Programmer avec Matlab I

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Programmer avec Matlab I

• Savoir-faire de lécole doctorale 268 Langages et
  langues
• Université Paris III
• 31 janvier 2006
• Présenté par Martine Toda
• martine.toda_at_excite.co.jp

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Mise en garde

• Tous les exemples fournis ont été conçus dans un
  but pédagogique pour illustrer le fonctionnement
  de Matlab.
• Les aspects mathématique ou traitement du signal
  peuvent être inexacts.
• Vérifiez tout si vous souhaitez utiliser le
  matériel mis à disposition dans un but
  scientifique.

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Préambule
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Pourquoi programmer ?

• Parce quil nexiste pas de logiciel qui permet
  de faire ce quon veut
• Ex. Affichage de données articulatoires alignées
  avec les données acoustiques
• Automatisation de tâches répétitives
• segmentation et étiquetage de corpus écrits,
• calculs,
• écriture de fichiers sur un continuum,
• création de stimuli sur un continuum,
• affichage de plusieurs résultats dans le même
  format

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Les 5 étapes de la programmation

• 0. Identification du problème
• Subdivision du problème en tâches simples et
  indépendantes
• Planification des programmes en pseudo-code
• Traduction en langage de programmation (ici,
  cest Matlab)
• Commenter ce code au fur et à mesure
• Tester le programme par petits bouts et traquer
  les bugs

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Exemple

• Je veux créer un programme qui me permette de
  faire un test de perception (ABX)
• Organigramme du programme (subdivision en tâches
  simples)

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Exemple

• Pseudo-code
• Programme création dun stimuli sur un
  continuum avec deux paramètres
• (commentaire combiner la valeur du bruit de
  friction avec la valeur des formants)
• boucle1 pour un F2 qui va de 800 à 2000 Hz avec
  des intervalles de 50 Hz
• boucle2 et pour un bruit de friction qui va
  de 5000 à
• 8000 Hz
• concaténer le bruit avec la
  transition formantique
• boucle2
• boucle1

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Pourquoi utiliser Matlab ? (1)

• Cest un logiciel de programmation facile à
  utiliser
• Plusieurs fonctions prédéfinies pour analyser et
  représenter des données on peut faire des
  choses élaborées avec très peux de code
• Particulièrement adapté à lanalyse du signal de
  parole
• Il existe un module spécialisé danalyse du
  signal (et de limage)
• Plusieurs fonctions prédéfinies (analyse
  spectrale, filtrage, etc.)

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Pourquoi utiliser Matlab ? (2)

• Création de belles figures
• Figures stables (cf. Excel) et esthétiques
• Fonctions de lissages de courbes
• Automatisation de la création de figures
• Création dinterfaces pour analyser des données
  variées
• Ex. Alignement de données acoustique et de
  données articulatoires

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Introduction à la programmation avec Matlab
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Où est installé Matlab

• Au labo C
• Au labo de phonétique (certaines machines)
• À Bièvres ?

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Démarrer Matlab

• Lancement
• Répertoire courant
• Ligne de commande (langage interprété)
• Fichiers programme (.m)
• Fichiers de données (.mat)
• Laide et les démos
• Programming and Data Types

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Principes de la programmation

• Un programme est une suite dinstructions
• Les instructions contiennent des opérateurs, des
  mots-clefs ou des fonctions
• Les instructions doivent respecter la syntaxe (de
  Matlab)
• Lunité qui compose les instructions est
  lexpression.
• Lexpression peut contenir un littéral, une
  variable, une fonction (et ses arguments le cas
  échéant) ou une combinaison de ceux-ci.
• Lexpression évaluée va renvoyer une valeur.

