自适应动态范围.doc

文档介绍：自动增益控制输出压缩比扩展比图1中,横坐标表示输入信号的声压级(SoundPressureLevel,SPL,单位为dB),纵坐标表示输出信号的声压级;黄色对角线表示输入信号与输出信号的声压级相等,即无动态范围控制处理;红色折线表示动态范围控制处理曲线。动态范围压缩处理曲线按照输入信号SPL从低到高的顺序依次包括如下折线段:(1)扩展段:由扩展比(ExpansionRatio,ER)和扩展阈值(ExpansionThreshold,ET)参数确定;图1中,;表示扩展段内输出SPL的动态范围是输入SPL的动态范围的3倍(扩展了3倍);表示SPL小于20dBSPL的输入信号属于扩展段。(2)低水平段:由低水平增益(LowLevelGain,LLG)、低阈值(LowerThreshold,LT)和ET参数确定;图1中,;横坐标的输入SPL从ET到LT的区间属于低水平段;该段内只对输入信号信号进行线性增益处理,即对于不同SPL的输入信号都采用相同的增益,图1中该增益为,其中Level表示系统的其他模块提供的增益。(3)压缩段:pressionRatio,CR)、高阈值(UpperThreshold,UT)和LT参数确定;图1中,;横坐标的输入SPL从LT到UT的区间属于压缩段;该段内对输入信号进行动态范围压缩处理,()。(4)高水平段:由高水平增益(HighLevelGain,HLG)、高阈值(UpperThreshold,UT)和自动增益控制输出(AutomaticGainControlOutput,AGCO)值确定;图1中,,;横坐标的输入SPL从UT到120dBSPL的区间属于高水平段;该段对输入信号进行线性增益处理,并且带有AGCO功能;AGCO判断输出信号的SPL是否超出预先指定的阈值(图1中,对应120dBSPL),若超出该阈值则置为该阈值;与低水平段的处理相同,对于不同SPL的输入信号都采用相同的增益,图1中该增益为,其中Level表示系统的其他模块提供的增益。图2给出了图1所示的输入/输出函数关系曲线图对应的输入/增益函数关系示意图。从图2可明显观察到扩展段、低水平段、压缩段和高水平段的增益特点。图1所示的输入/输出函数关系图可总结为如式(1)所示的数学表达式;相应的图2所示的输入/增益函数关系图可总结为如式(2)所示的数学表达式,其中表示dB单位的增益,表示表示线性的增益。图2(1)(2)DRC方法的原理框图如图3和4所示,图3图四其中图3表示前馈动态范围控制,图4表示反馈动态范围控制。图中,表示输入信号,表示输出信号,n表示时间帧,k表示频域子带。不失一般性,我们以图3的前馈动态范围控制为例对处理流程进行说明。信号幅度检测可为幅度的均方根(RootMeanSquare,RMS)检测或峰值检测。常用的均方根检测的数学表达式如式(3)所示;采用平滑滤波器替代平均计算,平滑系数为;为输入信号的幅度。常用的峰值检测方法有:标准峰值检测如式(4)所示,修正峰值检测I型如式(5)所示,修正峰值检测II型如式(6)所示,平滑峰值检测I型如式(7)所示,平滑峰值检测II型如式(8)所示;其中为跟踪时间(AttackTime)系数,为释放时间(ReleaseTime)系数,它们的取值区间为[0,1]。计算增益步骤中,首先将转化为dB值得到,然后根据式(2)的输入/增益函数关系计算得到。最后将与输入信号相乘得到输出信号。(3)(4)(5)(6)(7)(8)上述动态范围控制方法中,信号幅度检测步骤中所采用的和参数通常为预先设定的固定数值;和参数小,表示幅度检测对输入声音信号的幅度变化跟踪速度快,其带来的问题是可能导致输出信号不平稳变化,从而影响音质;和参数大,表示幅度检测对输入声音信号的幅度变化跟踪速度慢,其带来的问题是可能导致无法跟踪上输入声音信号的幅度变化,从而达不到动态范围控制的目的。如图2所示,上述的动态范围控制方法产生的增益曲线是由若干的折线段构成的,折线段之间的拐点使得听着明显感受到声音被压缩处理,从而影响听感质量。,或该输入音频信号经过时频变换得到频域的数字音频信号,时频变换处理可为离散傅里叶变换(DiscreteFourierTransform,DFT)或加权重叠相加(WeightedOverLapAdd,WOLA)分解等时频变换操作。不失一般性,这里以采用WOLA分解方法为实施例得到。(3)所示的均方根检测或如式(4)-(8)所示的任一种峰值检测。不是一般性,这里采用式(7)的平滑峰值检测I型为实施例进行信号幅度检测;其中跟踪时间系数,;