Сжатие динамического диапазона НЧ сигнала

you_go · 14.01.2011, 13:21

Само 8-битовое преобразование может внести гораздо больше искажений в речевой сигнал, чем последующая цифровая компрессия. Поэтому обычная "гладкая" аналоговая компрессия может оказаться даже в выигрыше по разборчивости сигнала, несмотря на возникающие нелинейные искажения (вспомните про нелинейные искажения невывысоких порядков ламповых усилителей, которые даже приятны для восприятия человеческим ухом). И не зря в телефонии при такой малой разрядности АЦП обычно имеет не линейную, а близкую к логарифмической характеристику, что как бы повышает "эффективную" разрядность линии передачи. Компрессия динамического диапазона применяется довольно широко. К примеру, компрессор в известной системе Sony-minidisk независимо ужимает динамику отдельных спектральных составляющих звукового сигнала, и звук становится более "плотным", разборчивым и приятным. Однако некоторые фонограммы начинают после этого звучать просто смешно (громкие и тихие сигналы "вырввниваются"). Поэтому, прежде, чем городить цифровую обработку, ИМХО, нужно проанализировать, а не будет ли проще и лучше это сделать обычным аналоговым способом. Иначе, все равно до компрессии придется оцифровывать сигнал с большей, чем 8 бит разрешающей способностью.

Alex9797 · 14.01.2011, 13:58

Не считаю себя большим спецом в обработке звука. Поэтому, если бы передо мной стояла задача ограничить динамический диапазон речи, я бы в первом приближении применил нелинейное преобразование, близкое к логарифмическому. Например, диодный переход, или канал полевика. Если нелинейные искажения велики - применил бы схему посложнее, вроде предложенной
NOPROBLEM, в пост #13.

Если же нелинейные искажения должны быть минимальными, то однозначно применил бы преобразование, подобное быстрой АРУ. Но у нее тоже есть недостаток. Реакция на изменения уровня сигнала происходит с запаздыванием. Поэтому часть пикового значения может попадать в тракт. Кроме того, скорость срабатывания АРУ чаще всего делается несимметричной - с быстрым нарастанием затухания, и с медленным спадом. Поэтому после короткого резкого всплеска громкости АРУ еще несколько секунд продолжает значительно давить амплитуду сигнала.

Чтобы убрать и этот недостаток, и в целом улучшить качество компрессии, я бы ввел в тракт довольно большую задержку сигнала, до 0,5...1...2 секунд. Конечно, лучше всего такие задержки реализуются цифровыми методами.
То есть, это выглядело бы так:
1. Полосовой фильтр, для подавления мусора.
2. АЦП
3. FIFO, объемом (слов)=(длительность задержки, с)*(частота квантования, Гц)
4. ЦАП
5. ФНЧ

Анализ уровня сигнала происходит до АЦП, а АРУ воздействует на сигнал уже после ЦАП, или после ФНЧ. При этом АРУ не быстрая, а наоборот - медленная, начинает срабатывать с упреждением, уровень меняется плавно, без резких бросков.

Реализация АРУ может быть как аппаратной, так и программной. Времени для анализа сигнала достаточно. FIFO можно применить аппаратный, внешний, если АРУ делать аппаратно. А если АРУ программная, то в качестве FIFO придется использовать ОЗУ микроконтроллера.

LEDZEP · 14.01.2011, 14:40

Сообщение от NOPROBLEM

Насколько я знаком с данным вопросом, компрессоры типа АРУ не годятся для передачи речи, имеющей принципиаьно негладкий сигнал. Логарифмирование в чистом виде приводит к возникновению гармоник, ухудшающих разборчивость речи. В связной технике давно разработан и успешно используется метод, когда после логарифмического компрессора смещают по времени искажения сигнала, а затем его вновь подавляют логарифмированием. Сам делал такие компрессоры для домофонов в 80Х, эффект потрясающий. Любой шерох и шепот на лесничной клетке слышится без напряжения, а если кричать прямо в микрофон, то тоже нет никакой перегрузки. Недавно по просьбе товарища поднял старые записи, а затем промоделировал дивайс в ВИССИМе на современных элементах. Могу поделиться (бескорыстно).
А теорию читал у В.Т. Полякова в "Радиолюбителю о технике прямого преобразования". Программной реализацией компрессора не занимался.

Вот проделал давно, публикация ещё с трансформатором для фазовращателя была ещё в конце 60-х.
Для речи и для электрогитары идеальное решение, никак не превзойти по последующей субъективной оценке. Я доказательства за последние 20 лет предъявлял ну, паре десятков оппонентов уже . Последняя реализация была на ИМС дилея + дифференциальный сумматор.
И всё параметрически - никаких хвостов-затыков!

FedotLapteshchekhlioboff · 14.01.2011, 15:06

Сообщение от Alex9797

Если же нелинейные искажения должны быть минимальными, то однозначно применил бы преобразование, подобное быстрой АРУ. Но у нее тоже есть недостаток. Реакция на изменения уровня сигнала происходит с запаздыванием.

При «прямом управлении» - нет. И даже при «обратном управлении» время реакции может быть реализовано (и реализовано более полувека назад) нужной длительности без всяких цифровых методов.

Сообщение от Alex9797

Кроме того, скорость срабатывания АРУ чаще всего делается несимметричной - с быстрым нарастанием затухания, и с медленным спадом.

Никто не мешает делать её с любыми (разумными для практики) временными характеристиками. Вы о «слоговых компрессорах» (давних, аналоговых) слышали?

Сообщение от Alex9797

Поэтому после короткого резкого всплеска громкости АРУ еще несколько секунд продолжает значительно давить амплитуду сигнала.

«Время восстановления» полностью подвластно разработчику и пользователю.
Более того, уже давным-давно реализованы аналоговые схемы, в которых время восстановления управляется самой длительностью всплеска уровня.

Всё это, между прочим, предельно доходчиво разъяснено в той самой, столь пренебрегаемой, книжице…

NOPROBLEM · 15.01.2011, 11:14

Сообщение от niXto

Так вот именно это ТС и хочет сделать программно - сжать сигнал допустим с 16-24 битного АЦП до 8-12 бит. Почему именно программно - ему виднее

Похоже классическая алтернатива: "Вам шашечки или ехать?" плавно преобразуется в :"Вам качественный звук или программная реализация?"

NOPROBLEM · 15.01.2011, 11:27

Сообщение от FedotLapteshchekhlioboff

Никто не мешает делать её с любыми (разумными для практики) временными характеристиками.

Так и аналоговыми методами можно получит любые характеристики. Но в том то и штука, что увеличения достоверности оценки время должно быть максимальным, а для сохранения качества-минимальным. Любое реальное значение портит оба показателя, но в разной степени в зависимости от значения. Единственный надежный вариант - обработка в режиме постпроцессора. Причем лучше посадить хорошего звукооператора, чем тупую программу. Хотя и MP3Gaint тоже дает приличные результаты...

niXto · 15.01.2011, 12:00

Сообщение от NOPROBLEM

Похоже классическая алтернатива: "Вам шашечки или ехать?" плавно преобразуется в :"Вам качественный звук или программная реализация?"

Программно все гораздо проще и легче. Любой фильтр - десяток слов программы (ну и подпрограмма фильтра естественно). Нужен полосовой фильтр 50 Гц 8-го порядка? - Нет ничего проще, сотня байт памяти программ контроллера, и не нужен килограмм дросселей. В аналоговой часто упрощают, не всегда можно точно подобрать номиналы деталей - в цифровой никто ничего не будет упрощать а погрешность легко достижима в доли процента. И чтоб изменить количество и порядок фильтров - не надо делать новую плату, просто перепрошей контроллер...

так что не вижу юмора.

NOPROBLEM · 15.01.2011, 13:33

Сообщение от niXto

Программно все гораздо проще и легче. Любой фильтр - десяток слов программы (ну и подпрограмма фильтра естественно). Нужен полосовой фильтр 50 Гц 8-го порядка? - Нет ничего проще, сотня байт памяти программ контроллера, и не нужен килограмм дросселей. В аналоговой часто упрощают, не всегда можно точно подобрать номиналы деталей - в цифровой никто ничего не будет упрощать а погрешность легко достижима в доли процента. И чтоб изменить количество и порядок фильтров - не надо делать новую плату, просто перепрошей контроллер...

так что не вижу юмора.

Вам что, нужен фильтр 8 порядка? Или надо менять порядок фильтра чаще чем раз в неделю?
И не надо заливать, что в программной реализации ни кто не упрощает. Здесь грамотные люди собрались, и программно и аппаратно большинство людей кое что сделало и разницу понимает. Думаю, дело в другом. Если сейчас и учат чему, так программированию. Для этого есть все. А вот схематехнике я уж и не знаю, где учат. А где хорошо учат, так думаю ни кто и не скажет. Поэтому молодежь электроники как огня боится. Разъем распаять-вершина мастерства. Потому и норовят все что можно и нельзя программно решить.

niXto · 15.01.2011, 17:42

Сообщение от NOPROBLEM

И не надо заливать, что в программной реализации ни кто не упрощает. Здесь грамотные люди собрались, и программно и аппаратно большинство людей кое что сделало и разницу понимает.

Перечитайте 1-й и 4-й пост ТС. Я не модератор, но если желаете порассуждать по аналоговым фильтрам - создайте отдельную тему. Здесь тема по цифровым фильтрам.

FedotLapteshchekhlioboff · 15.01.2011, 21:32

Сообщение от niXto

…если желаете порассуждать по аналоговым фильтрам - создайте отдельную тему. Здесь тема по цифровым фильтрам.

Это откуда следует из зачина ветки? Исходный вопрос

Сообщение от makser1

Не смог найти практическую (да и теоретическую) информацию по алгоритмам сжатия динамического диапазона сигнала, в радиосвязи называется "снижение пик фактора".
Может кто-нибудь поделится информацией?

относится к любым алгоритмам сжатия динамического диапазона сигнала. И уж проблема снижения пик-фактора в радиосвязи и радиовещании была решена ещё до 2-й мировой, какими там «цифровыми фильтрами»…