Обработка дискретных сигналов

Для обработки таких файлов удобно пользоваться структурами вида (синтаксис языка С++):

Struct RIFF {
              char ID[4]; /              "RIFF"
              long Len; // длина файла без этого заголовка
              }

Дальше обычно заголовок собственно WAVа:
struct WAVE {
              char ID[4]; // "WAVE" - заголовок WAV
              char Fmt[4]; // "fmt " - thunk формата
              long Len; // длинна етого thunka
              int Format; // собственно формат
              int Channels; // число каналов (1/2)
              long SamplesPerSecond; // отсчетов/сек
              long AvgBytesPerSecond; // байтов/сек
              int BlockAlign; // выравнивание блоков
              int BitsPerSample; // битов на отсчет
}

struct DATA {
              char ID[4]; // "data"
              long Len; // длина этого thunkа (должен быть выровнен на границу слова)

}

8. Инструкция пользователя             

Программа реализована на языке Microsoft Visual C++  с использованием GUI. Интерфейс программы понятен. Он содержит несколько вкладок, каждая из которых выполняет свою функцию.

              1. Во вкладке «Открыть файл» выполняется поиск звукового файла, соответствующего варианту, его считывание. После открытия файла становятся доступными пункты меню «Обработка», «Графики».

              2. Пункт меню  «Обработка» отвечает за все операции над звуковым файлом, а именно: квантование, разложение на составляющие (получение спектра), фильтрация и восстановление.

              3. Пункт меню «Графики» отвечает за графическое отображение каждого шага пользователя по обработке сигнала, т.е. после каждого действия становится доступным тот или иной график.

              При написании программы был предусмотрен режим последовательного выполнения действий пользователя. Реализовано это за счет «недоступности» определенного действия, пока не будет выполнено предыдущее.

Разработанная программа легка  и понятна в эксплуатации и выполняет все заданные согласно варианта функции.

9. Заключение

              В результате выполнения курсовой работы были практически закреплены знания теоретической части курса «Методы и способы компьютерных информационных технологий».

              Составленная программа на основе полученных знаний  позволяет на примере дискретизированного цифрового сигнала графически визуализировать процесс обработки сигнала  для заданного пользователем уровня квантования, а также осуществить фильтрацию с заданным диапазоном частоты и восстановить исходный и отфильтрованный сигналы, рассчитать заданную ошибку.

10. Список источников

1.                 Фролов А.В, Фролов Г.В "Мультимедиа для Windows", Москва, "Диалог-МИФИ", 1995 г.

2. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки 3. сигналов. М.:Мир, 1978.

4. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. -М.: Мир, 1990.

5. Либерти Дж., Хорват Д.Б., «Программирование в среде С++», 2006. – 448 с.

6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Фильтр_высоких_частот

7. http://coolreferat.com/Описание_сигналов

11. Листинг программы

Основной файл программы Sound8.cpp

#include "stdafx.h"

#include "Form1.h"

#ifndef M_PI

#define M_PI 3.14159265358979323846

#endif

using namespace sound_8;

using namespace std;

using namespace System::Runtime::InteropServices;

using namespace System::Drawing;

bool flKvant = false;

WAV wavFile;

Draw draw;

[STAThreadAttribute]

int main(array<System::String ^> ^args)

{

              // Enabling Windows XP visual effects before any controls are created

              Application::EnableVisualStyles();

              Application::SetCompatibleTextRenderingDefault(false);

              // Create the main window and run it

              Application::Run(gcnew Form1());

              return 0;

}

//выбор файла и чтение

Void Form1::OpenFileToolStripMenuItem_Click(System::Object^  sender, System::EventArgs^  e)

{

              //выбор файла

              if(openFileDialog1->ShowDialog()==System::Windows::Forms::DialogResult::OK)

              {                           

                            wavFile.SetFileName(openFileDialog1->FileName);

                            if(wavFile.WAVRead()==true)

                            {

                                          menu->Items[1]->Enabled = true;

                                          menu->Items[2]->Enabled = true;

                                          groupBox1->Visible = true;

                                          KvanToolStripMenuItem1->Enabled = true;

                                          SpectrToolStripMenuItem->Enabled = true;

