МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА" ІНСТИТУТ КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОМАТИКИ ТА МЕТРОЛОГІЇ КАФЕДРА ”ЗАХИСТ ІНФОРМАЦІЇ” / Розрахункова робота з курсу: "Системи запису та відтворення інформації" на тему: “РОЗРОБЛЕННЯ ЦИФРОВОГО ДИКТОФОНУ” Варіант – 17 Перевірив : 2011 Мета роботи: Закріпити отримані теоретичні знання на практиці; розробити цифровий диктофон і отримати навички розробки пристроїв, які можна використовувати в системах запису і відтворення інформації. Завдання: Розробити принципову електричну схему цифрового диктофону згідно завдання. Скласти специфікацію елементів схеми. Навести всі необхідні розрахунки. Навести АЧХ розрахованого мікрофонного підсилювача + фільтра. Написати на мові MatLab або C функції запису файлу у MMC/SD-карту, на якій встановлена файлова система FAT16. Написати на мові MatLab або C функцію запису файлу у wav-форматі. Написати на мові MatLab або C функцію стиснення аудіосигналу з потрібною степінню компресії. Завдання варіанту: Варіант Тип джерела живлення Частота дискретизації, Гц Степінь стиску Час запису без стиску, год Тип мікрофону Мікрофонний підсилювач + фільтр  17 LIR17670 4000 8 600 MEMS Варіант 2   Принципова електрична схема цифрового диктофону: / / / / / / Розрахунки: Розрахунок мікрофонного підсилювача + фільтра: Чутливість мікрофона (типова) = -42дБ, і

;
;

Нехай звуковий тиск






Коефіцієнт підсилення схеми:
Розподілимо коефіцієнт підсилення між операційними підсилювачами:
тоді

Знайдемо номінали елементів схеми:







Розрахунок опору в колах світло діодів:
Розрахунок NAND-Flash пам’яті: час запису = 600год; кількість вибірок = 4000; компресія = 2; об’єм пам’яті =
АЧХ мікрофонного підсилювача + фільтра: / Програма запису файлу у MMC/SD-карту, на якій встановлена файлова система FAT16: clear all; % Кількість байт в секторі BytesPerSec = 512; % Буфер для читання/запису даних Buffer = zeros(BytesPerSec, 1); % 1. Переводимо карту в активний режим s = MMC_SD_Init('D:\p\3-ИЙ КУРС\С-ми запису та відтворення інформації\Lab_5\SD_512\SD_512.bin'); % 2. Прочитати 0 сектор - VBR % Номер сектора з якого починається VBR VBR_Addr = 0; LBA = 0; [Buffer, c1] = MMC_SD_Read_Sector(s, LBA); % Перевіряємо сигнатуру VBR if (Buffer(511) ~= hex2dec('55') | Buffer(512) ~= hex2dec('AA')) disp('VBR FAT Error'); return; end; % Визначаємо кількість байт в секторі BytesPerSec = Buffer(hex2dec('b') + 1) + 2^8 * Buffer(hex2dec('b') + 2); z = sprintf('Кількість байт в секторі: %d', BytesPerSec); disp(z); % Визначаємо кількість секторів в кластері SecPerClus = Buffer(hex2dec('d') + 1) ; z = sprintf('Кількість секторів в кластері: %d', SecPerClus); disp(z); % Кількість зарезервованих секторів від початку карти RsvdSecCnt = Buffer(hex2dec('e') + 1) + 256 * Buffer(hex2dec('f') + 1); z = sprintf('Кількість зарезервованих секторів від початку карти: %d', RsvdSecCnt); disp(z); % Кількість таблиць FAT NumFATs = Buffer(hex2dec('10') + 1); z = sprintf('Кількість таблиць FAT: %d' , NumFATs); disp(z); % Кількість записів в Root Directory RootEntCnt = Buffer(hex2dec('11') + 1) + 256 * Buffer(hex2dec('12') + 1); z = sprintf('Кількість записів в кореневому каталозі Root Directory: %d', RootEntCnt); disp(z); % Кількість