Luận Văn Xây dựng chương trình xử lý âm thanh số

Mục lục​

phần I: giới thiệu chung​ 1. Giới thiệu chung . 1
2. Đặt vấn đề . 1
3. Chủ đề của luận án 2
phần ii: cơ sở lý thuyết​ Chương 1: lý thuyết xử lý tín hiệu số 3
1. Tín hiệu số . 3
2. Xử lý tín hiệu số (DSP - Digital Signal Processing) . 3
2.1. Phép biến đổi Z . 4
2.2. Biến đổi Fourier rời rạc (DFT - Discrete Fourier Transform) 6
2.3. Lọc tín hiệu . 6
2.4. Hàm cửa sổ 7
2.5. Phép biến đổi nhanh Fourier (FFT - Fast Fourier Transform) . 8
2.6. Cepstrum . 9
Chương 2: giới thiệu chung về âm thanh số 10
1. Âm thanh và đặc tính của âm thanh 10
1.1. Sóng âm và cảm giác âm . 10
1.2. Độ cao của âm . 10
1.3. Âm lượng của âm (độ to của âm) 10
1.4. Âm sắc của âm 11
2. Âm thanh số 11
2.1. Nguyên lý 11
2.2. Tần số và cường độ . 12
3. Định dạng dữ liệu . 13
4. Khuôn dạng lưu trữ 15
phần III: giải pháp xử lý​ Chương 3: khuôn dạng tệp âm thanh 17
1. Khuôn dạng lưu trữ 17
1.1. Au/ Snd . 17
1.2. Voc 19
1.3. Wave/ Riff . 23
1.4. Aiff/ Aiff-C/ Aif/ Snd . 27
1.5. IFF/8 SVX 30
1.6. MIDI . 33
1.7. Mod/ Sam 36
1.8. MPEG . 39
1.9. VBA , VBase ADPCM (.VBA) . 42
1.10. VCE, NMS VCE (.VCE) 42
1.11. TXT . 42
1.12. SMP, SampleVision (.Smp) . 43
1.13. VOX 43
1.14. PCM, PCM Raw Data (.PCM) . 44
1.15. DWD , DiamondWare Digitized (.DWD) 44
1.16. RA, RealAudio 3.0 (.RA) . 44
2. Thao tác với tệp âm thanh . 44
2.1. Thu thanh tạo tệp âm thanh . 44
2.2. Soạn thảo . 45
2.3. Phát âm 45
Chương 4: Hàm cửa sổ và lọc tín hiệu 46
1. Hàm cửa sổ . 46
1.1. Rectangular . 46
1.2. Hamming . 47
1.3. Hanning . 47
1.4. Triangle (Bartlett) 47
1.5. Black man 48
1.6. Flat top 48
1.7. Exponent down . 48
2. Lọc tín hiệu . 49
Chương 5: FFt và cepstrum 50
1. FFT (Fast Fourier Transform) . 50
1.1. Nguyên lý 50
1.2. FFT trong âm thanh số 50
2. Cepstrum . 51
phần iV: thiết kế và cài đặt​ Chương 6: Phương pháp thiết kế . 53
1. Khái quát chức năng . 53
2. Cơ chế thực hiện . 54
Chương 7: Thao tác với tệp âm thanh . 55
1. Truy nhập tệp Wave 55
2. Truy nhập tệp Voc 56
3. Cấu hình dữ liệu 57
4. Soạn thảo 58
4.1. Nguyên lý 58
4.2. Thao tác dưới dạng trực quan . 59
4.3. Cơ chế thực hiện . 61
5. Phát thanh . 64
5.1. Thu thanh 64
5.2. Phát thanh . 64
Chương 8: Phân tích tín hiệu 66
1. Phổ biên độ . 66
Hàm cửa sổ (Windows) 69
2. Cepstrum . 74
3. Một vài trợ giúp khác 79
3.1. Xác định tần số trội (tần số trung bình vùng biên độ đỉnh) . 79
3.2. Tính phổ của mẫu cho trước 80
Chương 9: Hướng dẫn sử dụng 81
1. Giao diện chương trình . 81
2. Tuỳ chọn chức năng 82
phần v: Đánh giá chương trình​ 1. Đánh giá chương trình 83
2. Hướng phát triển . 83
3. Kết luận . 84
Phụ lục A: Giải thích thuật ngữ 85
Phụ lục B: Tài liệu tham khảo 86


