Динамическая обработка данных

Процессор динамической обработки сигналов устанавливает соотношение между изменениями уровней напряжения на его выходе, по сравнению с изменениями уровней напряжения на входе. В некоторых случаях эта зависимость может быть линейной. Тем не менее, это не означает, что уровень напряжения на выходе совпадает с уровнем напряжения на входе. На рисунке 22-83 графически отображаются три примера линейной обработки.

Рисунок 22-83. Три примера линейной обработки.

На каждом из трех графиков на рис. 22-83 обработка считается линейной, так как изменение входного уровня на 10 дБ вызывает соответствующее изменение уровня выходного сигнала на 10 дБ. Обратите внимание, однако, что выходной уровень в верхней кривой всегда на 20 дБ больше, чем у входного индикатора усиления в 10 степени. В средней кривой, уровень входного сигнала и выходной уровень равны, что свидетельствует о единичном усилении. В нижней кривой выходной уровень равномерно меньше входного уровня на 20 дБ, что указывает на то, что выход ослабляется в 10 степени относительно входа. Это поведение выражается математически следующим образом. Пусть Vo - выходное напряжение либо амплитудное, либо среднеквадратическое значение. Аналогично, пусть Vi - соответствующее значение входного напряжения, a - безразмерная константа. В линейной обработке эти величины связаны:

Дисплей на рисунке 22-83 касается уровней напряжения, а не только входных и выходных напряжений как таковых. Тогда необходимо разделить обе части уравнения 22-176 на опорные значения напряжения, возьмите логарифм по основанию десять с обеих сторон и умножьте обе части на 20 дБ, чтобы получить:

При записи 22-177 было использовано то, что логарифм произведения представляет собой сумму логарифмов множителя и мультипликатора. Когда один присваивает значения 10, 1 и 0,1 соответственно, уравнение 22-177 генерирует верхний, средний и нижний графики на рис. 22-83.

Нелинейная динамическая обработка более интересна и представлена ​​двумя совершенно разными категориями, называемыми расширением и сжатием. Расширение происходит, когда небольшое изменение входного уровня приводит к большему изменению выходного уровня, например, к изменению входного уровня на 1 дБ, что приводит к изменению выходного уровня на 2 дБ.

Это описано как 1 на 2 или 1:2. Подобное сжатие происходит, когда большое изменение входного уровня приводит к меньшему изменению выходного уровня, например, к изменению входного уровня на 2 дБ, что приводит к изменению уровня выходного сигнала на 1 дБ. Это описано как 2 в 1 или 2:1. На рис. 22-84 графически отображаются кривые расширения и сжатия, а также линейная ссылка на единицу усиления.

Рисунок 22-84. Расширение 1 в 2 и сжатие 2 в 1 по сравнению с линейным.

Уравнение для кривой расширения может быть записано путем проверки верхней кривой на рис. 22-84.

Если решается уравнение 22-178 для Vo в терминах Vi, то найдется, что Vo пропорционально Vi 2. Аналогичный анализ, применяемый к кривой сжатия, показывает, что для сжатия, Vo пропорционально Vi 1/2. В общем случае, если n является показателем, применяемым к Vi, расширение происходит при n > 1, а сжатие происходит при n < 1. Если нужно расширить 1 дБ на 4 дБ, то n должно иметь значение 4. Если требуется сжатие 4 дБ на 1 дБ, то значение n должно иметь значение 1/4. Как расширение, так и сжатие - нелинейны, так как степенной закон связывает вывод с входом. Если применить расширение с достаточно большим значением для n, например n = 10 или более, процесс называется стробированием (gating). Аналогично, если применить сжатие с n = 1/10 или 1/20, процесс то называется ограничением (limiting). Многие системы динамической обработки предлагают комбинации вышеупомянутых возможностей. Такая система может иметь уровень в уровне внешнего поведения, как показано на рисунке 22-85.

Рисунок 22-85. Комбинированная динамическая обработка.

Процессор, показанный на рисунке 22-85, имеет расширение 1: 2 для сигналов очень низкого уровня, линейное поведение для сигналов низкого уровня, сжатие 2:1 для сигналов промежуточного уровня и ограничение 20:1 при приближении входа к высоким уровням. Точки перехода или пороговые значения для разных процессов, а также отношения, используемые в таком приборе, вполне могут находиться под контролем оператора. Кроме того, такое устройство может иметь линейный переменный выходной каскад усиления, который может сдвигать весь график вверх или вниз. Например, дополнительное усиление в 4 дБ приведет к максимальному ограничению выхода на 0 дБ.

Студии записи вполне могут использовать все комбинации динамической обработки, особенно при записи на носители с ограниченным динамическим диапазоном и с высоким пороговым уровнем шума. Воспроизведение таких записей вполне может потребовать дополнительной динамической обработки. Общая динамическая обработка в таких случаях называется компандированием. Обработка, используемая в мощных системах усиления звука, обычно состоит из линейных обработок, за которыми следуют дополнительные обработки сжатия и ограничения.

В местах с высоким уровнем окружающего шума, таких как спортивные арены или оповещение в промышленных условиях или сжатых транспортных центрах, необходимо обеспечить, чтобы средний уровень голоса диктора оставался значительно выше конкурирующих уровней шума. Ограничение также требуется в таких системах для предотвращения чрезмерного смещения диафрагмы громкоговорителя и/или отсечения в усилителях мощности.

Когда уровень ввода превышает или падает ниже порогового значения для данного типа обработки, применение или удаление назначенной обработки не является мгновенным, поскольку такое поведение будет не только слышимым, но и раздражающим для слушателя. Начало такой обработки должно быть достаточно быстрым, чтобы с пользой для достижения цели в то же время сохранить слышимое искажение на приемлемом уровне. Аналогично, выпуск определенного типа обработки должен быть достаточно медленным, чтобы не быть заметным, но достаточно быстрым, чтобы снова выполнить желаемую цель. Поведение начала и удаления описано в терминах постоянных времени атаки или времени для тех аналоговых систем управления, которые используют пассивный резистивный заряд или разряд конденсаторов хранения в схемах измерения уровня. Более сложные системы используют активные или постоянно действующие методы зарядки или разрядки. Такие системы могут быть охарактеризованы фактическими моментами атаки и выпуска. В обоих случаях постоянные времени или прямые времена обычно находятся под управлением оператора.

В цифровой динамической обработке функции определения уровня, а также применения или удаления заданного типа обработки выполняются посредством расчетов с фактическими значениями выборки и временными историями, представленными последовательностями значений выборки. Используются алгоритмы, которые приводят к операциям, которые имитируют или улучшают поведение наиболее успешных аналоговых систем.

В качестве примера поведения атаки системы динамической обработки рассмотрим тот, в котором операция является линейной, если входной сигнал имеет амплитуду менее 1,5 В и переходит в жесткое ограничение, когда амплитуда превышает 1,5 В. Также рассмотрим, что этот процессор возбуждается синусоидой 1 кГц с амплитудой 1 кГц от t = 0 до t = 5 мс, когда входная амплитуда становится равной 2 В и остается там. Вывод такого процессора может выглядеть так, как показано на рисунке 22-86.

Исследование на рис. 22-86 показывает, что выход ограничителя превысил предельное значение 1,5 В и затем приближается к предельному значению с помощью экспоненциального спада. «Постоянная» времени τ, связанная с этим спадом, представляет собой постоянную времени атаки предельного действия. «Огибающая» выхода описывается формулой:

Рисунок 22-86. Поведение атаки ограничителя.

Аналогично, рассмотрим теперь, что тот же самый процессор был возбужден в течение некоторого времени до нового t = 0 с помощью синусоиды с амплитудой 1 В 1 кГц, а в новое время t = 5 мс амплитуда возбуждения падает до амплитуды 1 В и остается там. Поведение восстановления от предельного действия этого процессора в этих условиях появляется на рисунке 22-87.

На рисунке 22-87 показано, что, начиная с t = 5 мс, выход процессора подрывает новое требуемое значение 1 В и асимптотически приближается к требуемому значению при увеличении t за 5 мс. Огибающая выхода ограничителя теперь описывается новым уравнением с τ, которое теперь является постоянной времени выпуска.

Многие исследования были направлены на выбор жизнеспособных значений времени атаки и выпуска для различных типов материалов программы. Эти исследования включали в основном субъективные тесты на прослушивание, поскольку последний арбитр часто «Как это звучит?». Многие процессоры коммерческой динамической обработки имеют значения по умолчанию для этих параметров на основе таких исследований.

Рисунок 22-87. Выпуск, поведение ограничителя.

Bibliography

G. M. Ballou. Handbook for Sound Engineers, 3rd edition. Boston: Focal Press, 2002.

R. J. Higgins. Digital Signal Processing in VLSI. Englewoods-Cliffs: Prentice-Hall, 1990.

M. S. Roden. Introduction to Communication Theory. New York: Pergamon Press, 1972.

Bernard Sklar. Digital Communications. Englewoods Cliffs: Prentice-Hall, 1988.

A. B. Williams and F. J. Taylor. Electronic Filter Design Handbook, 2nd edition. New York: McGraw-Hill, 1988.

 






Дата добавления: 2022-05-07; просмотров: 21;


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети.

Поиск по сайту:

Введите нужный запрос и Знаток покажет, что у него есть.
Znatock.org - 2022-2022 год. Для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь | Конфиденциальность
Генерация страницы за: 0.018 сек.