Разработка подсистемы сбора данных для информационной системы

Пензенская Государственная Технологическая Академия Кафедра «Информационные технологии и системы»

Контрольная работа

Дисциплина: Системы сбора и обработки данных

Тема: Разработка подсистемы сбора данных для информационной системы

Пенза 2012 г.

данные автоматизированный перевод микрофон Автоматизированный перевод — перевод текстов на компьютере с использованием компьютерных технологий. Весь процесс перевода осуществляется человеком, компьютер лишь помогает ему произвести готовый текст либо за меньшее время, либо с лучшим качеством.

Системы автоматизации перевода стали неотъемлемой частью современного процесса профессионального перевода.

Данные системы представляют собой целый комплекс технологий и инструментов для перевода документации, локализации программного обеспечения, ведения терминологических глоссариев, проверки качества перевода, создания и распределения переводческих проектов, встраивания в разнообразные системы документооборота. С их помощью решаются задачи по созданию качественного перевода в рамках кратчайшего производственного цикла.

В связи с успехами развития вычислительной техники и новых информационных технологий в последнее десятилетие определилась тенденция к нарастанию сложности систем управления, а также всех прочих видов человеко-машинных систем. Важной является возможность взаимодействия человека с машиной на языке, максимально приближенном к естественному языку человека, поскольку общение на естественном языке позволяет организовать эффективное и удобное взаимодействие оператора с системой. В настоящее время сфера внедрения систем распознавания речи существенно расширяется, захватывая различные отрасли производственной, административной и бытовой деятельности.

По мере развития компьютерных систем становится все более очевидным, что использование этих систем намного расширится, если станет возможным использование человеческой речи при работе непосредственно с компьютером, и в частности станет возможным управление машиной обычным голосом в реальном времени, а также ввод и вывод информации в виде обычной человеческой речи.

Голосовое управление основано на технологии распознавания речи: система получает информацию о колебаниях воздуха через микрофон, сравнивает полученные данные с командами, которые записаны в системе и, в случае совпадения, выполняет предписанное действие.

Распознавание речи — т. е. преобразование речевого акустического сигнала в машинную цепочку символов и слов.

Структура подсистемы сбора данных

Для обработки голоса необходимо предварительно записать его в оперативную память компьютера или на машинный носитель. В общем виде процесс ввода речевых сообщений приведен на рисунке.

Рисунок 1 — Схема ввода речевых сообщений на компьютер Рисунок 2 — Структура подсистемы сбора данных Речевой сигнал формируется и передается в пространстве в виде звуковых волн. Приемником сигнала является датчик звуковых колебаний, микрофон — устройство для преобразования звуковых колебаний в электрические.

Чтобы передавать сигнал его необходимо усилить до некоторой величины. Для усиления сигнала используется чувствительный микрофонный усилитель, расположенный в непосредственной близости с микрофоном.

Вместе с полезным сигналом в микрофон обычно попадают различные шумы — шум с улицы, шум ветра, посторонние разговоры и т. д. Шум оказывает отрицательное воздействие на качество работы систем распознавания речи, поэтому с ним приходится бороться. Для снижения уровня шума применяются специальные фильтры, удаляющие из спектра аналогового сигнала частоты, не несущие полезную информацию.

С выхода микрофона сигнал подается на вход звуковой карты персонального компьютера. При записи звуковая карта представляет собой аналого-цифровой преобразователь с широкими возможностями настройки параметров оцифровки.

Сигнал поступает в микропроцессорное устройство обработки, в котором оцифровывается и подвергается программной обработке.

Микропроцессорное устройство обработки сигналов обеспечивает передачу и прием первичных сигналов, проверку достоверности передачи, обработку сигналов при приеме и передачу обработанных сигналов на компьютер.

Для организации связи между устройствами используются цифровые каналы связи. Цифровые каналы связи позволяют осуществлять передачу любых видов информации (голоса, данных, видео).

Далее информация поступает на компьютер.

Расчет характеристик и выбор микрофона

Звук представляет собой ни что иное, как колебания воздуха, частота которых лежит в диапазоне частот, воспринимаемых человеком. У разных людей точные границы диапазона слышимых частот могут изменяться, однако считается, что звуковые колебания лежат в диапазоне 16−20 000 Гц.

Задача микрофона заключается в преобразовании звуковых колебаний в электрические колебания, которые в дальнейшем могут быть усилены, отфильтрованы для удаления помех и оцифрованы для ввода звуковой информации в компьютер.

Микрофоны характеризуются следующими параметрами:

Чувствительность микрофона — это отношение напряжения на выходе микрофона к воздействующему на него звуковому давлению при заданной частоте (как правило 1000 Гц), выраженное в милливольтах на паскаль (мВ/Па). Чем больше это значение, тем выше чувствительность микрофона.

Номинальный диапазон рабочих частот — диапазон частот, в котором микрофон воспринимает акустические колебания и в котором нормируются его параметры.

Неравномерность частотной характеристики — разность между максимальным и минимальным уровнем чувствительности микрофона в номинальном диапазоне частот.

Модуль полного электрического сопротивления — нормированное значение выходного или внутреннего электрического сопротивления на частоте 1 кГц.