                                          FilteredToolStripMenuItem->Enabled = false;

                                          RestoreToolStripMenuItem->Enabled = false;

                                          GrKvantSignalToolStripMenuItem->Enabled = false;

                                          GrSpectrSignalToolStripMenuItem->Enabled = false;

                                          GrRestorSignalToolStripMenuItem->Enabled = false;

                            }

                            else MessageBox::Show("Ошибка при открытии файла!","Внимание");

              }

}

//Квантование

Void Form1::KvanToolStripMenuItem_Click(System::Object^  sender, System::EventArgs^  e)

{

              if ((Form1::tbKvant->Text == "")||(System::Convert::ToInt32(Form1::tbKvant->Text)<2)||(System::Convert::ToInt32(Form1::tbKvant->Text)>100))

              {

                            MessageBox::Show("Не введен или не правиильный уровень квантования","!!!");

                            return;

              }

              else

              {

                            if(wavFile.Kvant(wavFile.lChannel, Convert::ToInt32(Form1::tbKvant->Text))==true)

                            {                                         

                                          Kvant ^kv = gcnew Kvant();             

                                          kv->setWavFile(wavFile);

                                          kv->ShowDialog();

                                          GrKvantSignalToolStripMenuItem->Enabled = true;

                            }

                            //if (kvant) MessageBox::Show("Квантование закончено успешно!","Квантование сигнала");

                            flKvant = true;

              }

}

//разложение на составляющие

Void Form1::SpectrToolStripMenuItem_Click(System::Object^  sender, System::EventArgs^  e)

{

              wavFile.FFT(wavFile.lChannel);

              wavFile.FFT(wavFile.rChannel);

              wavFile.lChannel.spectr = true;

              //активация кнопок

              FilteredToolStripMenuItem->Enabled = true;

              SpectrToolStripMenuItem->Enabled = false;

              RestoreToolStripMenuItem->Enabled = true;

              GrSpectrSignalToolStripMenuItem->Enabled = true;

              MessageBox::Show("Выполнено успешно!","Спектр");

}

//фильтрация

Void Form1::FilteredToolStripMenuItem_Click(System::Object^  sender, System::EventArgs^  e)

{

              wavFile.Filter(wavFile.lChannel);

              wavFile.Filter(wavFile.rChannel);             

              MessageBox::Show("Выполнено успешно!","Фильтрация");

              FilteredToolStripMenuItem->Enabled = false;

}

//Восстановление

Void Form1::RestoreToolStripMenuItem_Click(System::Object^  sender, System::EventArgs^  e)

{

              wavFile.RFFT(wavFile.lChannel);

              wavFile.RFFT(wavFile.rChannel);

              wavFile.WriteFile(wavFile.lChannel,wavFile.rChannel);

              wavFile.lChannel.restored = true;

              MessageBox::Show("Выполнено успешно!","Восстановление");

              //кнопки

              RestoreToolStripMenuItem->Enabled = false;

              SpectrToolStripMenuItem->Enabled = true;

              FilteredToolStripMenuItem->Enabled = false;

              GrRestorSignalToolStripMenuItem->Enabled = true;

}

//ГРАФИКИ

//квантование

Void Form1::GrKvantSignalToolStripMenuItem_Click(System::Object^  sender, System::EventArgs^  e)

{

              Kvant ^kv = gcnew Kvant();             

              kv->setWavFile(wavFile);

              kv->ShowDialog();             

}

//спектр

Void Form1::GrSpectrSignalToolStripMenuItem_Click(System::Object^  sender, System::EventArgs^  e)

{

              Spectr ^sp = gcnew Spectr();

              sp->setWavFile(wavFile);

              sp->ShowDialog();

}

Void Form1::GrRestorSignalToolStripMenuItem_Click(System::Object^  sender, System::EventArgs^  e)

{

              Restored ^rs = gcnew Restored();

              rs->setWavFile(wavFile);

              rs->ShowDialog();

}

Файл работы со звуковым заданным файлом(WAV.cpp)

//установка имени файла

void WAV::SetFileName(System::String^ wavFile)

{

              this->FileName = (char*)(void*)Marshal::StringToHGlobalAnsi(wavFile);

}

char *WAV::getFileName()

