Đặc trưng của âm thanh trong cơ sở dữ liệu âm thanh số

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Dƣơng Đình Sĩ ĐẶC TRƢNG CỦA ÂM THANH TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU ÂM THANH SỐ Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐỖ TRUNG TUẤN Thái Nguyên, năm 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i LỜI CẢM ƠN Trước hết xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc kính trọng đến thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông, Đại học Thái Nguyên, đặc biệt thầy cô giáo giảng dạy giúp đỡ suốt trình học tập nâng cao sau đại học Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học mình, xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, cô giáo nhiệt tình hướng dẫn để hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp Thanh Hóa, động viên, giúp đỡ trình học tập công tác, để học tập hoàn thành luận văn Xin gửi đến người thân, gia đình tôi, người tạo điều kiện động viên, trợ giúp tinh thần, thông cảm giúp đỡ nhiều thời gian học tập Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học thầy giáo hướng dẫn Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực Những kết luận luận văn chưa công bố công trình khác Thái Nguyên, ngày 20 tháng 09 năm 2011 Học viên Dương Đình Sĩ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG ix Danh mục hình ix Danh mục bảng x MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ÂM THANH 1.1 Các liệu đa phương tiện 1.1.1 Khái niệm liệu đa phương tiện 1.1.2 Phân loại liệu đa phương tiện 1.1.3 Các đặc tính liệu đa phương tiện 1.2 Tổng quan sở liệu đa phương tiện 1.2.1 Khái niệm sở liệu đa phương tiện 1.2.2 Nhu cầu sở liệu đa phương tiện 1.2.3 Phân loại sở liệu đa phương tiện 1.2.4 Đặc trưng sở liệu đa phương tiện 1.3 Cơ sở liệu âm 1.3.1 Về âm 1.3.2 Về sở liệu âm 1.4 Một số phần mềm cho phép xử lí âm 10 1.5 Nhu cầu âm nhạc cụ 10 1.6 Kết luận 12 Chƣơng CÁC ĐẶC TRƢNG ÂM THANH 13 2.1 Số hóa liệu âm 13 2.1.1 Đặc tính âm tương tự 13 2.1.2 Khái niệm tín hiệu 14 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 2.1.3 Phân loại tín hiệu 14 2.1.4 Mô hình hóa tín hiệu âm 17 2.1.5 Kiến trúc xử lí tín hiệu âm 18 2.1.6 Tần số lấy mẫu 20 2.1.7 Một số khái niệm toán học xử lí âm 21 2.1.7.1 Phép biến đổi z 21 2.1.7.2 Phép biến đổi Fourier 22 2.1.7.3 Phép biến đổi Fourier rời rạc 22 2.1.8 Số hóa liệu âm 24 2.1.8.1 Các mô hình lấy mẫu mã hóa âm 24 2.1.8.2 Kiến trúc hệ thống mã hóa âm 29 2.2 Đặc trưng liệu âm 30 2.2.1 Dữ liệu âm 30 2.2.2 Các đặc trưng âm 32 2.2.2.1 Bản chất vật lí âm 32 2.2.2.2 Sóng âm 32 2.2.2.3 Pha 32 2.2.2.4 Phổ âm 32 2.2.2.5 Năng lượng âm 33 2.2.2.6 Nhịp phách 33 2.2.2.7 Cộng hưởng 33 2.2.2.8 Formant 33 2.3 Âm thanh, âm nhạc tiếng nói 34 2.3.1 Tương quan âm thanh, âm nhạc tiếng nói 34 2.3.2 Ảnh hưởng biên độ tần số 35 2.3.3 Âm sắc nhạc cụ, bồi âm 36 2.4 Nhạc cụ 38 2.4.1 Họ thân tự vang 39 2.4.2 Họ màng rung 39 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v 2.4.3 Họ 40 2.4.4 Họ dây 41 2.5 Kết luận 42 Chƣơng CƠ SỞ DỮ LIỆU ÂM THANH 44 3.1 Phân tích, thiết kế sở liệu đa phương tiện 44 3.1.1 Cấu trúc sở liệu đa phương tiện 44 3.1.1.1 Phân tích liệu 44 3.1.1.2 Mô hình hóa liệu 44 3.1.1.3 Lưu trữ liệu 45 3.1.1.4 Xác định liệu trả 45 3.1.1.5 Truy cập liệu 46 3.1.1.6 Phương tiện truyền thông 46 3.1.2 Các bước để tạo sở liệu đa phương tiện 46 3.2 Xử lí âm Cool Edit 47 3.3 Tổ chức sở liệu âm nhạc cụ 48 3.3.1 Tổ chức sở liệu đa phương tiện 48 3.3.1.1 Thiết kế kiến trúc sở liệu đa phương tiện 48 3.3.1.2 Tổ chức sở liệu dựa nguyên tắc thống 51 3.3.1.3 Mô tả trừu tượng đối tượng đa phương tiện 52 3.3.1.4 Ngôn ngữ hỏi liệu đa phương tiện 52 3.3.1.5 Kỹ thuật tìm kiếm 53 3.3.2 Tổ chức sở liệu âm nhạc cụ 54 3.3.2.1 Siêu liệu thể nội dung 54 3.3.2.2 Nội dung âm dựa tín hiệu 55 3.4 Cài đặt sở liệu âm nhạc cụ dân tộc Việt Nam 56 3.4.1 Mô tả toán 56 3.4.2 Phân tích, thiết kế sở liệu âm nhạc cụ dân tộc 57 3.4.2.1 Bảng liệu âm thanh, âm nhạc cụ dân tộc 57 3.4.2.2 