Procesory sygnałowe w technice audio

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

PSTA

1

Celem przedmiotu jest zapoznanie słuchaczy z wykorzystaniem procesorów sygnałowych (DSP) w technice audio, ze szczególnym uwzględnieniem specjalizowanych dla techniki audio procesorów Analog Devices z rodziny SHARC. W wykładzie uwzględniono najnowsze osiągnięcia w zakresie cyfrowego przetwarzania sygnałów audio na procesorach sygnałowych i przedstawia się praktyczne rozwiązania stosowane zarówno w urządzeniach profesjonalnych, jak i powszechnego użytku. Na wstępnie prezentowane są podstawowe informacje na temat procesorów sygnałowych oraz ich programowania, ze szczególnym uwzględnieniem tych elementów, które pozwalają na przetwarzanie sygnałów akustycznych w czasie rzeczywistym. Następnie wprowadza się elementy teorii systemów dyskretnych, w tym filtrów cyfrowych, niezbędne do zrozumienia omawianych w dalszej części konkretnych rozwiązań. Wykład omawia zastosowanie procesorów sygnałowych w cyfrowych, aktywnych zestawach głośnikowych, konwerterach częstotliwości (...)

Celem przedmiotu jest zapoznanie słuchaczy z wykorzystaniem procesorów sygnałowych (DSP) w technice audio, ze szczególnym uwzględnieniem specjalizowanych dla techniki audio procesorów Analog Devices z rodziny SHARC. W wykładzie uwzględniono najnowsze osiągnięcia w zakresie cyfrowego przetwarzania sygnałów audio na procesorach sygnałowych i przedstawia się praktyczne rozwiązania stosowane zarówno w urządzeniach profesjonalnych, jak i powszechnego użytku. Na wstępnie prezentowane są podstawowe informacje na temat procesorów sygnałowych oraz ich programowania, ze szczególnym uwzględnieniem tych elementów, które pozwalają na przetwarzanie sygnałów akustycznych w czasie rzeczywistym. Następnie wprowadza się elementy teorii systemów dyskretnych, w tym filtrów cyfrowych, niezbędne do zrozumienia omawianych w dalszej części konkretnych rozwiązań. Wykład omawia zastosowanie procesorów sygnałowych w cyfrowych, aktywnych zestawach głośnikowych, konwerterach częstotliwości próbkowania, przedwzmacniaczach cyfrowych. Dalej przedstawia się zaimplementowane w DSP metody korekcji pola akustycznego, cyfrowej syntezy dźwięku, zarówno mowy jak i muzyki, redukcji hałasu i zniekształceń, eliminacji echa. Przedmiot ma charakter praktyczny (sprzętowo-programowy), projekt obejmuje realizację wybranych algorytmów.


Treść wykładu

1. Procesory sygnałowe (4g)
   Wstęp o DSP. Zalety i wady DSP. DSP a klasyczny mikroprocesor. Architektura DSP. Procesory sygnałowe i ich wybrane obszary zastosowań. Zastosowania DSP w technice audio. Procesory rodziny SHARC (Analog Devices): współpraca z przetwornikami CA i AC, interfejsy cyfrowe. Dedykowane rozwiązania dla zastosowań w technice audio (Analog Devices Embedded Processors).


2. Programowanie DSP (4g)
   Zestaw instrukcji. Języki programowania. Struktura programu. Arytmetyka. Struktury danych i tryby adresowania. Praca synchroniczna i asynchroniczna w aspekcie sprzętu i oprogramowania. Zestawy uruchomieniowe. Środowiska wspomagające projektowanie i programowanie.
   


3. Systemy czasu dyskretnego (2g)
   Systemy czasu ciągłego i dyskretnego. Liniowość i niezmienność w czasie. Odpowiedź impulsowa i splot. Przekształcenie Laplace`a i Fouriera dla sygnałów ciągłych w czasie. Dyskretne przekształcenie Fouriera i przekształcenie Z dla sygnałów dyskretnych.


4. Filtry cyfrowe (2g)
   Parametry w dziedzinie czasu i częstotliwości. Filtry FIR, IIR. Filtry decymacyjne i interpolacyjne. Filtr grzebieniowy. Zastosowania. Źródła błędów. Przykłady algorytmów i realizacji.



5. Cyfrowe aktywne zwrotnice głośnikowe (2g)
   Cyfrowe zwrotnice głośnikowe. Kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej zestawu głośnikowego. Korekcja błędów. Kształtowanie charakterystyki fazowej. Zestawy wielodrożne. Problemy synchronizacji. Przykłady algorytmów i realizacji.


6. Konwertery częstotliwości próbkowania (2g)
   Asynchroniczne i synchroniczne konwertery częstotliwości próbkowania. Przykłady algorytmów i realizacji.


7. Przedwzmacniacze cyfrowe (2g)
   Koncepcja przedwzmacniacza cyfrowego. Regulacja głośności i zrównoważenia. Korektory charakterystyk częstotliwościowych (korektory graficzne, korektory adaptacyjne). Dynamiczna regulacja wzmocnienia. Przykłady algorytmów i realizacji.


8. Adaptacyjna korekcja pola akustycznego (2g)
   Symulacja warunków akustycznych pomieszczeń. Pomiary odpowiedzi impulsowej pomieszczenia. Symulacja wczesnych odbić. Symulacja pogłosu. Przykłady algorytmów i realizacji.


9. Cyfrowa synteza mowy (2g)
   Zastosowania i klasyfikacja metod. Synteza mowy w telekomunikacji. Komunikacja człowiek-maszyna. Wokodery. Syntezatory formantowe - szeregowe i równoległe. Liniowe kodowanie predykcyjne. Modelowanie kanału głosowego. Przykłady algorytmów i realizacji.


10. Cyfrowa synteza muzyki (4g)
    Klasyfikacja metod. Metody wykorzystujące właściwości dźwięku: synteza tablicowa, granulacyjna, FM, metody widmowe. Konstrukcja oraz fizyczne modele instrumentów muzycznych. Metody syntezy wykorzystujące modelowanie fizyczne: metoda różnic skończonych, metoda falowodowa, metoda modalna, metoda transformacji funkcjonalnych. Przykłady algorytmów i realizacji.


11. Inne zastosowania(4g)
    Aktywna redukcja hałasu. Redukcja szumów i zniekształceń. Eliminacja echa. Efekty dźwiękowe.




Zakres projektu
Przewidziane projekty dotyczą realizacji, symulacji i badań wybranych algorytmów przetwarzania sygnałów audio z wykorzystaniem typowego oprogramowania (głównie zintegrowanych środowisk programowych firmy Analog Devices - VisualDSP oraz VisualAudio).

12. projekt i realizacja wybranych algorytmów


13. symulacja i badania zrealizowanych algorytmów

<>
• K. Benson, Audio Engineering Handbook, McGraw Hill, 1988


• K. C. Pohlman, Advanced digital audio, SAMS, 1991


• J. Watkinson,The art. of digital audio, Focal Press, 1994


• K. C. Pohlman, Principles of digital audio, McGraw Hill, 1995


• U. Zolzer, Digital audio signal processing, John Wiley & Sons, 1998


• Steven W. Smith, The Scientist and Engineer`s Guide to Digital Signal Processing, Second Edition, California Technical Publishing, 1999


• Dag Stranneby, Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Metody. Algorytmy. Zastosowania, BTC Korporacja, Warszawa 2004.
  
  

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych