IT202000010435A1 - METHOD FOR IMPROVING THE PERCEPTION OF THE QUALITY OF A DIGITAL AUDIO SIGNAL EMITTED BY A RECEIVER OF TELEVISION SIGNALS, PARTICULARLY OF THE FLAT SCREEN TYPE, AND RELATED DEVICE - Google Patents
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Description
Descrizione dell?Invenzione Industriale dal titolo: Description of the Industrial Invention entitled:
?METODO PER MIGLIORARE LA PERCEZIONE DELLA QUALIT? DI UN SEGNALE AUDIO DIGITALE EMESSO DA UN RICEVITORE DI SEGNALI TELEVISIVI, IN PARTICOLARE DEL TIPO A SCHERMO PIATTO, E RELATIVO DISPOSITIVO? ?METHOD TO IMPROVE THE PERCEPTION OF QUALITY? OF A DIGITAL AUDIO SIGNAL EMITTED BY A RECEIVER OF TELEVISION SIGNALS, PARTICULARLY OF THE FLAT SCREEN TYPE, AND RELATED DEVICE?
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un metodo per migliorare la percezione della qualit? di un segnale audio digitale emesso da un ricevitore di segnali televisivi e da un relativo dispositivo. The present invention refers to a method for improving the perception of quality? of a digital audio signal output from a television signal receiver and related device.
Pi? in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un metodo per migliorare la percezione della qualit? di un segnale audio digitale emesso da un ricevitore televisivo del tipo a schermo piatto, e relativo dispositivo. Pi? in particular, the present invention refers to a method for improving the perception of quality? of a digital audio signal output from a flat screen type television receiver, and related device.
In particolare, il miglioramento della qualit? del segnale audio percepita ? relativo al parlato, di cui si migliora la chiarezza e di conseguenza l?intelligibilit?. La presente invenzione ha come base scientifica la rilevanza che alcune frequenze dello spettro della voce hanno ai fini dell?intelligibilit? del parlato: si vedano a questo proposito lo Standard ANSI S3.5-1997 e l?articolo a nome Steeneken e Hougast: ?Mutual Dependence of the octave-band weights in predicting speech intelligibility?, Speech Communication 28, pagine 109-123. In particular, the improvement of the quality of the perceived audio signal ? relating to speech, which improves the clarity and consequently the intelligibility. The scientific basis of the present invention is the relevance that some frequencies of the voice spectrum have for the purposes of intelligibility? of speech: in this regard see the ANSI Standard S3.5-1997 and the article by Steeneken and Hougast: ?Mutual Dependence of the octave-band weights in predicting speech intelligibility?, Speech Communication 28, pages 109-123.
Le frequenze di maggiore interesse ai fini di una buona intelligibilit? sono quelle comprese fra i 500 Hz e i 4 kHz. The frequencies of greatest interest for good intelligibility? are those between 500 Hz and 4 kHz.
La Figura 1 illustra una tabella in cui sono evidenziati i fattori ?f che rappresentano il contributo relativo di ogni banda di ottava all?indice di intelligibilit? Speech Transmission Index (STI) in accordo con lo Standard IEC 60268-11. Figure 1 shows a table highlighting the factors ?f which represent the relative contribution of each octave band to the intelligibility index? Speech Transmission Index (STI) in accordance with the IEC 60268-11 Standard.
L?indice STI ? una misura di qualit? di trasmissione del parlato. The STI index? a measure of quality? of speech transmission.
La Figura 2 illustra i fattori di pesatura della banda per il contributo di intelligibilit?, in bande di ottava, relativi a diverse tipologie di test di intelligibilit?, riportati nel succitato articolo. Figure 2 illustrates the band weighting factors for the intelligibility contribution, in octave bands, related to different types of intelligibility tests, reported in the aforementioned article.
La Figura 3 illustra i fattori di pesatura della banda per il contributo di intelligibilit?, in bande di ottava, relativi a diversi testi di intelligibilit?, riportati nello Standard ANSI S3.5-1997. Figure 3 illustrates the band weighting factors for intelligibility contribution, in octave bands, for various intelligibility texts, as reported in ANSI Standard S3.5-1997.
La Figura 4 illustra i fattori di pesatura della banda per il contributo di intelligibilit?, in bande di un terzo di ottava, relativi a diversi test di intelligibilit?, riportati nello Standard ANSI S3.5-1997. Figure 4 illustrates the band weighting factors for intelligibility contribution, in one-third-octave bands, for various intelligibility tests, as reported in ANSI Standard S3.5-1997.
In generale, il parlato subisce continue fluttuazioni di livello connesse al linguaggio. La dinamica della voce nel caso di conversazione a voce normale ? di circa 30 dB, intesa come differenza tra il valore massimo e il valore minimo del livello emesso, pause di silenzio escluse. I suoni vocalici sono pi? forti e a frequenza pi? bassa, e durano pi? a lungo dei suoni delle consonanti, che possono essere anche mute o avere carattere impulsivo. I livelli massimi sono attribuibili dunque ai suoni vocalici, mentre i livelli minimi a certe consonanti sonore, che maggiormente contribuiscono alla intelligibilit? del messaggio. In general, speech undergoes continuous level fluctuations related to language. The dynamics of the voice in the case of conversation in a normal voice? of about 30 dB, intended as the difference between the maximum value and the minimum value of the emitted level, excluding pauses of silence. Vowel sounds are more strong and at a frequency pi? low, and last longer? for a long time of the sounds of the consonants, which can also be silent or have an impulsive character. The maximum levels are therefore attributable to the vowel sounds, while the minimum levels to certain sonorous consonants, which contribute most to intelligibility? of the message.
Lo sviluppo di ricevitori di segnali televisivi con schermi sempre pi? sottili, accompagnato da dettami stilistici volti alla ricerca di linee minimaliste, ha portato i costruttori di ricevitori di segnali televisivi ad adottare altoparlanti sempre pi? miniaturizzati e che irradiano verso il basso o il retro del ricevitore, a scapito della qualit? audio percepita dall?utente. The development of television signal receivers with ever more screens? thin, accompanied by stylistic dictates aimed at the search for minimalist lines, has led the manufacturers of television signal receivers to adopt increasingly loudspeakers. miniaturized and that radiate towards the bottom or the back of the receiver, to the detriment of the quality? audio perceived by the user.
Ci? si verifica in particolare quando i ricevitori di segnali televisivi sono del tipo a schermo piatto, anche noti come ?Flat TV?. There? occurs in particular when the television signal receivers are of the flat screen type, also known as ?Flat TV?.
Scopo della presente invenzione ? pertanto quello di indicare un metodo per migliorare la percezione della qualit? di un segnale audio digitale emesso da un ricevitore di segnali televisivi, in particolare del tipo a schermo piatto, e relativo dispositivo, che migliori la qualit? audio, in particolare del parlato, percepita da un utente di tale ricevitore. Purpose of the present invention? therefore to indicate a method to improve the perception of quality? of a digital audio signal emitted by a television signal receiver, in particular of the flat screen type, and related device, which improves the quality? audio, especially speech, perceived by a user of such a receiver.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di indicare un metodo per migliorare la percezione della qualit? di un segnale audio digitale emesso da un ricevitore di segnali televisivi, in particolare del tipo a schermo piatto, e relativo dispositivo, che possa apportare miglioramenti alla qualit? del segnale audio percepita da un utente indifferentemente dalla tipologia di contenuto veicolata dal segnale audio. A further object of the present invention ? to indicate a method to improve the perception of quality? of a digital audio signal emitted by a television signal receiver, in particular of the flat screen type, and related device, which can make improvements to the quality? of the audio signal perceived by a user regardless of the type of content conveyed by the audio signal.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di indicare un metodo per migliorare la percezione della qualit? di un segnale audio digitale emesso da un ricevitore di segnali televisivi, in particolare del tipo a schermo piatto, e relativo dispositivo che possa apportare miglioramenti alla qualit? del segnale audio percepita dall?utente indifferentemente dal fatto che il segnale televisivo sia trasmesso via televisione digitale terrestre, satellite o Internet. A further object of the present invention ? to indicate a method to improve the perception of quality? of a digital audio signal emitted by a television signal receiver, in particular of the flat screen type, and related device that can improve the quality? of the audio signal perceived by the user regardless of whether the television signal is transmitted via digital terrestrial television, satellite or the Internet.
In una fase preliminare della propria ricerca, la Richiedente ha sperimentalmente analizzato una pluralit? di tracce audio appartenenti a tre tipologie di contenuti, ossia ?Parlato?, ?Canto e Musica? e ?Sport?, effettivamente messi in onda. In particolare, le tracce audio del genere ?Parlato? sono state estratte da fiction, film, documentari e news; quelle del genere ?Canto e Musica? sono state estratte da programmi musicali; e infine quelle del genere ?Sport? sono state estratte da eventi sportivi come ad esempio partite di calcio, pallavolo e basket. In a preliminary phase of its research, the Applicant has experimentally analyzed a plurality? of audio tracks belonging to three types of content, namely ?Spoken?, ?Singing and Music? and ?Sport?, actually aired. In particular, the audio tracks of the genre ?Spoken? they have been extracted from fiction, films, documentaries and news; those of the genre ?Canto e Musica? have been culled from music programs; and finally those of the kind ?Sport? they have been extracted from sporting events such as football, volleyball and basketball games.
L?analisi ha evidenziato come le tracce dei generi ?Parlato? e ?Sport? presentino sostanzialmente lo stesso spettro a tutte le frequenze, mentre le tracce del genere ?Canto e Musica? si discostino dagli altri due generi soprattutto alle basse frequenze. Tuttavia, focalizzando l?interesse sulle frequenze pi? importanti per l?intelligibilit? del parlato, ossia tra 500 Hz e 4 kHz, tutti e tre i generi risultano possedere uno spettro simile. The analysis showed how the traces of the genres ?Spoken? and ?Sport? present substantially the same spectrum at all frequencies, while the tracks of the genre ?Canto e Musica? differ from the other two genres especially at low frequencies. However, focusing? Interest on the most? important for? intelligibility? of speech, i.e. between 500 Hz and 4 kHz, all three genres appear to have a similar spectrum.
In una forma di realizzazione dell?invenzione, un dispositivo comprende un processore di segnale audio digitale opportunamente programmato per migliorare l?intelligibilit? del parlato. Il ruolo del processore di segnale digitale consiste nell?alterare il segnale audio in ingresso al dispositivo e trasformarlo opportunamente prima di essere trasmesso via etere e raggiungere il ricevitore di segnali televisivi dell?utente. In one embodiment of the invention, a device comprises a digital audio signal processor suitably programmed to improve the intelligibility of the audio. of speech. The role of the digital signal processor consists in altering the audio signal entering the device and transforming it appropriately before being transmitted over the air and reaching the user's television signal receiver.
Il trattamento audio applicato all?interno del dispositivo prevede una equalizzazione dinamica, cio? il segnale audio viene trattato in dipendenza dal contenuto in frequenza, e viene adattato in tempo reale ad una curva di riferimento in frequenza. In particolare, se un segnale audio in ingresso al dispositivo presenta gi? un livello di pressione sonora nell?intervallo di frequenze scelto per il miglioramento simile a quello della curva di riferimento, l?equalizzatore non forza modifiche in frequenza, perch? altrimenti quest?ultimo provocherebbe una distorsione non trascurabile del segnale stesso. The audio treatment applied inside the device provides a dynamic equalization, that is? the audio signal is treated depending on the frequency content, and is adapted in real time to a reference frequency curve. In particular, if an audio signal entering the device already has a sound pressure level in the frequency range chosen for the improvement similar to that of the reference curve, the equalizer does not force changes in frequency, why? otherwise the latter would cause a non-negligible distortion of the signal itself.
Viceversa, se il livello di pressione sonora nell?intervallo ? non conforme alla curva di riferimento, il processore di segnale digitale cercher? di far coincidere automaticamente lo spettro del segnale in ingresso alla curva di riferimento. Il segnale audio trattato dal dispositivo non deve eccedere un certo livello di loudness, definita come la percezione soggettiva dell?intensit? sonora, e una sua massima deviazione. Conversely, if the sound pressure level in the range ? does not conform to the reference curve, the digital signal processor will try? to automatically match the spectrum of the input signal to the reference curve. The audio signal processed by the device must not exceed a certain level of loudness, defined as the subjective perception of? intensity? sound, and its maximum deviation.
L?equalizzazione dinamica ? stata programmata come segue: The dynamic equalization ? been programmed as follows:
- le frequenze sotto i 100 Hz non possono essere efficacemente riprodotte dagli altoparlanti interni del ricevitore di segnali televisivi e non sono state quindi trattate; - frequencies below 100 Hz cannot be effectively reproduced by the internal speakers of the television signal receiver and have therefore not been dealt with;
- le frequenze comprese nell?intervallo 0,1-1 kHz sono meno importanti per l?intelligibilit? del parlato e non sono state quindi trattate; - frequencies in the range 0.1-1 kHz are less important for intelligibility? of speech and have therefore not been treated;
- le frequenze comprese nell?intervallo 1-4 kHz sono le pi? importanti per l?intelligibilit? del parlato e sono quindi state trattate; - the frequencies included in the range 1-4 kHz are the most? important for? intelligibility? of speech and have therefore been treated;
- le frequenze oltre i 6,3 kHz sono meno importanti per l?intelligibilit? del parlato e non possono essere riprodotte in modo ottimale dagli altoparlanti del ricevitore di segnali televisivi ma sono state comunque trattate. - frequencies above 6.3 kHz are less important for intelligibility? of speech and may not be reproduced optimally by the speakers of the television signal receiver but have been dealt with nonetheless.
La presente invenzione prevede pertanto lo sviluppo di una curva di riferimento in frequenza, o funzione di trasferimento, implementata su un processore di segnale audio digitale all?interno di un dispositivo. The present invention therefore provides for the development of a frequency reference curve, or transfer function, implemented on a digital audio signal processor inside a device.
Il segnale in ingresso al dispositivo viene trattato dinamicamente in base alla suddetta curva di riferimento per compensare i fattori di degradazione che compromettono l?intelligibilit? del parlato del contenuto audio. The input signal to the device is treated dynamically according to the aforementioned reference curve to compensate for the degradation factors that compromise the intelligibility? of speech of audio content.
Il dispositivo hardware pu? essere parte del ricevitore di segnali televisivi ma pi? generalmente viene installato nella catena di trasmissione del segnale televisivo in modo da essere ricevibile tramite le varie piattaforme diffusive (digitale terrestre, satellite, Internet). The hardware device can be part of the receiver of television signals, but more? it is generally installed in the television signal transmission chain so as to be receivable via the various broadcasting platforms (digital terrestrial, satellite, Internet).
Ulteriori caratteristiche vantaggiose della presente invenzione sono oggetto delle allegate rivendicazioni. Further advantageous characteristics of the present invention are the subject of the attached claims.
Tali caratteristiche ed ulteriori vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione di un suo esempio di realizzazione mostrato nei disegni annessi, forniti a puro titolo esemplificativo e non limitativo, in cui: These characteristics and further advantages of the present invention will become clearer from the description of an embodiment thereof shown in the attached drawings, provided purely by way of non-limiting example, in which:
- la Figura 1 illustra una tabella in cui sono evidenziati i fattori ?f che rappresentano il contributo relativo di ogni banda di ottava all?indice di intelligibilit? Speech Transmission Index (STI) in accordo con lo Standard IEC 60268-11; - Figure 1 illustrates a table which highlights the factors ?f which represent the relative contribution of each octave band to the intelligibility index? Speech Transmission Index (STI) in accordance with the IEC 60268-11 Standard;
- la Figura 2 illustra i fattori di pesatura della banda per il contributo di intelligibilit?, in bande di ottava, relativi a diverse tipologie di test di intelligibilit?, riportati nel riferimento Steeneken e Hougast: ?Mutual Dependence of the octave-band weights in predicting speech intelligibility?, Speech Communication 28, pagine 109-123; - Figure 2 illustrates the band weighting factors for the intelligibility contribution, in octave bands, relating to different types of intelligibility tests, reported in the Steeneken and Hougast reference: ?Mutual Dependence of the octave-band weights in predicting speech intelligibility?, Speech Communication 28, pages 109-123;
- la Figura 3 illustra i fattori di pesatura della banda per il contributo di intelligibilit?, in bande di ottava, relativi a diversi test di intelligibilit?, riportati nello Standard ANSI S3.5-1997; - Figure 3 illustrates the band weighting factors for the intelligibility contribution, in octave bands, related to different intelligibility tests, reported in the ANSI Standard S3.5-1997;
- la Figura 4 illustra i fattori di pesatura della banda per il contributo di intelligibilit?, in bande di un terzo di ottava, relativi a diversi test di intelligibilit?, riportati nello Standard ANSI S3.5-1997; - Figure 4 illustrates the band weighting factors for intelligibility contribution, in one-third-octave bands, for various intelligibility tests, reported in ANSI Standard S3.5-1997;
- la Figura 5 illustra uno schema a blocchi di un dispositivo di ottimizzazione di un segnale audio secondo l?invenzione; - Figure 5 shows a block diagram of an audio signal optimization device according to the invention;
- la Figura 6 illustra alcuni moduli fondamentali di un processore di segnale audio digitale utilizzabile nel dispositivo di Figura 5; - Figure 6 illustrates some basic modules of a digital audio signal processor usable in the device of Figure 5;
- la Figura 7 illustra un diagramma di flusso di un metodo per migliorare la percezione della qualit? di un segnale audio secondo la presente invenzione; - le Figure 8 e 9 illustrano un grafico di una curva di riferimento di equalizzazione in frequenza implementata nel processore di segnale audio digitale di Figura 6; - Figure 7 illustrates a flowchart of a method for improving perception of quality? of an audio signal according to the present invention; - Figures 8 and 9 illustrate a graph of a reference frequency equalization curve implemented in the digital audio signal processor of Figure 6;
- la Figura 10 rappresenta una tabella che indica per determinati valori di frequenza del grafico di Figure 8 e 9 la massima attenuazione/amplificazione applicabile dal processore di segnale audio digitale di Figure 5 e 6 in una determinata banda di frequenza; - Figure 10 represents a table which indicates for given frequency values of the graph of Figures 8 and 9 the maximum attenuation/amplification applicable by the digital audio signal processor of Figures 5 and 6 in a given frequency band;
- la Figura 11 rappresenta un ingrandimento della Figura 9 in corrispondenza dell?intervallo di frequenze 4-16 kHz; - Figure 11 represents an enlargement of Figure 9 in correspondence with the frequency range 4-16 kHz;
- le Figure 12, 13 e 14 illustrano tre esempi di applicazione della curva di riferimento rispettivamente a contenuti audio di tre generi diversi, rispettivamente ?Parlato?, ?Musica e Canto? e ?Sport?. - Figures 12, 13 and 14 illustrate three examples of application of the reference curve respectively to audio contents of three different genres, respectively ?Speech?, ?Music and Singing? and ?Sports?.
Con riferimento alla Figura 5, viene illustrato uno schema a blocchi di un dispositivo 1 di ottimizzazione, definito anche Digital Audio Optimizer (DAO), di un segnale audio/video digitale 3, in particolare un segnale SDI, secondo l?invenzione. Qualora il segnale audio/video digitale in ingresso al dispositivo 1 fosse di formato diverso, esso viene preventivamente convertito in formato SDI. Il dispositivo 1 pu? comprendere varie interfacce input/output, come ad esempio connessioni input/output di tipo BNC (Bayonet Neill Concelman) atte al trasporto di segnali audio/video embedded SDI e HD-SDI, preferibilmente un ingresso e quattro uscite in BNC per SDI e HD-SDI, e una connessione di rete, in particolare di tipo LAN, per collegamenti verso ?porte? Internet. With reference to Figure 5, a block diagram of an optimization device 1, also called Digital Audio Optimizer (DAO), of a digital audio/video signal 3, in particular an SDI signal, according to the invention is illustrated. If the digital audio/video signal entering device 1 is of a different format, it is previously converted into SDI format. Device 1 can? include various input/output interfaces, such as BNC type input/output connections (Bayonet Neill Concelman) suitable for transporting embedded SDI and HD-SDI audio/video signals, preferably one input and four BNC outputs for SDI and HD- SDI, and a network connection, in particular of the LAN type, for connections to ?ports? Internet.
Il dispositivo 1 comprende mezzi di ingresso 4 del segnale audio/video digitale 3, in particolare una porta di ingresso di tipo SDI, e mezzi 9, in particolare un de-embedder, per estrarre un primo segnale audio 10 dal segnale audio/video digitale 3. Il de-embedder 9 ? in grado di gestire vari formati audio quali, a titolo di esempio, PCM, Dolby E, Dolby Digital, Dolby Digital Plus, MPEG-4 HE AAC, MPEG-4 AAC e cos? via. The device 1 comprises input means 4 of the digital audio/video signal 3, in particular an input port of the SDI type, and means 9, in particular a de-embedder, for extracting a first audio signal 10 from the digital audio/video signal 3. The de-embedder 9 ? can handle various audio formats such as, for example, PCM, Dolby E, Dolby Digital, Dolby Digital Plus, MPEG-4 HE AAC, MPEG-4 AAC and so on? Street.
Il dispositivo 1 comprende un processore 5 di segnale audio digitale, ad esempio un processore Junger D*AP4 FLX. All?interno del processore 5 di segnale audio digitale sono compresi mezzi di memoria 7 di tipo non volatile in cui ? implementata una curva di riferimento 30, o funzione di trasferimento, la cui rilevanza verr? descritta nel seguito. The device 1 comprises a digital audio signal processor 5, for example a Junger D*AP4 FLX processor. Inside the digital audio signal processor 5 are included memory means 7 of the non-volatile type in which ? implemented a reference curve 30, or transfer function, whose relevance will be? described below.
Il dispositivo 1 comprende inoltre mezzi 12, in particolare un de-embedder, per ricombinare un secondo segnale audio 11 in uscita dal processore 5 di segnale audio digitale con un segnale video 6 appartenente al segnale audio/video digitale 3, estratto e opportunamente ritardato da un blocco estrattore/ritardatore 13. Il secondo segnale audio 11 viene cos? ricombinato con il segnale video 6 ed esce dal dispositivo 1 attraverso una porta di uscita 15 di tipo SDI come terzo segnale audio digitale 17 trattato secondo il metodo oggetto della presente invenzione. The device 1 also comprises means 12, in particular a de-embedder, for recombining a second audio signal 11 at the output of the digital audio signal processor 5 with a video signal 6 belonging to the digital audio/video signal 3, extracted and suitably delayed by an extractor/delayer block 13. The second audio signal 11 thus comes? recombined with the video signal 6 and exits from the device 1 through an SDI type output port 15 as a third digital audio signal 17 processed according to the method object of the present invention.
Il dispositivo 1 pu? prevedere un modulo di by-pass automatico (non illustrato) dell?applicazione del metodo oggetto della presente invenzione che si attiva in caso di avaria del processore 5 di segnale audio digitale oppure dell?intero dispositivo 1, in modo da ottenere in uscita il segnale audio/video digitale 3 applicato in ingresso al dispositivo 1 senza alterazioni e senza ritardi. Tale avaria pu? anche essere segnalata da mezzi di segnalazione, in particolare un modulo di avviso ottico e/o acustico (non illustrato). Device 1 can? provide an automatic by-pass module (not shown) for the application of the method object of the present invention which is activated in the event of a failure of the digital audio signal processor 5 or of the entire device 1, so as to obtain the output signal digital audio/video 3 input to device 1 without alterations and without delays. This failure can also be signaled by signaling means, in particular an optical and/or acoustic warning module (not shown).
Al dispositivo 1 ? permesso l?upgrade dei software necessari per il suo buon funzionamento e la possibilit? di controllare remotamente le funzioni della curva di riferimento via Internet Protocol e connessione di rete. To device 1 ? allowed the upgrade of the software necessary for its proper functioning and the possibility? to remotely control baseline functions via Internet Protocol and network connection.
Il dispositivo 1 ? in grado di gestire vari tipi di segnali audio digitali, quali per esempio: audio contenuto in file audiovisivi memorizzati su supporto informatico nei pi? comuni formati/container (.mkv, .avi, .mov, e cos? via); segnali audio analogici prelevati, ad esempio, attraverso il ?line out? di schede audio; segnali audio digitali prelevati tramite porta HDMI e/o BNC; segnali audio digitali prelevati tramite porta ottica (ADAT) e/o coassiale (SPDIF); ingresso microfonico/linea. Device 1? able to manage various types of digital audio signals, such as for example: audio contained in audiovisual files stored on computer support in the pi? common formats/containers (.mkv, .avi, .mov, and so on); analog audio signals taken, for example, through the ?line out? of sound cards; digital audio signals taken via HDMI and/or BNC port; digital audio signals picked up via optical (ADAT) and/or coaxial (SPDIF) port; mic/line input.
Il dispositivo 1 garantisce un ritardo massimo totale di attraversamento ed elaborazione dei segnali audio non percepibile acusticamente dall?utente, ovvero la capacit? di ritardare il segnale video dell?esatta latenza di processamento del segnale audio, in modo da mantenere il sincronismo audio-video invariato tra ingresso e uscita al dispositivo 1. Inoltre, il dispositivo 1 ? in grado di riprodurre agevolmente contenuti audiovisivi fino alla risoluzione HD. The device 1 guarantees a maximum total delay for the crossing and processing of the audio signals which is not acoustically perceivable by the user, i.e. the capacity? to delay the video signal by the exact processing latency of the audio signal, in order to keep the audio-video synchronism unchanged between input and output to device 1. Furthermore, device 1 ? capable of easily reproducing audiovisual content up to HD resolution.
Il dispositivo 1 ? in grado di riprodurre segnali audio di tipo mono, stereo e i due canali frontali di un sistema multi-channel 5.1 oppure 7.1. Device 1? capable of reproducing mono, stereo audio signals and the two front channels of a 5.1 or 7.1 multi-channel system.
Il dispositivo 1 pu? funzionare in modalit? stand-alone oppure essere collocato in una catena di trasmissione di un broadcaster. Device 1 can? work in mode? stand-alone or be placed in a broadcast chain of a broadcaster.
Con riferimento alla Figura 6, viene illustrato uno schema a blocchi di componenti del processore 5 di segnale audio digitale che sono rilevanti per l?applicazione del metodo secondo l?invenzione, ossia: un modulo 20 per l?analisi multibanda di un segnale audio digitale; i mezzi di memoria 7 di tipo non volatile che contengono valori tabellari della curva di riferimento 30, ossia una funzione di trasferimento; un modulo di rilevamento 22 del livello di un segnale audio; un modulo comparatore di soglia 23; un modulo 24 di amplificazione/attenuazione di un segnale audio; e un modulo 26 di limitazione della loudness del segnale audio digitale. With reference to Figure 6, a block diagram of the components of the digital audio signal processor 5 which are relevant for the application of the method according to the invention is shown, namely: a module 20 for the multiband analysis of a digital audio signal ; the memory means 7 of the non-volatile type which contain tabular values of the reference curve 30, ie a transfer function; a module 22 for detecting the level of an audio signal; a threshold comparator module 23; an audio signal amplification/attenuation module 24; and a digital audio signal loudness limiting module 26.
Con riferimento alla Figura 7, viene illustrato un diagramma di flusso 100 di un metodo secondo la presente invenzione per migliorare la percezione della qualit? di un segnale audio digitale. With reference to Figure 7 , a flowchart 100 of a method according to the present invention for improving the perception of quality is illustrated. of a digital audio signal.
Il primo segnale audio digitale 10 viene trattato all?interno del processore 5 di segnale audio digitale secondo i seguenti passi di metodo: The first digital audio signal 10 is processed inside the digital audio signal processor 5 according to the following method steps:
a) al passo 102 viene effettuata un?analisi multibanda del primo segnale audio digitale 10 da parte del modulo 20 per l?analisi multibanda di un segnale audio digitale e un rilevamento del livello del segnale audio per ciascuna banda di frequenza da parte del modulo di rilevamento 22 del livello di un segnale audio; il primo segnale audio digitale 10 viene suddiviso in una pluralit? di bande di frequenza di un terzo di ottava e vengono considerate in particolare le seguenti frequenze di centro banda per l?equalizzazione: 100 Hz; 160 Hz; 250 Hz; 400 Hz; 630 Hz; 1000 Hz; 1600 Hz; 2500 Hz; 4000 Hz; 6300 Hz; 10000 Hz. a) in step 102 a multiband analysis of the first digital audio signal 10 is performed by the module 20 for the multiband analysis of a digital audio signal and a detection of the level of the audio signal for each frequency band by the module sensing 22 of the level of an audio signal; the first digital audio signal 10 is divided into a plurality? of frequency bands of one third of an octave and the following center band frequencies are considered in particular for the equalisation: 100 Hz; 160Hz; 250Hz; 400Hz; 630Hz; 1000Hz; 1600Hz; 2500Hz; 4000Hz; 6300Hz; 10000Hz.
b) al passo 104 per ciascuna banda di frequenza del primo segnale audio digitale 10, il relativo spettro viene confrontato con la curva di riferimento 30, o funzione di trasferimento, memorizzata nei mezzi di memoria 7 di tipo non volatile; b) at step 104 for each frequency band of the first digital audio signal 10, the relative spectrum is compared with the reference curve 30, or transfer function, stored in the memory means 7 of the non-volatile type;
c) al passo 106 viene verificato tramite un modulo comparatore di soglia 23 se il livello del primo segnale audio digitale 10 in una determinata banda di frequenza supera un determinato livello di soglia, o gate threshold; in caso affermativo, detto segnale audio digitale 10 viene amplificato o attenuato dinamicamente secondo il successivo passo d); in caso negativo, il livello di detto segnale in quella determinata banda di frequenza non viene modificato e il passo d) non viene applicato; c) in step 106 it is verified through a threshold comparator module 23 whether the level of the first digital audio signal 10 in a given frequency band exceeds a given threshold level, or gate threshold; in the affirmative case, said digital audio signal 10 is dynamically amplified or attenuated according to the subsequent step d); if not, the level of said signal in that specific frequency band is not modified and step d) is not applied;
d) al passo 108 il confronto tra il segnale di una determinata banda di frequenza e la curva di riferimento determina la sua correzione (amplificazione o attenuazione) tramite il modulo di amplificazione/attenuazione 24; d) at step 108 the comparison between the signal of a determined frequency band and the reference curve determines its correction (amplification or attenuation) through the amplification/attenuation module 24;
e) al passo 110 il primo segnale audio digitale 10 viene amplificato o attenuato tramite il modulo di amplificazione/attenuazione 24 in modo che la sua loudness sia normalizzata ad un livello target predefinito, come ad esempio di -23.0 ? 0,5 LUFS (Loudness Units relative to Full Scale) indicato dalla raccomandazione EBU R128. e) at step 110 the first digital audio signal 10 is amplified or attenuated through the amplification/attenuation module 24 so that its loudness is normalized to a predefined target level, such as -23.0 ? 0.5 LUFS (Loudness Units relative to Full Scale) indicated by EBU R128 recommendation.
Eseguendo i passi del metodo sopra descritto, il segnale audio viene trattato dal processore 5 di segnale audio digitale in modo da presentare una curva a livello sostanzialmente costante (curva piatta) nelle varie bande di frequenza. By carrying out the steps of the method described above, the audio signal is processed by the digital audio signal processor 5 so as to present a substantially constant level curve (flat curve) in the various frequency bands.
Con riferimento alla Figura 8, viene illustrato il grafico della curva di riferimento 30, o funzione di trasferimento, implementata nei mezzi di memoria 7 di tipo non volatile del processore 5 di segnale audio digitale ed oggetto della presente invenzione. With reference to Figure 8, the graph of the reference curve 30, or transfer function, implemented in the memory means 7 of the non-volatile type of the digital audio signal processor 5 and subject of the present invention is illustrated.
Come visibile nella Figura 9, che replica la Figura 8, in corrispondenza di alcuni valori di frequenza rappresentati sull?asse delle ascisse, e pi? precisamente in corrispondenza dei valori di frequenza di centro banda di un terzo di ottava pari a 100 Hz, 160 Hz, 250 Hz, 400 Hz, 630 Hz, 1 kHz, 1,6 kHz, 2,5 kHz, 4 kHz, 6,3 kHz e 10 kHz sono rappresentati rispettivi cerchi 13 che indicano l?amplificazione o l?attenuazione massime che possono essere applicate al primo segnale audio digitale 10 ad una determinata banda di frequenze. Infatti, l?equalizzazione operata dal processore 5 di segnale audio digitale ? dinamica e varia a seconda del contenuto frequenziale del segnale audio trattato in modo da mantenere sostanzialmente costante l?energia del segnale in ciascuna banda di frequenza. As can be seen in Figure 9, which replicates Figure 8, in correspondence with some frequency values represented on the abscissa axis, and more? precisely at the center band frequency values of one third of an octave equal to 100 Hz, 160 Hz, 250 Hz, 400 Hz, 630 Hz, 1 kHz, 1.6 kHz, 2.5 kHz, 4 kHz, 6, 3 kHz and 10 kHz are represented by respective circles 13 which indicate the maximum amplification or attenuation which can be applied to the first digital audio signal 10 at a given frequency band. In fact, the equalization operated by the digital audio signal processor 5 ? dynamic and varies according to the frequency content of the audio signal processed so as to keep the energy of the signal substantially constant in each frequency band.
La curva di riferimento rappresentata nelle Figure 8 e 9 amplifica maggiormente le alte frequenze, con un?enfasi massima a 4 kHz. The reference curve shown in Figures 8 and 9 amplifies the high frequencies more, with maximum emphasis at 4 kHz.
In Figura 10 ? rappresentata una tabella che indica per ciascuna delle frequenze puntuali sopraindicate la massima attenuazione/amplificazione applicabile dal processore 5 di segnale audio digitale in una determinata banda di frequenza. Pi? in particolare, la colonna ?Centro [dB]? indica la posizione del centro del cerchio 13 in dB ad una determinata frequenza di centro banda; la colonna ?Guadagno max [dB]? indica il massimo guadagno applicabile dal processore 5 di segnale audio digitale a quella determinata frequenza, ossia il diametro del cerchio 13; la colonna ?Min [dB]? indica il livello pi? basso del cerchio 13; la colonna ?Max [dB]? indica il livello pi? alto del cerchio 13. In Figure 10 ? shown is a table which indicates for each of the punctual frequencies indicated above the maximum attenuation/amplification applicable by the digital audio signal processor 5 in a given frequency band. Pi? in particular, the column ?Center [dB]? indicates the position of the center of the circle 13 in dB at a given frequency in the center of the band; the column ?Max gain [dB]? indicates the maximum gain applicable by the digital audio signal processor 5 at that determined frequency, ie the diameter of the circle 13; the column ?Min [dB]? indicates the level bottom of circle 13; the column ?Max [dB]? indicates the level top of circle 13.
In Figura 11 viene rappresentato un ingrandimento della Figura 9 in corrispondenza dell?intervallo di frequenze 4-16 kHz. Il cerchio 13 ? centrato ad un valore di 2,7 dB (colonna ?Centro [dB]? di Figura 10) e la funzione di trasferimento pu? essere attenuata/amplificata di 6 dB (colonna ?Guadagno max [dB]? di Figura 9) potendo quindi raggiungere valori compresi tra -3,3 dB e 8,7 dB in accordo alla tabella di Figura 10. Figure 11 shows an enlargement of Figure 9 at the frequency range 4-16 kHz. Circle 13? centered at a value of 2.7 dB (?Center [dB]? column of Figure 10) and the transfer function can? be attenuated/amplified by 6 dB (column ?Gain max [dB]? of Figure 9) thus being able to reach values between -3.3 dB and 8.7 dB according to the table in Figure 10.
Analogamente, alla frequenza di 10 kHz, il centro del cerchio ? posizionato a -4,1 dB e la funzione di trasferimento pu? raggiungere valori compresi tra -3,75 dB e -4,45 dB. Similarly, at a frequency of 10 kHz, the center of the circle is ? positioned at -4.1 dB and the transfer function pu? reach values between -3.75 dB and -4.45 dB.
In sostanza, la curva di riferimento 30 implementata nel processore 5 di segnale digitale ? una curva continua passante per i valori indicati nella colonna ?Centro [dB]? di Figura 9 in corrispondenza dei rispettivi valori di frequenza indicati nella colonna ?Frequenza [Hz]? di Figura 9, in cui sono possibili escursioni dovute ad una attenuazione o una amplificazione riportate nella colonna centrale ?Guadagno max [dB]? di Figura 9. Nelle frequenze di centro banda di terzo di ottava intermedie tra i valori riportati nella colonna ?Frequenza [Hz]? i valori della curva di riferimento 30 sono ottenuti tramite interpolazione con funzione spline cubica. Basically, the reference curve 30 implemented in the digital signal processor 5 ? a continuous curve passing through the values indicated in the column ?Centre [dB]? of Figure 9 in correspondence with the respective frequency values indicated in the column ?Frequency [Hz]? of Figure 9, in which excursions are possible due to an attenuation or an amplification shown in the central column ?Max gain [dB]? of Figure 9. In the center band frequencies of a third of an octave intermediate between the values reported in the column ?Frequency [Hz]? the values of the reference curve 30 are obtained by interpolation with a cubic spline function.
Tale attenuazione o amplificazione ? ottenuta facendo in modo che l?energia del segnale rimanga sostanzialmente costante (curva piatta) in ciascuna banda di frequenza e che la loudness del segnale audio rispetti non ecceda il valore target predefinito. Such attenuation or amplification ? obtained by ensuring that the energy of the signal remains substantially constant (flat curve) in each frequency band and that the loudness of the audio signal does not exceed the predefined target value.
Nelle Figure 12, 13 e 14 sono illustrati tre esempi di applicazione della funzione di trasferimento relativi rispettivamente ai tre generi ?Parlato?, ?Musica e Canto? e ?Sport?. Figures 12, 13 and 14 show three examples of application of the transfer function relating respectively to the three genres ?Speech?, ?Music and Singing? and ?Sports?.
In Figura 12 ? rappresentato lo spettro del segnale in uscita (in linea continua) sovrapposto a quello del segnale in ingresso (linea tratteggiata) nel caso di una traccia audio del genere ?Parlato?. Dal confronto tra i due spettri risulta evidente un guadagno maggiore nelle bande centrate a 2,5 kHz e 4 kHz. In Figure 12 ? represented the spectrum of the output signal (solid line) superimposed on that of the input signal (dashed line) in the case of an audio track like ?Speech?. Comparison of the two spectra shows greater gain in the bands centered at 2.5 kHz and 4 kHz.
In Figura 13 ? rappresentato lo spettro del segnale in uscita (in linea continua) sovrapposto a quello del segnale in ingresso (linea tratteggiata) nel caso di una traccia audio del genere ?Musica e Canto?. Dal confronto tra i due spettri il guadagno nelle bande tra 2 kHz e 4 kHz risulta meno evidente perch? il segnale in ingresso presenta gi? alti guadagni. In Figure 13 ? represented the spectrum of the output signal (solid line) superimposed on that of the input signal (dashed line) in the case of an audio track like ?Musica e Canto?. From the comparison between the two spectra the gain in the bands between 2 kHz and 4 kHz is less evident because? the input signal has already? high earnings.