Bảng liệu tác giả, người sáng tác nhạc 58 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi 3.4.2.3 Bảng liệu nghệ sỹ, người trình bày nhạc 59 3.4.2.4 Lược đồ quan hệ sở liệu âm 59 3.4.4 Cài đặt chương trình hỗ trợ việc xây dựng, khai thác sở liệu âm nhạc cụ dân tộc Việt Nam 60 3.4.4.1 Chức cập nhật thông tin nhạc sỹ, người sáng tác nhạc 61 3.4.4.2 Chức cập nhật thông tin nghệ sỹ, người biểu diễn nhạc 61 3.4.4.3 Chức cập nhật thông tin nhạc 62 3.4.4.4 Chức tìm kiếm trích xuất nhạc 63 3.4.4.5 Chương trình nghe nhạc 64 3.5 Kết luận 64 KẾT LUẬN 66 Các kết đạt 66 Hướng tìm hiểu, nghiên cứu ứng dụng 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 Tài liệu tiếng Việt 68 Tài liệu tiếng Anh 68 Một số Website 69 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Từ gốc Nghĩa A/D D/A (A, Analog, D, Digital) hiệu Analog-Tín tương tự, Digital, Tín hiệu số Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự ADC, Analog-to-Digital Converter sang tín hiệu số ADC, analog-to-digital converter Biến đổi tương tự , số Aliasing Chồng phổ AR, Autoregressive Hồi qui ARMA, auto regressive moving-average Hồi qui trung bình CCITT, Consultative Committee For Ủy ban điện thoại điện tín Internationaltelephony And Telegraph viễn thông DAC, Digital-to-Analog Converter Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự DBMS, Database Manager System Hệ quản trị sở liệu DFT, Discrete Fourier Transform Phép biển đổi Fourier rời rạc EMD Sound Cơ sở liệu âm nhúng EMD, Embedded Multimedia Databases CSDL đa phương tiện nhúng LMD Sound Cơ sở liệu âm liên kết LMD, Linked Multimedia Databases Cơ sở liệu đa phương tiện liên kết MDB, Multimedia Database Cở sở liệu đa phương tiện ODA, Office Document Architecture Dạng chuẩn văn PCM, Pulse Code Modulation Điều chế xung PDF, Portable Document Format Định dạng văn Adobe RDBMS, Relational Database Management Hệ quản trị sở liệu quan hệ System ROC, region of convergence Miền hội tụ SGML, Standard General Markup Language Định dạng văn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn viii SQNR, Signal to Quantizing Noise Ratio Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tỉ lệ tín hiệu so với ồn lượng tử http://www.lrc-tnu.edu.vn ix DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Danh mục hình Hình 1.1 Dữ liệu Đa phương tiện Hình 1.2 Sử dụng nhạc cụ 11 Hình 2.1 Dạng sóng tín hiệu âm ghi nhận 13 Hình 2.2 Tín hiệu liên tục theo thời gian 14 Hình 2.3 Tín hiệu rời rạc theo thời gian 15 Hình 2.4 Tín hiệu liên tục giá trị 15 Hình 2.5 Tín hiệu rời rạc giá trị 16 Hình 2.6 Tín hiệu tương tự 16 Hình 2.7 Tín hiệu số 16 Hình 2.8 Dạng sóng âm nguyên thủy 18 Hình 2.9 Dạng sóng tín hiệu điện 18 Hình 2.10 Ngõ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số 19 Hình 2.11 Thực việc lấy mẫu 19 Hình 2.12 Kết việc lấy mẫu giá trị 19 Hình 2.13 Dạng sóng tái tạo lại 20 Hình 2.14 Vòng tròn đơn vị thuộc mặt phẳng z 22 Hình 2.15 Cấu hình hệ thống xử lí tín hiệu tương tự phương pháp số 24 Hình 2.16 Hàm lượng tử với bước lượng tử q=1 26 Hình 2.17 Lỗi lượng tử 27 Hình 2.18 Mô tả luật mã hóa 13 với biên độ dương 29 Hình 2.19 Kiến trúc hệ thống mã hóa âm 30 Hình 2.20 Mô tả sóng âm 31 Hình 2.21 Formant phân biệt ah, uh 34 Hình 2.22 Sự tương quan âm thanh, âm nhạc tiếng nói 34 Hình 2.23 Sóng âm tính nhạc cánh cửa sập lại 34 Hình 2.24 Sóng âm dây đàn Guitar có tính nhạc 35 Hình 2.25 Sóng âm có tính nhạc (a) tính nhạc (b) 35 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... 2.1.8 Số hóa liệu âm 24 2.1.8.1 Các mô hình lấy mẫu mã hóa âm 24 2.1.8.2 Kiến trúc hệ thống mã hóa âm 29 2.2 Đặc trưng liệu âm 30 2.2.1 Dữ liệu âm 30 2.2.2 Các đặc. .. Tổng quan sở liệu đa phương tiện 1.2.1 Khái niệm sở liệu đa phương tiện 1.2.2 Nhu cầu sở liệu đa phương tiện 1.2.3 Phân loại sở liệu đa phương tiện 1.2.4 Đặc trưng sở liệu đa... liệu đa phương tiện 1.3 Cơ sở liệu âm 1.3.1 Về âm 1.3.2 Về sở liệu âm 1.4 Một số phần mềm cho phép xử lí âm 10 1.5 Nhu cầu âm nhạc cụ 10 1.6 Kết