Digital Audio Signal Processing

• 26 hrs lectures
• 39 hrs laboratories

The aim of the course is to provide students with information about essential simulation methods and implementation procedures in the area of digital audio signal processing. Considerable attention is devoted to the present trends in the area of general audio signal with focus on musical signals.
Students get a detailed overview of procedures of analysis and digital signal processing of acoustic signals. They will gain experience of discrete and digital system simulation with the help of modern simulation tools. They will be able to design and simulate algorithms for acoustic signal processing, which are directly designed for the CPU of a computer system or for signal processor.

The subject knowledge on the Bachelor degree level is required.

1. Zvuk a jeho základní vlastnosti, objektivní a subjektivní rovina 2. Směrové slyšení, HRTF, maskování zvuku, v časové a kmitočtové oblasti, binaurální maskování, 3. Diskrétní signály a systémy, základní pojmy a rozdělení, přístupy k realizaci diskrétního systému, 4. Specifika číslicových systémů, číselné reprezentace, kvantovaní chyby, doporučení pro implementaci diskrétního systému, 5. Základní prostředky pro realizaci diskrétních systémů, zpožďovací zásobníky, formy a struktury, 6. Systémy s nekonečnou impulsovou odezvou, LTI a LTV, Wah-wah, All-pass Phaser, 7. Systémy s konečnou impulsovou odezvou, LTI a LTV, vCOLA, 8. Hudební efekty založené na zpoždění signálu, Echo, Phaser, Chorus, Flanger, 9. Systémy pro úpravu dynamiky signálu, limiter, kompresor, expander, šumová brána, DRC, Maximizer, De-esser, 10. Nelineárních diskrétní systémy, modely a jejich implementace, měkké a tvrdé ořezávače, simulace elektronkového zesilovače, kmitočtově závislé a nezávislé zkreslovače, 11. Diskrétní systémy pro simulaci poslechového prostoru, přístupy k simulaci, typy simulace, prvotní, následné a mnohonásobné odrazy, implementace na základě FDN, 12. Restaurace akustických signálů, potlačování širokopásmového šumu, potlačování impulsního rušení v akustickém signálu.

1. Praktické ukázky implementace systémů pro zpracování akustických signálů, zásuvné moduly, 2. Opakování základů Matlabu, zobrazování výsledků analýz v Matlabu, časová analýza signálu, kmitočtová analýza periodických a aperiodických signálů, 3. Implementace IIR a FIR systémů v časové oblasti přímou formou a pomocí kanonických forem, 4. Kombinace systémů a základních struktur, pokročilé zpožďovací struktury, 5. Časově invariantní parametrické IIR filtry, realizace v Matlabu pomocí kombinace systémů, 6. Úvod k pokročilým simulacím systému v Simulinku, procesy na popředí a pozadí, první test z počítačových cvičení, 7. Přechod od časově invariantních k variantním systémům, způsoby jejich analýzy v Matlabu a Simulinku, generátory LFO v Simulinku, 8. Časově variantní systém se změnou středního nebo mezního kmitočtu (WahWah), se změnou dopředných a zpětných vazeb (All-pass Phaser), 9. Časově variantní systém se změnou délky zpožďovacího zásobníku (Chorus, Flanger, Phaser), detektor špičkové a efektivní hodnoty, diskrétní integrátor signálu, 10. Optimalizovaná implementace FIR systému vyššího řádu, optimalizovaná implementace současné FIR filtrace dvou signálů, implementace časově variantního FIR systému, 11. Systémy pro úpravu dynamiky signálu, systém DRC, maximizer, 12. Základní nelinearity a nelineární systémy, kmitočtově závislé nelineární systémy (Exciter), obecný kmitočtově závislý zkreslovač (Enhancer), 13. Struktury pro simulaci poslechového prostoru, simulace prvotních odrazů, násobných odrazů a mnohonásobných odrazů v uzavřeném akustickém prostoru, druhý test z počítačových cvičení.

Evaluation of study results follows the Rules for Studies and Examinations of BUT and the corresponding norm of FEEC. Up to 20 points are given for each of two tests in computer exercises. Up to 60 points are given for the final written examination.
It is obligatory to do all computer exercises and tests to complete the course. Other forms of checked instruction are specified by a regulation issued by the guarantor of the course and updated for every academic year.