Ứng dụng deep learning trong xử lí âm thanh lọc nhiễu

Ứng dụng deep learning trong xử lí âm thanh lọc nhiễu ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ ĐÀO ÁNH DƯƠNG ỨNG DỤNG DEEP LEARNING TRONG XỬ LÍ ÂM THANH LỌC NHIỄU KHÓA LUẬN[.]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ ĐÀO ÁNH DƯƠNG ỨNG DỤNG DEEP LEARNING TRONG XỬ LÍ ÂM THANH LỌC NHIỄU KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC (CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO CHUẨN ) HÀ NỘI - 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ ĐÀO ÁNH DƯƠNG ỨNG DỤNG DEEP LEARNING TRONG XỬ LÍ ÂM THANH LỌC NHIỄU KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC (CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO CHUẨN ) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS PHẠM TIẾN LÂM HÀ NỘI - 2023 “Cái hiểu biết tỷ lệ nghịch với Hiểu biết nhiều bé Hiểu biết ít, tơi to ” Albert Einstein i Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy đến từ trường Đại học Phenikaa: Thầy Phạm Tiến Lâm, Thầy Đặng Văn Báu, Thầy Nguyễn Quyền.Trong trình tìm hiểu nghiên cứu, em nhận quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tận tình, tâm huyết Thầy Các thầy giúp em có thêm nhiều kiến thức để vận dụng thực tế vào công việc sống Thực tế cho thấy, thành công gắn liền với giúp đỡ, hỗ trợ từ người xung quanh giúp đỡ hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp Từ kiến thức mà thầy truyền tải, em trả lời vấn đề sống thông qua Bài tiểu luận này, em xin trình bày lại dạy.Ban đầu em cịn bỡ ngỡ vốn kiến thức hạn hẹp Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để em nâng cao kiến thức thân để tiểu luận hồn thiện Em xin gửi lời chúc sức khỏe, nhiều thành công đến thầy Thầy Phạm Tiến Lâm, Thầy Đặng Văn Báu, Thầy Nguyễn Quyền quý thầy cô trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQG HN Em xin chân thành cảm ơn! Mục lục Lời cảm ơn ii Danh sách hình vẽ v Danh sách bảng vi Danh sách tên viết tắt vii Các số vật lý viii Danh sách ký hiệu ix MỞ ĐẦU 0.1 Lý chọn đề tài 0.2 Mục đích nghiên cứu 0.3 Đối tượng,phạm vi nghiên cứu 0.3.1 Đối tượng nghiên cứu 0.3.2 Phạm vi nghiên cứu 0.4 Phương pháp nghiên cứu 0.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 0.6 Bố cục luận văn 1 2 2 2 4 4 5 6 6 7 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Tổng quan âm 1.1.1 Khái niệm âm 1.1.2 Đặc trưng âm Đặc trưng vật lý Đặc trưng sinh lý 1.1.3 Môi trường truyền âm 1.1.4 Sự phản xạ âm 1.2 Tổng quan sóng âm 1.2.1 Sóng âm gì? 1.2.2 Các loại sóng âm Sóng Sóng dọc Sóng ngang 1.2.3 Đặc điểm sóng âm iii 1.3 1.2.4 Đồ thị sóng âm Tín hiệu âm tần 1.3.1 Khái niệm tín hiệu âm tần 1.3.2 Luồng tín hiệu MỞ ĐẦU 9 11 Tài liệu tham khảo 12 A Các câu hỏi thường gặp A.1 Làm để thay đổi màu đường dẫn liên kết? A.2 Làm để biểu diễn bảng số liệu dài (hơn trang), bảng to? A.3 Làm để tìm đoạn code định dạng bibtex cho tài liệu trích dẫn cách hiệu quả? 13 13 B Liệt kê source code B.1 Ví dụ liệt kê code ngôn ngữ C/C++ B.2 Ví dụ liệt kê thơng tin terminal (console/command prompt) từ file text B.3 Ví dụ liệt kê code ngôn ngữ Python B.4 Ví dụ liệt kê code ngôn ngữ Matlab B.5 Ví dụ liệt kê file text thông thường (plain text) 16 16 17 17 18 19 13 15 iv Danh sách hình vẽ 1.1 1.2 1.3 1.4 Sóng dọc Sóng ngang Sơ đồ sóng âm Đồ thị sóng âm 7 v Danh sách bảng A.1 Ảnh hưởng phương pháp điều trị X Y bốn nhóm nghiên cứu 14 vi Danh sách tên viết tắt TVT Tên Viết Tắt ĐTĐ Đặt (nó) Tại Đây vii Các số vật lý Vận tốc ánh sáng c0 = 2.997 924 58 × 108 m s−1 (chính xác) viii -Đồ thị dao động âm tập hợp đồ thị dao động tất họa âm nhạc âm Đặc trưng sinh lý Cảm giác mà âm gây cho quan thính giác khơng phụ thuộc vào đặc trưng vật lý âm mà cịn phụ thuộc vào sinh lý tai Tai người phân biệt âm khác đặc trưng sinh lý âm Các đặc trưng sinh lý bao gồm: độ cao, độ to âm sắc Mỗi đặc trưng sinh lý phụ thuộc vào đặc trưng vật lý định 1.1.3 Môi trường truyền âm Môi trường chất rắn, chất lỏng chất khí truyền âm Khi nguồn âm dao động, hạt cấu tạo nên chất dao động khiến âm truyền Âm khơng thể truyền chân khơng chân khơng có hạt khơng cấu tạo liên kết với Vận tốc âm truyền qua chất lỏng ln lớn chất khí nhỏ chất rắn 1.1.4 Sự phản xạ âm Khi gặp mặt chắn, âm bị phản xạ nhiều Âm phản xạ sau âm trực tiếp khoảng 1/15 giây gọi tiếng vang Những vật cứng, có bề mặt nhẵn phản xạ âm tốt Những vật mềm, xốp, bề mặt gồ ghề phản xạ âm 1.2 1.2.1 Tổng quan sóng âm Sóng âm gì? Sóng âm tạo chuyển động lượng qua mơi trường (như khơng khí, nước chất lỏng chất rắn khác) truyền khỏi nguồn âm Sóng âm tạo rung động phân tử tạo sóng áp suất, ví dụ, điện thoại rung chng Làn sóng áp lực làm xáo trộn hạt môi trường xung quanh hạt làm xáo trộn hạt khác bên cạnh chúng, v.v Mơ hình xáo trộn tạo chuyển động bên ngồi mơ hình sóng, nước biển đại dương Sóng mang lượng âm qua môi trường, thường theo hướng mạnh di chuyển xa từ nguồn 1.2.2 Các loại sóng âm Sóng Một sóng học sóng phụ thuộc vào dao động phân tử, có nghĩa truyền lượng qua mơi trường để lan truyền Những sóng yêu cầu đầu vào lượng ban đầu sau truyền qua mơi trường lượng ban đầu truyền cách hiệu Ví dụ sóng học tự nhiên bao gồm sóng nước, sóng âm, sóng địa chấn sóng nước bên trong, xảy khác biệt mật độ vùng nước Có ba loại sóng học: sóng ngang, sóng dọc sóng bề mặt Tại âm sóng học? Sóng âm di chuyển khơng khí cách dịch chuyển hạt khơng khí phản ứng dây chuyền Khi hạt bị dịch chuyển khỏi vị trí cân nó, đẩy kéo vào phân tử lân cận, khiến chúng bị dịch chuyển khỏi trạng thái cân chúng Khi hạt tiếp tục dịch chuyển lẫn rung động học, xáo trộn vận chuyển suốt môi trường Năng lượng âm thanh, lượng liên quan đến rung động tạo nguồn rung, đòi hỏi phương tiện để di chuyển, làm cho lượng âm trở thành sóng học Sóng dọc Sóng dọc sóng chuyển động phân tử môi trường song song với hướng vận chuyển lượng Sóng âm khơng khí chất lỏng sóng dọc, hạt vận chuyển âm rung song song với hướng di chuyển sóng âm Nếu bạn đẩy slinky qua lại, cuộn dây di chuyển theo kiểu song song (qua lại) Tương tự vậy, âm thoa đánh, hướng sóng âm song song với chuyển động phần tử khơng khí HÌNH 1.1: Sóng dọc Sóng ngang Sóng ngang dao động