ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 103
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ ЖОҒАРЫ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІЛ.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ КАФЕДРА «РАДИОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА ЖӘНЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯЛАР»ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС-5Тақырыбы:
Кепстр, кепстрді қолдана отырып, мерзімді импульстік сигналдардың негізгі тонын бағалауТобы: РЭТ-31Орындаған: Сериков.БҚабылдаған: Асильбекова А.М.Астана, 2023 МАЗМҰНЫКІРІСПЕ....................................................................................................................31 11sp_fm1.wav Ерлер мен әйелдердің дауысты сөйлеу сигналдарының тональды құрылымдарын зерттеу..........................................................................52 komar.wav маса сигналының тональды құрылымды зерттеу…...……….......103 shmel.wavараның тональды құрылымын зерттеу және негізгі тон жиілігін анықтау...................................................................................................................124 11_xx_hz.wavпериодты импульстік сигналды зерттеу...................................14Қорытынды.......................................................................................................17КІРІСПЕЖұмыстың мақсаты – кепстрдің және кепстрограмманың қасиеттерін зерттеу, оны мерзімді импульстік сигналдар мен сөйлеу сигналдарынан бағалау үшін қолдану.Кепстр – сигналдарды гомоморфты өңдеудің бір түрі, сигнал күшінің спектрінің логарифмінен Фурье кері түрлендіру функциясы. Кепстрді сигналдың спектрлік сипаттамаларын талдау үшін қолдануға болады, мысалы, оның биіктігі мен жиілігі формант. Ол көбінесе сөйлеуді өңдеуде қолданылады, мұнда дауыстық көздің сигналын (дауыстық қатпарлардың тербелістерімен байланысты) дауыстық тракт сүзгісінен (дауыстық тракт резонанстарымен байланысты) бөлу үшін қолдануға болады.Кепстра талдауы – сөйлеуді талдау, музыканы өңдеу және биомедициналық инженерия сияқты әртүрлі салаларда кеңінен қолданылатын сигналдарды өңдеу әдісі. Ол мерзімді импульстік сигналдар мен сөйлеу сигналдарының негізгі жиілігін бағалаудың қуатты құралын ұсынады.
Кепстра талдауы сигналды жиілік-уақыт аймағына түрлендіруді және гармоникалық компоненттерді периодтық сигналдардан бөлуді қамтиды. Бұл сөйлеуді тану, дыбыс деңгейін анықтау және музыканың транскрипциясы сияқты әртүрлі қолданбаларда пайдалы болатын негізгі сигнал жиілігін жақсырақ түсінуге мүмкіндік береді.Кепстрограмма – бұл кепстр талдауының визуалды көрінісі, ол сигналдың гармоникалық компоненттерін жиілік-уақыт аймағында визуализациялау әдісін ұсынады. Кепстрді қолдана отырып, периодты импульстік сигналдардың биіктігін бағалау оның биіктікке байланысты сипаттамаларын алу үшін сигналдың қуат спектрінің логарифмін талдауды қамтиды. Әдіс сигналдың жиілігі оның қуат спектрінің жиілігіне әсер ететіндігіне негізделген.