Báo cáo tốt nghiệp đại học xây dựng ứng dụng xử lý âm thanh số

1
BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
X¢Y DùNG øng dông xö lý ©m thanh sè
Giáo viên hướng dẫn :
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
1. Nghiên cứu về xử lý tín hiệu số
2. Tìm hiểu phép biến đổi Fourier và các thuật toán biến đổi Fourier
nhanh.
3. Nghiên cứu cấu trúc file Wave.
4. Phân tích và hiển thị phổ của các tín hiệu thông qua các loại cửa sổ
2
Chương I : Tín hiệu và hệ thống xử lý tín hiệu
rời rạc theo thời gian
1.1 Tín hiệu
1.Khái niệm:
-Tín hiệu là một thực thể vật lý phụ thuộc vào thời gian, khoảng cách
hoặc một số biến độc lập khác. Về mặt toán học, tín hiệu được mô tả như
một hàm của một hoặc nhiều biến độc lập.
2. Phân loại tín hiệu: Có nhiều cách phân loại tín hiệu
- Phân loại theo tính chất của biến độc lập thời gian (liên tục và rời rạc)
+ Tín hiệu liên tục theo thời gian là tín hiệu có biến độc lập (thời
gian) liên tục
+ Tín hiệu rời rạc : là tín hiệu có biến độc lập rời rạc, nghĩa là tín hiệu
có thể biểu diễn bằng một dãy số hàm tín hiệu chỉ có giá trị xác định ở
những thời điểm nhất định
3
4
Chương I : Tín hiệu và hệ thống xử lý tín hiệu
rời rạc theo thời gian
1.2 Chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và ngược lại

5
Chương II : Phân tích tín hiệu và hệ thống
trong miền tần số

2.1 Phân tích tín hiệu rời rạc trong miền tần số

Chuỗi Fourier của tín hiệu tuần hoàn rời rạc
NN !"
#$%&'()(*+,

Phæ mËt ®é c«ng suÊt cña tÝn hiÖu tuÇn hoµn
 /0(12$345671"#.%84
/9$'()(*+,
6
Chương III : Biến đổi Fourier rời rạc và các
thuật toán biến đổi Fourier nhanh
3.1 Lấy mẫu trong miền tần số-biến đổi Fourier rời rạc
:;<34.(=(+)=x(n)15>
'()(,
?@A/B34X5670CA8D0
CEF1G1Gδω( !H2Xω
IJK;58C5670(L/9M1A
N≤ω≤2π
?588+ω=2πk/NJ5675O3CJ567$
:ω
Chương III : Biến đổi Fourier rời rạc và các
thuật toán biến đổi Fourier nhanh
7
8
Chương III : Biến đổi Fourier rời rạc và các

thuật toán biến đổi nhanh Fourier
3.2 Các tính chất của DFT

Tính tuyến tính :
-
P

I
Q'R6MS:
P
:
I
 T5*34,

P
U
P

I
U
I

/V*Q'R,W
P
U:
P

I
U:
I



Tính dịch vòng:
-34*5<D+N ?PQ'R$*: 
PhÐp dÞch vßng 34F;FX(5*8C(Y5+N ?P/V
%Z+5

Tính chập vòng:
R3JFZ$34
F

F
[
F
567
5X6/,


Tính đối ngẫu : Phổ của tín hiệu hình chữ nhật có dạng sin(x)/x, vậy thì tính đối
ngẫu phổ của tín hiệu sin(x)/x sẽ có dạng hình chữ nhật.
9
Chương III : Biến đổi Fourier rời rạc và các
thuật toán biến đổi nhanh Fourier
3.3 Phân tích tín hiệu trong miền tần số bằng DFT
- Đối với tín hiệu tương tự khi phân tích cần truyền qua bộ lọc để loại bỏ nhiễu
- Lấy mẫu với tần số F
s

≥
2B (B là độ rộng dải thông)

- Để hạn chế độ dài của tín hiệu được lấy mẫu ta chỉ xét tín hiệu trong khoảng thời
gian hữu hạn T
0
= LT.
- Khoảng thời gian hữu hạn này sẽ hạn chế độ phân giải về tần số-hạn chế khả
năng phân biệt đối với các thành phần tần số mà khoảng cách giữa chúng nhỏ
hơn 1/T
0
= 1/LT trong miền tần số.

10
Chương III : Biến đổi Fourier rời rạc và các
thuật toán biến đổi nhanh Fourier
3.4 Tính toán có hiệu quả của DFT: Các thuật toán FFT

Phương pháp tính trực tiếp của DFT:
\9/9FSx(n)N5".S$Q'R*"5676+,


]438(^F$_ ` a_ ` b5ZY,
P 2N
2
F;F85X8(X8678
I `N
2
F;FO/9^
_ `N(N-1)F;F</9^
` c</9F;F80K/95XK
\O8F;F85d(6$8J831GQ'R e8
J8''R5L96*8%8(2385d14I_)

L88
11
Chương III : Biến đổi Fourier rời rạc và các
thuật toán biến đổi nhanh Fourier

Phương pháp chia nhỏ để tính DFT
- f6MF8F^(EM/H$4FO3Q'Rg5"8
Q'R*36YM8J84%A567JF^(E
F6MF8F5L*E8J8''R
?f6MF8F(E567^4^(Eh6HFO35<D+n
$x(n)3$i/9E8
N = LM _ ` j
- ]8FO36_ ` j2x(n) *"5676(D(A<
LK/9n

