Система обработки аудиоинформации. Подсистема фильтрации и обработки сигнала

218

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет «Информатика и вычислительная техника»

Кафедра «Программное обеспечение»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломной работе на тему:

«Система обработки аудиоинформации.

Подсистема фильтрации и обработки сигнала»

Дипломник

студент группы 10-19-1…………………………………Суханов М.А.

Руководитель

д.т.н, профессор...……………………………………….Мурынов А.И.

Консультант по экономической части к.э.н., доцент…..Радыгина И.И.

Консультант по безопасности и экологичности проекта ….Якименко Г.Ф.

Нормоконтроль………………………………………… Соболева В.П.

Рецензент

зав.кафедрой «Мультимедиа и Интернет-технологии» УдГУ.Широков В.А.

Заведующий кафедрой

«Программное обеспечение»

д.т.н., профессор……………………………………………Мурынов А.И.

ИЖЕВСК 2006

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка к дипломной работе на тему «Система обработки аудиоинформации. Подсистема фильтрации и обработки сигнала» оформлена на 159 листах, содержит 48 рисунков, 21 таблицу.

Целью работы является разработка подсистемы фильтрации и обработки сигнала в составе системы обработки аудиоинформации для внесения необходимых изменений в исходный звуковой сигнал до начала кодирования

Работа включает в себя изучение структуры звуковых файлов различных форматов и реализация возможностей чтения этих форматов для последующей обработки, разработку алгоритмов, позволяющих преобразовывать исходный звуковой сигнал с целью изменения характеристик звучания и программную реализацию разработанных алгоритмов.

Для написания соответствующего программного обеспечения были изучены материалы и публикации в области цифровой обработки аудиоинформации, теории звука, звуковых преобразований и эффектов.

В результате проделанной работы было разработано программное обеспечение, предназначенное для изменения характеристик исходного звукового сигнала с целью изменения характеристик его звучания. Были разработаны и программно реализованы следующие алгоритмы обработки и фильтрации звукового сигнала: изменение основных параметров цифрового звука (частота дискретизации, битрейт, число каналов), редактирование структуры звукового сигнала, изменение темпа звука и уровня громкости, эффекты возрастающей и затухающей громкости, эха и реверберации

Полученный в результате работы подсистемы измененный звуковой сигнал используется в подсистеме кодирования данных.

На сегодняшний день существуют готовые программные продукты для редактирования звуковых сигналов. Однако, все эти программные продукты являются коммерческими и обладают закрытым исходным кодом.

Данная разработка обладает открытым кодом и позволяет производить редактирование структуры звукового сигнала, изменять характеристики его звучания и применять звуковые эффекты.

Разработанное программное обеспечение является исследовательским, оно направлено на изучение и анализ методов обработки аудиоинформации. С его помощью уже были получены экспериментальные данные, использованные в данной работе. Конечным программным продуктом может являться оболочка, представляющая в значительной мере автоматизированный интерфейс для проведения преобразования звуковых сигналов.