Кепстрдің анықтамасы (автокорреляциялық функцияны анықтауға ұқсас):CCx(τ) =FT-1{ Log Pxx(f) }Rx(τ) =FT-1{ Pxx(f) }Pxx(f) сигнал қуатының спектрі x(t)Pxx(f) =|FT{x(t)}|²Дискретті нақты кепстрCCx(n) = DFT-1{ Log Pxx(f) }CCx(n, k) = DFT-1{ Log |X(f, k)|² }= DFT-1{ Log Pxx(f) }X(f) = DFT{x(n)}Кепстр коэффициенттері Кепстрдің коэффициенттерінің нөмірлері корреляциялық функция сияқты жиіліктерге сәйкес келеді:Fo(n) = Fs/n = 1/(nT)nT – Quefrency (уақыттың кешігуі)CC[0] – спектрдің логарифмінің орташа мәнін есептеу (ақ шу үшін энергия (қуат) логарифмі).CC[1] – спектрдің жалпы үлкен көлбеуі.CC[Fs/1500]…CC[Fs/500] – спектрдің формантты құрылымы.Терезенің ұзындығы кепстрде (және корреляциялық функцияда)көрсетілген периодтық сигналдың минималды жиілігін анықтайдыТерезенің ұзындығы кепстрде (және корреляциялық функцияда)көрсетілген периодтық сигналдың минималды жиілігін анықтайды.Fmin = Fs/N Nmin = Fs/Fо Fo_max = FsFo_min = Fs/N1 11sp_fm1.wav ерлер мен әйелдердің дауысты сөйлеу сигналдарының тональды құрылымдарын зерттеуPRAAT бағдарламасын ашып Open кнопкасын басып Read from file арқылы 11 sp_fm1.wav сигналының фонограммасын аламыз.Сурет 1.1 11 sp_fm1.wav
сигналының гармоникасы11 sp_fm1.wav сигналының спектрограммасын алдым және ер мен әйелдің негізгі тонын таптым.Спектрограмма – бұл уақыт өте келе өзгерген кезде сигналдың жиілік мазмұнының визуалды көрінісі. Бұл негізінен уақыт пен жиілікке байланысты сигналдың жиілік компоненттерінің қарқындылығын көрсететін үш өлшемді график.Спектрограмманың қараңғы аймақтары сәйкес жиілік диапазонындағы жоғары қарқындылықты немесе энергияны білдіреді.Сурет 1.2 Ерлер мен әйелдердің негізгі тонын аннотацияға бөлуНегізгі тон жиілігінің траекториясын сызып (Analyse periodicity = to pitch + pitch floor 80-400 Hz), шамамен ерлер мен әйелдердің негізгі тон жиілігін бағаладым (негізгі тон жиілік шкаласын құрдым).Сурет 1.3 Негізгі тон жиілігінің траекториясы (әйел)Сурет 1.4 Негізгі тон жиілігінің траекториясы (ер)Негізгі тон жиілігінің шкаласы-қабылданған дыбыс жиілігін сипаттау үшін қолданылатын өлшеу жүйесі. Дыбыс биіктігінің ең көп таралған өлшемі-герц (Hz), бұл секундына дыбыс толқынының циклдары немесе тербелістерінің саны.Дыбыс толқынының жиілігі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жоғары болады. Адамның негізгі тон жиілігінің есту диапазоны әдетте 20 Гц пен 20 000 Гц арасында есептеледі, яғни қарастырып отырған 11 sp_fm1.wav сигналында ер және әйел сөйлеген диапазон келесі мәндерге ие және адамның есту диапазонына сай.Негізгі тон жиілігі (әйелдер) – 200-400 Hz.Негізгі тон жиілігі (ерлер) – 100-200 Hz.Сурет 1.5 11 sp_fm1.wavнегізгі тон жиілігінің графигіНегізгі тон жиілігінің траекториясының графигі-уақыт өте келе дыбыстың негізгі жиілігінің визуалды көрінісі. Бұл белгілі бір уақыт аралығында дыбыс толқынының биіктігінің өзгеруін көрсететін график.Ерлер және әйелдер сигналының сөйлеу кезіндегі жиілік шкаласының мәндері келесідей болады.Сурет 1.6 Әйел адамның сөйлеген кезіндегі жиілік шкаласы (339.1 Hz – 178.81 Hz)
