%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% SYN - 4. laboratorní úloha: 
%       Spektrální manipulace
%       15. října 2025
%       autor: Roman Čmejla
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Tento skript vyžaduje následující soubor:
% 'why11.wav'
%
% -------------------------------------------------
% Teoretický úvod:
%
% Fázový vokodér je nástroj pro analýzu a syntézu signálů ve frekvenční oblasti.
% Umožňuje samostatně manipulovat s časovou a frekvenční složkou zvuku, 
% aniž by docházelo k výraznému zkreslení spektrální struktury. 
% Princip spočívá v převodu krátkých segmentů signálu do frekvenční oblasti 
% pomocí krátkodobé Fourierovy transformace (STFT), 
% úpravě amplitud a fází jednotlivých spektrálních složek, 
% a následné rekonstrukci signálu pomocí inverzní transformace.
%
% Fázový vokodér je využíván například pro:
%  - časové roztažení nebo zkrácení zvuku bez změny výšky tónu,
%  - posun výšky tónu bez změny délky trvání,
%  - tvorbu speciálních efektů (např. „robot“ nebo „šepot“),
%  - nelineární manipulaci spektra, jako je potlačení šumu.
% -------------------------------------------------


%% PŘÍKLAD 4.1: Filtrace ve frekvenční oblasti
% Načtěte zvukový signál (např. 'why11.wav') a vygenerujte sinusový signál
% o frekvenci 430 Hz a stejné délce jako původní nahrávka.
%
% a) Proveďte přímou resyntézu původního signálu.
% b) Přičtěte 430Hz sinusoidu k audio signálu a poté tuto složku
%    potlačte ve frekvenční oblasti.
%
% Poslechněte si původní i resyntetizovaný signál
% a zobrazte je v časové i frekvenční oblasti.


%% PŘÍKLAD 4.2: Prodloužení času pomocí fázového vokodéru
% Změňte délku zvukového signálu s využitím fázového vokodéru.
% Postup zahrnuje:
%  - úpravu poměru kroků mezi analýzou (N1) a syntézou (N2),
%  - interpolaci amplitudových obálek,
%  - přičítání rozbalených fázových rozdílů k předchozímu oknu fáze,
%  - rekonstrukci signálu pomocí komplexní exponenciály.
%
% a) Prodloužení signálu o 100 % (zdvojnásobení délky). Poměr N2/N1 = 2.
% b) Zkrácení signálu o 50 % (polovina délky). Poměr N2/N1 = 0.5.


%% PŘÍKLAD 4.3: Posun výšky tónu (Pitch Shifting)
% Změňte výšku tónu signálu bez změny jeho délky pomocí fázového vokodéru.
% Postup:
%  1) Časové prodloužení signálu (poměr N2/N1),
%  2) Následné převzorkování (poměr N1/N2).
%
% a) Posuňte výšku tónu o jednu oktávu výše.
% b) Posuňte výšku tónu o jednu oktávu níže.


%% PŘÍKLAD 4.4: Speciální efekty pomocí fázového vokodéru
% Vytvořte různé efekty pomocí změny fáze signálu:
%
% a) Efekt „Robot“ – "vynulujte" fázi.
% b) Efekt „Šepot“ – generujte náhodnou fázi.


%% PŘÍKLAD 4.5: Nelineární potlačení šumu pomocí fázového vokodéru
% Demonstrujte nelineární potlačení šumu ve zvukovém signálu
% prostřednictvím spektrální manipulace:
%
% a) Vygenerujte šum, přičtěte jej k signálu a vypočtěte poměr SNR před potlačením.
% b) Aplikujte spektrální manipulaci k nelineárnímu potlačení šumu
%    a pozorujte vliv na kvalitu signálu.