Любая часть этого издания не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения правообладателя © ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком» www.techbook.ru © О.Б. Попов, С.Г. Рихтер Введение Звук, звуковые сигналы, возможность слухового восприятия – неотъемлемые составляющие полноценной жизни человека, среды его обитания. <...> Цифровая обработка звуковых вещательных сигналов (ЗВС) – не самоцель, а средство оптимизации передачи таких сигналов по каналам и трактам. <...> Цифровая передача ЗВС получила очень широкое распространение. <...> Основные из этих преимуществ (применительно к высоким требованиям к качеству передачи ЗВС): высокая помехоустойчивость при использовании каналов с большим уровнем помех и искажений; независимость качественных показателей каналов от их протяженности, числа цифровых транзитов, коммутации и обработки цифрового сигнала; отсутствие накопления помех и искажений, действующих на различных участках канала; простота цифрового выделения и ввода таких сигналов; значительное увеличение возможностей обработки ЗВС, представленных в цифровой форме; упрощение эксплуатации каналов, что объясняется высокой стабильностью и малым числом контролируемых параметров (часто достаточно контролировать только наличие сигнала и достоверность его передачи). <...> Прогресс технологии производства элементов полупроводниковой микросхемотехники открыл реальные возможности практической реализации высокоэффективных устройств цифровой обработки ЗВС. <...> В настоящем пособии акцентируется внимание на специфических вопросах, связанных с углубленным изучением первичного цифрового преобразования и компактного представления ЗВС, автоматического регулирования уровня таких сигналов в канале звукового вещания и их аудиопроцессорной обработки в трактах вторичного распределения, с анализом искажений сигнала на всех этапах <...>
Цифровая_обработка_сигналов_в_трактах_звукового_вещания._Учебное_пособие_для_вузов._-_2015_(1).pdf
Все права защищены.
Любая часть этого издания не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме
и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения правообладателя
© ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком»
www.techbook.ru
© О.Б. Попов, С.Г. Рихтер
Стр.2
Содержание
Введение .......................................................................................................... 3
1. СИГНАЛЫ И КАНАЛЫ ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ ....................................... 5
1.1. Особенности организации системы звукового вещания в России .... 5
1.2. Звуковой вещательный сигнал: описание и основные свойства ...... 8
1.3. Основы восприятия звуковых сигналов ............................................ 13
1.4. О необходимости обработки сигнала в канале звукового вещания 21
1.5. Требования к качеству передачи сигналов звукового вещания ...... 25
1.6. Практическое занятие: оценка распознаваемости, разборчивости
и качества звуковых сигналов ........................................................... 29
Контрольные вопросы .............................................................................. 35
2. НЕКОТОРЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕДУРЫ АНАЛИЗА
И ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗВУКОВЫХ ВЕЩАТЕЛЬНЫХ
СИГНАЛОВ ................................................................................................. 36
2.1. Способы спектрального анализа вещательного сигнала ................ 36
2.1.1. Требования к спектральному анализу вещательного
сигнала ...................................................................................... 36
2.1.2. Полосовая фильтрация в задачах спектрального анализа
звуковых сигналов .................................................................... 39
2.1.3. Способы формирования спектральных оценок
звуковых сигналов .................................................................... 42
2.1.4. Особенности спектрального оценивания с помощью
ортогональных преобразований ............................................. 44
2.1.5. Повышение точности БПФ-анализа звуковых
сигналов .................................................................................... 50
2.2. Преобразование Гильберта в задачах обработки сигнала
звукового вещания .............................................................................. 53
2.2.1. Общие сведения ....................................................................... 55
2.2.2. Реализация преобразования Гильберта с помощью ДПФ .... 58
2.2.3. О погрешности синтеза ортогонального сигнала на базе
преобразования Гильберта ..................................................... 60
2.2.4. О точности формирования ортогонального сигнала
на основе БПФ .......................................................................... 63
2.3. Фильтрация на основе нелинейного транспонирования
спектра комплексного сигнала ........................................................... 63
2.4. Практическое занятие: спектральный анализ и искажения,
обусловленные неверной интерпретацией его результатов .......... 68
Контрольные вопросы ............................................................................... 73
3. ЦИФРОВОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗВУКОВЫХ ВЕЩАТЕЛЬНЫХ
СИГНАЛОВ ................................................................................................. 74
3.1. Вводные замечания ............................................................................ 74
3.2. Аналого-цифровое преобразование ................................................. 74
3.3. Мгновенное и почти мгновенное компандирование ......................... 81
3.4. Дифференциальные методы квантования ....................................... 85
Стр.339
340
Цифровая обработка сигналов в трактах звукового вещания
3.5. Повышение эффективности цифрового представления ЗВС ......... 87
3.6. Задача изменения частоты дискретизации ...................................... 89
3.7. Влияние цифрового тракта на качество передачи звуковых
сигналов. Маскировка ......................................................................... 94
3.8. Практическое занятие: анализ искажений цифрового
представления звуковых вещательных сигналов .......................... 104
Контрольные вопросы ............................................................................. 113
4. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПАКТНОГО
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ВЕЩАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
(КОДИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКА) ............................................................. 114
4.1. Вводные замечания .......................................................................... 114
4.2. Представление звуковых вещательных сигналов
в частотной области ......................................................................... 118
4.3. Структура кодера для компрессии цифровых аудиоданных ................... 121
4.4. Психоакустические модели и свойства слуха ................................ 123
4.5. Основные операции кодирования
(базовый стандарт MPEG-1 и MPEG-2 Audio) ................................ 132
4.6. Элементы системы кодирования ATSC Dolby АС-3 ....................... 138
4.7. Искажения звука при сжатии аудиоданных
(критический анализ алгоритмов компрессии аудиоданных) ........ 145
4.8. Об улучшении качества звучания цифрового сигнала .................. 149
4.9. Практическое занятие: анализ искажений компактного
представления звуковых вещательных сигналов .......................... 154
Контрольные вопросы ............................................................................ 162
5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИГНАЛА В КАНАЛЕ
ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ ..........................................................................163
5.1. Задача авторегулирования уровня ЗВС в канале передачи ......... 164
5.2. Влияние работы авторегуляторов на свойства звуковых сигналов 169
5.3. Устройства динамической обработки сигналов в радиовещании . 178
5.4. Развитие методов обработки вещательных сигналов ................... 185
5.5. Cистемы шумоподавления ............................................................. 187
5.6. Неискажающее управляемое компандирование
звукового сигнала ............................................................................. 195
5.7. Алгоритм неискажающего компандирования ЗВС
по гильбертовской огибающей ........................................................ 196
5.8. Практическое занятие: анализ результатов работы
авторегулятора уровня ЗВС и системы шумоподавления ........... 203
5.8.1. Анализ результатов работы авторегулятора уровня ЗВС ... 203
5.8.2. Анализ результатов работы системы шумоподавления...... 203
Контрольные вопросы ............................................................................. 215
6. АУДИОПРОЦЕССОРНАЯ ОБРАБОТКА ЗВУКОВЫХ ВЕЩАТЕЛЬНЫХ
СИГНАЛОВ В КАНАЛЕ ПЕРЕДАЧИ ........................................................ 216
6.1. Психоакустические процессоры ...................................................... 216
6.2. Процессоры пространственной обработки ..................................... 221
Стр.340
Содержание
341
6.3. Аудиопроцессорная обработка вещательного сигнала
в трактах вторичного распределения ............................................. 230
6.3.1. Цель аудиопроцессорной обработки ЗВС ............................ 230
6.3.2. Аудиопроцессоры OPTIMOD: особенности обработки звука
и применения .......................................................................... 233
6.3.3 Об эффективности аудиопроцессорной обработки сигнала
на входе РВ передатчика ........................................................ 241
6.3.4. Автоматический регулятор с использованием гильбертовской
огибающей вещательного сигнала (АРГО) .......................... 242
6.4. Практическое занятие: анализ изменений сигнала при
аудиопроцессорной обработке ........................................................ 253
Контрольные вопросы ............................................................................. 258
7. ВОПРОСЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ЗВУКОВЫХ ВЕЩАТЕЛЬНЫХ
СИГНАЛОВ В АДАПТИВНЫХ КАНАЛАХ ................................................ 259
7.1. Метрология звукового вещания и свойства слуха ......................... 259
7.2. Методы оценки качества звукового сигнала ................................... 261
7.3. Методика анализа изменений звуковых сигналов на основе статистических
распределений их параметров ....................................................... 270
7.3.1. Совместимость статистического подхода с существующим
метрологическим обеспечением каналов звукового вещания.
Выбор информативных параметров сигнала ....................... 270
7.3.2. Энергетические параметры вещательного сигнала ............ 273
7.3.3. Параметры формы вещательного сигнала .......................... 279
7.3.4. Спектральные параметры вещательного сигнала ............... 282
7.4. Метод комплексного статистического оценивания (МКСО) ........... 287
7.5. Методика оценки качества передачи сигналов звукового
вещания на основе использования МКСО ...................................... 298
7.6. Примеры использования МКСО ...................................................... 304
7.7. Практическое занятие: анализ результатов измерений
характерных искажений звукового сигнала
в каналах передачи .......................................................................... 311
Контрольные вопросы ............................................................................ 317
ПРИЛОЖЕНИЕ. Основы цифрового спектрального анализа .................. 318
Основные сокращения и определения ...................................................... 332
Список литературы ...................................................................................... 334
Стр.341