Санкт-Петербургский гуманитарный университет профсоюзов

практических занятий и самостоятельной учебной работы студентов по дисциплине

Санкт-Петербург

Кафедра высшей математики

Автор-составитель

кандидат физико-математических наук, доцент А. М. Махов

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент кафедры звукотехники

Санкт-Петербургского института кино и телевидения Н. И. Дворко

Дисциплина “Цифровая обработка сигналов” относится к числу общепрофессиональных учебных дисциплин по специальности “Звукорежиссура”.

Задачи дисциплины:

ознакомление с общими принципами построения тракта обработки сигналов; с методами, используемыми при цифровой обработке сигналов; с причинами возникновения искажений при обработке; со способами сжатия информации.

Учебные цели:

подготовка студентов в области теории, методологии и практики обработки звуковых сигналов с использованием трактов, содержащих аналоговые или цифровые обрабатывающие устройства, а также построенных на базе компьютерных звукорежиссерских пультов.

Необходимой основой данной дисциплины является знание курсов “Прикладная математика”, “Основы информатики и ВТ”, “Основы физики и электроники”.

Знания, получаемые студентами, должны быть использованы при изучении следующих дисциплин: “Музыкальная акустика”, “Акустические основы звукорежиссуры”, “Технология звукозаписи”, “Музыкальное программирование”, “Звукотембральное программирование”.

Студенты, успешно изучившие дисциплину “Цифровая обработка сигналов”, должны:

а) знать принципы построения и основные отличия аналоговых и цифровых трактов;

б) иметь представление о способах преобразований, терминологии и используемых параметрах при цифровой обработке сигналов;

в) иметь представление о видах преобразователей и уметь выбирать необходимый вид для решения конкретной задачи.

Согласно учебному плану по данной дисциплине предусмотрены следующие формы контроля: промежуточная — выполнение контрольной работы; итоговая — зачет в третьем семестре.

Базис функционального пространства, ряд и интеграл Фурье, понятие спектра (переход от временного представления сигнала к частотному, относительность такого преобразования в случае реального использования в приближенных методах: мгновенный и полный спектр). Искажения, вносимые при обработке за счет использования конечных методов; примеры искажений.

Основы статистики при обработке случайных процессов (вероятность, случайная величина, корреляционная функция, время корреляции, энтропия сигнала).

Основные понятия теории математических фильтров, примеры фильтров, эффекты их применения. Согласованная фильтрация.

Структура цифрового тракта, ЦАП, АЦП. Дискретизация по времени, критерии выбора частоты дискретизации, искажение при дискретизации, частота Найквиста, проблемы перехода между различными частотами дискретизации. Квантование по амплитуде, линейное и нелинейное, искажения при квантовании.

Основные виды преобразователей звуковых сигналов:

— динамические (нелинейные преобразователи амплитуды), пример искажений, вносимых обрезанием снизу;

— частотные (эквалайзеры), их типы, связь с цифровыми нерекурсивными фильтрами, случаи и принципы применения, вносимые искажения.

Фильтры шума: пассивные (нелинейные частотные фильтры), согласованная фильтрация шума; активные (строящие модель шумового процесса). Случаи применения, вносимые искажения.

Основные этапы и принципы организации рабочего места звукорежиссера с помощью компьютерных звукорежиссерских пультов. Основные принципы преобразования звуковых сигналов при уплотнении. Различия между midi и амплитудными представлениями. Основы устройства микропроцессора, типы микропроцессоров (RISC, общего назначения, транспьютеры), случаи применения, специализированные микропроцессоры.

1. Кузьмин И. В., Кедрус В. А. Основы теории информации и кодирования. Киев: Виша школа, 1986. 238 с.

2. Каппелини В., Константинидис А. Дж., Эмилиани П. Цифровые фильтры и их применение. М.: Энергоатомиздат, 1983. 360 с.

3. Рабинер Л. Р., Гоулд В. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978. 848 с.

4. Мячев А. А., Степанов В. Н. Персональные ЭВМ и микроЭВМ. Основы организации. М.: Радио и связь, 1991. 320 с.

5. Хемминг Р. В. Цифровые фильтры. М.: Недра, 1987. 221 с.

6. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1968.

3. Рабинер Л. Р., Шафер Р. В. Цифровая обработка речевых сигналов. М.: Радио и связь, 1981. 495 с.

4. Плескунин В. И., Воронина Е. Д. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте. Л.: ЛГУ, 1979, 232 с.

5. Пешель М. Моделирование сигналов и систем. М.: Мир, 1981. 300 с.

6. Горбунов В. Л., Панфилов Д. И., Преснухин Д. Л. Справочное пособие по микропроцессорам и микроЭВМ. М.: Высшая школа, 1988. 272 с.

Самостоятельная учебная работа студентов над дисциплиной “Цифровая обработка сигналов” ставит задачу приобретения студентами навыков в области применения компьютерной техники для решения некоторых практических задач из области цифровой обработки сигнала.

1) Пример получения спектра для одиночного импульса.

2) Расчет воздействия окна на форму спектра.

Указание: обратить внимание на искажения, вносимые конечными методами и разными видами окон.

Литература для самостоятельного изучения — [1, 2, 5].

2) Расчет пропускания периодического сигнала кусочно- линейным непрерывным динамическим преобразователем.

Указание: обратить внимание на различия вносимых в обоих случаях искажений.

Литература для самостоятельного изучения — [6], глава 4, § 11; глава 20, § 5.

2) Расчет пропускания этим фильтром прямоугольного импульса.

Указание: обратить внимание на анализ вносимых фильтром искажений.

Литература для самостоятельного изучения — [1, 2, 5].

Указание: СУРС проводится в ауд. 409 — компьютерном классе факультета искусств.

2. Микширование этих записей в одну.

Указание: обратить внимание на способ построения фильтра (настройки эквалайзера).

3. Определение числа частотных каналов, достаточных для дискретного представления спектра сигнала.

Указание: воспользоваться встроенным в программу генератором гармонического сигнала.