Przetwarzanie sygnaªów

Transkrypt

1 Przetwarzanie sygnaªów Wykªad 1 - Warunki zaliczenia, podstawy teorii sygnaªów Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

2 Plan wykªadu 1 Informacje wst pne 2 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy 3 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

3 Informacje wst pne Warunki zaliczenia przedmiotu Obecno± na zaj ciach laboratoryjnych - dopuszczalne s maksymalnie 2 nieusprawiedliwione nieobecno±ci, Zaliczenie ka»dego projektu na minimum 40% punktów, Zaliczenie kolokwium z wykªadów na minimum 40% punktów, Uzyskanie minimum 41 punktów. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

4 Informacje wst pne Kolokwium teoretyczne Kolokwium na ostatnim lub przedostatnim wykªadzie za 25 punktów (5 zada«, ka»de za 5 pkn). Zadania b d dotyczyªy tematyki wykªadów i problematyki omawianej na laboratoriach. Ogólniej 1 Oblicz podan transformat. 2 Zadanie praktyczne zwi zane z przetwarzaniem sygnaªów. 3 Zaproponuj algorytm jakiego± okre±lonego problemu. 4 Jakie± ciekawe pytanie teoretyczne z teorii sygnaªów. 5 Pytanie teoretyczne zwi zane z tematyk klasykatorów. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

5 Informacje wst pne Tematyka wykªadów 1 Wst p do teorii sygnaªów, 2 Sygnaªy d¹wi kowe, analiza czasowo-cz stotliwo±ciowa, 3 Transformata Fouriera, 4 Transformacja Gabora, 5 Transformacja falkowa, 6 Transformacja Z (Laurenta), 7 Analiza w dziedzinie czasowo-cz stotliwo±ciowej, 8 Budowa i podstawowe dziaªania na obrazach, 9 Problematyka analizy obrazów, 10 Kilka dodatkowych sªów o obrazach, wst p do klasykatorów, 11 Klasykatory, 12 Systemy wspomagania decyzji, 13 Kolokwium teoretyczne. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

6 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia Pocz tki przetwarzania mowy si gaj pierwszej poªowy XVIII wieku. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

7 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia Pocz tki przetwarzania mowy si gaj pierwszej poªowy XVIII wieku. Niemiecki profesor medycyny Christian Gottlieb Kratzenstein, który jako pierwszy zbudowaª model prototypu syntezatora mowy potra cy wygenerowa pi samogªosek (a, e, i, o oraz u). Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

8 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia Pocz tki przetwarzania mowy si gaj pierwszej poªowy XVIII wieku. Niemiecki profesor medycyny Christian Gottlieb Kratzenstein, który jako pierwszy zbudowaª model prototypu syntezatora mowy potra cy wygenerowa pi samogªosek (a, e, i, o oraz u). Radca dworu austriackiej cesarzowej, Wolfgang von Kempelan zamodelowaª dokªadny opis dziaªania takiego syntezatora mowy Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

9 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia 40 lat pó¹niej, pierwszy syntezator mowy zrealizowany przez Charlesa Wheatstone'a w Dublinie. Niedªugo potem, podobne urz dzenie zostaªo zaprezentowane przez Joseph Fabera o nazwie Euphonia, z jedn ró»nic prócz generowania mowy, mogªo generowa ludzki ±piew. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

10 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia - XIX wiek W drugiej poªowie XIX wieku, du»ym krokiem naprzód dla przetwarzania mowy byªo wynalezienie telefonu przez Alexandra Bella. Jego telefon skªadaª si przede wszystkim z dwóch cz ±ci sªuchawki i mikrofonu. To wªa±nie, wynalezienie mikrofonu jest jednym z najwa»niejszych osi gni w dziedzinie przetwarzania mowy, które umo»liwiªo przetworzenie drga«powietrza w drgania pr du elektrycznego. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

11 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia - XIX wiek W drugiej poªowie XIX wieku, du»ym krokiem naprzód dla przetwarzania mowy byªo wynalezienie telefonu przez Alexandra Bella. Jego telefon skªadaª si przede wszystkim z dwóch cz ±ci sªuchawki i mikrofonu. To wªa±nie, wynalezienie mikrofonu jest jednym z najwa»niejszych osi gni w dziedzinie przetwarzania mowy, które umo»liwiªo przetworzenie drga«powietrza w drgania pr du elektrycznego. Kilkana±cie lat pó¹niej, Harold D. Arnold skonstruowaª pierwsz na ±wiecie lamp pró»niow, która dziaªaj c jako wzmacniacz akustyczny posªu»yªa w pierwszej transkontynentalnej rozmowie telefonicznej. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

12 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia - XIX wiek W podobnym czasie, poj cie lingwistyki nowoczesnej zostaªo skonstruowane przez szwajcarskiego j zykoznawc, Ferdinanda de Saussure. Zgodnie z jego zapisami i przemy±leniami, j zyk jest okre±lany jako staªy zbiór norm spoªecznych, które umo»liwiaj porozumiewanie si. Co wi cej, j zyk jest systemem znaków oraz zasad ich tworzenia, czyli abstrakcj urzeczywistniaj c si podczas mówienia. Takie rozumowanie do dnia dzisiejszego jest jedn z najwa»niejszych i nadal wykorzystywanych prac dotycz cych przetwarzania j zyka naturalnego. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

13 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia - XX wiek Lata 30-ste XX wieku, przyniosªy urz dzenie VOCODER zaprojektowane przez in»yniera rmy Bell Laboratories, Homera Dudleya. Urz dzenie zªo»one byªo z klawiatury na której mo»na byªo wykonywa syntez nagranych d¹wi ków. Dodatkowo, istniaªa mo»liwo± ich generowania, kodowania i przesyªania. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

14 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia - XX wiek Lata 30-ste XX wieku, przyniosªy urz dzenie VOCODER zaprojektowane przez in»yniera rmy Bell Laboratories, Homera Dudleya. Urz dzenie zªo»one byªo z klawiatury na której mo»na byªo wykonywa syntez nagranych d¹wi ków. Dodatkowo, istniaªa mo»liwo± ich generowania, kodowania i przesyªania. Najwi kszy rozwój? Czasy zimnej wojny. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

15 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia - XX wiek, czasy zimnej wojny Szybka transformata Fouriera zostaªa przedstawiona przez Cooleya i Tukeya. Ogólny pomysª narodziª si podczas spotkania Komitetu Doradczego prezydenta Kennedy'ego na temat wykrywania prób j drowych przez ZSRR. Twórcy spotkali si z problemem patentowym, co spowodowaªo,»e algorytm dostaª si do domeny publicznej i w ci gu kilku lat staª si jednym z najwa»niejszych algorytmów cyfrowego przetwarzania mowy, a nawet sygnaªów. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

16 Historia bada«nad przetwarzaniem mowy Historia - XX wiek, czasy zimnej wojny Szybka transformata Fouriera zostaªa przedstawiona przez Cooleya i Tukeya. Ogólny pomysª narodziª si podczas spotkania Komitetu Doradczego prezydenta Kennedy'ego na temat wykrywania prób j drowych przez ZSRR. Twórcy spotkali si z problemem patentowym, co spowodowaªo,»e algorytm dostaª si do domeny publicznej i w ci gu kilku lat staª si jednym z najwa»niejszych algorytmów cyfrowego przetwarzania mowy, a nawet sygnaªów. Lata 70-te i pojawienie si komputerów spowodowaªy szybki rozwój ró»nych metod przetwarzania sygnaªów jak równie» ich analizy. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

17 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Denicja sygnaªu Sygnaª jest deniowany jako proces zmian wielko±ci zycznej, która si zmienia w czasie, przestrzeni lub dowolnej, innej niezale»nej zmiennej. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

