Realizzazione di un prototipo di stazione di lavoro per lo studio del comportamento animale basato sul segnale vocale

Tesi di Laurea di :Valentina Fraschetti Relatore :Dott. Goffredo Haus
Matricola :304089 Correlatore :Prof. Mario Italiani
Anno Accademico :1989/90

Questa tesi si colloca all'interno del progetto CSTI-CNR in svolgimento presso il L.I.M. dell'Università degli Studi di Milano ed avente come scopo la realizzazione di una workstation per l'analisi, il riconoscimento e la manipolazione dei segnali audio emessi nella comunicazione umana e animale.
Tale progetto è stato avviato poichè si sono ormai resi necessari, ad esempio nelle ricerche di biologia ed etologia animale, strumenti in grado di fornire dati precisi e confrontabili sui quali sia possibile operare eventuali elaborazioni e che permettano di essere immagazzinati in maniera sistematica e sintetica e siano, conseguentemente, di più facile interpretazione.
Si è quindi delineata sempre più l'esigenza di lavorare in un ambiente in cui coesistano in maniera integrata tutti i moduli funzionali desiderati e sopratutto di un ambiente programmabile adattabile alle esigenze individuali; inoltre i sistemi programmabili attualmente disponibili non possono essere ritenuti idonei per le finalità di ricerca in oggetto in quanto non presentano le caratteristiche fisiche e logiche necessarie, esistono ad esempio problemi di banda passante o di rappresentazioni non conformi a quelle tipiche dello studio della comunicazione umana e animale.
Si è pensato dunque di avviare una ricerca in tal senso, che consentisse di contribuire alla standardizzazione delle tecniche di acquisizione dei segnali e delle metodologie d'analisi e di sviluppare una stazione di lavoro flessibile ed economica che permettesse l'integrazione e la comunicazione anche tra diversi gruppi di ricercatori.
Tale ricerca ha preso avvio, con la tesi di Paolo Civinini, dall'analisi e progettazione della suddetta stazione di lavoro, ed in seguito, con questa tesi, dalla sua realizzazione partendo dalle specifiche legate allo studio del segnale animale.
Più precisamente il lavoro illustrato in questa tesi è relativo a quanto concerne la realizzazione del package applicativo. Essa prende in esame sia ciò che riguarda la teoria dell'analisi del segnale animale sia alcuni importanti dettagli implementativi legati all'ambiente di sviluppo, occupandosi più specificatamente delle tecniche utilizzate per la realizzazione dei moduli attualmente presenti nella stazione di lavoro.
I moduli,sono stati sviluppati in ambiente National LabVIEW 2.0 operante su elaboratore Macintosh II, e sono stati realizzati in parte in linguaggio "G language" (linguaggio nativo di LabView) ed in parte in linguaggio C.
LabVIEW é un ambiente di sviluppo, avente un linguaggio di programmazione iconico (G language), che consente di costruire programmi applicativi collegando tra di loro oggetti grafici dal significato altamente intuitivo.
Questa caratteristica dà la possibilità anche all'utente finale, di creare i propri moduli software (magari utilizzandone altri codificati in precedenza) e di costruirsi così una libreria di strumenti accessibile in qualsiasi momento.
L'intera stazione di lavoro é stata realizzata considerando questa possibilità; sono stati implementati diversi strumenti (identificati da icone in LabVIEW) per l'elaborazione e l'analisi spettrale del segnale, e la produzione di grafici su video. Questi oggetti possono essere visti come possibili "mattoni" per la costruzione di successive estensioni della stazione di lavoro. LabVIEW fornisce inoltre strumenti "built in" di uso generale inseriti nelle sue librerie; tra questi si sono rivelati di particolare utilità quelli dedicati al Digital Signal Processing quali, ad esempio, quelli che realizzano sul segnale trasformazioni di Fourier, filtri digitali, funzioni di finestratura, convoluzioni ecc...

Riassumendo il lavoro svolto in questa tesi può essere così schematizzato:

a) training sull'uso del pacchetto LabView
b) sviluppo dei moduli applicativi
c) definizione delle modalità grafiche integrative delle
funzionalità del package LabView
d) definizione delle modalità di stampa integrative delle
funzionalità del package LabView
e) integrazione del package LabView con le funzionalità di cui
al punto c con software originale
f) integrazione del package LabView con le funzionalità di cui
al punto d con software originale

Attualmente, la workstation consta di un pannello principale dal quale si può accedere a diversi sottostrumenti che consentono la visualizzazione del segnale audio, il calcolo la visualizzazione e la stampa del sonogramma relativo a detto segnale e l'estrazione di una serie di informazioni fondamentali riguardanti tempi, frequenze, ampiezze e intensità.