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Expressions

• Littéraux Programming and Data Types M-File
  Programming Data Types
• Nombres (type implicite)
• Entiers 1, 40, 50394, -2,
• Flottants 0.0004, 4000.0,
• Décimaux 0.45, 4.6,
• 8 ou 16 bits, signés ou non signés
• Caractères a, 1
• Logiques True ou False
• Matrices, cellules et chaînes de caractères
• Variables mmax, a, (le nom doit commencer par
  une lettre éviter dutiliser les noms de
  fonction préexistantes)
• Fonctions (avec ou sans argument) trouvemax,
  plot(x, y)
• Opérateurs et mots clés gt - exit
  if-else-end
• Programming and Data Types M-File Programming
  Operators

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Quelques opérateurs et caractères spéciaux

• Caractères spéciaux
• () parenthèses
• affectation
• , virgule
• point virgule
• commentaire ou pour indiquer un format
• jusquà
• Opérateurs arithmétiques
• addition
• - soustraction
• multiplication
• Opérateurs relationnels
• test dégalité
• gt
• Opérateurs logiques

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Quelques mots-clef

• If else end
• Break
• Exit
• Function
• Pour connaître la liste exhaustive, taper
  iskeyword

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Les fonctions prédéfinies dans Matlab

• MATLAB Functions Functions - By Category
• MATLAB Functions Functions - Alphabetical List
• Les fonctions quon crée soi même sutilisent
  exactement comme les fonctions prédéfinies.

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Données structurées

• Vecteurs et matrices
• Chaînes de caractères
• Cellules
• Comment faire référence à chacun des éléments ()
  
• Opérations pour construire les matrices, chaînes
  et cellules vertcat() horzcat()
• MATLAB Functions Functions - By Category Data
  Types

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Démonstration 1

• Ligne de commande
• Appel dun programme
• Opérateurs syntaxiques de base
• Matrices et cellules
• Quest-ce qui est quoi (variable, fonction,
  mot-clé, chaîne de caractère) ?
• A1 3 5 9, A1 3 5 9 A, plot(A), close
• BA B
• 13 13
• C1 3 5 8 A-C AC plot(A, C), plot(A, C,
  r)
• Dceci est un test D
• D(1), D(6), D(111), D(1end)
• Enum2str(A)
• F1 2 3 4 5 6 7 8 9, F(2,3), GA, C , HA
  C
• Iceci, est, une, cellule, I2,
  I1(4)

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Boucles

• Les boucles permettent ditérer les mêmes
  opérations plusieurs fois sans les écrire
  plusieurs fois dans le programme
• if else end si sinon
• for iab end pour
• while true (break) end tant que
• switch case end pour tel ou tel cas

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Démonstration

• Boucles
• Initialisation des variables si nécessaire
• Couvrir tous les cas de figure le cas général
  et les cas particuliers
• demonstration demoif(nombre) demofor demowhile
  demoswitch(1 ou 1)

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Lecture et écriture de fichiers

• Entrée-sortie standard
• disp, input
• Fichier de données
• load, save
• Fichier son
• wavread, wavewrite
• Fichier texte
• fopen, fclose -gt demonstration demofopen
• fgetl, strtok, sscanf, findstr, strcmp
  fidfopen(articulatorydata.txt), fgetl(fid)

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Créer des figures avec Matlab

• plot
• paramètres
• subplot
• axes
• figures
• handles
• callback
• uicontrol

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La fenêtre figure

• Démonstration figure
• Paramètres (name, position, color) MATLAB
  Functions Figure Properties
• gcf, get et set
• get(gcf, position)
• set(gcf, position, )

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Laffichage des données à lintérieur des axes
(différent de axis)

• Démonstration axes
• Paramètres (title, fontsize, position, xlim,
  ylim, xlabel, ylabel, ) MATLAB Functions Axes
  Properties
• gca

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plot (et plot3)

• affiche un résultat (ouvre une fenêtre et crée
  des axes si nécessaire)
• Démonstration plot(A), plot(A, B)
• marqueurs et lignes propriétés graf2d,
  hndlgraf
• Subplot
• exemple daffichage 3D graf3d

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Curve fitting

• Régression linéaire et coefficient de corrélation
  
• Approximation polynomiale, fonctions spline

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Données acoustiques X données articulatoires