Характеристика направленности — зависимость чувствительности микрофона (в свободном поле на определённой частоте) от угла между осью микрофона и направлением на источник звука.

Уровень собственного шума микрофона — выраженное в децибелах отношение эффективного значения напряжения, обусловленного флуктуациями давления в окружающей среде и тепловыми шумами различных сопротивлений в электрической части микрофона, к напряжению, развиваемому микрофоном на нагрузке при давлении 1 Па при воздействии на микрофон полезного сигнала с эффективным давлением.

Существует большое количество типов микрофонов (угольные, электродинамические, электростатические, пьезоэлектрические и др.) описанных в специальной литературе. Чувствительным элементом микрофона любого типа является упругая мембрана, которая вовлекается в колебательный процесс под воздействием звуковых волн. Мембрана связана с преобразующим элементом, который преобразует колебания мембраны в электрический сигнал.

Параметры микрофонов:

Рисунок 3

Для нашей подсистемы мы выбираем микрофон МКЭ-33 с суперкардиоидом, с номинальным диапазоном частот от 40−20 000 Гц, с чувствительностью по свободному полю 16±4мВ/Па, с эквивалентным уровнем шума не более 23 Дб, с максимальным звуковым давлением 120 дБ, с габаритными размерами не более 13×37 мм и массой не более 22 г.

Расчет характеристик микрофонного усилителя

Дистанционная передача информации возможна при использовании проводных линий связи, которые соединяют выносной чувствительный микрофон и оконечный усилитель. Поскольку выходной сигнал, снимаемый непосредственно с микрофона, имеет небольшую амплитуду, то передавать его по линии связи просто нецелесообразно. Это связано с тем, что на длинных соединительных проводах навалятся разного рода помехи, имеющие значительную амплитуду. Чтобы передавать сигнал по этим проводам, его необходимо усилить до некоторой величины. Для усиления сигнала используется чувствительный микрофонный усилитель, расположенный в непосредственной близости с микрофоном.

ВМ-137 Микрофонный усилитель.

Технические характеристики:

Диапазон воспроизводимых частот: 20−20 000 Гц.

Уровень входного сигнала: 2−40мВ.

Уровень выходного сигнала: 1,8 В.

Неравномерность АЧХ: +/- 3 дБ.

Сопротивление микрофона: 4−10 к Ом.

Напряжение питания: 6−20 В.

Ток потребления: не более 1мА.

Размеры печатной платы: 30×33 мм.

Выбор АЦП

Работа современных электронных устройств невозможна без использования в них элементов, обеспечивающих преобразование информации. Такими элементами являются аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.

Важная область применения S-D-АЦП — обработка аудиосигналов. Именно здесь необходимо сочетание низкого уровня шумов, большого динамического диапазона, высокой точности представления и низкой стоимости при относительно небольших требуемых частотах выборки.

Фирма Analog Devices поставляет АЦП для аудиосистем, используемых в автомобильных системах, домашних кинотеатрах, бытовой радиоаппаратуре и персональных компьютерах. Эти АЦП позволяют реализовать эффективные решения, легко подключаются к процессорам SHARK, Blackfin и SigmaDSP.

Для нашей подсистемы сбора данных мы выбираем АЦП AD1871.

AD1871 — двухканальная сдвоенная ИС АЦП, адаптированная для обработки звукового стереосигнала. Каждый канал включает собственный программируемый входной усилитель (от 0 до 12 дБ с шагом 3 дБ), S-D-модулятор и цифровой фильтр. Частота дискретизации — до 96 кГц. Разрядность представления -24 бита. Динамический диапазон — 105 дБ. Модулятор — второго порядка, с многоразрядной обработкой. Его тактовая частота 6,144 МГц подобрана, исходя из стандартного для аудиосистем ряда частот дискретизации: 32, 48 и 96 кГц (6,144 МГц = 128 · 48 кГц). Возможны и иные частоты дискретизации, например 44,1 кГц, что реализуется посредством цифрового фильтра. СБИС AD1871 оснащена последовательным трехпроводным интерфейсом, который обеспечивает совместимость как с популярными аудио интерфейсами, так и с DSP. Напряжение питания СБИС — 5 В. Стоимость — 5,63 долл. в партии от 1000 шт.

Выводы

Для информационной системы «Автоматизированная система перевода с распознаванием голоса» была разработана подсистема сбора данных. Мы составили структуру подсистемы сбора данных, которая состоит из микрофона, усилителя, фильтра, АЦП, микропроцессорного устройства обработки, канала связи и компьютера.

Для подсистемы подобрали микрофон МКЭ-33 с суперкардиоидом, с номинальным диапазоном частот от 40−20 000 Гц, с чувствительностью по свободному полю 16±4мВ/Па, с эквивалентным уровнем шума не более 23 Дб, с максимальным звуковым давлением 120 дБ, с габаритными размерами не более 13×37 мм и массой не более 22 г.

Также подобрали микрофонный усилитель ВМ-137.

Для подсистемы выбрали 24- разрядный АЦП AD1871 с двумя каналами и частотой выборки 96 кГц. AD1871 — стерео — аудио АЦП, предназначенный для цифрового аудио-приложения, требующего высокую производительность аналого-цифрового преобразования.