Chương III : Biến đổi Fourier rời rạc và các
thuật toán biến đổi nhanh Fourier
12
- ed(AL8K/9lK/9<m
Chương III : Biến đổi Fourier rời rạc và các
thuật toán biến đổi nhanh Fourier
- T5676(D(AL28FB$x(n)*")
6567S(<A2DJ)8,FO19)
FO19)<)F;F08+iK/9nK/9l,m
?F;F8+,N = Ml + m _ ` k
2F;F08+/VC54FO198FB$x(n))
&SMFB6567.A(E2/,

13
Chương III : Biến đổi Fourier rời rạc và các

thuật toán biến đổi nhanh Fourier
14
?8+,N= Lm + l  _ ` PN
28FB$x(n)/V567FO19)<lFB5$
x(n)/V567FO19H<5LFBF)567FO19H<S
SFm6J5 
?-8FO196M^6(E*"5678Fm88(X53567
X(k)$Q'R
?T5676(D(AL2X(k)n567)66(D(
A2DJK/9pK/9<q.
+ 8+,
k= Mp + q _ ` PP
28FB$X(k)/V567FO19)
-Z8+,
k = Lq + 1_ ` PI
28FB$X(k)/V567FO19)<
?@A/B(Gx(n)5676(D(A2DJx(l, m) X(k)5676
(D(AX(p, q) 6JQ'R*"5671"#6<>5oF
(E8FB$A2DJ567O84/9F6MS
15
-816^4Q'R)F6MF8FY567>+1GJ
8/,
ThuËt to¸n 1:
P l6(D34)<
I R3Q'Rgc5"9&
_ OA%AJ5674/9FW
N
lq
` R3Q'Rgl5"59&<
p \A%A)

?5>86(D$345/qFF%AJ567
)</Bm8F;F8+,
n = Ml + m
k = qL + p
2/^5>/VC541"#.SQ'R6+,
16
17
T5**J8/,
ThuËt to¸n 2:
P l6(D34)
I R3Q'Rgl5"59&<
_ OA%AJ5674/9FW
N
pm
` R3Q'Rgc5"59&
p \A%A)<
ThuËt to¸n FFT c¬ sè 2 ph©n chia theo tÇn sè
- c<F8AJ''R8*"567/(1G8Y&
r(8&Y -8AJ567
8''RFO)/9)?s()%)
?@<ti$II

R38(E(V8C*K/9u
Cu8C*K/9vCv$:
-8Cu,
?R8(E>wI5"5EwI5"/x/B
m%Ay

I
y

wI

:I(H,
18
19
?R5>45XK/9(E>S*,


Q,y
wI
wI
y
wI

E*
ThuËt to¸n FFT c¬ sè 2 ph©n chia theo tÇn sè
L$u đồ mô tả tầng thứ nhất của việc chia nhỏ này đ$ợc trình bày
ở hình (4.6).
20
21
- ]4Y*"567Fm5KZ8Q'RI?5"FO
)/9
ThuËt to¸n FFT c¬ sè 2 ph©n chia theo tÇn sè
ThuËt to¸n FFT c¬ sè 2 ph©n chia theo tÇn sè
;?RJ8^44D45670is)D4 @U(j)D4
5675iX(3Sj(s)D4
B$íc 1,JF
ω
c
, M

i=0
B$íc 2,z =15N-16s)2x(j) = u(iN+j);
FA"(5L4s)5<s).FA1<$N (S*/9
62F6FA56701xD40E813N9$
5$N8(XB/>
i=i+1
B$íc3,R3y(n) 671G/Bm.S

%+16I5s)D4 s)D45{4K
/9n%8FA8345567(s)1<54
22
23
Chương IV : Phân tích và xây dựng ứng
dụng hiển thị phổ của tín hiệu
4.1 Phương pháp xây dựng và phân tích quá trình hiển thị phổ
- e834567/Bm(E^5L*"FO3
>$834F2/
?\98342%A$4FO3567&
'()(
?-8FO35*(Z/S%((4FO34
93101)=lR|
?cdx*"{+L8FO3346K*+FO
3342/dnFS*5d3(E567(L
%49lR| 
?f>$3418F/9567/FO3
24
1. Ph©n tÝch phæ cña c¸c tÝn hiÖu h×nh Sin, vu«ng, sung.

Hµm cöa sæ:
- c<34*5<D+*"5671"#%F;F

15>'()((=(+<34*5<.+d%8
?\"ESF>$34*5<.+d%81GQ'R
oK*"38<80FK1G8}d~0<5+3
7F5"Bh
?R1:s<1GPE**"567
("&'()(384/9$("'()($
:sLEq/94/9.+
?]05L+5<342:sFA(M<m:s
.*5<1
25

Hµm cöa sæ:
- ]4%/8341G<5+

(A•
N

N
?P€6
M56M4O<B/>•?
N
,
?]4O34B/>)=6M56M4O
JFF>$34F>$B/>,
R(5*:

s:sys15>'()(6MS$

•
1. Ph©n tÝch phæ cña c¸c tÝn hiÖu h×nh Sin, vu«ng, xung.