Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники"
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации
Изучение искажений звукового сигнала, вносимых MPEG кодированием
Руководство к лабораторной работе по дисциплине "Аудиотехника"
Разработчик:
доцент каф. РЗИ, к.т.н.
___________Э.В. Семенов
2012
Содержание
- Цель работы.
- Требования к компьютеру.
- Последовательность выполнения работы.
- Оформление отчета.
Целью лабораторной работы является изучение искажений,
вносимых в звуковой сигнал при сжатии его с потерями по алгоритму MPEG Layer 3.
Для выполнения лабораторной работы компьютер должен быть оснащен
звуковой картой или аудиокодеком и громкоговорителем.
Громкоговоритель подключается к персональному компьютеру
(выход для громкоговорителя обозначается, как правило, "out" или "spk").
- Подготовительные операции.
Подключите громкоговоритель к системному блоку
персонального компьютера в соответствующее гнездо.
Запустите программный пакет Adobe Audition 1.5.
В окне "Device Properties" (меню "Options / Device Properties")
В закладке "Wave Out" выберите используемую звуковую карту и
установите галочку "Use this device in Edit View".
Установите режим просмотра "Edit Waveform View"
(меню "View / Edit Waveform View" или нажмите цифру 8).
- Изучение качества передачи шумового сигнала.
Создайте шумовой сигнал.
Для этого войдите в меню "Generate / Noise", выберите частоту дискретизации
(Sample Rate) 48 кГц, один канал (Mono) и разрешение (Resolution) 16 бит и
нажмите "ОК". В появившемся окне выберите тип шума "White" (шум с
равномерной спектральной плотностью шума) и длительность (Duration) 1 c.
Нажмите "ОК". Выполните спектральный анализ сигнала. Для этого
последовательно нажмите Ctrl+A и Alt+Z.
Окно спектрального анализа (FFT Size) установите размером 65536 отсчетов,
оконную функцию
выберите "Kaiser (180dB)". "Запомните" амплитудный спектр сигнала, нажав в окне спектрального
анализа первую кнопку "Hold". Не закрывая окно спектрального анализа,
сохраните полученный сигнал в файл с именем noise.wav.
Для этого водите в меню "File / Save As", в появившемся окне выберите
тип файла *.wav. Не закрывая окно спектрального анализа, сохраните
файл в формате *.mp3 с именем noise.mp3. Для этого водите в меню
"File / Save As", в появившемся окне выберите тип файла *.mp3, нажмите
клавишу "Options" и выберите степень сжатия "64 Kbps, 48000 Hz,
Mono (12.0:1)". Это типичная степень сжатия для файлов формата MPEG Layer 3
(для двухканальной фонограммы данной степени сжатия соответствует скорость
потока 128 Kbps). После сохранения файла выберите пункт меню
"File / Revert to Saved". Нажмите Ctrl+A.
Окно спектрального преобразования с двумя графиками приведите в отчете
(нажмите клавишу "Print Screen" и вставьте содержимое буфера обмена в файл
отчета). Сопоставив спектры исходного и сжатого сигналов, определите верхнюю
граничную частоту спектра сжатого сигнала.
Сравните звучание исходного (noise.wav) и "сжатого" (noise.mp3) сигналов.
Результаты приведите в отчете.
- Изучение качества передачи тонального сигнала.
Создайте синусоидальный сигнал.
Для этого войдите в меню "File / New", выберите частоту дискретизации
(Sample Rate) 48 кГц, один канал (Mono) и разрешение (Resolution)
16 бит и нажмите "ОК". Войдите в меню "Generate / Tones"
и в появившемся окне установите частоту сигнала
(Base Frequency) 1000 Гц, уровень (dB Volume) -3 дБ и длительность
(Duration) 1 c. График получившегося сигнала приведите в отчете
(нажмите клавишу "Print Screen" и вставьте содержимое буфера обмена в файл
отчета). Выполните спектральный анализ сигнала: последовательно нажмите
Ctrl+A и Alt+Z. "Запомните" амплитудный спектр сигнала, нажав в окне
спектрального анализа первую кнопку "Hold".
Не закрывая окно спектрального анализа,
сохраните полученный сигнал в файл с именем sine.wav.
Для этого водите в меню "File / Save As", в появившемся окне выберите
тип файла *.wav.
Измерьте уровень наибольшей гармоники (начиная со второй)
в процентах относительно первой гармоники (при движении курсора по графику
в окне снизу отображается уровень соответствующих спектральных
составляющих). Результат приведите в отчете.
Не закрывая окно спектрального анализа, сохраните
файл в формате *.mp3 с именем sine.mp3. Для этого водите в меню
"File / Save As", в появившемся окне выберите тип файла *.mp3.
После сохранения файла выберите пункт меню
"File / Revert to Saved". Нажмите Ctrl+A.
Окно спектрального преобразования с двумя графиками приведите в отчете.
