh họa

  1. Pingback: Thắc mắc nhỏ về âm thanh HD ?

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Đăng xuất / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: