RU2165127C2 - Method and device for automatic setting of peak electrical broadcast signals to desired level in controlling relative mean power - Google Patents

Method and device for automatic setting of peak electrical broadcast signals to desired level in controlling relative mean power Download PDF

Info

Publication number
RU2165127C2
RU2165127C2 RU97121340/09A RU97121340A RU2165127C2 RU 2165127 C2 RU2165127 C2 RU 2165127C2 RU 97121340/09 A RU97121340/09 A RU 97121340/09A RU 97121340 A RU97121340 A RU 97121340A RU 2165127 C2 RU2165127 C2 RU 2165127C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
osm
envelope
output
digital
Prior art date
Application number
RU97121340/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97121340A (en
Inventor
С.Л. Мишенков
Г.А. Петрова
О.Б. Попов
С.Г. Рихтер
Original Assignee
Московский технический университет связи и информатики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский технический университет связи и информатики filed Critical Московский технический университет связи и информатики
Priority to RU97121340/09A priority Critical patent/RU2165127C2/en
Publication of RU97121340A publication Critical patent/RU97121340A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2165127C2 publication Critical patent/RU2165127C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: peak values are automatically set in channels carrying high- and low-frequency components of output-signal envelope using preset threshold level and desired level of relative mean power. Proposed method and device provide for regulation of desired level of relative mean power which ensures equal reproduction volume of different sound programs, increase in relative mean power of signal being converted by 1.5 to 4 times while maintaining its peak level, reduction of broadcast transmitter power by 1.5-2 times at same coverage zone while maintaining high sound quality responded by different persons, and reduction of cost of sound-recording system for public address systems by two times while enhancing intelligibility of voice messages by 10-15% under high noise conditions. EFFECT: provision for non-smearing limitation and companding of broadcast signals without enriching their spectrum, enlarged functional capabilities. 2 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к технике передачи сигналов и может быть использовано при записи и воспроизведении звуковых сигналов. The invention relates to techniques for transmitting signals and can be used when recording and reproducing audio signals.

Известен способ [1] автоматического регулирования пиковых значений электрических вещательных сигналов на заданный уровень при стабилизации относительной средней мощности, включающий в себя преобразование входного аналогового сигнала в цифровой и обратное преобразование цифрового сигнала в выходной аналоговый, а также операцию управления коэффициентом передачи звена в канале вещательного сигнала, при этом сигнал управления вырабатывают из входного и выходного сигнала, для чего выделяют огибающую сигнала, осуществляют ее фильтрацию, а регулирование коэффициента передачи по заданному закону выполняют при превышении сигналом определенного порогового уровня. Как правило [1], для сигнала управления используется огибающая, полученная путем выпрямления вещательного сигнала и последующей низкочастотной фильтрации. A known method [1] of automatically adjusting the peak values of electric broadcast signals to a given level while stabilizing the relative average power, which includes converting the input analog signal to digital and the inverse conversion of the digital signal to analog output, as well as the operation of controlling the transmission coefficient of the link in the broadcast signal channel wherein the control signal is generated from the input and output signal, for which the envelope of the signal is isolated, it is filtered, and the regulation of the transmission coefficient according to a given law is performed when the signal exceeds a certain threshold level. As a rule [1], the envelope obtained by rectifying the broadcast signal and subsequent low-pass filtering is used for the control signal.

В силу инерционности такого способа регулирования возникают искажения вещательных сигналов и, в частности, большие перепады громкости в момент стыка разнохарактерных по спектру (например, речь - музыка) программ, одинаковых по пиковому уровню. Кроме того, регулирование таким способом не позволяет в достаточной степени увеличить относительную среднюю мощность (ОСМ) звукового сигнала, не внося в него заметных на слух изменений. Due to the inertia of this method of regulation, distortion of broadcast signals and, in particular, large volume differences at the junction of programs with different spectra (for example, speech - music) that are identical in peak level occur. In addition, the regulation in this way does not allow to sufficiently increase the relative average power (OSM) of the audio signal without making any noticeable changes in it.

Наиболее близкой разновидностью к предлагаемому является способ безынерционного преобразования динамического диапазона звукового сигнала [2], в соответствии с которым регулирование осуществляют с использованием нелинейного преобразования аналитической (гильбертовской) огибающей звукового сигнала. Однако жесткая характеристика регулирования, неадаптируемая к свойствам вещательного сигнала, приводит к нарушениям художественного соответствия переходов громкостей и не обеспечивает достаточное увеличение ОСМ сигнала. Кроме этого, такому способу регулирования свойственны значительный уровень нелинейных искажений и, как следствие, - расширение спектра сигнала. The closest variation to the proposed one is a method of inertialess conversion of the dynamic range of an audio signal [2], in accordance with which regulation is carried out using a nonlinear transformation of the analytical (Hilbert) envelope of the audio signal. However, the strict regulation characteristic, which is not adaptable to the properties of the broadcast signal, leads to violations of the artistic correspondence of the volume transitions and does not provide a sufficient increase in the OSM signal. In addition, this method of regulation is characterized by a significant level of non-linear distortion and, as a consequence, the expansion of the signal spectrum.

Известно также устройство [3] реализации известных способов при преобразовании динамического диапазона звуковых сигналов, содержащее блок формирования ортогонального сигнала, блок выделения огибающей, блок сигнала управления, содержащий схему коррекции и пороговый вход устройства, и блоки регулирования коэффициента передачи. It is also known a device [3] for implementing known methods for converting the dynamic range of audio signals, comprising an orthogonal signal generating unit, an envelope extraction unit, a control signal unit containing a correction circuit and a threshold input of the device, and transmission coefficient control units.

К недостаткам известного устройства следует отнести жесткую характеристику регулирования, неадаптируемую к свойствам вещательного сигнала (что приводит к нарушениям художественного соответствия переходов громкостей); недостаточное увеличение ОСМ сигнала; значительный уровень нелинейных искажений и расширение спектра входного сигнала. The disadvantages of the known device include a rigid control characteristic that is not adaptable to the properties of the broadcast signal (which leads to violations of the artistic correspondence of the volume transitions); insufficient increase in the OSM signal; significant level of nonlinear distortion and the expansion of the spectrum of the input signal.

Известные способ и устройство могут рассматриваться как прототип. Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных выше недостатков, а именно:
- безынерционное ограничение, компрессирование и компандирование вещательных сигналов при отсутствии обогащения их спектра;
- значительное повышение ОСМ сигнала;
- выравнивание громкости разнохарактерных программ (речь - музыка), то есть адаптивное регулирование по громкости;
- расширение громкостного динамического диапазона.
The known method and device can be considered as a prototype. The task of the invention is to eliminate the above disadvantages, namely:
- inertia-free limitation, compression and companding of broadcast signals in the absence of enrichment of their spectrum;
- a significant increase in the OSM signal;
- equalization of the volume of diverse programs (speech - music), that is, adaptive volume control;
- expansion of the loud dynamic range.

Поставленная задача решается тем, что в способе автоматического регулирования пиковых значений электрических сигналов звукового вещания на заданный уровень при стабилизации ОСМ, включающем в себя операции: аналого-цифрового преобразования сигнала звукового вещания во входную цифровую последовательность Zвх, функциональной обработки и цифроаналогового преобразования выходной цифровой последовательности Zвых в выходной аналоговый сигнал, при этом сигнал управления коэффициентом передачи в тракте обработки вырабатывают из входной и выходной цифровых последовательностей, для чего выделяют огибающую сигнала, осуществляют ее фильтрацию, а регулирование коэффициента передачи по заданному закону выполняют при превышении сигналом вещания определенного порогового уровня, согласно изобретению из последовательности Zвх с помощью N-точечного преобразования Гильберта формируют ортогональный сигнал, вычисляют огибающую и косинус мгновенной фазы входного сигнала, огибающую разделяют на низко- и высокочастотную составляющие, которые раздельно регулируют под воздействием сигнала управления, после чего огибающую восстанавливают суммированием преобразованных составляющих и получают выходную цифровую последовательность Zвых путем перемножения восстановленной огибающей с косинусом мгновенной фазы, при этом для формирования сигнала управления последовательно на каждом отрезке, содержащем kN отсчетов, определяют пиковые значения входной |Zвх|макс и выходной |Zвых|макс последовательностей и относительную среднюю мощность PОСМ.вых. выходной последовательности, причем сигнал управления формируют, с одной стороны, при сравнении цифровых пиковых значений |Zвх|макс входного сигнала с цифровым пороговым уровнем напряжения Zпор, а с другой стороны, при сравнении PОСМ.вых с пороговым уровнем относительной средней мощности PОСМ.пор таким образом, что при выполнении неравенства |Zвх|макс > Zпор сигнал управления изменяет коэффициент передачи в тракте обработки, реализуя операцию экспандирования огибающей, если PОСМ.вых > PОСМ.пор, или операцию ее компрессирования, если PОСМ.вых < PОСМ.пор, причем степень экспандирования или компрессирования определяют в соответствии с величиной разности PОСМ.вых - PОСМ.пор, а при выполнении неравенства |Zвх|макс ≤ Zпор сигналом управления устанавливают коэффициент передачи, равный единице, при этом пороговые значения Zпор и PОСМ.пор, а также параметры k и N устанавливают в соответствии с требованиями к качественным характеристикам выходного аналогового сигнала.The problem is solved in that in the method for automatically adjusting the peak values of the electrical signals of audio broadcasting to a predetermined level while stabilizing the OSM, which includes the following operations: analog-to-digital conversion of the audio broadcasting signal to the input digital sequence Z in , functional processing and digital-to-analog conversion of the output digital sequence Z o in the output analog signal, while the control signal of the transmission coefficient in the processing path is generated from the input and the output digital sequence, which is isolated envelope signal is performed its filtering and regulating coefficient by a given law transmission is performed in excess of broadcasting a certain threshold level signal, according to the invention in the sequence Z Rin using N-point transform Hilbert formed orthogonal signal, calculating an envelope and the cosine of the instantaneous phase of the input signal, the envelope is divided into low and high frequency components, which are separately regulated under the influence control signal it, after which the envelope is reduced by summing the transformed components to obtain an output digital sequence Z O by multiplying the restored envelope of the cosine of the instantaneous phase, wherein for generating a control signal sequentially on each segment containing kN samples, determine the peak value of the input | Z Bx | max and output | Z o | max sequences and relative average power P OS.out. the output sequence, and the control signal is formed, on the one hand, when comparing the digital peak values | Z I | the maximum input signal with a digital threshold voltage level Z pores , and on the other hand, when comparing P OSM.output with a threshold level of relative average power P OSM.pore so that when the inequality | Z I | max > Z then the control signal changes the transmission coefficient in the processing path, implementing the envelope expansion operation, if P OSM.output > P OSM.pore , or its compression operation if P OSM.output <P OSM.pore , and the degree of expansion or compression determined in accordance with the magnitude of the difference P OSM.out - P OSM.pore , and when the inequality | Z I | max ≤ Z then the control signal sets the transmission coefficient equal to unity, while the threshold values of Z then and P OSM.pore , as well as the parameters k and N are set in accordance with the requirements for the quality characteristics of the output analog signal.

Предложенный способ, таким образом, осуществляет автоматическое регулирование пиковых значений вещательных сигналов в трактах низкочастотной (НЧ) и высокочастотной (ВЧ) составляющих огибающей входного сигнала, что обеспечивает безынерционность управления и отсутствие "паразитного" обогащения спектра вещательного сигнала. Введение двух пороговых уровней: Zпор - по уровню пиковых значений входного сигнала и PОСМ.пор - по уровню ОСМ выходного сигнала обеспечивает значительное повышение ОСМ, выравнивание громкости разнохарактерных программ и позволяет расширить громкостной динамический диапазон.Thus, the proposed method automatically controls the peak values of broadcast signals in the low-frequency (LF) and high-frequency (HF) paths of the envelope of the input signal, which ensures inertia-free control and the absence of “spurious” enrichment of the spectrum of the broadcast signal. The introduction of two threshold levels: Z pore - according to the level of peak values of the input signal and P OSM . Pore - according to the level of the OSM of the output signal provides a significant increase in OSM, equalization of the volume of various programs and allows you to expand the volume dynamic range.

Поставленная задача решается также тем, что устройство автоматического регулирования пиковых значений электрических вещательных сигналов на заданный уровень при стабилизации относительной средней мощности, содержащее блок формирования ортогонального сигнала, блок выделения огибающей, блок сигнала управления, содержащий схему коррекции и пороговый вход устройства, и блоки регулирования коэффициента передачи, согласно изобретению дополнительно включены блоки аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования, блок разделения огибающей на низко- и высокочастотную составляющие, измеритель коэффициента передачи, блок восстановления огибающей, блок восстановления сигнала, а блоки регулирования коэффициента передачи включены не в тракты исходного и ортогонального сигналов, а в тракты низко- и высокочастотной составляющих огибающей, причем блок сигнала управления дополнительно снабжен входами для подключения входного и выходного сигналов устройства и для установки порогового уровня относительной средней мощности выходного сигнала. The problem is also solved in that the device for automatically controlling the peak values of electric broadcast signals to a predetermined level while stabilizing the relative average power, comprising an orthogonal signal generating unit, an envelope extraction unit, a control signal unit containing a correction circuit and a threshold device input, and coefficient adjustment units transmission, according to the invention, additionally included blocks of analog-to-digital and digital-to-analog conversion, block separation the low-frequency and high-frequency components, the gear ratio meter, the envelope recovery unit, the signal recovery unit, and the transmission coefficient control units are not included in the paths of the original and orthogonal signals, but in the paths of the low and high-frequency components of the envelope, and the control signal unit is additionally equipped inputs for connecting the input and output signals of the device and for setting the threshold level of the relative average power of the output signal.

Предложенное устройство позволяет реализовать предложенный способ автоматического регулирования пиковых значений вещательных сигналов на заданный уровень при стабилизации ОСМ. The proposed device allows to implement the proposed method for automatically adjusting the peak values of broadcast signals to a given level while stabilizing the OSM.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется осциллограммами и чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает совмещенные на одном графике исходный сигнал Zвх и выходной сигнал Zвых, а также сформированный с помощью преобразования Гильберта, ортогональный исходному сигнал

Figure 00000002

фиг. 2 изображает гильбертовскую огибающую
Figure 00000003
сформированную из исходного Zвх и ортогонального
Figure 00000004
сигналов;
фиг. 3 изображает мгновенную фазу
Figure 00000005
сформированную из исходного Zвх и ортогонального
Figure 00000006
сигналов;
фиг. 4 изображает низкочастотную Sнч(t) и высокочастотную Sвч(t) составляющие огибающей S(t) = Sнч(t) + Sвч(t);
фиг. 5 изображает компрессирующую 1, экспандирующую 2 и линейную 3 характеристики регулирования составляющей Sнч(t) огибающей;
фиг. 6 - структурная схема предлагаемого устройства;
фиг. 7 - структурная схема известного устройства [3], в котором:
1 - блок формирования ортогонального сигнала, 2 - блок выделения огибающей, 3 - блок сигнала управления, содержащий схему коррекции и пороговый вход 4 устройства, 5 - блок регулирования коэффициента передачи;
фиг. 8 изображает совмещенные осциллограммы сигналов до и после регулирования с увеличенной ОСМ музыкального сигнала;
фиг. 9 изображает совмещенные осциллограммы сигналов до и после регулирования при улучшении соотношения "речь - музыка";
фиг. 10 иллюстрирует увеличение ОСМ речевого сигнала для систем массового оповещения.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
The invention is further illustrated by oscillograms and drawings, in which:
FIG. 1 shows a combined on a single graph the original signal Z Rin and an output signal Z O, and formed by the Hilbert transform, orthogonal to the original signal
Figure 00000002

FIG. 2 shows a Hilbert envelope
Figure 00000003
formed from the original Z in and orthogonal
Figure 00000004
signals;
FIG. 3 depicts an instant phase
Figure 00000005
formed from the original Z in and orthogonal
Figure 00000006
signals;
FIG. 4 shows the low-frequency S woofer (t) and the high-frequency S hf (t) envelope components S (t) = S woofer (t) + S treble (t);
FIG. 5 shows a compression 1, expanding 2, and linear 3 characteristics of the regulation of the S component of the low (t) envelope;
FIG. 6 is a structural diagram of the proposed device;
FIG. 7 is a structural diagram of a known device [3], in which:
1 - an orthogonal signal generating unit, 2 - an envelope extraction unit, 3 - a control signal unit containing a correction circuit and a threshold input 4 of the device, 5 - a transmission coefficient control unit;
FIG. 8 depicts combined waveforms of signals before and after adjustment with an enlarged OSM of a music signal;
FIG. 9 depicts combined waveforms of signals before and after adjustment while improving the speech-music ratio;
FIG. 10 illustrates an increase in OSM speech signal for public address systems.

Предлагаемый способ реализуется последовательным выполнением следующих операций:
1. Формирование из последовательности Zвх с помощью N-точечного преобразования Гильберта [1, 4] сигнала

Figure 00000007
ортогонального исходному Zвх, т.е. сопряженного с ним по Гильберту [1, разд. 4.3] (иллюстрируется осциллограммой фиг. 1).The proposed method is implemented by sequentially performing the following operations:
1. The formation of a sequence of Z I using the N-point Hilbert transform [1, 4] signal
Figure 00000007
orthogonal to the original Z in , i.e. Hilbert conjugate to it [1, Sec. 4.3] (illustrated by the waveform of Fig. 1).