Измерьте уровень наибольшей гармоники (начиная со второй)
в процентах относительно первой гармоники (при движении курсора по графику
в окне снизу отображается уровень соответствующих спектральных
составляющих). Результат приведите в отчете.
Сравните звучание исходного (sine.wav) и "сжатого" (sine.mp3) сигналов.
Результаты приведите в отчете.
- Изучение искажений огибающей тонального сигнала в присутствии шума.
Создайте тестовый сигнал длительностью 1 с, состоящий из синусоидального
и шумового сигналов. Для этого откройте файл с "несжатым" синусоидальным
сигналом sine.wav (меню "File / Open"). Добавьте шумовой сигнал: войдите
в меню "Edit / Mix Paste", установите галочку "From File" и выберите
ранее записанный файл noise.wav, установите уровень (Volume) 1%,
способ вставки "Overlap (Mix)" (наложение) и нажмите "OK".
График получившегося сигнала приведите в отчете.
Выполните спектральный анализ сигнала. Для этого
последовательно нажмите Ctrl+A и Alt+Z.
"Запомните" амплитудный спектр сигнала, нажав в окне спектрального
анализа первую кнопку "Hold".
Не закрывая окно спектрального анализа,
сохраните полученный сигнал в файл с именем sine+noise.wav.
Для этого водите в меню "File / Save As", в появившемся окне выберите
тип файла *.wav. Не закрывая окно спектрального анализа, сохраните
файл в формате *.mp3 с именем sine+noise.mp3. Для этого водите в меню
"File / Save As", в появившемся окне выберите тип файла *.mp3. Нажмите
клавишу "Options" и в появившемся окне нажмите клавишу "Advanced".
В появившемся окне установите верхнюю граничную частоту "сжатого" сигнала
(Maximum Bandwidth) 24 кГц. Это значение для скорости
потока 128 Kbps является неоптимальным. В данном случае оно провоцирует
большие уровни исследуемых искажений.
После сохранения файла выберите пункт меню "File / Revert to Saved".
График получившегося сигнала приведите в отчете.
Измерьте параметры возникшей амплитудной модуляции: глубину модуляции,
относительную амплитуду дискрета, используемого при квантовании
амплитуды сигнала, и частоту дискретизации амплитуды (минимальное
время, в течение которого амплитуда остается постоянной).
Результаты приведите в отчете.
Нажмите Ctrl+A.
"Запомните" амплитудный спектр сигнала, нажав в окне спектрального
анализа вторую кнопку "Hold".
Окно спектрального преобразования с двумя графиками
(спектром исходного и "сжатого" сигналов) приведите в отчете.
Проанализируйте различия спектров сигналов. Какой аспект различия спектров
обусловлен амплитудной модуляцией сжатого сигнала?
Сопоставьте звучание исходного и "сжатого" сигналов.
Свои впечатления изложите в отчете.
- Изучение искажений, вызванных отбрасыванием маскируемых спектральных
составляющих.
Добавьте к сигналу, состоящему из синусоидального
и шумового сигналов, дополнительный синусоидальный сигнал малой амплитуды.
Для этого создайте этот сигнал в новом окне: войдите в меню "File / New",
выберите частоту дискретизации (Sample Rate) 48 кГц, один канал (Mono) и
разрешение (Resolution) 16 бит и нажмите "ОК".
Войдите в меню "Generate / Tones"
и в появившемся окне установите частоту сигнала
(Base Frequency) 1500 Гц, уровень (dB Volume) -63 дБ
и длительность (Duration) 1 c. Добавьте сигнал из файла sine+noise.wav
(войдите в меню "Edit / Mix Paste",
установите галочку "From File" и выберите
ранее записанный файл sine+noise.wav, установите уровень (Volume) 100%,
способ вставки "Overlap (Mix)" (наложение) и нажмите "OK"). Нажмите Ctrl+A.
"Запомните" амплитудный спектр сигнала, нажав в окне спектрального
анализа первую кнопку "Hold".
Не закрывая окно спектрального анализа,
сохраните полученный сигнал в файл с именем 2sine+noise.wav.
Для этого водите в меню "File / Save As", в появившемся окне выберите
тип файла *.wav. Не закрывая окно спектрального анализа, сохраните
файл в формате *.mp3 с именем 2sine+noise.mp3. Для этого водите в меню
"File / Save As", в появившемся окне выберите тип файла *.mp3.
После сохранения файла выберите пункт меню "File / Revert to Saved".
Нажмите Ctrl+A.
Окно спектрального анализа с тремя графиками приведите в отчете.
Сопоставьте спектры "сжатых" сигналов с дополнительным синусоидальным
сигналом и без него. Результаты приведите в отчете.
Отчет должен содержать следующее.
- Титульный лист.
- Цель работы.
- Результаты измерений. Получаемые в программе Adobe Audition результаты фиксируются
нажатием клавиши "Print Screen" и вставляются в файл отчета.
- Анализ результатов и выводы.