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ…. ………………………………………………………………...11
• 1. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ АУДИОИНФОРМАЦИИ ……14
• 1.1. Обоснование целесообразности разработки системы обработки аудиоинформации ………………………………………………………….14
• 1.1.1. Назначение системы 14
• 1.1.2. Характеристика функциональной структуры системы 14
• 1.1.3. Обоснование цели создания системы 15
• 1.1.4. Обоснование состава автоматизируемых задач 17
• 1.2. Аналитический обзор ………………………………………………..…18
• 1.2.1. Cool Edit Pro 2.0 18
• 1.2.2. Sound Forge 6.0a 18
• 1.2.3. Вывод по аналитическому обзору 19
• 1.3. Основные требования к системе …………………………………..…20
• 1.3.1. Основные цели создания системы и критерии эффективности ее функционирования 20
• 1.3.2. Функциональное назначение системы 20
• 1.3.3. Особенности системы и условия ее эксплуатации 21
• 1.3.4. Требования к функциональной структуре 21
• 1.3.5. Требования к техническому обеспечению 22
• 1.3.6. Требования к информационному обеспечению 22
• 1.3.7. Требования к программному обеспечению 22
• 1.4. Основные технические решения проекта системы ………………....23
• 1.4.1. Решение по комплексу технических средств 23
• 1.4.2. Описание системы программного обеспечения 23
• 2. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ И ФИЛЬТРАЦИИ ……25
• 2.1. Описание постановки задачи обработки и фильтрации звукового сигнала ……………………………………………………………………….25
• 2.1.1. Характеристика задачи 25
• 2.1.2. Входная информация 26
• 2.1.3. Выходная информация 27
• 2.1.4. Математическая постановка задачи 27
• 2.2. Описание алгоритма создания эффекта реверберации ………..…34
• 2.2.1. Назначение и характеристика алгоритма создания эффекта реверберации 34
• 2.2.2. Используемая информация 34
• 2.2.3. Результаты решения 35
• 2.2.4. Математическое описание алгоритма создания эффекта реверберации 35
• 2.2.5. Алгоритм создания эффекта реверберации 36
• 2.2.6. Требования к контрольному примеру 37
• 2.2.7. Список условных обозначений 37
• 2.3. Описание алгоритма создания эффекта эха ……………………..…38
• 2.3.1. Назначение и характеристика алгоритма создания эффекта эха 38
• 2.3.2. Используемая информация 38
• 2.3.3. Результаты решения 39
• 2.3.4. Математическое описание алгоритма создания эффекта эха 39
• 2.3.5. Алгоритм создания эффекта эха 40
• 2.3.6. Требования к контрольному примеру 41
• 2.3.7. Список условных обозначений 41
• 2.4. Описание алгоритма изменения темпа звука ………………………..42
• 2.4.1. Назначение и характеристика алгоритма изменения темпа звука ……………………………………………………………………….42
• 2.4.2. Используемая информация 42
• 2.4.3. Результаты решения 42
• 2.4.4. Математическое описание алгоритма изменения темпа звука 43
• 2.4.5. Алгоритм изменения темпа звука 43
• 2.4.6. Требования к контрольному примеру 44
• 2.4.7. Список условных обозначений 44
• 2.5. Описание алгоритма изменения громкости звука ………………....45
• 2.5.1. Назначение и характеристика алгоритма изменения громкости 45
• 2.5.2. Используемая информация 45
• 2.5.3. Результаты решения 45
• 2.5.4. Математическое описание алгоритма изменения громкости звука …
• 2.5.5. Алгоритм изменения громкости звука 46
• 2.5.6. Требования к контрольному примеру 47
• 2.5.7. Список условных обозначений 47
• 2.6. Описание алгоритма создания эффекта возрастающей громкости ……………………………………………………………………………...48
• 2.6.1. Назначение и характеристика алгоритма изменения громкости 48
• 2.6.2. Используемая информация 48
• 2.6.3. Результаты решения 48
• 2.6.4. Математическое описание алгоритма создания эффекта возрастающей громкости 48
• 2.6.5. Алгоритм создания эффекта возрастающей громкости 49
• 2.6.6. Требования к контрольному примеру 50
• 2.6.7. Список условных обозначений 50
• 2.7. Описание алгоритма создания эффекта затухающей громкости ……………………………………………………………………………..51
• 2.7.1. Назначение и характеристика алгоритма создания эффекта затухающей громкости 51
• 2.7.2. Используемая информация 51
• 2.7.3. Результаты решения 51
• 2.7.4. Математическое описание алгоритма создания эффекта затухающей громкости 51
• 2.7.5. Алгоритм создания эффекта затухающей громкости 52
• 2.7.6. Требования к контрольному примеру 53
• 2.7.7. Список условных обозначений 53