In Figura 14 ? rappresentato lo spettro del segnale in uscita (in linea continua) sovrapposto a quello del segnale in ingresso (linea tratteggiata) nel caso di una traccia audio del genere ?Sport?. Lo spettro del segnale in uscita risulta molto simile a quello del genere ?Parlato?, essendo tuttavia presente il rumore di campo che si sovrappone al parlato. In Figure 14 ? represented the spectrum of the output signal (solid line) superimposed on that of the input signal (dashed line) in the case of an audio track like ?Sport?. The spectrum of the output signal is very similar to that of the ?Speech? genre, being however the field noise which is superimposed on the speech.
Al fine di valutare il miglioramento oggettivo della qualit? dell?audio percepita applicando il metodo oggetto della presente invenzione, la Richiedente ha sviluppato un sistema di valutazione in grado di effettuare misure oggettive per il calcolo dell?Objective Index (OI), ossia l?indice di valutazione del miglioramento della qualit? audio con l?applicazione della curva di riferimento di Figura 8, correlato ad una scala di gradimento soggettiva. Il metodo del test soggettivo scelto fa riferimento alla norma ITU-R BS.1116-1 e prende il nome di ?Double-blind triple stimulus with hidden reference?. In order to evaluate the objective improvement of the quality? of the audio perceived by applying the method object of the present invention, the Applicant has developed an evaluation system capable of carrying out objective measurements for the calculation of the Objective Index (OI), i.e. the evaluation index of the improvement of the audio quality? audio with the application of the reference curve in Figure 8, correlated to a subjective rating scale. The chosen subjective test method refers to the ITU-R BS.1116-1 standard and is called ?Double-blind triple stimulus with hidden reference?.
Il Subjective Difference Grade (SDG) stimato a partire dal calcolo dell?OI presenta errori di stima variabili tra l?11% e il 13%. The Subjective Difference Grade (SDG) estimated from the OI calculation has estimation errors ranging between 11% and 13%.
I risultati dell?SDG evidenziano un miglioramento del 25,3% in media su tre televisori di marche Samsung, LG e Sony del tipo a schermo piatto e tre generi diversi (?Parlato?, ?Musica e Canto?, e ?Sport?). In particolare, sono stati raggiunti risultati pari anche al 30% di miglioramento di qualit? percepita del segnale audio. The SDG results show an improvement of 25.3% on average on three flat screen TVs of Samsung, LG and Sony brands and three different genres (?Speech?, ?Music and Singing?, and ?Sport?) . In particular, results equal to 30% of quality improvement have been achieved? perceived audio signal.
Alla luce della presente descrizione sono quindi evidenti i vantaggi della presente invenzione. In the light of the present description the advantages of the present invention are therefore evident.
Il metodo per migliorare la percezione della qualit? di un segnale audio digitale emesso da un ricevitore di segnali televisivi, in particolare del tipo a schermo piatto, e relativo dispositivo, migliorano vantaggiosamente la qualit? audio, in particolare del parlato, percepita da un utente di tale ricevitore e ci? indifferentemente dalla tipologia di contenuto veicolata dal segnale audio o dal modo in cui il segnale televisivo ? emesso dal broadcaster, in particolare via televisione digitale terrestre, satellite o Internet. The method to improve the perception of quality? of a digital audio signal emitted by a television signal receiver, in particular of the flat screen type, and related device, advantageously improve the quality? audio, in particular speech, perceived by a user of this receiver and what? regardless of the type of content conveyed by the audio signal or the way in which the television signal is broadcast by the broadcaster, in particular via digital terrestrial television, satellite or the Internet.
Numerose sono le varianti possibili al metodo per migliorare la percezione della qualit? di un segnale audio digitale emesso da un ricevitore di segnali televisivi, in particolare del tipo a schermo piatto, e relativo dispositivo descritti come esempio, senza per questo uscire dai principi di novit? insiti nell?idea inventiva, cos? come ? chiaro che nella sua attuazione pratica le forme dei dettagli illustrati potranno essere diverse, e gli stessi potranno essere sostituiti con degli elementi tecnicamente equivalenti. There are numerous possible variations to the method for improving the perception of quality? of a digital audio signal emitted by a television signal receiver, in particular of the flat screen type, and related device described as an example, without departing from the principles of novelty? inherent in the inventive idea, cos? as ? it is clear that in its practical implementation the forms of the illustrated details may be different, and they may be replaced with technically equivalent elements.
Ad esempio, il metodo oggetto della presente invenzione pu? essere implementato in un ricevitore di segnali televisivi del tipo a schermo piatto, in particolare un televisore, comprendente il processore 5 di segnale audio digitale. Dunque, ? facilmente comprensibile che la presente invenzione non ? limitata ad un metodo per migliorare la percezione della qualit? di un segnale audio digitale emesso da un ricevitore di segnali televisivi, in particolare del tipo a schermo piatto, e relativo dispositivo descritti come esempio, ma ? passibile di varie modificazioni, perfezionamenti, sostituzioni di parti ed elementi equivalenti senza per? allontanarsi dall?idea dell?invenzione, cos? come ? precisato meglio nelle seguenti rivendicazioni. For example, the method object of the present invention can be implemented in a television signal receiver of the flat screen type, in particular a television set, comprising the digital audio signal processor 5. So, ? easily understandable that the present invention is not limited to a method to improve the perception of quality? of a digital audio signal emitted by a television signal receiver, in particular of the flat screen type, and related device described as an example, but ? subject to various modifications, improvements, replacements of parts and equivalent elements without for? move away from the idea of the invention, so? as ? better specified in the following claims.
Claims (13)
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