Сурет 1.7 Ер адамның сөйлеген кезіндегі жиілік шкаласы (193.5 Hz – 116.34 Hz)Сурет 1.8 11 sp_fm1.wavсигналдың негізгі жиілігінің орташа мәні2 komar.wav маса сигналының тональды құрылымды зерттеуНегізгі тон жиілігінің траекториясын сызу (Analyse periodicity = to pitch + pitch floor 80-400 Hz) және шығарылған дыбыстардың негізгі тон жиілігін бағалау (НТ жиілік шкаласын құру).Бағдарламада KOMAR.wav сигналын ашып, сигналдың осциллограммасын аламын.Сурет 2.1 komar.wav сигналының осциллограммасыKomar.wav сигналының негізгі тонының жиілік траекториясын алдым. Сурет 2.2 Komar.wav жиілік траекториясының графигі Сурет 2.3 Komar.wav сигналдың негізгі тон жиілік шкаласы (3.75 – 318.65 Hz)Сурет 2.4 Komar.wavсигналдың НТ орташа мәні3 shmel.wav араның тональды құрылымын зерттеу және негізгі тон жиілігін анықтауНегізгі тон жиіліктің траекториясын табу үшін (analyse periodicity → to pitch + pitch floor 80-400 Hz) сызып, дыбыстардың жиілігін (жиілік шкаласын құрастырдым) бағаладым. Сурет 3.1 Shmel.wav Сигналдың жиілік траекториясыСурет 3.2 Shmel.wav жиілік траекториясының графигі Сурет 3.3 Shmel.wav НТ орташа мәні4 11_xx_hz.wav периодты импульстік сигналды зерттеу11_xx_hz периодты импульстік сигналдың фонограммасын енгіздім. Орташа спектрді құрастырып, сигналдың негізгі тонының жиілігін анықтадым.Периодты импульстік сигнал – бұл белгілі бір уақыт аралығында қайталанатын импульстар сериясынан тұратын сигнал. Сигналдың бұл түрінің жиілік құрамы әдетте импульстар тізбегінің негізгі жиілігінің бүтін сандары болып табылатын гармоника қатарымен сипатталады.
Фонограммадағы периодты импульстік сигналдың орташа спектрін уақыт бойынша сигналдың жиілік құрамын талдау және әр импульстің спектрлерін орташалау арқылы анықтауға болады.Орташа спектр уақыт бойынша периодты импульстік сигналдың жиілік мазмұнын көрсетеді, импульстік тізбектің негізгі жиілік гармоникаларының сериясы спектрде басым сипаттама болып табылады.Сурет 4.1 11_xx_hz.wavсигналдың орташа спектріСурет 4.211_xx_hz.wav сигналдың негізгі тоныКепстрограмма құрдым (analyse periodicity → to power cepstrogram) сигналдың Quefrency анықтауға тырыстым. Ол арқылы сигналдың негізгі тонусының жиілігін анықтадым.Сурет 4.311_xx_hz.wav сигналдың кепстрограммасы.Сурет 4.4 11_xx_hz.wavжиілік траекториясының графигіСурет 4.5 Quefrency мәні (11_xx_hz)Quefrency мәні Кепстрдің айнымалысы және автокорреляция сияқты уақыт өлшеміне ие. Жиіліктер арасындағы интервалдар туралы ақпарат береді.Негізгі тон жиілігі:Fo(n) = Fs/n = 1/(nT)Fo(n) =1/0.0512=19,53 ГцnT – Quefrency мәні.ҚОРЫТЫНДЫБұл зертханалық жұмыста, мен алдымен 1-тапсырмада 11sp_fm1.wav сигналының ерлер мен әйелдердің дауысты дыбыстарының тональды құрылымын зерттедім. Ол үшін мен сигналдың спектрограммасын және 1-суреттегі ерлер мен әйелдердің негізгі тонының бөліктерін таптым. Содан кейін графикте ол негізгі жиіліктің траекториясын құрып, ерлер мен әйелдердің негізгі тондарының жиілігін шамамен 1.5-суреттерде негізгі тондардың жиілік шкаласын құру арқылы бағалады. Әйелдің негізгі тонының жиілігі 200-400 Hz болып шықты, ал ер адамнан – 100-200 Hz. жиілік траекториясының графигі шықты 1.6, 1.7-суреттерде. 11 sp fm1.wav сигналының негізгі тон жиілігінің орташа мәні 192,93 Hz-тең болды.
