Specializovaná učebna pro zpracování audiovizuálních dat The

Specializovaná učebna pro zpracování
audiovizuálních dat
The special classroom for multimedia data processing
Jan Přichystal∗ , Jan Serafinovič†
Abstrakt
Aktuální vybavení učeben Ústavu informatiky PEF MZLU v Brně
bohužel neodpovídá úrovní ani rozsahem optimálním požadavkům kladeným na výuku garantovaných předmětů (např. Počítačová hudba).
Veškerá výuka probíhá až na malé výjimky pouze teoreticky. Praktické
procvičování a řešení individuálních projektů studentů v tuto chvíli je
možné jen v omezené podobě v předmětu Počítačová grafika, kde se využívá softwarů CorelDraw a Rhino na již tři roky starých, nevyhovujících
pracovních stanicích.
Cílem řešení je vytvoření specializovaných výkonných počítačových
pracovišť v rámci jedné učebny. Každé pracoviště bude vybaveno specializovanou zvukovou kartou. Součástí každého pracoviště bude rovněž velmi kvalitní grafická a zobrazovací jednotka. Softwarové vybavení
všech pracovišť umožní emulovat hardwarová zařízení pro tvorbu a zpracování zvukových a grafických dat (MatLab, LabView).
Klíčová slova
Audio, Cubase, LabView, MatLab, počítačová hudba, signál, SoundForge, vybavení učeben.
Abstract
Actual classroom equipment in Department of informatics PEF MZLU
Brno is no longer satisfactory neither its standard nor optimal requirements for teaching of guaranteed subjects (eg. Computer music). All
education is almost theoretical. Practical training and individual student project solving is presently available only in reduced form of subject
Computer graphics, where CorelDraw and Rhino software is used, but
on unsuitable hardware.
∗
†
Ing. Jan Přichystal, Ph.D., e-mail: [email protected], Ústav informatiky, Provozně ekonomická fakulta, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, ČR, tel. +420 545 13 22 46
Ing. Jan Serafinovič, e-mail: [email protected], Ústav informatiky, Provozně
ekonomická fakulta, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1,
613 00 Brno, ČR, tel. +420 545 13 22 34
1
We aim to estabilish specialized powerful computers within one classroom. Each of them will be equipped with sound card and professional
graphical card and display. Teacher’s computer will be in addition
equipped with facilities for sound and graphical data processing like
Matlab and LabView. Thereby we can save money keeping the courses
on the high level on contrary when using just hardware solutions.
Key words
Audio, classroom equipment, computer music, Cubase, LabView,
MatLab, signal, SoundForge.
Úvod
Práce s grafickou a zvukovou informací získává v oblasti IT stále důležitější postavení. Na tento trend je třeba reagovat i v oblasti vzdělávání studentů. Na Ústavu informatiky PEF MZLU v Brně proto vzniká celá řada
volitelných předmětů s cílem zasáhnout alespoň nejzávažnější oblasti této
široké problematiky. Jedná se například o předměty Počítačová grafika nebo
Počítačová hudba. Velmi důležitou a nezbytnou komponentou při výuce je
vhodné hardwarové a softwarové vybavení. Je zřejmé, že bez nezbytného kvalitního a vysoce specifického vybavení není možné správným způsobem tuto
problematiku vyučovat. Tento důvod nás přinutil k tomu, abychom zajistili
potřebné vybavení alespoň pro jednu naši učebnu.
Konkrétním výstupem projektu bude vysoce specializovaná audiovizuální počítačová učebna tvořena velmi sofistikovaným vybavením, které bude
umožňovat plnohodnotnou výuku oblastí souvisejících se zpracováním zvukových a grafických dat. Zařazení této učebny do stávajícího komplexu našich
učebnových prostor zajistí implicitní a tradiční možnost přístupu studentům
i mimo vyučované předměty a bude ji tedy možno využívat i pro řešení individuálních studentských prací.
Současný stav řešeného problému
Aktuální vybavení bohužel neodpovídá úrovní ani rozsahem optimálním požadavkům kladeným na výuku výše uvedených předmětů. Veškerá výuka
probíhá až na malé výjimky pouze teoreticky. Praktické procvičování a řešení individuálních projektů studentů v tuto chvíli je možné jen v omezené
podobě v předmětu Počítačová grafika, kde se využívá softwarů CorelDraw
2
a Rhino na již tři roky starých, nevyhovujících pracovních stanicích (P4, 2.8
Ghz, 1 GB RAM).
V ostatních výše uvedených předmětech je výuka této oblasti IT řešena
jen okrajově a maximálně za pomocí jednoduchých open source softwarů
(např. programy Audacity, ReZound a jiné).
Způsob řešení
Tento neuspokojivý současný stav jsme se rozhodli řešit ve třech krocích:
1. Počítačové vybavení učebny – pro náročné operace při tvorbě a zpracování grafických a zvukových signálů a multimediálních dat je zapotřebí
velkého výpočetního výkonu. Konfigurace grafické pracovní stanice by
tedy měla mít takové parametry, které by bezproblémovou práci s těmito typy dat umožnily. Předpokládaná orientační konfigurace pracovní stanice:
• Vícejádrové 64 bitové procesory.
• Min. 2 GB, ale optimálně 4 GB.
• Min. 250 GB SATA nebo SAS HDD.