2. Формирование гильбертовской огибающей

Figure 00000008
(фиг. 2) и косинуса мгновенной фазы cos φ (t) = Zвх/S(t) из исходного Zвх и ортогонального
Figure 00000009
сигналов.2. Formation of the Hilbert envelope
Figure 00000008
(Fig. 2) and the cosine of the instantaneous phase cos φ (t) = Z in / S (t) from the original Z in and orthogonal
Figure 00000009
signals.

3. Разделение огибающей S(t) на низкочастотную (НЧ) Sнч(t) и высокочастотную (ВЧ) Sвч(t) составляющие (фиг. 4а, б).3. Separation of the envelope S (t) into low-frequency (LF) S LF (t) and high-frequency (HF) S HF (t) components (Fig. 4a, b).

4. Регулирование НЧ-составляющей Sнч(t) в регулирующем звене, амплитудная характеристика которого в зависимости от полярности и величины сигнала управления являются компрессирующей или экспандирующей. Если сигнал управления равен нулю, то амплитудная характеристика - линейная (фиг. 5).4. Regulation of the LF component S LF (t) in the control link, the amplitude characteristic of which, depending on the polarity and magnitude of the control signal, is compression or expander. If the control signal is zero, then the amplitude characteristic is linear (Fig. 5).

5. Регулирование ВЧ-составляющей Sвч(t) в регулирующем звене, линейная амплитудная характеристика которого определяется коэффициентом передачи звена, регулирующего НЧ-составляющую, и масштабным коэффициентом γ, не определяемым требованиями к качественным характеристикам выходного аналогового сигнала.5. Regulation HF component HF S (t) in the control unit of the linear amplitude response which is determined by the transmission link coefficient LF-regulating component, and a scale factor γ is not determined by the requirement to the quality characteristics of the output analog signal.

6. Восстановление огибающей путем суммирования сформированных НЧ- и ВЧ-составляющих: Sвст(t) = Sнч.вст(t) + Sвч.вст(t).6. Restoring the envelope by summing the generated LF and HF components: S stand (t) = S woof.wd (t) + S wf.wd (t).

7. Получение выходной цифровой последовательности путем выполнения операции перемножения Zвых = Sвст(t)cosφ(t).7. Preparation output digital sequence by multiplying the operation Z = S O adt (t) cosφ (t).

8. Адаптивное формирование сигнала управления с учетом заданного уровня входного сигнала (задается цифровым пороговым напряжением Zпор) и заданной величины ОСМ выходного сигнала (задается цифровым пороговым уровнем PОСМ.пор).8. Adaptive generation of a control signal taking into account a given input signal level (set by a digital threshold voltage Z pores ) and a given OSM value of an output signal (set by a digital threshold level P OS.por ).

В процессе регулирования осуществляют измерение пиковых значений входного сигнала |Zвх|макс и ОСМ выходного сигнала PОСМ.вых. Измерения производятся последовательно на каждом временном отрезке, длительность которого устанавливают равной kNIF ≈ 40 мс (F - частота дискретизации) для информационного вещания и приблизительно 160 мс - для художественного. Параметры k, N и F определяются требованиями к качественным характеристикам выходного аналогового сигнала. Так, например, для регулирования вещательного сигнала с верхней граничной частотой спектра, равной 10 кГц, выбирают k = 7, N = 512, F = 22 кГц.In the process of regulation carry out the measurement of peak values of the input signal | Z I | max and OSM output signal P OSM.out . Measurements are taken sequentially at each time interval, the duration of which is set equal to kNIF ≈ 40 ms (F is the sampling frequency) for information broadcasting and approximately 160 ms for art broadcasting. Parameters k, N and F are determined by the requirements for the quality characteristics of the output analog signal. So, for example, to control the broadcast signal with the upper cutoff frequency of the spectrum equal to 10 kHz, k = 7, N = 512, F = 22 kHz are chosen.

При превышении пиковым значением сигнала |Zвх|макс заданного порога Zпор и в случае отклонения PОСМ.вых от заданной величины PОСМ.пор в результате регулирования НЧ-составляющая огибающей умножается либо на компрессирующую (если PОСМ.вых < PОСМ.пор), либо на экспандирующую (если PОСМ.вых > PОСМ.пор) амплитудную характеристику регулирующего звена. При этом ВЧ-составляющая огибающей изменяется по линейному закону пропорционально изменению НЧ-составляющей на интервале регулирования и с учетом величины масштабного коэффициента γ, который выбирают равным 0,5 - для компандерных систем междугородных каналов звукового вещания, 1,0 - для систем художественного вещания и 1,5 - для систем информационного вещания и массового оповещения.When the peak value of the signal | Z I | the maximum of the given threshold Z pores and in the case of deviation of P OSM.output from the set value of P OSM.pore as a result of regulation, the LF component of the envelope is multiplied either by the compression component (if P OSM.output <P OSM.pore ) or by the expander (if P OSM.output > P OSM.pore ) amplitude response of the control link. In this case, the RF component of the envelope varies linearly in proportion to the change in the RF component in the control interval and taking into account the magnitude of the scale factor γ, which is chosen equal to 0.5 for compander systems of long distance audio channels, 1.0 for art broadcast systems and 1,5 - for information broadcasting and mass warning systems.

Устройство для автоматического регулирования пиковых значений вещательных сигналов на заданный уровень при стабилизации ОСМ представлено на фиг. 6. Оно содержит блок аналого-цифрового преобразования 1, блок 2 формирования ортогонального сигнала, блок выделения огибающей и косинуса мгновенной фазы сигнала 3, блок разделения огибающей на низко- и высокочастотную составляющие 4, блок регулирования коэффициента передачи составляющих 5, измеритель коэффициента передачи 6, блок восстановления огибающей 7, блок восстановления сигнала 8, блок цифроаналогового преобразования 9, блок сигнала управления 10. A device for automatically adjusting the peak values of broadcast signals to a given level during OSM stabilization is shown in FIG. 6. It contains an analog-to-digital conversion unit 1, an orthogonal signal generating unit 2, an envelope and cosine extraction unit of the instantaneous phase of the signal 3, an envelope separation unit for low and high frequency components 4, a transmission coefficient adjustment unit of components 5, a transmission coefficient meter 6, envelope recovery unit 7, signal recovery unit 8, digital-to-analog conversion unit 9, control signal unit 10.

Устройство в соответствии с предлагаемым способом работает следующим образом. Входной аналоговый вещательный сигнал преобразуют аналого-цифровым преобразователем 1 в цифровую последовательность Zвх, которую подают на входы блоков формирования ортогонального сигнала 2, выделения огибающей и косинуса мгновенной фазы 3 и сигнала управления 10. В блоке 2 с помощью N-точечного преобразования Гильберта формируют сигнал

Figure 00000010
ортогональный исходному (фиг. 1). Формирование ортогонального сигнала осуществляют с помощью специальной, вычислительно достаточно простой процедуры синтеза такого сигнала в частотной области на основе БПФ [4]. Этим обеспечивают высокую точность формирования в блоке 3 гильбертовской огибающей
Figure 00000011
(фиг. 2) и косинуса мгновенной фазы cosφ(t) = Zвх/S(t) вещательного сигнала. В блоке 4 огибающую разделяют на низкочастотную Sнч(t) и высокочастотную Sвч(t) составляющие (фиг. 4) и по отдельности регулируют в блоках 5 под воздействием сигнала управления, после чего огибающую восстанавливают, суммируя составляющие в блоке 7. Выходную цифровую последовательность Zвых получают в блоке 8 путем перемножения восстановленной огибающей и косинуса мгновенной фазы Zвых = Sвст(t)cosφ(t). Цифроаналоговым преобразованием в блоке 9 получают выходной аналоговый сигнал.The device in accordance with the proposed method works as follows. The input analog broadcast signal is converted by an analog-to-digital converter 1 into a digital Z input circuit , which is fed to the inputs of the blocks for generating an orthogonal signal 2, for extracting the envelope and cosine of the instantaneous phase 3 and for the control signal 10. In block 2, a signal is generated using the N-point Hilbert transform
Figure 00000010
orthogonal to the original (Fig. 1). The formation of the orthogonal signal is carried out using a special, computationally simple enough procedure for the synthesis of such a signal in the frequency domain based on the FFT [4]. This ensures high accuracy of formation in block 3 of the Hilbert envelope
Figure 00000011
(Fig. 2) and the cosine of the instantaneous phase cosφ (t) = Z in / S (t) of the broadcast signal. In block 4, the envelope is separated into a low-frequency LF S (t) and high-frequency S RF (t) components (Fig. 4) and individually adjusted in blocks 5 under the influence of the control signal, after which the envelope is reduced by summing the components in the block 7. The output digital the Z o sequence is obtained in block 8 by multiplying the reconstructed envelope and the cosine of the instantaneous phase Z o = S cn (t) cosφ (t). Digital-to-analog conversion in block 9 receive the output analog signal.

Коэффициенты передачи Kнч(Vу) и Kвч(Vу) блоков 5 определяют характер регулирования соответственно НЧ- и ВЧ-составляющих огибающей:
Sнч.р = Kнч(Vу)Sнч и Sвч.р = Kвч(Vу)Sвч,
где индексы соответствуют составляющим огибающей на входе и выходе регулирующих блоков 5.
The transmission coefficients K low (V y ) and K high (V y ) blocks 5 determine the nature of the regulation, respectively, the LF and HF components of the envelope:
Nch.r S LF = K (V y) S S LF and HF vch.r = K (V y) S HF,
where the indices correspond to the envelope components at the input and output of the control blocks 5.

Компрессирование или экспандирование НЧ-составляющей огибающей, то есть функция Kнч(Vу) (фиг. 5), определяется величиной и знаком сигнала управления Vу, вырабатываемого блоком 10. Изменение амплитуды ВЧ-составляющей пропорционально выходному сигналу измерителя коэффициента передачи 6, то есть Kвч(Vу) = γ Kнч(Vу).Compressing or expanding the LF component of the envelope, that is, the function K LF (V y ) (Fig. 5), is determined by the magnitude and sign of the control signal V y produced by block 10. The change in the amplitude of the RF component is proportional to the output signal of the gear ratio meter 6, then there is K hf (V y ) = γ K woof (V y ).

НЧ-составляющая (фиг. 4а) содержит инфразвуковые частоты, спектр которых расположен ниже спектра вещательного сигнала. Поэтому медленное изменение коэффициента передачи Kнч(Vу) не приводит к "паразитному" обогащению спектра сигнала. Линейное (пропорциональное) изменение ВЧ-составляющей в процессе регулирования также не сопровождается искажениями спектра сигнала.The low-frequency component (Fig. 4a) contains infrasonic frequencies, the spectrum of which is located below the spectrum of the broadcast signal. Therefore, a slow change in the transmission coefficient K LF (V y ) does not lead to a “spurious" enrichment of the signal spectrum. A linear (proportional) change in the RF component in the process of regulation is also not accompanied by distortion of the signal spectrum.

В блоке 10 осуществляют адаптивное формирование сигнала управления по заданному уровню пиковых значений входного сигнала |Zвх|макс и заданной величине ОСМ выходного сигнала. При этом заданный уровень пиковых значений входного сигнала определяется цифровым порогом Zпор, а уровень ОСМ выходного сигнала - цифровым порогом PОСМ.пор.In block 10, adaptive control signal generation is performed at a given level of peak values of the input signal | Z in | max and set value of the OSM output signal. In this case, the specified level of peak values of the input signal is determined by the digital threshold Z pores , and the level of the OSM output signal is determined by the digital threshold P OSM.pore .