секторів MMC/SD-карти (до 32 MB) TotSec = Buffer(hex2dec('13') + 1) + 256 * Buffer(hex2dec('14') + 1); if TotSec == 0 % MMC/SD-карта > 32 MB TotSec = Buffer(hex2dec('20') + 1) + 256 * Buffer(hex2dec('21') + 1) + 2^16 * Buffer(hex2dec('22') + 1) + 2^24 * Buffer(hex2dec('23') + 1); end; z = sprintf('Загальна кількість секторів MMC/SD-карти: %d', TotSec); disp(z); % Розмір таблиці FAT у секторах SecPerFAT = Buffer(hex2dec('16') + 1) + 256 * Buffer(hex2dec('17') + 1) ; z = sprintf('Розмір таблиці FAT у секторах: %d', SecPerFAT); disp(z); if (Buffer(hex2dec('36') + 1) ~= 'F' & Buffer(hex2dec('37') + 1) ~= 'A' & Buffer(hex2dec('38') + 1) ~= 'T' & Buffer(hex2dec('39') + 1) ~= '1' & Buffer(hex2dec('ЗА') + 1) ~= '6') disp('FAT16 Error'); end; temp = Buffer((hex2dec('36') + 1):(hex2dec('3A') + 1)); z = sprintf('Тип файлової системи: %s', char(temp)); disp(z); % Обчислюємо номер сектору з якого починається таблиця FAT1 та FAT2 FAT_Sect1 = VBR_Addr + RsvdSecCnt; z = sprintf('Перший сектор FAT1: %d', FAT_Sect1); disp(z); if (NumFATs > 1) FAT_Sect2 = FAT_Sect1 + SecPerFAT; z = sprintf('Перший сектор FAT2: %d', FAT_Sect2); disp(z) ; end; % Обчислюємо номер сектору з якого починається кореневий каталог Root Directory RootDir_Sect = VBR_Addr + RsvdSecCnt + SecPerFAT * NumFATs; z = sprintf('Перший сектор Root Directory: %d', RootDir_Sect); disp(z); % Обчислюємо кількість секторів в Root Directory RootDir_SectCnt = RootEntCnt * 32 / BytesPerSec; z = sprintf('Кількість секторів в Root Directory: %d', RootDir_SectCnt); disp(z) ; % Обчислюємо номер сектора початку області даних Data_Sect = VBR_Addr + RsvdSecCnt + SecPerFAT * NumFATs + RootDir_SectCnt; z = sprintf('Номер сектора початку області даних: %d', Data_Sect); disp(z); %//////////////// Шукаємо 1-ий вільний запис в RootDirectory ///////////// ByteCnt = 1; % початк запису в байтах Flag_Free = 0; % прапорець знаходження вільного запису в RootDirectory for jj = 1 : RootDir_SectCnt %від 1-го до останнього сектору RootDirectory Buffer = MMC_SD_Read_Sector(s, RootDir_Sect + jj - 1); %читає поточний сектор for ii = 1 : BytesPerSec/32 % лічильник записів temp = Buffer(ByteCnt); % читає перший байт if (temp == 0 | temp == hex2dec('E5')) z = sprintf('Вільний запис знайдено'); disp(z); Free_Sect_RootDir = RootDir_Sect + jj - 1; z = sprintf('Сектор вільного запису в RootDirectory: %d', Free_Sect_RootDir); disp(z); Free_Num_RootDir = ii; z = sprintf('Номер вільного запису: %d', Free_Num_RootDir); disp(z); Flag_Free = 1; break; end; ByteCnt = ByteCnt + 32; %наступний запис (1 запис--32байти) end; if (Flag_Free == 1) %файл знайдено break; end; ByteCnt = 1; end; if (Flag_Free == 0) z = sprintf('Неможливо записати файл: немає вільної памяті'); disp(z); return; %вихід з програми end; %//////////////// Запишемо ім'я файлу ////////////////////// Entry = Buffer(32*(ii-1) + 1 : 32*(ii-1) + 1 +31); %вільний запис в Root Directory Entry(1) = 'M'; Entry(2) = 'Y'; Entry(3) = 'F'; Entry(4) = 'I'; Entry(5) = 'L'; Entry(6) = 'E'; Entry(7) = '1'; Entry(8) = 32; Entry(9) = 'T'; Entry(10) = 'X'; Entry(11) = 'T'; Entry(12) = 32; Entry(13) = 0; Entry(14) = 150; Entry(15) = 10; Entry(16) = 10; Entry(17) = 30; Entry(18) = 1; Entry(19) = 30; Entry(20) = 1; Entry(21) = 0; Entry(22) = 