Audio Codec viết tắt của bộ mã hóa/giải mã âm thanh, đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống âm thanh kỹ thuật số hiện đại bằng cách chuyển đổi tín hiệu âm thanh giữa các định dạng analog và kỹ thuật số. 

Nó nén dữ liệu âm thanh một cách hiệu quả để truyền hoặc lưu trữ, và giải nén để phát lại. Codec âm thanh được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như VoIP, phát trực tuyến, hội nghị truyền hình và phát thanh, nơi việc duy trì âm thanh chất lượng cao đồng thời tối ưu hóa băng thông là điều cần thiết.

Audio Codec - Mã hoá và giải nén âm thanh là gì?

Thuật ngữ "codec" là sự kết hợp của COder/DECoder. Nó là một phần mềm hoặc phần cứng (hoặc cả hai) thực hiện hai nhiệm vụ thiết yếu, thường là tuần tự:

• Mã hóa (Nén âm thanh): Lấy tín hiệu âm thanh kỹ thuật số thô, chưa nén (như tệp WAV hoặc AIFF nguyên bản trực tiếp từ micro phòng thu) và nén nó. Điều này làm giảm đáng kể kích thước tệp bằng cách khéo léo loại bỏ thông tin dư thừa hoặc ít quan trọng hơn.

• Giải mã (Giải nén âm thanh): Lấy tệp âm thanh đã nén (như MP3, AAC hoặc FLAC) và giải nén lại thành định dạng mà loa hoặc tai nghe của bạn có thể phát được. Quá trình này diễn ra theo thời gian thực khi bạn nhấn "phát".

Tại sao chúng ta cần Audio Codec - Mã hoá và giải nén âm thanh ?

Âm thanh kỹ thuật số không nén: ví dụ, âm thanh chất lượng CD—có thể tạo ra hơn 1 Mbps dữ liệu mỗi giây. Đối với các hệ thống nhúng và mạng IP, đây là một băng thông rất lớn, có thể làm treo hệ thống hoạt làm hệ thống chạy chậm, do đó chúng ta cần phải giảm dung lượng này lại.

Với codec âm thanh phù hợp, chúng ta có thể:

• Giảm kích thước dữ liệu để tiết kiệm băng thông

• Tối ưu hóa lưu trữ cho bản ghi âm

• Cho phép truyền tải thời gian thực, đặc biệt quan trọng trong giao tiếp hai chiều

• Nâng cao chất lượng âm thanh thông qua các tính năng như khử nhiễu hoặc điều khiển khuếch đại

Audio Codec - Mã hoá và giải nén âm thanh Hoạt động Như Thế Nào?

Codec âm thanh hoạt động ở trung tâm của mọi hệ thống truyền thông âm thanh kỹ thuật số. Nhiệm vụ chính của chúng là chuyển đổi tín hiệu âm thanh analog thành dữ liệu kỹ thuật số nén để truyền tải, sau đó tái tạo lại âm thanh gốc để phát lại ở phía thu.

Hãy chia nhỏ quá trình này thành các giai đoạn:

Chuyển đổi Analog-to-Digital (ADC)

Micro thu sóng âm dưới dạng tín hiệu analog. ADC lấy mẫu dạng sóng analog ở một tần số lấy mẫu cụ thể (ví dụ: 8kHz, 16kHz, 44,1kHz) và chuyển đổi thành dữ liệu số thô (thường ở định dạng PCM).

Mã hóa / Nén

Âm thanh kỹ thuật số được truyền qua bộ mã hóa của codec, áp dụng các thuật toán nén để giảm kích thước tệp hoặc băng thông truyền tải.

Điều này có thể bao gồm:

• Nén không mất dữ liệu (ví dụ: G.711 – giữ nguyên dạng sóng chính xác)

• Nén có mất dữ liệu (ví dụ: Opus, AAC – loại bỏ dữ liệu dư thừa hoặc không nghe được)

• Âm thanh được mã hóa thường được gói trong các gói RTP (Giao thức truyền tải thời gian thực) để phát trực tuyến thời gian thực.

Truyền qua Mạng

Các gói tin âm thanh nén được truyền qua các giao thức như:

• RTP qua UDP: Nhanh, phù hợp cho thoại/video thời gian thực

• RTSP, SIP hoặc Multicast: Tùy thuộc vào kiến trúc hệ thống

• Hiệu suất của codec ảnh hưởng trực tiếp đến việc sử dụng băng thông, độ trễ và độ rõ nét của âm thanh trong quá trình truyền.

Giải mã/Giải nén

Ở đầu thu, bộ giải mã trích xuất luồng âm thanh đã nén và tái tạo dạng sóng âm thanh thành tín hiệu số có thể phát được. Bộ giải mã phải khớp với định dạng của bộ mã hóa để truyền tải thành công.

Chuyển đổi Tín hiệu Số sang Tín hiệu Tương tự (DAC)

Cuối cùng, tín hiệu số đã giải mã được chuyển đến DAC, bộ chuyển đổi này sẽ chuyển đổi nó trở lại dạng tín hiệu tương tự để phát qua loa, tai nghe hoặc thiết bị đầu ra âm thanh khác. Bộ mã hóa nén âm thanh thành định dạng số nhỏ gọn (thường thành các gói tin RTP), trong khi bộ giải mã tái tạo nó ở đầu thu để nghe.

Các chuẩn Audio Codec thông dụng