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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

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

i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc và sự kính trọng của mình

đến các thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông, Đại

học Thái Nguyên, đặc biệt là các thầy cô giáo đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt

quá trình học tập nâng cao sau đại học.

Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học của mình, tôi xin trân trọng

cảm ơn các thầy giáo, cô giáo đã nhiệt tình hướng dẫn để tôi hoàn thành luận văn

này.

Tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp tại Thanh Hóa, đã luôn động viên, giúp

đỡ tôi trong quá trình học tập và công tác, để tôi học tập và hoàn thành luận văn

này.

Xin gửi đến người thân, gia đình tôi, những người đã tạo điều kiện và động

viên, trợ giúp tôi về tinh thần, thông cảm và giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian

học tập này.

ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng

dẫn khoa học của thầy giáo hướng dẫn. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là

trung thực. Những kết luận của luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ

công trình nào khác.

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 09 năm 2011

Học viên Dương Đình Sĩ

iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

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 các hình...........................................................................................ix

Danh mục các bảng............................................................................................x

MỞ ĐẦU................................................................................................................1

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ÂM THANH...........................3

1.1 Các dữ liệu đa phương tiện ..........................................................................3

1.1.1 Khái niệm về dữ liệu đa phương tiện..................................................3

1.1.2 Phân loại dữ liệu đa phương tiện ........................................................5

1.1.3 Các đặc tính của dữ liệu đa phương tiện.............................................6

1.2. Tổng quan về cơ sở dữ liệu đa phương tiện ................................................6

1.2.1 Khái niệm về cơ sở dữ liệu đa phương tiện.........................................6

1.2.2 Nhu cầu về cơ sở dữ liệu đa phương tiện............................................7

1.2.3 Phân loại cơ sở dữ liệu đa phương tiện...............................................7

1.2.4 Đặc trưng của một cơ sở dữ liệu đa phương tiện.................................8

1.3 Cơ sở dữ liệu âm thanh ................................................................................9

1.3.1. Về âm thanh......................................................................................9

1.3.2. Về cơ sở dữ liệu âm thanh.................................................................9

1.4. Một số phần mềm cho phép xử lí âm thanh ..............................................10

1.5. Nhu cầu về âm thanh nhạc cụ...................................................................10

1.6. Kết luận .....................................................................................................12

Chƣơng 2. CÁC ĐẶC TRƢNG ÂM THANH....................................................13

2.1 Số hóa dữ liệu âm thanh ............................................................................13

2.1.1 Đặc tính của âm thanh tương tự........................................................13

2.1.2 Khái niệm tín hiệu............................................................................14

iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.1.3 Phân loại tín hiệu .............................................................................14

2.1.4 Mô hình hóa tín hiệu âm thanh.........................................................17

2.1.5 Kiến trúc xử lí tín hiệu âm thanh ......................................................18

2.1.6 Tần số lấy mẫu.................................................................................20

2.1.7 Một số khái niệm toán học trong xử lí âm thanh...............................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 dữ liệu âm thanh ...................................................................24

2.1.8.1 Các mô hình lấy mẫu và mã hóa âm thanh................................24

2.1.8.2 Kiến trúc của hệ thống mã hóa âm thanh ..................................29

2.2 Đặc trưng của dữ liệu âm thanh ................................................................30

2.2.1 Dữ liệu âm thanh..............................................................................30

2.2.2 Các đặc trưng của âm thanh .............................................................32

2.2.2.1 Bản chất vật lí của âm thanh.....................................................32

2.2.2.2 Sóng âm....................................................................................32

2.2.2.3 Pha ...........................................................................................32

2.2.2.4 Phổ âm thanh............................................................................32

2.2.2.5 Năng lượng âm thanh................................................................33

2.2.2.6 Nhịp và phách...........................................................................33

2.2.2.7 Cộng hưởng ..............................................................................33

2.2.2.8 Formant....................................................................................33

2.3 Âm thanh, âm nhạc và tiếng nói ................................................................34

2.3.1 Tương quan âm thanh, âm nhạc và tiếng nói ....................................34

2.3.2 Ảnh hưởng của biên độ và 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

v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.4.3 Họ hơi..............................................................................................40

2.4.4 Họ dây .............................................................................................41

2.5 Kết luận ......................................................................................................42

Chƣơng 3. CƠ SỞ DỮ LIỆU ÂM THANH........................................................44

3.1 Phân tích, thiết kế cơ sở dữ liệu đa phương tiện........................................44

3.1.1 Cấu trúc của cơ sở dữ liệu đa phương tiện........................................44

3.1.1.1 Phân tích dữ liệu.......................................................................44

3.1.1.2 Mô hình hóa dữ liệu..................................................................44

3.1.1.3 Lưu trữ dữ liệu..........................................................................45

3.1.1.4 Xác định dữ liệu trả về..............................................................45

3.1.1.5 Truy cập dữ liệu........................................................................46

3.1.1.6 Phương tiện truyền thông..........................................................46

3.1.2 Các bước để tạo ra một cơ sở dữ liệu đa phương tiện .......................46

3.2 Xử lí âm thanh bằng Cool Edit...................................................................47

3.3 Tổ chức cơ sở dữ liệu âm thanh nhạc cụ ...................................................48

3.3.1 Tổ chức cơ sở dữ liệu đa phương tiện...............................................48

3.3.1.1 Thiết kế và kiến trúc của cơ sở dữ liệu đa phương tiện..............48

3.3.1.2 Tổ chức cơ sở dữ liệu dựa trên nguyên tắc thống nhất ..............51

3.3.1.3 Mô tả trừu tượng các đối tượng đa phương tiện........................52

3.3.1.4 Ngôn ngữ hỏi dữ liệu đa phương tiện........................................52

3.3.1.5 Kỹ thuật tìm kiếm......................................................................53

3.3.2 Tổ chức cơ sở dữ liệu âm thanh nhạc cụ...........................................54

3.3.2.1 Siêu dữ liệu thể hiện nội dung ...................................................54

3.3.2.2 Nội dung âm thanh dựa trên tín hiệu.........................................55

3.4 Cài đặt cơ sở dữ liệu âm thanh nhạc cụ dân tộc Việt Nam ........................56

3.4.1 Mô tả bài toán ..................................................................................56

3.4.2 Phân tích, thiết kế cơ sở dữ liệu âm thanh về nhạc cụ dân tộc...........57

3.4.2.1 Bảng dữ liệu về âm thanh, âm thanh nhạc cụ dân tộc................57

3.4.2.2 Bảng dữ liệu về tác giả, người sáng tác bản nhạc .....................58

vi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.4.2.3 Bảng dữ liệu về nghệ sỹ, người trình bày bản nhạc ...................59

3.4.2.4 Lược đồ quan hệ của cơ sở dữ liệu âm thanh ............................59

3.4.4 Cài đặt chương trình hỗ trợ việc xây dựng, khai thác cơ sở dữ liệu âm

thanh nhạc cụ dân tộc Việt Nam ...............................................................60

3.4.4.1 Chức năng cập nhật thông tin của nhạc sỹ, người sáng tác nhạc

.............................................................................................................61

3.4.4.2 Chức năng cập nhật thông tin của nghệ sỹ, người biểu diễn nhạc

.............................................................................................................61

3.4.4.3 Chức năng cập nhật thông tin bản nhạc ....................................62

3.4.4.4 Chức năng tìm kiếm và trích xuất nhạc .....................................63

3.4.4.5 Chương trình nghe nhạc ...........................................................64

3.5 Kết luận ......................................................................................................64

KẾT LUẬ N..........................................................................................................66

Các kết quả đạt được........................................................................................66

Hướng tìm hiểu, nghiên cứu và ứng dụng.......................................................66

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................68

Tài liệu tiếng Việt .............................................................................................68

Tài liệu tiếng Anh.............................................................................................68

Một số Website .................................................................................................69

vii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

Từ gốc Nghĩa

A/D hoặc D/A (A, Analog, D, Digital) Analog-Tín hiệu tương tự,

Digital, Tín hiệu số.

ADC, Analog-to-Digital Converter Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự

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

Internationaltelephony And Telegraph

Ủy ban điện thoại và điện tín

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 cơ sở dữ liệu

DFT, Discrete Fourier Transform Phép biển đổi Fourier rời rạc

EMD Sound Cơ sở dữ liệu âm thanh nhúng

EMD, Embedded Multimedia Databases CSDL đa phương tiện nhúng

LMD Sound Cơ sở dữ liệu âm thanh liên kết

LMD, Linked Multimedia Databases Cơ sở dữ liệu đa phương tiện

liên kết

MDB, Multimedia Database Cở sở dữ liệu đa phương tiện

ODA, Office Document Architecture Dạng chuẩn văn bản

PCM, Pulse Code Modulation Điều chế xung

PDF, Portable Document Format Định dạng văn bản của Adobe

RDBMS, Relational Database Management

System

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ

ROC, region of convergence Miền hội tụ

SGML, Standard General Markup Language Định dạng văn bản