Číslicové zpracování akustických signálů

• 26 hod. přednášky
• 39 hod. laboratoře

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními a pokročilými metodami simulace a postupy implementace v oblasti číslicového zpracování zvuku. Značná pozornost je věnována současným vývojovým trendům v oblasti obecného zvukového signálu se zaměřením na signál hudební.
Studenti získají podrobný přehled o postupech analýzy a zpracování zvukových signálů. Získají zkušenosti se simulací diskrétních a číslicových systémů prostřednictvím moderních simulačních prostředků. Budou schopni navrhovat a simulovat algoritmy pro zpracování akustických signálů, které jsou určeny přímo pro CPU počítačového systému nebo pro signálový procesor.

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

• Kahrs, M. Brandenburg, K. Applications of Digital Signal Processing to Audio and Acoustics. USA: Kluwer Academic Publishers, 1998, ISBN 0792381300.
• Pohlmann, K.C. Principles of Digital Audio. 6th ed. USA: McGRAW-HILL Companies, Inc. , 2010, ISBN 0071663460.

• Ifeachor, E.C. Jervis, B.W. Digital Signal Processing - A practical Approach, 2nd ed. USA: Pearson Education Limited, 2002, ISBN 0201596199.
• Zolzer, U. DAFX - Digital Audio Effects. Chichester: John Willey & Sons Ltd., 2005, ISBN 0471490784.

1. Zvuk a jeho základní vlastnosti, objektivní a subjektivní rovina 2. Směrové slyšení, HRTF, maskování zvuku, v časové a kmitočtové oblasti, binaurální maskování, 3. Diskrétní signály a systémy, základní pojmy a rozdělení, přístupy k realizaci diskrétního systému, 4. Specifika číslicových systémů, číselné reprezentace, kvantovaní chyby, doporučení pro implementaci diskrétního systému, 5. Základní prostředky pro realizaci diskrétních systémů, zpožďovací zásobníky, formy a struktury, 6. Systémy s nekonečnou impulsovou odezvou, LTI a LTV, Wah-wah, All-pass Phaser, 7. Systémy s konečnou impulsovou odezvou, LTI a LTV, vCOLA, 8. Hudební efekty založené na zpoždění signálu, Echo, Phaser, Chorus, Flanger, 9. Systémy pro úpravu dynamiky signálu, limiter, kompresor, expander, šumová brána, DRC, Maximizer, De-esser, 10. Nelineárních diskrétní systémy, modely a jejich implementace, měkké a tvrdé ořezávače, simulace elektronkového zesilovače, kmitočtově závislé a nezávislé zkreslovače, 11. Diskrétní systémy pro simulaci poslechového prostoru, přístupy k simulaci, typy simulace, prvotní, následné a mnohonásobné odrazy, implementace na základě FDN, 12. Restaurace akustických signálů, potlačování širokopásmového šumu, potlačování impulsního rušení v akustickém signálu.

1. Praktické ukázky implementace systémů pro zpracování akustických signálů, zásuvné moduly, 2. Opakování základů Matlabu, zobrazování výsledků analýz v Matlabu, časová analýza signálu, kmitočtová analýza periodických a aperiodických signálů, 3. Implementace IIR a FIR systémů v časové oblasti přímou formou a pomocí kanonických forem, 4. Kombinace systémů a základních struktur, pokročilé zpožďovací struktury, 5. Časově invariantní parametrické IIR filtry, realizace v Matlabu pomocí kombinace systémů, 6. Úvod k pokročilým simulacím systému v Simulinku, procesy na popředí a pozadí, první test z počítačových cvičení, 7. Přechod od časově invariantních k variantním systémům, způsoby jejich analýzy v Matlabu a Simulinku, generátory LFO v Simulinku, 8. Časově variantní systém se změnou středního nebo mezního kmitočtu (WahWah), se změnou dopředných a zpětných vazeb (All-pass Phaser), 9. Časově variantní systém se změnou délky zpožďovacího zásobníku (Chorus, Flanger, Phaser), detektor špičkové a efektivní hodnoty, diskrétní integrátor signálu, 10. Optimalizovaná implementace FIR systému vyššího řádu, optimalizovaná implementace současné FIR filtrace dvou signálů, implementace časově variantního FIR systému, 11. Systémy pro úpravu dynamiky signálu, systém DRC, maximizer, 12. Základní nelinearity a nelineární systémy, kmitočtově závislé nelineární systémy (Exciter), obecný kmitočtově závislý zkreslovač (Enhancer), 13. Struktury pro simulaci poslechového prostoru, simulace prvotních odrazů, násobných odrazů a mnohonásobných odrazů v uzavřeném akustickém prostoru, druhý test z počítačových cvičení.

Hodnocení se řídí Studijním a zkušebním řádem VUT a příslušnou vnitřní normou FEKT. Za každý ze dvou testů z počítačových cvičeníc lze získat až 20 bodů. Závěrečná písemná zkouška je hodnocena maximem 60 bodů.
Pro udělení zápočtu je nutné absolvovat všechna počítačová cvičení a testy. Další formy kontrolované výuky stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.