0; Entry(23) = 10; Entry(24) = 10; Entry(25) = 30; Entry(26) = 1; File_DATA = [65 66 67 68 69 70 71 72 73]; Entry(29) = 9; Entry(30) = 0; Entry(31) = 0; Entry(32) = 0; File_Size = length(File_DATA); Entry_Flag = 1; % показує чи ми вже записали номер першого кластеру for i = 1 : ceil(File_Size / (SecPerClus * BytesPerSec)) %від 1-го до останнього кластеру файлу %/////////////// Шукаємо вільний кластер в таблиці FAT //////////////////// Free_ClusNum = 0; %№ вільного кластеру Flag_Clus = 0; for ii = 1 : SecPerFAT %всі сектори FAT Buffer = MMC_SD_Read_Sector(s, FAT_Sect1 + ii - 1); for jj = 1 : 2 : SecPerFAT * BytesPerSec %всі вказівники в FAT if (Buffer(jj) + 256 * Buffer(jj + 1) == 0) %якщо кластер вільний Flag_Clus = 1; break; end; Free_ClusNum = Free_ClusNum + 1; end; if (Flag_Clus == 1) break; end; end; z = sprintf('1-ий вільний кластер: %d', Free_ClusNum); disp(z); %Записуємо значення вказівника в таблицю FAT Buffer(jj) = 255; %останній кластер файлу Buffer(jj + 1) = 255; wr = MMC_SD_Write_Sector(s, Buffer, FAT_Sect1 + ii - 1); %!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! if (i > 1) %якщо були попередні кластери з даними файлу Buffer = MMC_SD_Read_Sector(s, FAT_Sect1 + Prev_Sect_FAT - 1); Buffer(Prev_Index_FAT + 1) = fix(Free_ClusNum/256); %Free_ClusNum той, який зараз Buffer(Prev_Index_FAT) = Free_ClusNum - 256 * Buffer(Prev_Index_FAT + 1); wr = MMC_SD_Write_Sector(s, Buffer, FAT_Sect1 + Prev_Sect_FAT - 1); %!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! end; Prev_Sect_FAT = ii; %попередній сектор з номером вільного кластеру в FAT Prev_Index_FAT = jj; %вказівник на попередній кластер %///////////////////////// Записуємо файл в область даних ///////////////////// File_Sect = Data_Sect + (Free_ClusNum - 2) * SecPerClus; %сектор початку файлу в DATA Region Buffer = zeros(BytesPerSec, 1); if (File_Size <= BytesPerSec) Buffer(1 : File_Size) = File_DATA; %wr = MMC_SD_Write_Sector(s, Buffer, File_Sect - 1); %!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! wr = MMC_SD_Write_Sector(s, Buffer, File_Sect); %!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! else iii = 1; for ii = 1 : SecPerClus %ceil(File_Size / BytesPerSec) Buffer = File_DATA(iii : ii * BytesPerSec); wr = MMC_SD_Write_Sector(s, Buffer, File_Sect); %!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! File_Sect = File_Sect + 1; %наступний сектор iii = iii + ii * BytesPerSec; %початок наступного сектору (в File_DATA) end; end; if (Entry_Flag == 1) %Entry( hex2dec('1A') + 1 ) = Free_ClusNum; %записуємо № першого кластеру файлу в запис RootDirectory ??????? Entry(28) = fix(Free_ClusNum/256); Entry(27) = Free_ClusNum - 256 * Entry(28); %записуємо створений запис в RootDirectory Buffer = MMC_SD_Read_Sector(s, Free_Sect_RootDir); Buffer(32*(Free_Num_RootDir-1) + 1 : 32*(Free_Num_RootDir-1) + 1 +31) = Entry; wr = MMC_SD_Write_Sector(s, Buffer, Free_Sect_RootDir); %!