лаб1 / lab1
.pdfГУАП
КАФЕДРА 41
ОТЧЕТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
доцент, к.т.н. доцент |
|
|
|
О.О. Жаринов |
|
|
|
|
|
должность, уч. степень, звание |
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия |
ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1
Основы моделирования аудиосигналов средствами MATLAB
по курсу: МУЛЬТИМЕДИА ТЕХНОЛОГИИ
РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ |
|
|
|
|
|
|
СТУДЕНТ гр. № |
4016 |
|
|
|
М.О. Жовтяк |
|
|
|
|
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия |
Санкт-Петербург 2024
1.Цель.
Получить представление о принципах формирования аудиосигналов и
приобрести навыки работы со звуковыми файлами с использованием
MATLAB.
2. Краткие теоретические сведения о задачах обработки
мультимедиа аудиоконтента.
Аудиоконтент является одной из составляющих мультимедиа.
Оцифрованный звук сохраняют в файлах, данные в котором представлены в одном из стандартных форматов кодирования звука. Средства MATLAB
позволяют считывать и записывать аудиоданные, закодированные в форматах *.wav и *.mp3, посредством стандартных команд:
[data,Fd] = audioread('имя файла на диске ПК'),
и
audiowrite('имя файла на диске ПК', data, Fd)
где data представляет собой массив аудиоданных (для записей,
произведенных в режиме “моно”, массив будет одномерным, для стереозвука
- двумерным), параметр Fd определяет частоту дискретизации. Для музыкальных файлов обычно используется стандартное значение частоты дискретизации 44100 Гц, хотя, при записи речевых сигналов нередко используется меньшее значение Fd=8000 Гц.
В результате выполнения функции audioread в переменную data будет перемещены все значения оцифрованного звука, хранящиеся в указанном файле. Строки матрицы data соответствуют отсчётам сигнала, столбцы – каналам, которых в звуковом файле может быть несколько.
В звуковом файле каждый отдельно взятый отсчёт оцифрованного сигнала представлен целым числом со знаком, лежащими в диапазоне либо от минус 128 до +127, либо от минус 32768 до +32767. Часто для улучшения точности обработки после считывания исходных данных из файла их дополнительно преобразуют в формат чисел с плавающей запятой (double), а
перед записью в файл данных, полученных после обработки, необходимо производить преобразование из формата double в целочисленный формат.
3.Вариант задания
Вариант задания представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Вариант задания
4.Ход работы
В первой части работы была написана программа, которая создаёт синусоидальный сигнал, громкость которого линейно увеличивается от нуля в начале записи до максимума в конце записи в левом канале и одновременно уменьшается от максимума до нуля в правом канале, при этом частота сигнала не изменяется на всем протяжении записи. Код программы представлен в листинге 1.
Листинг 1 – Формирование аудиосигнала
Fd = 44100; % задаем стандартную частоту дискретизации в Гц
Td = 1/Fd; % период дискретизации – обратный частоте
Ts = 6; % задаем длительность формируемого сигнала в секундах
N = Fd*Ts; %количество дискретных отсчетов f_tone=440; % частота тона в Гц y=zeros(N,2);
for n=1:N
nt = 2*pi*n*Td;
y(n,1) = sin(f_tone*nt) * n/N; % левый канал y(n,2) = sin(f_tone*nt) * (1-n/N); % правый канал
end
output_signal = int16(32767*y); %задание разрядности данных sound(y,Fd); %проигрываем смоделированный cигнал
% записываем новый аудиофайл: audiowrite('audio_model.wav', output_signal, Fd);
Во второй части работы требуется cчитать данные с сформированного сигнала и построить визуализацию звуковой волны и амплитудного спектра.
Код программы представлен в листинге 2.
Листинг 2 – Визуализация сигнала
clc, clear, close all %очистка памяти
[input_signal,Fd] = audioread('audio_model.wav');
N = length(input_signal);%Получить длину данных аудиофайла t = 1:1:N;
% строим график сигнала целиком, для одного из каналов plot(t./Fd,input_signal(:,1))
title('Звуковая волна аудиосигнала') xlabel('Time'), ylabel('Audio Signal');
%вычисляем спектр сигнала в обоих каналах:
Spectr_input(:,1)=fft(input_signal(:,1)); % левый канал
Spectr_input(:,2)=fft(input_signal(:,2)); % правый канал eps = 0.000001; % Малая константа, чтобы избежать lg(0) y=20*log10(abs(Spectr_input(:,1))+eps); %Преобразовать в дБ f=[0:(Fd/N):Fd/2]; %Перевести абсциссу графика в Гц
%строим график амплитудного спектра входного сигнала
% в одном из каналов (левом) y=y(1:length(f));
figure(3),
semilogx(f,y); grid; axis([1 Fd/2 -100 100]) xlabel('Частота (Гц)');
ylabel('Уровень (дБ)');
title('Амплитудный спектр исходного аудиосигнала');
Результаты обработки представлены на рисунках 2-3.
Рисунок 2 – Звуковая волна аудиосигнала
На рисунке 2 можно увидеть, что один из каналов линейно уменьшается от 1 до 0, а другой – наоборот. Значит сигнал согласно заданию сформирован верно.
Рисунок 3 – Амплитудный спектр сигнала
Вывод
В данной лабораторной работе я научился считывать, создавать и сохранять звуковые сигналы, а также я познакомился с работой с данными аудиосигнала и визуализацией считываемых данных в среде Matlab.
Список используемой литературы
1. Разработка программы для анализа звуковых файлов пакете
MATLAB.// URL: https://gigabaza.ru/doc/106583.html
2. Жаринов О.О. Учебно-методические материалы к выполнению лабораторной работы №1 по дисциплине “Мультимедиа-технологии “, испр. 21.02.2024. гр.4016,4017. ГУАП, 2024. – 7 с