Сигнал управления Vу формируют, с одной стороны, при сравнении цифровых пиковых уровней сигнала |Zвх|макс с порогом Zпор, а с другой стороны, при сравнении цифровых значений ОСМ выходного сигнала PОСМ.вых с другим пороговым уровнем PОСМ.пор таким образом, что при выполнении неравенства |Zвх|макс > Zпор сигнал управления изменяет коэффициент передачи, включая операцию экспандирования огибающей, если PОСМ.вых > PОСМ.пор, или операцию ее компрессирования, если PОСМ.вых < PОСМ.пор, причем степень экспандирования или компрессирования определяют в соответствии с величиной разности PОСМ.вых - PОСМ.пор, а при выполнении неравенства |Zвх|макс ≤ Zпор сигналом управления устанавливают коэффициент передачи, равный единице. Пороговые значения Zпор и PОСМ.пор, а также параметры k, N и γ устанавливают в соответствии с требованиями к качественным характеристикам выходного аналогового сигнала.The control signal V y form, on the one hand, when comparing the digital peak signal levels | Z I | max with a threshold of Z pores , and on the other hand, when comparing the digital values of the OSM of the output signal P OSM.out with another threshold level P OS.pore so that when the inequality | Z I | max > Z then the control signal changes the transmission coefficient, including the envelope expansion operation, if P OSM.output > P OSM.pore , or the operation of its compression if P OSM.output <P OSM.pore , and the degree of expansion or compression is determined in accordance with with the difference value P OSM.out - P OSM.pore , and when the inequality | Z I | max ≤ Z then the control signal sets the transmission coefficient equal to one. The threshold values of Z pores and P OSM.pore , as well as the parameters k, N, and γ, are set in accordance with the requirements for the quality characteristics of the output analog signal.

На фиг. 7 приведена структурная схема известного устройства [3] динамического сжатия вещательного сигнала. Сравнение схем на фиг. 6 и 7 иллюстрирует принципиальное различие устройств. In FIG. 7 is a structural diagram of a known device [3] for dynamic compression of a broadcast signal. A comparison of the circuits in FIG. 6 and 7 illustrate the fundamental difference between the devices.

Авторами выполнено экспериментальное моделирование заявленных способа и устройства на его основе на реальных вещательных сигналах. Моделирование было проведено на персональной ЭВМ последнего поколения, дополненной специализированными платами. Иллюстрации моделирования представлены на совмещенных осциллограммах сигналов до и после регулирования: фиг. 8 - увеличение ОСМ музыкального сигнала, фиг. 9 - пример улучшения соотношения "речь - музыка", фиг. 10 - большое увеличение ОСМ речевого сигнала для систем массового оповещения. The authors performed experimental modeling of the claimed method and device based on it on real broadcast signals. The simulation was carried out on a personal computer of the latest generation, supplemented by specialized boards. Simulation illustrations are presented on combined waveforms of signals before and after regulation: FIG. 8 is an increase in the OSM of the music signal; 9 is an example of improving the speech-music ratio; FIG. 10 - a large increase in the OSM speech signal for public address systems.

По мнению авторов, предлагаемые способ и устройство обеспечивают:
- безынерционное ограничение вещательных сигналов;
- отсутствие обогащения спектра, что делает их применимыми для широкого класса сигналов;
- обработку вещательных сигналов со студийным качеством, что является следствием высокой точности формирования ортогонального сигнала;
- возможность использования в компандерных системах междугородных каналов звукового вещания;
- стабилизацию заданной ОСМ, что гарантирует равную громкость воспроизведения разнохарактерных звуковых программ;
- значительное (в 3...4 раза) повышение ОСМ преобразуемого сигнала при сохранении его пикового уровня, что позволяет в системах массового оповещения увеличить разборчивость речевых сообщений (на 10...15% - по сравнению с сигналами, обработанными известными авторам устройствами регулирования) в условиях высокого уровня шумов и помех;
- повышение громкости вещательных передач, эквивалентное увеличению мощности радиопередающих устройств и акустических излучателей в 1,5...2 раза.
According to the authors, the proposed method and device provide:
- inertia-free restriction of broadcast signals;
- lack of spectrum enrichment, which makes them applicable to a wide class of signals;
- processing broadcast signals with studio quality, which is a consequence of the high accuracy of the formation of the orthogonal signal;
- the ability to use in compander systems of long-distance channels of sound broadcasting;
- stabilization of a given OSM, which guarantees equal playback volume of diverse sound programs;
- a significant (3 ... 4 times) increase in the OSM of the converted signal while maintaining its peak level, which makes it possible to increase the intelligibility of voice messages in mass notification systems (by 10 ... 15% compared with signals processed by regulation devices known to the authors ) in conditions of a high level of noise and interference;
- increase the volume of broadcasts, equivalent to an increase in the power of radio transmitting devices and acoustic emitters by 1.5 ... 2 times.

Предложенные способ и устройство могут быть широко использованы на всех трактах звукового вещания нашей страны и за ее пределами. Это позволит значительно поднять качество услуг звукового вещания. The proposed method and device can be widely used on all channels of sound broadcasting in our country and abroad. This will significantly improve the quality of sound broadcasting services.

Литература
1. Звуковое вещание. /А.В. Выходец, П.М. Жмурин, И.Ф. Зорин и др.: Под ред. Ю.А. Ковалгина: Справочник. - М.: Радио и связь, 1993, 464 с.
Literature
1. Sound broadcasting. / A.V. Coming, P.M. Zhmurin, I.F. Zorin et al .: Ed. Yu.A. Kovalgin: Reference. - M .: Radio and communications, 1993, 464 p.

2. Ишуткин Ю.М., Плющев В.М. Преобразование огибающей звуковых сигналов //Техника кино и телевидения. - 1983, N 4, с. 3-6. 2. Ishutkin Yu.M., Plyushchev V.M. Transformation of the envelope of sound signals // Technique of cinema and television. - 1983, N 4, p. 3-6.

3. Авторское свидетельство СССР N 1058077, кл. H 04 B 1/64. Ишуткин Ю.М. , Плющев В.М., Уваров В.К. Устройство для преобразования динамического диапазона звуковых сигналов. 3. Copyright certificate of the USSR N 1058077, cl. H 04 B 1/64. Ishutkin Yu.M. , Plyushchev V.M., Uvarov V.K. Device for converting the dynamic range of audio signals.