Giới thiệu chung​

1. Giới thiệu chung
Cùng với sự phát triển của cuộc cách mạng khoa học và công nghệ đang diễn ra một cách sôi động, chúng ta đang tiến dần tới thế giới của sự số hoá. Với các ưu điểm của xử lý số, nhanh gọn, chính xác với chất lượng cao, mọi lĩnh vực hoạt động của xã hội loài người, nhất là các ngành trong các lĩnh vực thông tin liên lạc, phát thanh truyền hình . đều tiến tới việc áp dụng một cách đồng bộ và có hiệu quả các công cụ cũng như các phép xử lý số. Trong đó, âm thanh là một lĩnh vực đặc biệt quan trọng, đây là một phương thức dùng để trao đổi cũng như cảm nhận tin, không chỉ là tiếng nói, bản nhạc mà đó là tất cả các âm mà ta cảm nhận được trong cuộc sống hàng ngày, do đó, lĩnh vực về âm thanh không thể nằm ngoài xu hướng phát triển chung mà còn cần sự nghiên cứu sâu hơn nữa.
2. Đặt vấn đề
Với âm thanh số, bằng việc lưu trữ âm thanh dưới dạng các dãy số, chúng ta đạt được yêu cầu về tốc độ truyền cũng như về khối lượng lưu trữ và độ trung thực trong các phép xử lý như khử nhiễu, soạn thảo hay các hiệu quả tạo độ vang, trễ . Do vậy, ngoài các phương tiện sử dụng kỹ thuật số, như camera số, thiết bị ghi số, điện thoại số . với chất lượng cao, thì những âm thanh tương tự được ghi từ micro với các nhạc cụ truyền thống đều được chuyển đổi sang dạng số hoá.
Hơn nữa, với âm thanh, chúng ta không chỉ quan tâm tới khả năng cảm nhận một cách trung thực nhất âm thanh tự nhiên, mà ta còn hướng tới việc tạo ra (hay tổng hợp) được những âm thanh mà ta mong muốn. Do đó, khi nói đến âm thanh số thì cần thiết phải xét tới 3 khía cạnh:
· Các khuôn dạng lưu trữ âm thanh với các đặc tính riêng biệt. Đây là yêu cầu trước tiên của bất kỳ quá trình thu thanh hay khi cần đọc dữ liệu để phân tích. Cần phải hiểu rõ các đặc tính cả từng khuôn dạng thì mới có thể lưu trữ một cách hiệu quả nhất.
· Thao tác với các tệp âm thanh qua một trình soạn thảo âm thanh với các phép sao chép, cắt, dán, lọc, trộn âm hay chuyển đổi khuôn dạng tệp lưu trữ cũng như phương thức lưu trữ dữ liệu. Đây là cách để chúng ta có thể cảm nhận được âm thanh một cách rõ nét.
· Phân tích tín hiệu của âm thanh bằng cách biểu diễn dữ liệu âm thanh dưới dạng tín hiệu tuỳ theo mục đích phân tích. Dữ liệu đọc từ tệp, sau đó qua các phép xử lý tín hiệu số như lọc, hàm cửa sổ, biến đổi FFT, Cepstrum . để có thể rút ra các tham số đặc trưng, các thông tin cần thiết cho các quá trình nhận dạng hay tổng hợp âm sau đó.
3. Chủ đề của luận án
Chính vì vậy, với đề tài “Xây dựng chương trình xử lý âm thanh số” thì nhiệm vụ trước tiên sẽ phải nghiên cứu, tìm hiểu các khuôn dạng lưu trữ dữ liệu, sau đó xây dựng một chương trình (xử dụng ngôn ngữ lập trình Delphi) để thao tác với các tệp âm thanh và phân tích tín hiệu của các âm thanh đó.