СИСТЕМА ОБРАБОТКИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ И ВИДЕОСИГНАЛОВ

Область техники
Полезная модель относится к автоматизированным средствам обучения и может быть использована при создании систем комплексного группового и/или индивидуального обучения.
Уровень техники
Из уровня техники известна система обработки и воспроизведения сигналов с аналоговыми входом и выходом звуковых сигналов, содержащая монитор и компьютер, и используемая для обучения учащихся (заявка США № US 2004/0215445, опубликована 28 октября 2004). Недостатком этой системы является то, что она представляет собой специализированный компьютер и предполагает использовать для обучения, оборудованные этими компьютерами аудитории, что удорожает обучение, делает процесс обучения негибким и снижает его эффективность.
Известно также устройство обработки звуковых сигналов и видеосигналов, выполненное с аналоговыми входом и выходом звуковых сигналов и включающее процессор (заявки США № US 2004/0215445, опубликована 28 октября 2004). Недостатком этого устройства является то, что оно представляет собой специализированный компьютер и предполагает использовать для обучения, оборудованные этими компьютерами аудитории, что удорожает обучение, делает процесс обучения негибким и снижает его эффективность.
Раскрытие полезной модели
Заявленные полезные модели предназначены для использования в учебном процессе при изучении ряда разделов физики, в частности, принципов построения устройств телефонной и телеграфной связи, использовании модемной связи, обработки звуковых сигналов, кодирования цифровой информации.
Техническим результатом, на достижение которого направлены заявленные полезные модели, является специализированное малогабаритное устройство обработки звуковых сигналов и видеосигналов, совместимое с персональным компьютером, которым оборудованы практически все учебные заведения. Это позволяет быстро и экономично превратить любую аудиторию в класс по изучению физики, информатики и технологии.
Система обработки и воспроизведения сигналов позволяет изучать преобразование сигналов, в том числе звуков на входе системы, используя их временное и спектральное представление на экране монитора и звучание преобразованных сигналов.
Указанные технические результаты обеспечиваются тем, что система обработки и воспроизведения сигналов с аналоговыми входом и выходом звуковых сигналов, содержащая монитор и компьютер, дополнительно снабжена соединенным с компьютером через разъем USB устройством обработки звуковых сигналов и видеосигналов, выполненным с аналоговыми входом и выходом звуковых сигналов и включающим процессор, блок памяти, соединенный с процессором, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, соединенные с процессором и подключенные, соответственно, к аналоговым входу и выходу звуковых сигналов.
При этом устройство обработки звуковых сигналов и видеосигналов может дополнительно включать контроллер, осуществляющий передачу
данных между устройством обработки звуковых сигналов и видеосигналов и компьютером через разъем USB.
Система может дополнительно содержать микрофон и/или наушники, подключенные, соответственно, к аналоговым входу и выходу звуковых сигналов устройства обработки звуковых сигналов и видеосигналов.
Указанные технические результаты обеспечиваются тем, что устройство обработки звуковых сигналов и видеосигналов с аналоговыми входом и выходом звуковых сигналов и включающее процессор, выполнено с возможностью соединения с компьютером через разъем USB и дополнительно включает аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, соединенные с процессором и подключенные, соответственно, к аналоговым входу и выходу звуковых сигналов.
Устройство может дополнительно включать контроллер для осуществления передачи данных между процессором и внешним компьютером через разъем USB.
Устройство может дополнительно включать микрофон, подключенный к аналоговом входу звуковых сигналов.
Устройство может дополнительно включать блок энергонезависимой перезаписываемой памяти, соединенный с процессором. Блок энергонезависимой перезаписываемой памяти может быть соединен с контроллером для передачи данных между процессором и внешним компьютером через разъем USB.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 изображена блок-схема системы обработки и воспроизведения сигналов.
На Фиг.2 изображена блок-схема устройства обработки звуковых сигналов и видеосигналов.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 представлена блок схема системы обработки и воспроизведения сигналов, включающей персональный компьютер 1, монитор 2 и устройство обработки звуковых сигналов и видеосигналов 3, к которому подключены микрофон и наушники. Для обучения учащихся такими системами может быть оборудована любая аудитория. При этом существенным является то, что устройство обработки звуковых сигналов и видеосигналов 3 имеет малые габариты (в соответствии с разработкой - 90×127×19 мм) и массу около 200 г и легко может использоваться для дооборудования аудитории с персональными компьютерами, используемыми обычно для других целей.
На фиг.2 представлена блок схема устройства обработки звуковых сигналов и видеосигналов, выполненного с аналоговыми входом 4 и выходом 5 звуковых сигналов и с возможностью соединения с внешним компьютером через разъем USB 6. Устройство включает процессор 7, флэш-память 8, аналого-цифровой 9 и цифро-аналоговый 10 преобразователи, соединенные с процессором и подключенные, соответственно, к аналоговым входу и выходу звуковых сигналов, и контроллер 11 для осуществления передачи данных между процессором 7 и внешним компьютером через разъем USB. Устройство может дополнительно включать встроенный микрофон.
При осуществлении учебного процесса в зависимости от изучаемых тем, предложенные технические решения могут быть использованы в практических заданиях следующим образом.
1. Передача сигналов. Телеграф.
В практическом задании использована таблица соответствия кодов Морзе и символов. При нажатии на букву алфавита воспроизводится сигнал Морзе, одновременно на экране монитора отображается
соответствующий ему код. Преобразование текста в код Морзе происходит следующим образом: написанное на экране слово или фраза переводится в код Морзе, озвучивается и отображается на экране монитора символами точка-тире. Реализован и обратный алгоритм, ученик вводит коды с клавиатуры, а на экране монитора получает результат расшифровки.
2. Хранение и кодирование цифровой информации.
Для знакомства с двоичным представлением чисел с клавиатуры компьютера вводятся числа от 0 до 255. Далее они отображаются в двоичном виде на линейке светодиодов цифрового комплекса AFS и на мониторе компьютера. Реализовано также наглядное преобразование из двоичного в десятичный формат.
В ходе выполнения задания наглядно поясняется логика записи данных на носители CD, DVD или жесткий диск. Звук вводится с микрофона, отображается его временная форма (напряжение с микрофона), далее этот сигнал переводится в двоичный формат, который затем записывается на цифровые носители информации.
3. Звук в жизни человека.
В практическом задании демонстрируется кодирование цифрового звука как средство сжатия музыкальных файлов. На примере тр3 кодирования звукового файла показано сжатие информации с потерями -чем меньше файл, тем хуже качество.
Ученикам предлагается прослушать звучание музыкальных нот. На экране отображается временная зависимость звуковых колебаний и их спектр в виде вертикальных линий на графике. Реализована возможность одновременного звучания нескольких нот и отображение временной зависимости сигнала и его спектра. Спектральный анализатор отображает
низкие, средние и высокие частоты. Осуществляется ввод звука с микрофона и отображается его временная форма и спектр.
В разделе обработки цифровых сигналов использован эквалайзер как устройство по искажению звука и наложению эха на примере звука с микрофона и проигрывания музыкального файла.
4. Телефонная связь.
В практическом задании предусмотрено, что, нажимая на кнопки виртуальной цифровой клавиатуры телефона, можно увидеть, как отображается вводимое число, временная форма сигналов, а также и его спектр в случае тонового набора. При этом демонстрируется аналоговая и цифровая телефонная связь и наглядно объясняется схема работы телефона (микрофон-передатчик-приемник-микрофон).
5. Интернет и модемная связь.
В практическом задании разъясняется принцип действия модема -устройства для модуляции и демодуляции сигналов. Показан процесс передачи информации с помощью модема. Для передачи текстовых сообщений на одном компьютере пишется сообщение, кодируется и выводится на аналоговый выход цифрового сигнального комплекса AFS. Далее сигнал можно услышать с помощью колонок, или передать на другую плату в аналоговом виде, там он декодируется и отображается на мониторе второго компьютера. При отсутствии второго компьютера сигнал можно подать на вход цифрового комплекса и увидеть сообщение на экране монитора.
Принцип работы Интернета представлен описанием символьных адресов и IP-адресов серверов в Интернете.