Разработка алгоритмов и программ согласования частоты дискретизации для различных носителей звуковой информации - Диссертация

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СВЯЗИ, ИНФОРМАТИЗАЦИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН Разработка алгоритмов и программ согласования частоты дискретизации для различных носителей звуковой информацииАлгоритмы цифровой обработки сигналов, составляющие основу прикладных программ сигнальных процессоров, повсеместно применяются в компьютерных сетях и телекоммуникационных системах, используются в мультимедийных технологиях, цифровой аппаратуре аудио и видеообработки, применяются в медицине, в технологических процессах, в системах контроля и управления объектами или процессами. Растущая потребность в современных цифровых системах обработки данных с более чем одной частотой дискретизации привела к развитию новой подобласти цифровой обработки сигналов, известной как обработка данных при нескольких скоростях (multirate processing). Процедура преобразования частоты дискретизации представляет собой изменение частоты дискретизации сигнала после того, как сигнал был оцифрован. Такое преобразование частоты дискретизации находит множество применений, оно используется для минимизации объема вычислений путем уменьшения потока данных, когда полоса частот, занимаемая сигналом, уменьшается вследствие низкочастотной фильтрации. Изменения частоты дискретизации необходимо и при обработке цифровой аудио сигнала, когда надо согласовать частоту дискретизации со стандарта Audio CD 44,1 КГЦ на стандарт DVD 44,0 КГЦ.В этом методе дискретный сигнал с частотой дискретизацией fs1 передается в блок ЦАП (цифроаналоговый преобразователь), и в этом блоке дискретный сигнал переводится в аналоговую форму f(t). При передискретизации отсчеты сигнала, соответствующие одной частоте дискретизации, вычисляются по имеющимся отсчетам этого же сигнала, соответствующим другой частоте дискретизации (при этом предполагается, что обе частоты дискретизации соответствуют условиям теоремы Котельникова). Функция не является финитной, поэтому для вычисления значения сигнала в определенный момент времени с помощью вышеприведенного выражения необходимо обработать бесконечное число его отсчетов (как в прошлом, так и в будущем), что нереализуемо на практике. Необходимое же преобразование частоты дискретизации производится в два этапа: 1) интерполяция данных с шагом L и 2) децимация с шагом М (рис. Спектральная интерпретация увеличения частоты дискретизации сигнала с 2 КГЦ в 3/2 раз Недостатком данного метода является необходимость фильтрации сигнала на повышенной в M раз частоте дискретизации, что требует значительных вычислительных ресурсов.Для того чтобы изменить частоту дискретизации сигнала, сначала надо построить математическую модель сигнала из отсчетов. В предлагаемом алгоритме изменения частоты дискретизации сигнала, берется 2n отсчетов исходного дискретного сигнала, далее находится математическая модель сигнала для этого фрагмента в виде полиномиального выражения общего вид: где, m-степень полинома При этом блок-схема перевода сигнала в полиномиальную форму будит иметь структуру показанной на рис. Разработаны, многие базисной системы Фурье преобразований, таких как дискретное Фурье преобразование, дискретное косинусное преобразование, Вейвлет преобразование, преобразование Уоша-Адамара, преобразование Хаара, для каждого преобразование разработаны быстрые алгоритмы прямого преобразование. Дискретное косинус преобразование используются для ускорения вычисления корреляции и свертки, а также в спектральном анализе, эти методы особенно подходит применяются еще и для сжатия данных при, например, передаче речи или видеосигналов, а также для записи медицинских сигналов, таких как сигналы ЭКГ или ЭЭГ.По результатам исследований во второй главе можно сделать следующие выводы: 1. Предлагаемый подход базируются на представлении входного сигнала не в виде последовательности отсчетов, а в виде спектров в базисной системе Адамара.Звуковая карта (звуковая плата, аудиокарта; англ. sound card) - дополнительное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать). Затем сигнал с входного микшера поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), с помощью которого происходит оцифровка аналогового сигнала, т.е. преобразование его в дискретный двоичный сигнал. Когда центральный процессор компьютера выполняет программу записи звука, то цифровые данные поступают через шину PCI либо прямо на жесткий диск, либо в оперативную память компьютера. Сигнал с выходного микшера поступает на линейный выход звуковой карты и выход на звуковые колонки, подключив к которому колонки или наушники мы слышим звук [17, 18]. Алгоритм изменения частоты дискретизации работает следующим образом: для начала модуль фрагментации аудиосигнала разделяет аудиосигнал с продолжительностью не боле одной секунды на фрагментов из 8 отсчетов, затем это процедура вычисляет спектральный коэффициентов этого фрагмента, после этого вычисляются коэффициенты аппроксимирующего полинома для этого фрагмента.