|
Vyučující
|
-
Ptáček Ladislav, Ing. Ph.D.
|
|
Obsah předmětu
|
Anotace: Cílem předmětu je seznámit posluchače s metodami parametrizace akustických signálů. Během ní dochází k transformaci původního signálu na vektory příznaků tvořených vybranými parametry. Účelem parametrizace je omezení výpočtů na relevantní informace. Dalším přínosem je snížení dimenze pro výpočty vyčleněním redundantních informací a změnou časového toku. Studenti se seznámí se základními parametry, užívanými zejména při zpracování lidské řeči a bioakustických signálů. Budou vysvětleny způsoby výpočtů v časovém a frekvenčním prostoru s možnostmi reverze zpět do signálového prostoru. Závěrečná část kurzu představí techniky plovoucího okna a vytváření kompletního vektoru příznaků s možnostmi dalšího zpracování. Praktická část kurzu bude probíhat v prostředí Matlab. 1. Vlastnosti a reprezentace akustických signálů. 2. Digitalizace a rekonstrukce akustického signálu, kódování, modulace. 3. Základní operace se signály, krátkodobá Fourierova transformace, krátkodobá DFT. 4. Zpracování v časové oblasti. Charakteristiky, energie, autokorelační funkce, průchody nulou. 5. Zpracování ve frekvenční oblasti. Charakteristiky, spektrogram. 6. Parametrizace řečových signálů. Preemfáze, FT, DFT, pásmová filtrace. 7. Kepstrální analýza mluvené řeči, LPC koeficienty, Melovské kepstrální koeficienty. 8. Dynamické koeficienty, energie, střední hodnota, vytváření pásem. 9. Parametrizace bioakustických signálů. Shannonova entropie, ADI, AEI, peaks, normalizace. 10. Metoda plovoucího okna, nastavení parametrů okénkování, filtry. 11. Vektor příznaků, statistické metody rozpoznání řeči, metoda GMM-UBM pro rozpoznávání mluvčího. 12. Delta a Delta-delta koeficienty, hustota výkonového spektra, komparace grafické reprezentace. Výsledky učení: Student získá znalosti o metodách parametrizace akustických signálů v časové i frekvenční oblasti a porozumí principům extrakce příznaků, včetně kepstrální analýzy, LPC a melovských kepstrálních koeficientů. Osvojí si schopnost prakticky aplikovat tyto metody při analýze řečových i bioakustických signálů v prostředí Matlab a interpretovat výsledky pro účely rozpoznávání a klasifikace.
|
|
Studijní aktivity a metody výuky
|
|
nespecifikováno
|
|
Výstupy z učení
|
Cílem předmětu je poskytnout studentům znalosti a praktické dovednosti v oblasti parametrizace akustických signálů a extrakce příznaků. Předmět rozvíjí schopnost převést akustický signál do vhodné parametrické reprezentace umožňující jeho efektivní analýzu, statistické zpracování, rozpoznávání a klasifikaci. Studenti se seznámí s metodami analýzy v časové a frekvenční oblasti a s postupy používanými při zpracování řečových a bioakustických signálů. Důraz je kladen na pochopení významu jednotlivých parametrů, volbu vhodného způsobu parametrizace s ohledem na charakter analyzovaných dat a praktickou aplikaci metod v prostředí MATLAB. Předmět slouží jako metodický základ pro další práci s akustickými daty v rámci výzkumné činnosti studentů.
|
|
Předpoklady
|
Předpokládají se základní znalosti matematiky a statistiky v rozsahu vysokoškolského studia a základní orientace v práci s digitálními daty (Mgr., Ing.). Výhodou jsou základní znalosti zpracování signálů, akustiky nebo programování, nejsou však nezbytnou podmínkou absolvování předmětu. U studentů se předpokládá schopnost samostatné práce s odbornou literaturou v českém a anglickém jazyce. Předchozí zkušenost s prostředím MATLAB je výhodou.
|
|
Hodnoticí metody a kritéria
|
nespecifikováno
Pro úspěšné absolvování předmětu je požadována aktivní účast na cvičeních, vypracování zadaných praktických úloh a samostatné zpracování závěrečné úlohy zaměřené na parametrizaci a analýzu vybraného akustického signálu. Student musí prokázat schopnost zvolit vhodné metody zpracování a extrakce příznaků, aplikovat je na reálná data a interpretovat získané výsledky. Součástí hodnocení je prezentace a diskuse výsledků závěrečné úlohy.
|
|
Doporučená literatura
|
-
] LI, F. F.; COX, T. J. Digital Signal Processing in Audio and Acoustical Engineering. 1st ed. Boca Raton: CRC Press, 2019. ISBN 978-1-0326-5223-8..
-
] SKARNITZL, R.; ŠTURM, P.; VOLÍN, J. Zvuková báze řečové komunikace: Fonetický a fonologický popis řeči. Praha: Karolinum, 2016. ISBN 978-80-246-3300-8. ] HILL, P. Audio and Speech Processing with MATLAB. 1st ed. Boca Raton: CRC Press, 2019. ISBN 978-1-4987-6274-8..
-
UHLÍŘ, J.; SOVKA, P.; POLLÁK, P.; HANŽL, V.; ČMEJLA, R. Technologie hlasových komunikací. Praha: Nakladatelství ČVUT, 2007..
-
VESELÝ, V.; RAJMIC, P.; MOKRÝ, O. Moderní funkcionální analýza s aplikacemi ve zpracování signálů. Brno: VUTIUM, 2024. ISBN 978-80-214-6138-3..
|