18 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Denicja sygnaªu Sygnaª jest deniowany jako proces zmian wielko±ci zycznej, która si zmienia w czasie, przestrzeni lub dowolnej, innej niezale»nej zmiennej. Dla przykªadu, nast puj ca funkcja mo»e okre±la sygnaª s(x, y) = x 2 + xy + y 2. (1) Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

19 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Sygnaª mowy Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

20 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Sygnaª mowy N s(t) = A i (t) sin[2πf i (t)t + ω i (t)] (2) i=1 Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

21 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Sygnaª analogowy, a cyfrowy Gdzie mówimy o pierwszym sygnale analogowym? Przy konstrukcji kilku ukªadów ró»niczkuj co-caªkuj cych poª czonych ze sob za pomoc licznych kabli tworz cych obwody elektryczne (patrz: napi cie ;). Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

22 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Sygnaª analogowy, a cyfrowy Gdzie mówimy o pierwszym sygnale analogowym? Przy konstrukcji kilku ukªadów ró»niczkuj co-caªkuj cych poª czonych ze sob za pomoc licznych kabli tworz cych obwody elektryczne (patrz: napi cie ;). Cecha sygnaªu analogowego Ci gªo±. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

23 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Sygnaª analogowy, a cyfrowy Gdzie mówimy o pierwszym sygnale analogowym? Przy konstrukcji kilku ukªadów ró»niczkuj co-caªkuj cych poª czonych ze sob za pomoc licznych kabli tworz cych obwody elektryczne (patrz: napi cie ;). Cecha sygnaªu analogowego Ci gªo±. Denicja sygnaªu analogowego Zmiana pewnych parametrów wzgl dem sygnaªu elektrycznego. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

24 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Back to black! "BACK TO BLACK!" Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

25 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Back to black! "BACK TO BLACK!" Coraz wi ksza (ponowna) popularno± pªyt winylowych. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

26 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Back to black! "BACK TO BLACK!" Coraz wi ksza (ponowna) popularno± pªyt winylowych. Dlaczego? Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

27 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Sygnaª cyfrowy Warto±ci bitowe {0, 1} reprezentuj jeden z dwóch poziomów napi cia elektrycznego (niski i wysoki). Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

28 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Sygnaª cyfrowy Warto±ci bitowe {0, 1} reprezentuj jeden z dwóch poziomów napi cia elektrycznego (niski i wysoki). Przeciwdziedzin i dziedzin sygnaªu cyfrowego jest zbiór dyskretny. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

29 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Sygnaª cyfrowy Warto±ci bitowe {0, 1} reprezentuj jeden z dwóch poziomów napi cia elektrycznego (niski i wysoki). Przeciwdziedzin i dziedzin sygnaªu cyfrowego jest zbiór dyskretny. Uwaga Warto±ci s DOKŠADNIE okre±lone, a ilo± stanów JEST zale»na od rozdzielczo±ci sygnaªu. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

30 Pytanie I Reprezentacja mowy jako sygnaªu Jaka jest ró»nica pomi dzy sygnaªem analogowym a cyfrowym (pod wzgl dem matematycznym)? Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

31 Pytanie II Reprezentacja mowy jako sygnaªu Czym jest spowodowane zjawisko Back to black? Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

32 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Pytanie III Jaka jest ró»nica pomi dzy znanymi formatami audio (MP3, WAV, FLAC)? Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

33 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Pytanie IV Pªyta winylowa a format zapisu cyfrowego FLAC? Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

34 Pytanie V Reprezentacja mowy jako sygnaªu Jak mo»na poradzi sobie z analiz sygnaªu analogowego przy pomocy komputera? Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

35 Pytanie V Reprezentacja mowy jako sygnaªu Jak mo»na poradzi sobie z analiz sygnaªu analogowego przy pomocy komputera? Stosuj c konwerter sygnaªu analogowego do cyfrowego wi cej na kolejnym wykªadzie. Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

36 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Pytania, sugestie? Jakie± pytania odno±nie dzisiejszej tematyki wykªadu? A mo»e jakie± sugestie wzgl dem tematyki kolejnych? ;) Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23

37 Reprezentacja mowy jako sygnaªu Dzi kuj za uwag ;) Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, / 23