Кепстр, кепстрді қолдана отырып, мерзімді импульстік сигналдардың негізгі тонын бағалауТобы: РЭТ-31Орындаған: Сериков.БҚабылдаған: Асильбекова А.М.Астана, 2023 МАЗМҰНЫКІРІСПЕ....................................................................................................................31 11sp_fm1.wav Ерлер мен әйелдердің дауысты сөйлеу сигналдарының тональды құрылымдарын зерттеу..........................................................................52 komar.wav маса сигналының тональды құрылымды зерттеу…...……….......103 shmel.wavараның тональды құрылымын зерттеу және негізгі тон жиілігін анықтау...................................................................................................................124 11_xx_hz.wavпериодты импульстік сигналды зерттеу...................................14Қорытынды.......................................................................................................17КІРІСПЕЖұмыстың мақсаты – кепстрдің және кепстрограмманың қасиеттерін зерттеу, оны мерзімді импульстік сигналдар мен сөйлеу сигналдарынан бағалау үшін қолдану.Кепстр – сигналдарды гомоморфты өңдеудің бір түрі, сигнал күшінің спектрінің логарифмінен Фурье кері түрлендіру функциясы. Кепстрді сигналдың спектрлік сипаттамаларын талдау үшін қолдануға болады, мысалы, оның биіктігі мен жиілігі формант. Ол көбінесе сөйлеуді өңдеуде қолданылады, мұнда дауыстық көздің сигналын (дауыстық қатпарлардың тербелістерімен байланысты) дауыстық тракт сүзгісінен (дауыстық тракт резонанстарымен байланысты) бөлу үшін қолдануға болады.Кепстра талдауы – сөйлеуді талдау, музыканы өңдеу және биомедициналық инженерия сияқты әртүрлі салаларда кеңінен қолданылатын сигналдарды өңдеу әдісі. Ол мерзімді импульстік сигналдар мен сөйлеу сигналдарының негізгі жиілігін бағалаудың қуатты құралын ұсынады.
Кепстра талдауы сигналды жиілік-уақыт аймағына түрлендіруді және гармоникалық компоненттерді периодтық сигналдардан бөлуді қамтиды. Бұл сөйлеуді тану, дыбыс деңгейін анықтау және музыканың транскрипциясы сияқты әртүрлі қолданбаларда пайдалы болатын негізгі сигнал жиілігін жақсырақ түсінуге мүмкіндік береді.Кепстрограмма – бұл кепстр талдауының визуалды көрінісі, ол сигналдың гармоникалық компоненттерін жиілік-уақыт аймағында визуализациялау әдісін ұсынады. Кепстрді қолдана отырып, периодты импульстік сигналдардың биіктігін бағалау оның биіктікке байланысты сипаттамаларын алу үшін сигналдың қуат спектрінің логарифмін талдауды қамтиды. Әдіс сигналдың жиілігі оның қуат спектрінің жиілігіне әсер ететіндігіне негізделген.Кепстрдің анықтамасы (автокорреляциялық функцияны анықтауға ұқсас):CCx(τ) =FT-1{ Log Pxx(f) }Rx(τ) =FT-1{ Pxx(f) }Pxx(f) сигнал қуатының спектрі x(t)Pxx(f) =|FT{x(t)}|²Дискретті нақты кепстрCCx(n) = DFT-1{ Log Pxx(f) }CCx(n, k) = DFT-1{ Log |X(f, k)|² }= DFT-1{ Log Pxx(f) }X(f) = DFT{x(n)}Кепстр коэффициенттері Кепстрдің коэффициенттерінің нөмірлері корреляциялық функция сияқты жиіліктерге сәйкес келеді:Fo(n) = Fs/n = 1/(nT)nT – Quefrency (уақыттың кешігуі)CC[0] – спектрдің логарифмінің орташа мәнін есептеу (ақ шу үшін энергия (қуат) логарифмі).CC[1] – спектрдің жалпы үлкен көлбеуі.CC[Fs/1500]…CC[Fs/500] – спектрдің формантты құрылымы.