• figure
• hold on
• for i160 plot(MSP(i,2),volpal(i,2),'marker','o'
  ) end

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Démonstration

• demoregression

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(No Transcript)
31
Exercices
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Exercice 1

• Afficher sous forme de graphique des données
  contenues dans un fichier texte. (TF1.txt)
• Parcourez un document texte structuré
  (articulatorydata.txt) et faites la liste pour
  lentrée forme de la langue pour chacune des
  consonnes, /s/, lalvéolopalatale (c) et la
  palatoalvéolaire ou rétroflèxe (sh).
• Reprendre les données acoustiques et
  articulatoires
• afficher les différentes consonnes en couleurs
  différentes MATLAB Functions ColorSpec et avec
  des marqueurs différents MATLAB Functions Line
  Properties
• afficher létiquette de la consonne (s, c,
  sh) à la place du marqueur (MATLAB Functions
  text)

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Exercice 2

• Créez un programme avec Matlab qui permet de
  générer automatiquement un ensemble de fichiers
  de fonction daire sur un continuum.
• Rappel les 5 étapes de la programmation

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0. Identification du problème

• Je veux un continuum mais je suis trop paresseuse
  pour écrire tous les fichiers à la main.
• De plus, comme je suis distraite, je ferais
  certainement des erreurs en le faisant à la main.
• Je veux faire varier laire relative de deux
  tubes qui simulent un conduit vocal sans toucher
  à leur longueur.
• Je veux que laire totale soit constante afin de
  simuler le volume constant de la langue.

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1. Subdivision en tâches simples

• Boucles me permettant dobtenir un continuum
• Ouverture de fichiers texte en écriture
• Affichage des fonctions daire générées pour
  vérifier si elles correspondent bien à ce que je
  veux

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• 2. Pseudo-code
• 3. Traduire en Matlab
• 4. Commenter
• 5. Débuguer

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Exercice 3

• Créez un programme avec Matlab qui permet de
  présenter des stimuli dans un ordre aléatoire et
  denregistrer la réponse de lutilisateur (dans
  un protocole ABX, par exemple).
• rand input wavread
• Rappel les 5 étapes de la programmation

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(No Transcript)
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Fonctions avancées pour phonéticiens
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Traitement du signal 1Analyse spectrale avec
Matlab

• dft (fft)
• psd
• fenêtres
• autres méthodes
• échelle des fréquences
• rééchantillonage

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Le son

• fréquence déchantillonage, longueur et durée
• fréquence Nyquist
• le fichier wav (-1 1)
• demonstration demoson() demoson_tous

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Estimation spectrale

• Signal Processing Toolbox Statistical Signal
  Processing Spectral Estimation Method
• demospectre(s1)

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Fenêtrage

• Signal Processing Toolbox Special Topics Windows

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spectrogramme

• specgram specgramdemo

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Traitement du signal 2Filtrage et lissage

• filtres
• curve fitting
• coefficient de corrélation
• lpc
• ar
• cepstral smoothing
• autres méthodes

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Le filtrage

• Enlever le bruit (ex. électromyographie)
• Lisser les courbes dérivées (ex. données
  articulatoires)
• Signal Processing Toolbox Special Topics
  Time-Domain Based Modeling
• Signal Processing Toolbox fdatool (et fvtool
  pour visualiser le filtre)
• Signal Processing Toolbox sptool

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Démonstration

• lpc demolpc
• filtrage demoderiv

48
Lissage cepstral
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Exercice 4

• Pour des données de mouvement dun articulateur,
  calculer la vitesse et laccélération. (Ou pour
  un signal électroglottographique, la vitesse et
  laccélération de louverture et de la fermeture
  des cordes vocales)
• Afin dy voir plus clair, filtrer le signal pour
  enlever le bruit

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Créer une interface avec Matlab

• guide démonstration
• modification du code généré automatiquement

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Alignement de données variées

• Transformation du code de specgramdemo