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! end; Entry_Flag = Entry_Flag + 1; end; fclose(s); Програма запису файлу у wav-форматі: clear all; %потрібно задати y – масив даних, які записуємо %відкрити файл для запису d = fopen('D:\p\3-ИЙ КУРС\С-ми запису та відтворення інформації\Lab_1\myRecord.wav','wb'); %заповнити поле RIFF_ID (Заголовок RIFF файлу) !!!!!!!!! fwrite(d,hex2dec('46464952'),'int32'); %заповнити поле FILE_Length (довжина файлу без полів RIFF_ID та FILE_Length) fwrite(d,110457,'int32'); %заповнити поле WAVE_ID (заголовок блоку інформації) !!!!!!!!! fwrite(d,hex2dec('45564157'),'int32'); %заповнити поле FMT_ID (ідентифікатор формату) !!!!!!!!! fwrite(d,hex2dec('20746D66'),'int32'); %заповнити поле FMT_Length (сумарний розмір в байтах полів Type, Channels, SamplesPerSec, AvgBytesPerSec, Align та BitsPerSample) fwrite(d,16,'int32'); %заповнити поле Type (тип звукових даних (тип кодеку), 0x0001 — просто вибірки) fwrite(d,1,'int16'); %заповнити поле Channels (число каналів) fwrite(d,1,'int16'); %заповнити поле SamplesPerSec (частота дискретизації в герцах) fwrite(d,4000,'int32'); %частота дискретизації така ж як і в Lab_1_10.wav %заповнити поле AvgBytesPerSec (розмір буферу, обчислюється за формулою (Channels * SamplesPerSec * BitsPerSample) / 8) fwrite(d,4000,'int32'); %заповнити поле Align (вирівнювання (якщо кількість вибірок не кратна 2, в кінці файлу додається нульове значення). Переважно рівне 0x0001) fwrite(d,1,'int16'); %заповнити поле BitsPerSample (кількість біт на вибірку) fwrite(d,8,'int16'); %заповнити поле DATA_ID (заголовок даних) !!!!!!!!! fwrite(d,hex2dec('61746164'),'int32'); %заповнити поле DATA_Length (кількість вибірок) fwrite(d,110421,'int32'); %вибірки сигналу for ii = 1 : 110421 fwrite(d,y(ii)*128 + 128,'uchar'); end; fclose(d); Програма стиснення аудіосигналу з потрібною степінню компресії: clear all; %Y – нестиснений аудіосигнал F B %wavplay(Y,F,'sync'); Y = Y * 128; % Y -- дробове; треба, щоб було ціле (Y*128) N = 160; % розмір блоку L = 34; % к-сть збережених коефіцієнтів ДКП на блок %***вибираємо так, щоб забезпечити необхідний степінь стиснення*** nn = fix(length(Y)/N); % к-сть блоків mm = 1; kk = 1; % Компресія for ii = 1 : nn-1 x = dct( Y(kk : kk + N-1) ); y(mm : mm + L-1) = x(1 : L); % В y записуємо лише "великі" відліки mm = mm + L; kk = kk + N; end; % Квантування y = round(y); % До цілого [A, X] = hist(y, min(y) : max(y)); NN = length(y); Ls = 0; for ii = 1 : length(A) if(A(ii) > 0) Ls = Ls + (A(ii)/NN) * log2(A(ii)/NN); end; end; disp('-Ls = '); -Ls CR2 = (10 / -Ls) * (N / L) % CR2 -- cтепінь стиснення % 10, бо 9 біт на число (тут 3хх), і один на знак (-) % Відновлений сигнал YC = Y * 0; dx = Y(1 : N) * 0; mm = 1; kk = 1; % ...*0 -- це "малі" відліки for ii = 1 : nn - 1 dx(1 : L) = y(mm : mm + L-1); x1 = idct( dx ); YC(kk : kk + N-1) = x1; dx = dx * 0; mm = mm + L; kk = kk + N; end; YC = YC / 128; YC = round(YC * 128) / 128; %wavplay(YC, F, 'sync'); Висновок: В системах захисту широко використовуються прилади призначені для запису та відтворення інформації. Важливою складовою є акустична інформація як така і технічні пристрої призначені для її збору, зберігання та відтворення. На прикладі цифрового диктофону, я отримав основні навички розробки пристроїв що можуть використовуватись в системах запису і відтворення інформації, засвоїв теоретичний матеріал і використав отримані знання на практиці. Мікрофон і мікрофонний підсилювач; Фільтр; Мікроконтролер з вбудованим 10-бітним АЦП; MMC/SD-карта; NAND-Flash пам’ять; Кола живлення; Органи управління.