Требования к техническому обеспечению

Задача обработки звуковых сигналов в системе обработки аудиоинформации связана с автоматическим анализом больших массивов аудио информации. Преобразования, проводимые в системе, должны проводиться в процессе интерактивного взаимодействия с пользователем, поэтому паузы на обработку не должны превышать нескольких минут. Исходя из этого, сформулированы требования к техническим характеристикам персонального компьютера, на котором будет функционировать система. Требования сведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Технические характеристики персонального компьютера

Требования к информационному обеспечению

Система обработки аудиоинформации предназначена для обработки звуковых сигналов, записанных в звуковых файлах. Файлы должны быть одного из следующих форматов: Microsoft Wave (*.wav), MP3, Electronic music (*.em1)

Основным видом информации, обрабатываемом в системе, является звуковая информация в цифровом представлении. Такой вид данных воспринимается человеком непосредственно, поэтому необходимо обеспечить возможность прослушивания преобразованных сигналов на различных этапах обработки, а также их графическую визуализацию.

Требования к программному обеспечению

Систему обработки аудиоинформации целесообразно разрабатывать для функционирования под управлением операционной системой семейства Windows, так как ОС данного класса наиболее широко распространены в современном мире. Платформами для разработки выбраны среды для разработки приложений Borland Delphi 7 (подсистема обработки и филбтрации сигнала) и Microsoft Visual C++ 2003 (подсистема кодирования данных). Эта среда поддерживают алгоритмические языки Pascal и C++ соответственно и обладают при этом возможностями быстрой разработки и проектирования визуальных интерфейсов.

Основные технические решения проекта системы

Решение по комплексу технических средств

Как уже отмечалось в п.п. 1.3.5, для достижения удобного пользователю режима функционирования системы необходимо следующая минимальная конфигурация персонального компьютера: частота процессора 900 МГц, объем оперативной памяти 128 Мб, монитор, поддерживающий разрешение 1024x768 точек. Также желательно наличие следующих периферийных технических средств: микрофон или другое записывающее устройство для получения исходных звуковых сигналов для их последующей обработки в системе, а также устройства вывода звуковых сигналов (колонки) для прослушивания полученных звуковых сигналов и оценки результатов работы системы.

Описание системы программного обеспечения

Для реализации и функционирования проекта необходимо общесистемное программное обеспечение ОС Windows XP, в основе которой лежит ядро, характеризуемое 32-разрядной вычислительной архитектурой и полностью защищенной моделью памяти, что обеспечивает надежную вычислительную среду.

Разработка системы обработки аудиоинформации и ее подсистем будет вестись с использованием сред для разработки приложений Borland Delphi 7 и Microsoft Visual C++ 2003. Эти среды разработки включают в себя высокопроизводительный 32-битный компилятор, что позволяет оптимизировать создаваемый код, а также обширный набор средств, которые повышают производительность труда программистов и сокращают продолжительность цикла разработки. Многофункциональные интегрированные среды разработки включают компилятор, удовлетворяющий стандарта ANSI/ISO, встроенный дизайнер форм, богатый набор средств для работы с компонентами, менеджер проектов и отладчик. Удобство разработки и эффективность созданных в данных средах разработки программ делают их оптимальным выбором для построения исследовательской системы, какой является система обработки аудиоинформации.

2. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ И ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛА

Описание постановки задачи обработки и фильтрации звукового сигнала

Характеристика задачи

При разработке подсистемы обработки и фильтрации звукового сигнала требуется выполнить следующие задачи:

1) изучение структуры звуковых файлов различных форматов и реализация возможностей чтения этих форматов для последующей обработки;

2) разработка алгоритмов, позволяющих преобразовывать исходный звуковой сигнал с целью изменения характеристик звучания;

3) программная реализация алгоритмов, позволяющих преобразовывать исходный звуковой сигнал с целью изменения характеристик звучания.

Автоматизация процесса обработки и фильтрации звукового сигнала подразумевает реализацию в подсистеме определенных средств и функций. Следует выделить функциональных особенностей, которыми должна обладать подсистема:

1) возможность открытия и анализа файлов форматов Microsoft Wave, MP3 и Electronic Music;

2) отображение структуры звукового сигнала, записанного в файле, в графическом виде с возможностью изменения масштаба;

3) обеспечение возможности основных операций редактирования: выделение части сигнала, ее удаление, копирование и вставку. Обеспечение возможности вставки звукового сигнала из другого файла;

4) возможность изменения основных параметров цифрового звука: частоты дискретизации, битрейта, числа каналов;

5) изменение темпа (скорости) звукового сигнала, уровня громкости, обращение звукового сигнала;

6) применение звуковых эффектов к сигналу с указанием необходимых для них параметров.

Перечислим реализуемые звуковые эффекты с указанием их параметров:

– эффект эха: реализация повторения звукового сигнала с помощью временных преобразований таким образом, чтобы человеческое ухо воспринимало полученный сигнал как эхо (параметры: количество откликов, время между откликами, громкость отклика относительно предыдущего);

– эффект реверберации: придание звучанию объемности, характерной для большого зала, где каждый звук порождает соответствующий, медленно угасающий отзвук;отличается тем, что на входной сигнал накладывается задержанный во времени выходной сигнал, а не задержанная копия входного (параметры:количество отражений, задержка отраженного сигнала, громкость отражения относительно предыдущего);

– эффекты возрастающей и затухающей громкости: плавное увеличение громкости от нулевого уровня в начале фрагмента до максимального в конце и наоборот соответственно (параметр: величина громкости в процентах от текущей).

Полученный измененный звуковой сигнал поступает в подсистему кодирования данных для уменьшения занимаемого им размера.

Вхоная информация

Входной информацией для подсистемы является цифровой звуковой сигнал, записанный в звуковом файле определенного формата. Формат входного звукового файла представлен в табл.2.1.

Файл этого формата содержит заголовок, описывающий общие параметры файла, и один или более фрагментов, каждый из которых представляет собой волновую форму или вспомогательную информацию.

Таблица 2.1

Структура звукового файла формата Microsoft RIFF/WAVE

Выходная информация

Выходной информацией для данной задачи является измененный звуковой сигнал, записанный в файле, структура которого аналогична описанной в п.2.1.2.