Терезенің ұзындығы кепстрде (және корреляциялық функцияда)көрсетілген периодтық сигналдың минималды жиілігін анықтайдыТерезенің ұзындығы кепстрде (және корреляциялық функцияда)көрсетілген периодтық сигналдың минималды жиілігін анықтайды.Fmin = Fs/N Nmin = Fs/Fо Fo_max = FsFo_min = Fs/N1 11sp_fm1.wav ерлер мен әйелдердің дауысты сөйлеу сигналдарының тональды құрылымдарын зерттеуPRAAT бағдарламасын ашып Open кнопкасын басып Read from file арқылы 11 sp_fm1.wav сигналының фонограммасын аламыз.Сурет 1.1 11 sp_fm1.wav
сигналының гармоникасы11 sp_fm1.wav сигналының спектрограммасын алдым және ер мен әйелдің негізгі тонын таптым.Спектрограмма – бұл уақыт өте келе өзгерген кезде сигналдың жиілік мазмұнының визуалды көрінісі. Бұл негізінен уақыт пен жиілікке байланысты сигналдың жиілік компоненттерінің қарқындылығын көрсететін үш өлшемді график.Спектрограмманың қараңғы аймақтары сәйкес жиілік диапазонындағы жоғары қарқындылықты немесе энергияны білдіреді.Сурет 1.2 Ерлер мен әйелдердің негізгі тонын аннотацияға бөлуНегізгі тон жиілігінің траекториясын сызып (Analyse periodicity = to pitch + pitch floor 80-400 Hz), шамамен ерлер мен әйелдердің негізгі тон жиілігін бағаладым (негізгі тон жиілік шкаласын құрдым).Сурет 1.3 Негізгі тон жиілігінің траекториясы (әйел)Сурет 1.4 Негізгі тон жиілігінің траекториясы (ер)Негізгі тон жиілігінің шкаласы-қабылданған дыбыс жиілігін сипаттау үшін қолданылатын өлшеу жүйесі. Дыбыс биіктігінің ең көп таралған өлшемі-герц (Hz), бұл секундына дыбыс толқынының циклдары немесе тербелістерінің саны.Дыбыс толқынының жиілігі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жоғары болады. Адамның негізгі тон жиілігінің есту диапазоны әдетте 20 Гц пен 20 000 Гц арасында есептеледі, яғни қарастырып отырған 11 sp_fm1.wav сигналында ер және әйел сөйлеген диапазон келесі мәндерге ие және адамның есту диапазонына сай.Негізгі тон жиілігі (әйелдер) – 200-400 Hz.Негізгі тон жиілігі (ерлер) – 100-200 Hz.Сурет 1.5 11 sp_fm1.wavнегізгі тон жиілігінің графигіНегізгі тон жиілігінің траекториясының графигі-уақыт өте келе дыбыстың негізгі жиілігінің визуалды көрінісі. Бұл белгілі бір уақыт аралығында дыбыс толқынының биіктігінің өзгеруін көрсететін график.Ерлер және әйелдер сигналының сөйлеу кезіндегі жиілік шкаласының мәндері келесідей болады.Сурет 1.6 Әйел адамның сөйлеген кезіндегі жиілік шкаласы (339.1 Hz – 178.81 Hz)