• 2.8. Описание алгоритма обращения звукового сигнала ………………....54
• 2.8.1. Назначение и характеристика алгоритма создания эффекта затухающей громкости 54
• 2.8.2. Используемая информация 54
• 2.8.3. Результаты решения 54
• 2.8.4. Математическое описание алгоритма обращения сигнала 54
• 2.8.5. Алгоритм обращения звукового сигнала 55
• 2.8.6. Требования к контрольному примеру 56
• 2.8.7. Список условных обозначений 56
• 2.9. Описание подпрограммы «Reverberation» ………………………..57
• 2.9.1. Вводная часть 57
• 2.9.2. Функциональное назначение 57
• 2.9.3. Описание информации 57
• 2.9.4. Используемые программы 59
• 2.9.5. Схема подпрограммы «Reverberation» 59
• 2.10. Описание подпрограммы «Echo» ……………………………………..61
• 2.10.1. Вводная часть ……………………………………………61
• 2.10.2. Функциональное назначение…………………………. 61
• 2.10.3. Описание информации……………………………….. 61
• 2.10.4. Используемые подпрограммы ……………………….62
• 2.10.5. Схема подпрограммы «Echo»………………………… 62
• 2.11. Описание подпрограммы «SetSpeedOfAudio» ………64
• 2.11.1. Вводная часть 64
• 2.11.2. Функциональное назначение 64
• 2.11.3. Описание информации ……………………………. 64
• 2.11.4. Используемые программы …………………………….65
• 2.11.5. Схема подпрограммы «SetSpeedOfAudio» ………..65
• 2.12. Описание подпрограммы «SetVolumeOfAudio»…………… …………..67
• 2.12.1. Вводная часть ……………………………………..67
• 2.12.2. Функциональное назначение……………………………………...67
• 2.12.3. Описание информации ……………………………….. …67
• 2.12.4. Используемые программы ……………………………68
• 2.12.5. Схема подпрограммы «SetVolumeOfAudio» ………..68
• 2.13. Описание подпрограммы «ReChangeVolumeOfAudio» …………..70
• 2.13.1. Вводная часть ……………………………………………70
• 2.13.2. Функциональное назначение ………………………………70
• 2.13.3. Описание информации………………………………... 70
• 2.13.4. Используемые программы ………………………………71
• 2.13.5. Схема подпрограммы «ReChangeVolumeOfAudio» ……71
• 2.14. Описание подпрограммы «ChangeVolumeOfAudio» ………………....73
• 2.14.1. Вводная часть ……………………………………………73
• 2.14.2. Функциональное назначение ………………………………73
• 2.14.3. Описание информации ……………………………………..73
• 2.14.4. Используемые программы ………………………………74
• 2.14.5. Схема подпрограммы «ChangeVolumeOfAudio» ……74
• 2.15. Описание подпрограммы «ReverseAudio» ………………………..76
• 2.15.1. Вводная часть ……………………………………………76
• 2.15.2. Функциональное назначение ………………………………76
• 2.15.3. Описание информации …………………………………….76
• 2.15.4. Используемые программы ………………………………77
• 2.15.5. Схема подпрограммы «ReverseAudio» …………………77
• 2.16. Описание контрольного примера ……………………………………..79
• 2.16.1. Назначение …………………………………………………..79
• 2.16.2. Исходные данные …………………………………….79
• 2.16.3. Контрольный пример ……………………………………80
• 2.16.4. Результаты тестирования работы подсистемы обработки и фильтрации звукового сигнала 84
• 3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ …………………85
• 3.1 Обоснование необходимости разработки подсистемы обработки и фильтрации сигнала ………………………………………………………….85
• 3.2 Расчет затрат на разработку подсистемы обработки и фильтрации сигнала ………………………………………………………………………85
• 4. ЭКОЛОГИЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЕКТА ………………....91
• 4.1. Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при эксплуатации компьютера ………………………………………………………………...91
• 4.1.1. Выявление источников шума и вибрации 92
• 4.1.2. Выявление источников излучения…………………………………….....91
• 4.2. Электробезопасность при работе с компьютером ………………………..94
• 4.3. Организация рабочего места инженера-программиста …………………95
• 4.4. Требования к параметрам микроклимата помещения. …………………98
• 4.5. Требования к освещению рабочих мест. …………………………….100
• 4.6. Пожарная безопасность …………………………………………………106
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………109
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………110
• ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ТЕКСТ ПРОГРАММЫ …………………………….113
• ПРИЛОЖЕНИЕ 2 РУКОВОДСТВО ПРОГРАММИСТА ……………….202
• ПРИЛОЖЕНИЕ 3 РУКОВОДСТВО ОПЕРАТОРА ……………………..206

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ПО - программное обеспечение.

ОС - операционная система.

ЭВМ - электронно-вычислительная машина.

ПК - персональный компьютер.

Страницы: 1, 2, 3, 4