vng góc với phương truyền sóng Sóng âm khơng phải sóng ngang dao động chúng song song với phương truyền lượng; Tuy nhiên, sóng âm trở thành sóng ngang trường hợp cụ thể Sóng ngang, sóng cắt, truyền với tốc độ chậm so với sóng dọc sóng âm ngang tạo chất rắn Sóng đại dương ví dụ phổ biến sóng ngang tự nhiên HÌNH 1.2: Sóng ngang 1.2.3 Đặc điểm sóng âm Có năm đặc điểm sóng âm: bước sóng, biên độ, tần số, khoảng thời gian vận tốc Bước sóng sóng âm cho thấy khoảng cách sóng truyền trước lặp lại.Bản thân bước sóng sóng dọc cho thấy nén nở sóng âm Biên độ sóng xác định độ dịch chuyển tối đa phần tử bị xáo trộn sóng âm truyền qua mơi trường Một biên độ lớn cho thấy sóng âm lớn Tần số sóng âm cho biết số lượng sóng âm tạo giây Âm tần số thấp tạo sóng âm so với âm tần số cao Khoảng thời gian sóng âm lượng thời gian cần thiết để tạo chu kỳ sóng hồn chỉnh Mỗi độ rung từ nguồn âm tạo âm sóng Mỗi chu kỳ sóng hồn chỉnh đỉnh kết thúc bắt đầu đỉnh Cuối cùng, vận tốc sóng âm cho biết sóng di chuyển nhanh biểu thị dạng mét giây HÌNH 1.3: Sơ đồ sóng âm 1.2.4 Đồ thị sóng âm Sóng âm mơ tả cách vẽ đồ thị mật độ Các đồ thị thời gian dịch chuyển biểu thị khoảng cách phân tử từ vị trí ban đầu chúng cho biết chúng di chuyển theo hướng Các phân tử hiển thị trục tung đồ thị dịch chuyển phân tử khơng di chuyển từ vị trí chúng Những phân tử dường bất động chịu nhiều lực nén nở phân tử khác Vì áp suất mật độ có liên quan với nhau, nên đồ thị áp suất so với thời gian hiển thị thông tin giống mật độ so với đồ thị thời gian Các đồ thị cho biết nơi phân tử nén nơi chúng giãn nở Không giống đồ thị dịch chuyển, phân tử dọc theo trục tung đồ thị mật độ không bị ép tách Thay vào đó, chúng phân tử di chuyển qua lại nhiều HÌNH 1.4: Đồ thị sóng âm 1.3 1.3.1 Tín hiệu âm tần Khái niệm tín hiệu âm tần -Tín hiệu âm tần biểu diễn âm thanh, thường sử dụng mức điện áp điện thay đổi cho tín hiệu tương tự loạt số nhị phân cho tín hiệu kỹ thuật số Tín hiệu âm tần có tần số dải tần số âm khoảng 20 đến 20.000 Hz, tương ứng với giới hạn thính giác người Tín hiệu âm tần tổng hợp trực tiếp, bắt nguồn chuyển đổi micrô, xe bán tải nhạc cụ, hộp mực đầu băng Loa tai nghe chuyển đổi tín hiệu âm điện trở lại thành âm -Tín hiệu âm tần mã hóa tất thông tin cần để tái tạo âm 1.3.2 Luồng tín hiệu Luồng tín hiệu đường dẫn mà tín hiệu âm lấy từ nguồn đến loa thiết bị ghi âm Luồng tín hiệu ngắn đơn giản hệ thống âm gia đình ... thuật Deep learning, đưa sở lý thuyết kĩ thuật Deep learning - Xây dựng chương trình thực nghiệm đánh giá hệ thống xử lí âm lọc nhiễu sử dụng Deep learning - Ứng dụng hệ thống xử lí âm lọc nhiễu. .. sống Từ ứng dụng thực tế, lợi ích mà Deep learning đem lại kiến thức chuyên môn, sở để thực đề tài: "Ứng dụng Deep learning xử lí âm lọc nhiễu" nhằm nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật Deep learning. .. 0.2 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu kĩ thuật Deep learning - Ứng dụng Deep learning xử lí âm lọc nhiễu - Nghiên cứu Asteroid: công cụ tách nguồn âm dựa Pytorch 0.3 0.3.1 Đối tượng,phạm vi nghiên