Автореферат на магистрскую работу по теме:

"Исследование методов цифровой обработки сигналов в учебной системе"

     Составитель: Олейник А.А.

     English translation

     Введение

     Существование современных форматов аудио, видео файлов, а также файлов графических изображений стало возможным только благодаря исследованиям в сфере обработки цифровых сигналов. В результате этих исследований были выведены многочисленные методы и алгоритмы преобразования исходного сигнала.

     Улучшение работы устройств и программ, которые выполняют функции обработки цифровых сигналов, возможно только с помощью улучшения существующих алгоритмов, или разработки новых. Поэтому при обучении современных специалистов в этой области необходимо, чтобы они понимали не только суть этих преобразований, но и обоснование этих процессов.

     Т.е. постановка данной задачи вытекает непосредственно из учебного процесса.

     Актуальность темы заключается в особом подходе к обучению студентов. Будущие специалисты могут заниматься исследованием методов и алгоритмов уже на стадии обучения этим методам.

     Цели и задачи работы

     Задачей данной работы является исследование существующих методов обработки цифровых сигналов с целью их реализации в новой учебной системе. В рамках работы необходимо исследовать суть существующих алгоритмов преобразования, и на базе этих исследований разработать учебную систему, которая позволила бы более эффективно обучать будущих специалистов теории обработки цифровых сигналов.

     Предполагаемая научная новизна

     Предполагаемая научная новизна заключается в исследовании методов и алгоритмов обработки цифровых сигналов с целью разработки более совершенного подходов и инструментов к процессу обучения студентов данным методам и алгоритмам в рамках дисциплины «Теория и алгоритмы обработки звуковых сигналов».

     Планируемая практическая ценность

     Практическая ценность выполняемой работы заключается в реализации учебной системы, которая позволила бы выполнять необходимые исследования и могла бы быть использована при обучении студентов в рамках дисциплины «Теория и алгоритмы обработки звуковых сигналов».

     Обзор существующих решений

     Анализ большинства современных программ, связанных с обработкой звуковых сигналов, показал, что условно их можно разделить на два класса. Первые ориентированы на демонстрацию строго заданного набора разложений звукового сигнала без возможности изменения каких-либо параметров. Вторые, профессиональные, являются слишком сложными для использования в учебном процессе. Наличие программ второго типа (как условно бесплатных, так и коммерческих) говорит о том, насколько широко возможно использование различных методов обработки звука.

     Например, Adobe Audition предоставляет возможность исследования амплитудной характеристики и частотного спектра сигнала, что дает возможность редактирования звука, но не позволяет изучить суть алгоритмов кодирования звуковой информации.

     Форма сигнала звукового файла в Adobe Audition

     Спектр частот звукового файла в Adobe Audition

     В качестве наглядной системы обучения можно было бы использовать среду Mathlab, но студент, который впервые пользуется данным программным обеспечением, наверняка потратит много времени для того, чтобы разобраться в нем.

     Пример программы в Mathlab

     Результат работы программы в Mathlab

     Описание полученных и планируемых результатов

     В результате разработки была получена программная среда, которая позволяет загружать звуковые файлы в wav-формате, просматривать графические и числовые значения отсчетов сигнала, а также применять к данному сигналу пирамидальный метод вейвлет-преобразования с использованием в качестве материнской вейвлет-функции вейвлет Хаара.

     Учебная среда

     Планируется расширить множество обрабатываемых файловых форматов, включить более полный список реализации методов преобразования, для вейвлет-преобразований реализовать базу материнских вейвлетов с возможностью выбора пользователем необходимого вейвлета при выполнении преобразования.

     Заключение

     В данной работе рассмотрена проблема подхода к исследованию методов и алгоритмов преобразования звукового сигнала в рамках обучения студентов этим методам и алгоритмам.

     Достижение поставленной задачи стало возможным лишь благодаря тщательному анализу существующей проблемы. На основе этого анализа был выбран путь решения проблемы посредством детального проектирования и последующей реализации специализированной учебной системы.

     Перечень ссылок

     1) Дремин И.М., Иванов О.В., Нечитайло В.А. Вейвлеты и их использование – Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, 2000 (http://www.autex.spb.ru/cgi-bin/download.cgi?wvlt_artc40)

     2) Иванов В.Г. Универсальные преобразования Хаара - доклад 3-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (DSPA’2000), Москва, 2000 (http://www.autex.spb.ru/cgi-bin/download.cgi?dspa2000_1_27)

     3) Миронов В.Г., Чобану М.К., Барат В.А. Применение вейвлет-преобразования для цифровой обработки одномерных и многомерных Хаара – доклад 4-й международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (DSPA’2002), Москва, 2002 (http://www.autex.spb.ru/cgi-bin/download.cgi?dspa2002_2_57)