Сурет 1.7 Ер адамның сөйлеген кезіндегі жиілік шкаласы (193.5 Hz – 116.34 Hz)Сурет 1.8 11 sp_fm1.wavсигналдың негізгі жиілігінің орташа мәні2 komar.wav маса сигналының тональды құрылымды зерттеуНегізгі тон жиілігінің траекториясын сызу (Analyse periodicity = to pitch + pitch floor 80-400 Hz) және шығарылған дыбыстардың негізгі тон жиілігін бағалау (НТ жиілік шкаласын құру).Бағдарламада KOMAR.wav сигналын ашып, сигналдың осциллограммасын аламын.Сурет 2.1 komar.wav сигналының осциллограммасыKomar.wav сигналының негізгі тонының жиілік траекториясын алдым. Сурет 2.2 Komar.wav жиілік траекториясының графигі Сурет 2.3 Komar.wav сигналдың негізгі тон жиілік шкаласы (3.75 – 318.65 Hz)Сурет 2.4 Komar.wavсигналдың НТ орташа мәні3 shmel.wav араның тональды құрылымын зерттеу және негізгі тон жиілігін анықтауНегізгі тон жиіліктің траекториясын табу үшін (analyse periodicity → to pitch + pitch floor 80-400 Hz) сызып, дыбыстардың жиілігін (жиілік шкаласын құрастырдым) бағаладым. Сурет 3.1 Shmel.wav Сигналдың жиілік траекториясыСурет 3.2 Shmel.wav жиілік траекториясының графигі Сурет 3.3 Shmel.wav НТ орташа мәні4 11_xx_hz.wav периодты импульстік сигналды зерттеу11_xx_hz периодты импульстік сигналдың фонограммасын енгіздім. Орташа спектрді құрастырып, сигналдың негізгі тонының жиілігін анықтадым.Периодты импульстік сигнал – бұл белгілі бір уақыт аралығында қайталанатын импульстар сериясынан тұратын сигнал. Сигналдың бұл түрінің жиілік құрамы әдетте импульстар тізбегінің негізгі жиілігінің бүтін сандары болып табылатын гармоника қатарымен сипатталады.
Фонограммадағы периодты импульстік сигналдың орташа спектрін уақыт бойынша сигналдың жиілік құрамын талдау және әр импульстің спектрлерін орташалау арқылы анықтауға болады.Орташа спектр уақыт бойынша периодты импульстік сигналдың жиілік мазмұнын көрсетеді, импульстік тізбектің негізгі жиілік гармоникаларының сериясы спектрде басым сипаттама болып табылады.Сурет 4.1 11_xx_hz.wavсигналдың орташа спектріСурет 4.211_xx_hz.wav сигналдың негізгі тоныКепстрограмма құрдым (analyse periodicity → to power cepstrogram) сигналдың Quefrency анықтауға тырыстым. Ол арқылы сигналдың негізгі тонусының жиілігін анықтадым.Сурет 4.311_xx_hz.wav сигналдың кепстрограммасы.Сурет 4.4 11_xx_hz.wavжиілік траекториясының графигіСурет 4.5 Quefrency мәні (11_xx_hz)Quefrency мәні Кепстрдің айнымалысы және автокорреляция сияқты уақыт өлшеміне ие. Жиіліктер арасындағы интервалдар туралы ақпарат береді.Негізгі тон жиілігі:Fo(n) = Fs/n = 1/(nT)Fo(n) =1/0.0512=19,53 ГцnT – Quefrency мәні.ҚОРЫТЫНДЫБұл зертханалық жұмыста, мен алдымен 1-тапсырмада 11sp_fm1.wav сигналының ерлер мен әйелдердің дауысты дыбыстарының тональды құрылымын зерттедім. Ол үшін мен сигналдың спектрограммасын және 1-суреттегі ерлер мен әйелдердің негізгі тонының бөліктерін таптым. Содан кейін графикте ол негізгі жиіліктің траекториясын құрып, ерлер мен әйелдердің негізгі тондарының жиілігін шамамен 1.5-суреттерде негізгі тондардың жиілік шкаласын құру арқылы бағалады. Әйелдің негізгі тонының жиілігі 200-400 Hz болып шықты, ал ер адамнан – 100-200 Hz. жиілік траекториясының графигі шықты 1.6, 1.7-суреттерде. 11 sp fm1.wav сигналының негізгі тон жиілігінің орташа мәні 192,93 Hz-тең болды.