4. Марпл. -мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990, 584 с. 4. Marple. ml S.L. Digital spectral analysis and its applications: Per. from English - M .: Mir, 1990, 584 p.

Claims (2)

1. Способ автоматического регулирования пиковых значений электрических сигналов звукового вещания на заданный уровень при стабилизации относительной средней мощности, включающий в себя операции формирования сигнала управления и регулирования коэффициента передачи по заданному закону при превышении заданного порогового уровня, отличающийся тем, что осуществляют аналого-цифровое преобразование входного сигнала звукового вещания в цифровую последовательность zвx, из которой с помощью N-точечного преобразования Гильберта формируют ортогональный сигнал zвx орт, затем zвx и zвx орт используют для формирования огибающей и косинуса мгновенной фазы сигнала, далее огибающую разделяют на низкочастотную и высокочастотные составляющие, которые раздельно регулируют, при этом формирование сигнала управления на интервале регулирования, содержащем k·N отсчетов, осуществляют определяя пиковые значения входной |zвх|макс и выходной |zвых|макс последовательностей и относительную среднюю мощность РОСМ.вых выходной последовательности, причем сигнал управления формируют с учетом сравнения цифровых пиковых значений |zвх|макс с цифровым пороговым уровнем напряжения zпор и РОСМ.вых с пороговым уровнем относительной средней мощности РОСМ.пор таким образом, что при выполнении неравенства |zвх|макс > zпор сигнал управления изменяет коэффициент передачи низкочастотной составляющей огибающей, реализуя операцию ее экспандирования, если РОСМ.вых > РОСМ.пор, или операцию ее компрессирования, если РОСМ.вых < РОСМ.пор, причем степень экспандирования или компрессирования определяют по величине разности РОСМ.вых - РОСМ.пор, а при выполнении неравенства |zвх|макс ≤ zпор сигнал управления устанавливает коэффициент передачи низкочастотной составляющей, равный единице, причем коэффициент передачи высокочастотной составляющей огибающей изменяют пропорционально изменению коэффициента низкочастотной составляющей с учетом масштабного коэффициента γ, после чего огибающую восстанавливают суммированием преобразованных составляющих и получают выходную цифровую последовательность zвых путем перемножения восстановленной огибающей с косинусом мгновенной фазы, а затем осуществляют цифроаналоговое преобразование последовательности zвых в выходной аналоговый сигнал, при этом пороговые значения zпор и РОСМ.вых, а также параметры k, N и γ устанавливают в соответствии с требованиями к качественным характеристикам выходного аналогового сигнала.1. A method of automatically adjusting the peak values of the electrical signals of audio broadcasting to a predetermined level while stabilizing the relative average power, including the operation of generating a control signal and adjusting the transmission coefficient according to a given law when a predetermined threshold level is exceeded, characterized in that the analog-to-digital conversion of the input the sound broadcasting signal into a digital sequence z Bx , from which using the N-point Hilbert transform form the orthogonal signal is z inx ort , then z inx and z inx ort are used to form the envelope and cosine of the instantaneous phase of the signal, then the envelope is divided into low-frequency and high-frequency components, which separately regulate, while generating a control signal on the control interval containing k · N samples carry out determining the peak values of the input | z I | max and output | z o | max sequences and relative average power P OSM. of the output sequence, and the control signal is formed taking into account the comparison of digital peak values | z in | max with a digital threshold voltage level z and P OSM.vyh pores with a threshold level relative average power P OSM.por so that when the inequality | z Bx | max > z then the control signal changes the transmission coefficient of the low-frequency component of the envelope, realizing the operation of its expansion if P OSM.output > P OSM.pore , or the operation of its compression if P OSM.output <P OSM.pore , and the degree of expansion or compression determined by the magnitude of the difference P OSM.out - P OSM.pore , and when the inequality | z I | max ≤ z pores, the control signal sets the transmission coefficient of the low-frequency component equal to unity, and the transmission coefficient of the high-frequency component of the envelope is changed proportionally to the change in the coefficient of the low-frequency component taking into account the scale factor γ, after which the envelope is restored by summing the converted components and obtaining the output digital sequence z o by multiplying the restored envelope with the cosine of the instantaneous phase, and then carry out digital conversion of the z output sequence into an analog output signal, and the threshold values of z pores and P OSM output , as well as the parameters k, N, and γ, are set in accordance with the requirements for the quality characteristics of the output analog signal. 2. Устройство автоматического регулирования пиковых значений электрических вещательных сигналов на заданный уровень при стабилизации относительной средней мощности, содержащее блок формирования ортогонального сигнала, блок сигнала управления с пороговым входом, блоки регулирования коэффициента передачи, отличающееся тем, что дополнительно включены блок аналого-цифрового преобразования (АЦП), преобразующий входной аналоговый вещательный сигнал в цифровую последовательность, блок выделения огибающей и косинуса мгновенной фазы, который формирует огибающую
Figure 00000012
и косинус мгновенной фазы cosφ(t) = zвх/S(t), где zвх и
Figure 00000013
соответственно цифровая последовательность, формируемая АЦП, и сигнал, сформированный в блоке формирования ортогонального сигнала, блок разделения огибающей на низко- (НЧ) и высокочастотную (ВЧ) составляющие, причем блоки регулирования коэффициента передачи, раздельно регулируют НЧ и ВЧ составляющие и обеспечивают характер регулирования соответственно НЧ и ВЧ составляющих огибающей Sнч.р = Kнч(Vу) · Sнч и Sвч.р = Kвч(Vу) · Sвч, где Kнч(Vу) и Kвч(Vу) соответственно коэффициенты передачи НЧ и ВЧ составляющих, Vу - сигнал управления, формируемый блоком сигнала управления, S и Sр - огибающие на входе и выходе блоков регулирования коэффициентов передачи, причем Kвч(Vу) = γ · Kнч(Vу), где γ - масштабный коэффициент, который устанавливают в соответствии с требованиями к качественным характеристикам выходного аналогового сигнала, блок восстановления огибающей, суммирующий НЧ и ВЧ составляющие после регулировки, блок восстановления сигнала, в котором получают выходную последовательность путем перемножения восстановленной огибающей и косинуса мгновенной фазы, цифроаналоговый преобразователь, в котором получают выходной аналоговый сигнал, при этом цифровую последовательность zвх подают на входы блока формирования ортогонального сигнала и блока выделения огибающей и косинуса мгновенной фазы сигнала, а блок сигнала управления формирует сигнал управления при сравнении цифровых пиковых уровней входного сигнала |zвх|макс с порогом zпор и при сравнении цифровых значений относительной средней мощности выходного сигнала РОСМ.вых с пороговым уровнем РОСМ.пор таким образом, что при выполнении неравенства |zвх|макс > zпор сигнал управления изменяет коэффициент передачи Kнч(Vу), включая операцию экспандирования огибающей, если РОСМ.вых > РОСМ.пор, или операцию ее компрессирования, если РОСМ.вых < РОСМ.пор, а при выполнении неравенства |zвх|макс ≤ zпор сигналом управления устанавливают коэффициент передачи равный единице.
2. A device for automatically adjusting the peak values of electric broadcast signals to a predetermined level during stabilization of the relative average power, comprising an orthogonal signal generating unit, a control signal unit with a threshold input, transmission coefficient control units, characterized in that an analog-to-digital conversion (ADC) unit is additionally included ), which converts the input analog broadcast signal into a digital sequence, an envelope and cosine extraction block of the instant phase, cat ing forms the envelope
Figure 00000012
and the cosine of the instantaneous phase cosφ (t) = z in / S (t), where z in and
Figure 00000013
accordingly, the digital sequence generated by the ADC and the signal generated in the block for generating the orthogonal signal, the block for dividing the envelope into low (LF) and high-frequency (HF) components, and the transmission coefficient control units separately regulate the LF and HF components and provide the nature of regulation, respectively LF and HF components of the envelope S LF R = K LF (V y ) · S LF and S HF R = K HF (V y ) · S HF , where K LF (V y ) and K HF (V y ), respectively transmission coefficients of the LF and HF components, V y - control signal, forming which is represented by the control signal block, S and S p are the envelopes at the input and output of the blocks for controlling the transmission coefficients, where K hf (V y ) = γ · K lf (V y ), where γ is the scale factor, which is set in accordance with the requirements of the qualitative characteristics of the output analog signal, the envelope recovery unit, summing the bass and treble components after adjustment, the signal recovery unit, in which the output sequence is obtained by multiplying the restored envelope and the cosine of the instantaneous phase, digital-to-analog eobrazovatel, wherein the receive analog output signal, wherein the digital sequence z Rin is input to the block formation of the orthogonal signal and a block selection envelope and cosine of instantaneous phase signal, and the block control signal generates a control signal by comparing the digital peak input levels | z Bx | max with a threshold of z pores and when comparing the digital values of the relative average power of the output signal P OSM.out with the threshold level P OSM.poor in such a way that when the inequality | z in | max > z then the control signal changes the transmission coefficient K low (V у ), including the envelope expansion operation, if P OSM.output > P OSM.por , or the operation of its compression if P OSM.output <P OSM.pore , and when the inequality | z i | max ≤ z then the control signal sets the transmission coefficient equal to one.
RU97121340/09A 1997-12-22 1997-12-22 Method and device for automatic setting of peak electrical broadcast signals to desired level in controlling relative mean power RU2165127C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97121340/09A RU2165127C2 (en) 1997-12-22 1997-12-22 Method and device for automatic setting of peak electrical broadcast signals to desired level in controlling relative mean power