{

              return this->FileName;

}

//---чтение звукового файла

bool WAV::WAVRead()

{             

              FILE *file;

              char *data_tmp;

              //открытие файла

              file = fopen(this->FileName, "rb");

              //-------------------------------------

              //чтение из файла RIFF-chunk

              //-------------------------------------   

              fread(&HRiff, sizeof(RIFF), 1,  file);             

              if (strnicmp(HRiff.ID,"RIFF",4)!=0)

              {                           

                            return false;

                            exit(0);

              }

              //-------------------------------------

              //чтение WAVE-chunk

              //-------------------------------------

              char blockID[4],blockFmt[4];

              long blockLen;

              int blockID2=0;

              fread(&HWave, sizeof(WAVE), 1,  file);             

              //fread(&blockID, sizeof(blockID), 1, file);             

              if (strnicmp(HWave.ID,"WAVE",4)!=0)

              {                           

                            return false;

                            exit(0);

              }

              //fseek(file,sizeof(RIFF),SEEK_SET);

              //fread(&HWave, blockLen+12, 1,  file);

              this->kolByte = HWave.BitsPerSample / 8;

              //-------------------------------------

              //Поиск блока данных

              //-------------------------------------

              bool flag = true;

              do

              {             

                            fread(&HData, sizeof(DATA), 1,  file);

                            if (strnicmp(HData.ID,"data",4)==0)

                                          flag = false;

                            else fseek(file, HData.Len, SEEK_CUR);                           

              } while (flag==true);

              short int data_t;

              data = new long[(HData.Len+1)/kolByte];

              dataSize = (HData.Len+1)/kolByte;

              for (int i=0;i<dataSize;i++)

              {

                            data_t =0;

                            fread(&data_t, kolByte, 1, file);

                            data[i] = data_t;

              }

              //разбиение на правый и левый каналы

              lChannel.data = new long[dataSize/2];

              lChannel.size = dataSize/2;

              rChannel.data = new long[dataSize/2];

              rChannel.size = dataSize/2;

              int j=0;

              for (int i=0;i<dataSize;i+=2)

              {

                            lChannel.data[j] = data[i];

                            rChannel.data[j] = data[i+1];

                            j++;

              }

              fclose(file);

              return true;

}

//---быстрое преобразование Фурье

void WAV::FFT(Channel &ch)

{             

              ch.Power = 18;

              // Процедура БПФ

              int i=0,j=0,n=0,teknum,adr;

              ch.N = ch.size;

              double tmp_size = ch.size;

              for( i=0; tmp_size>1; tmp_size/=2,i++ ) ;

                int fft_size = 1 << (i-1) ;

              ch.Power = i;

              tmp_size = pow(2.,i);

              ch.c = new std::complex<double>[ tmp_size ] ;             

              ch.restData = new long[tmp_size];

              for (i=0;i<ch.N;i++)

              {

                            ch.restData[i]=ch.data[i];

              }

              for (i=ch.N;i<tmp_size;i++)

              {

                            ch.restData[i]=0;

              }

              i = 0;

              ch.N = tmp_size;

              while(i<ch.N)

              {

                            j=Reverse(i,ch.Power);

                            ch.c[i]=ch.restData[j];

                            i++;

              }

              i=1;

              complex <double> Tmp,W;

              while(i<ch.N)// определяет порядок коэффициентов Фурье

              {

                            n=0;

                            while(n<i)

                            {

                                          teknum=0;

                                          W=Ww(n,i<<1);

                                          while(teknum<ch.N/2/i)

                                          {

                                                        adr=teknum*(i<<1)+n;

                                                        Tmp=ch.c[adr];

                                                        ch.c[adr]=Tmp+W*ch.c[adr+i];

                                                        ch.c[adr+i]=Tmp-W*ch.c[adr+i];

                                                        teknum++;

                                          }

                                          n++;

                            }

                            i=i<<1;

              }

              Norm(ch);

              ch.Amplitude = new double[ch.N];

              for (i=0;i<ch.N;i++)

              {

                            ch.Amplitude[i] = (ch.c[i].real())*(ch.N);                           

              }

}

//---обратное преобразование Фурье

void WAV::RFFT(Channel &ch)

{