• Zvuková karta ESI Professional Juli@ + zvuková karta M-Audio
Delta 1010 (učitelský počítač).
• Zobrazovací jednotka LCD o velikosti min. 19” – důraz bude kladen na vysokou kvalitu zobrazování.
• Kvalitní sluchátka KOSS UR-20 – při zpracování multimedií není
přípustné rušit okolí.
2. HW zpracování signálu – jedná se o vybavení učitelského pracoviště.
Vzhledem k velké finanční náročnosti hardwarových komponent pro
zpracování signálu jsme se rozhodli takto vybavit jen jedno vzorové,
učitelské pracoviště. Předpokládáme nákup těchto prvků:
• Mixážní pult.
• 2 kondenzátorové mikrofony pro snímání zvuku (Rode NT1A,
AKG C1000).
• 2 ks dvoupásmových monitorů, které je nezbytné vhodně nainstalovat tak, aby zajistily správný poslech obsluhy pracoviště.
• 1 ks subwoofer.
3
• Výukový systém rc 2000 – je určen pro teoretickou i praktickou
výuku v oblastech elektroniky, výpočetní techniky a audiotechniky. Systém se skládá z řady kompatibilních modulů, které obsahují základní elektrotechnické prvky, přístrojové moduly a propojovací zařízení. Vysoká přesnost modulů umožňuje dokonalý
soulad teoretických výpočtů s experimentálními výsledky. Dokonalé technické provedení chrání uživatele i vlastní moduly před
nesprávným zapojením, což je ideální pro studijní prostředí specializované učebny.
• Ostatní nezbytné související příslušenství (stojany, kabely XLR i
Jack 6,3”, apod.).
3. SW zpracování signálu – pro zpracování a vyhodnocení multimediálních dat jsme zvolili k nákupu toto softwarové vybaveni:
(a) Tvorba, získávání a zpracování signálu na nejnižší fyzikální úrovni
– tato oblast si obvykle žádá velmi drahé a prostorově náročné
vybavení. Z tohoto důvodu jsme se rozhodli použít jednodušší varianty v podobě softwarové emulace a uvažujeme o použití těchto
softwarových balíků:
• LabVIEW – jedná se o grafické vývojové prostředí, pomocí
kterého lze provádět sběr, generování a zpracování libovolných signálů a dat v měřicí technice. Software pracuje s distribuovanou inteligencí umožňující sdílení proměnných i po síti
s možností synchronizace. Tento software významným způsobem zrychluje práci studentů při získávání a zpracování dat.
• Matlab – je integrované prostředí pro vědeckotechnické výpočty, modelování, návrhy algoritmů, simulace, analýzu a prezentaci dat, měření a zpracování signálů, návrhy řídicích a
komunikačních systémů.
(b) Získávání a zpracování zvukové a grafické informace – plánujeme
zakoupit softwarové vybavení, které umožní naplno využít kvality pořízeného hardware a simulovat tak podmínky profesionálního nahrávacího studia. Studenti si tak budou moci vyzkoušet
postupy a činnosti, které běžně pracovníci nahrávacích studií vykonávají a seznámit se tak podrobně s problematikou tvorby a
zpracování audiosignálu ve všech fázích, počínaje zapojováním,
rozmisťováním a nazvučováním hudebních nástrojů a masterováním a finalizováním výsledné nahrávky konče. Seznam plánovaného softwaru:
4
• Adobe Audition 2.0 – tento software je nástupcem známého
CoolEdit Pro. Program budou studenti používat pro pořízení
a prvotní úpravy nahrávek, pro analýzu a mixování jednotlivých nahraných audio stop. Adobe Audition jim případně
umožní stejným způsobem zpracovávat i audio stopy ve videonahrávkách. Jedná se o program profesionální, ale i intuitivní na ovládání, což usnadní pochopení jednotlivých postupů zpracování hudby.
• Steinberg WaveLab – poslouží pro finalizaci a mastering nahrávek. Zde si studenti vyzkouší, jakým způsobem se dokončují úpravy v pořízených nahrávkách těsně před jejich publikováním na audio nosičích. Tento program je také vhodný
pro úpravu méně kvalitních či poškozených nahrávek pořízených pomocí nedostatečného nahrávacího zařízení, případně
poškozených při kopírování z nekvalitních nosičů nebo znehodnocených častým přehráváním.
• Renoise – je vhodný software pro zajímavou oblast, kterou
je zpracování audio signálu na počítačích do podoby elektronické hudby. V něm se studenti seznámí s tvorbou trackované
hudby. Dovědí se, v čem tkví její základy, jakým způsobem se
tvoří, upravují a používají zvukové samply. Všechny tyto činnosti Renoise zvládne bez problémů a hlavně jednoduchým a
názorným způsobem.
Závěr
Vytvořením specializovaných výkonných počítačových pracovišť v rámci jedné
učebny zajistíme možnost výuky i výše zmiňovaných informatických oblastí.
Použití softwarového vybavení těchto pracovišť umožní emulovat drahá a
složitá hardwarová zařízení pro tvorbu a zpracování zvukových a grafických
dat (MatLab, LabView). Tím dosáhneme výrazné cenové úspory při zachování srovnatelné úrovně výuky, jako při použití dražších, čistě hardwarových
řešení.
Tento článek souvisí s řešením grantu FRVŠ A/b 1501/2008
5