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97121340/09A RU2165127C2 (en) 1997-12-22 1997-12-22 Method and device for automatic setting of peak electrical broadcast signals to desired level in controlling relative mean power

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97121340A RU97121340A (en) 1999-10-27
RU2165127C2 true RU2165127C2 (en) 2001-04-10

Family

ID=20200331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97121340/09A RU2165127C2 (en) 1997-12-22 1997-12-22 Method and device for automatic setting of peak electrical broadcast signals to desired level in controlling relative mean power

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2165127C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИШУТКИН Ю.М. и др. Преобразование огибающей звуковых сигналов. Техника кино и телевидения, 1983, N 4, с.3 - 6. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7940941B2 (en) Effect adding method and effect adding apparatus
JPH0317491Y2 (en)
US8036767B2 (en) System for extracting and changing the reverberant content of an audio input signal
CN101232334B (en) BTSC encoder
EP1947903B1 (en) Bass enhancing apparatus and method
US20030216907A1 (en) Enhancing the aural perception of speech
JP2005318598A (en) Improvement on or concerning signal processing
US3229038A (en) Sound signal transforming system
US20080152153A1 (en) Method for producing more than two electric time signals from one first and one second electric time signal
CA2107320C (en) Audio signal processing apparatus with optimization process
US5687243A (en) Noise suppression apparatus and method
US7957539B2 (en) Sound enhancement system
US4630300A (en) Front-end processor for narrowband transmission
JP3386618B2 (en) Sound reproduction device
EP1374632A2 (en) A method of modifying low frequency components of a digital audio signal
US6941333B2 (en) Digital signal processing apparatus and method
RU2165127C2 (en) Method and device for automatic setting of peak electrical broadcast signals to desired level in controlling relative mean power
JP3560087B2 (en) Sound signal processing device and surround reproduction method
JPH06289898A (en) Speech signal processor
GB2237463A (en) Automatic volume control system responding to ambient noise
JPH11103495A (en) Phase compensation system for audio reproducer
JP5375861B2 (en) Audio reproduction effect adding method and apparatus
RU2408976C2 (en) Method of automatic control of peak values of electric broadcast signals to specified level at stabilisation of relative average power, and device for its implementation
JPH07226992A (en) Compensating method for low voice range component
JPS6049918B2 (en) Device for electronically processing sound

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20021223