數(shù)字電視自動(dòng)音量控制技術(shù)

惠州市技師學(xué)院電子工程系 趙麗芝 郝國(guó)勇

數(shù)字電視自動(dòng)音量控制技術(shù)

惠州市技師學(xué)院電子工程系 趙麗芝 郝國(guó)勇

我們看電視的過(guò)程中，切換頻道或播放節(jié)目過(guò)程中插播廣告時(shí)，有時(shí)聲音突然變大，影響用戶收看，造成這種現(xiàn)象的原因是節(jié)目源音頻信號(hào)不一致，輸入聲音信號(hào)突變，造成喇叭的輸入功率產(chǎn)生突變，實(shí)際的聲壓隨之突變。為給用戶創(chuàng)造更好的收看電視環(huán)境，目前有各種自動(dòng)音量控制技術(shù)，本文根據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)幾種自動(dòng)音量控制技術(shù)進(jìn)行探究。

自動(dòng)音量控制技術(shù)AVL；增益；功放

1 理想音量控制技術(shù)基本原理［1］

理想的AVL(或AVC)功能是：在某一音量值下,不管輸入信號(hào)源如何變化,我們聽(tīng)覺(jué)感受到的是一個(gè)聲音強(qiáng)度,而且聲音的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、飽和度沒(méi)有任何影響,這樣的話就要求在輸入信號(hào)源較小時(shí),AVL將信號(hào)無(wú)失真的放大一些,輸入信號(hào)源較大時(shí),AVL將信號(hào)無(wú)失真的壓縮一些,整個(gè)過(guò)程要做到等比壓縮。

為了達(dá)到理想的AVL效果,業(yè)界提出了幾種實(shí)現(xiàn)方案,例如：

1.1 對(duì)某一聲音信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)音量控制

該聲音信號(hào)中有多個(gè)取樣點(diǎn)的聲音數(shù)據(jù),先根據(jù)各聲音數(shù)據(jù)鄰近的多個(gè)聲音數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到一對(duì)應(yīng)的平均音量數(shù)據(jù)。若該平均音量數(shù)據(jù)大于預(yù)先記錄的音量極值數(shù)據(jù),則更新該音量極值數(shù)據(jù),反之則不更新音量極值數(shù)據(jù),并記錄音量極值數(shù)據(jù)是否被更新。若在對(duì)預(yù)設(shè)聲音數(shù)據(jù)依序進(jìn)行上述處理后,發(fā)現(xiàn)該音量極值數(shù)據(jù)均未被更新,則根據(jù)現(xiàn)行的平均音量數(shù)據(jù)更新該音量極值數(shù)據(jù)。由此該音量極值數(shù)據(jù)即可反應(yīng)聲音信號(hào)的局部音量極值,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制該聲音信號(hào)播放時(shí)的音量大小。

1.2 Dolby 實(shí)驗(yàn)室的Dolby Volume 技術(shù)［2］

Dolby Volume(杜比智能音量技術(shù))與普通的自動(dòng)音量調(diào)整技術(shù)存在很大區(qū)別。它能夠針對(duì)不同的信號(hào)源和節(jié)目?jī)?nèi)容,在不同聲音電平下提供一致的高質(zhì)量的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。它主要基于杜比實(shí)驗(yàn)室多年研究開(kāi)發(fā)的新型心理聲學(xué)引擎和人體聲學(xué)感知模型,能夠?qū)φ麄€(gè)聲音頻譜進(jìn)行實(shí)時(shí)的多頻段處理,并且能夠在時(shí)域和頻域內(nèi)深入感知聲音的電平和音質(zhì)。

Dolby Volume 主要包含兩大功能：

(1)Volume Leveler

Volume Leveler功能可以使你在不同的信號(hào)源和不同的節(jié)目?jī)?nèi)容之間切換時(shí),提供一致的音量電平和聽(tīng)音體驗(yàn)。這與AVL在功能上有些類似,但杜比智能音量技術(shù)還能根據(jù)人耳在音量調(diào)整時(shí)敏感度的變化進(jìn)行補(bǔ)償。它能適當(dāng)?shù)仄胶獾皖l、中頻和高頻信號(hào),在高或低音量回放時(shí),都能保證完整保留原始混音中動(dòng)態(tài)信息的聆聽(tīng)體驗(yàn)。因此,杜比智能音量技術(shù)根據(jù)人們感知聲音的方式對(duì)音量進(jìn)行測(cè)量、分析和保持,不管切換頻道還是切換音源輸入,它都會(huì)檢查多種音頻參數(shù)以保持回放音量的一致。通過(guò)頻域和時(shí)域響度分析技術(shù)的高超結(jié)合,可以快速而適當(dāng)?shù)丶m正音量大小的不同,同時(shí)不會(huì)在音頻信號(hào)中混入人為的壓縮噪音或者拍頻聲,而普通的AVL,只是對(duì)不同信號(hào)源進(jìn)行單一電平調(diào)整,往往會(huì)引入壓縮噪音和其他雜音。

(2)Volume Modeler

Volume Modeler功能主要是保證音頻產(chǎn)品或系統(tǒng)在低音量條件下也能恢復(fù)在一般低音條件下會(huì)丟失的音質(zhì),聲像細(xì)節(jié)和環(huán)繞聲效果。這項(xiàng)技術(shù)能讓聽(tīng)者控制節(jié)目的音量動(dòng)態(tài)范圍。例如在深夜將音量關(guān)小時(shí),可以調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)范圍,使對(duì)白始終清晰,而音效能夠在不吵醒家人的情況下保持其震撼力與音色。

Dolby Volume對(duì)于模擬和數(shù)字輸入信號(hào)都能進(jìn)行調(diào)整。目前支持Dolby Volume的廠家有Cirrus LoGic, Freescale,Toshiba等等,至于其他AVL的技術(shù)方法,據(jù)目前了解大多數(shù)是對(duì)音量簡(jiǎn)單削波和提升,而沒(méi)有分頻段處理,會(huì)引入噪音。

圖1 自動(dòng)音量控制技術(shù)信號(hào)流程圖

圖3 不同大小輸入信號(hào)AVL功能探究

2 自動(dòng)音量控制技術(shù)方案一

2.1 控制原理

該方案采用的AVL功能的原理是在增益一定的情況下,將音頻功放的輸入限制在某一區(qū)域之內(nèi),使其不隨外部節(jié)目源音頻信號(hào)的無(wú)限增強(qiáng)而增大。該方案信號(hào)流程圖如圖1所示。

如圖2所示,橫軸為輸入信號(hào),右豎軸為功放輸出,打開(kāi)AVL功能后,當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)某限定值后,輸出不再改變(紅線),即AVL是限制輸入功放的音頻信號(hào)強(qiáng)度。

2.2 調(diào)測(cè)結(jié)果及波形

(1)輸入0.5Vrms、1KHz 正弦波 音量50

由圖3(a)、(b)可知,當(dāng)輸入0.5Vrms、1KHz 正弦波、音量50時(shí),AVL功能打開(kāi)或關(guān)閉功放輸出無(wú)變化。

(2)輸入0.6Vrms、1KHz 正弦波 音量50

由圖3(c)、(d)可知,當(dāng)輸入0.6Vrms、1KHz 正弦波、音量50時(shí),AVL功能打開(kāi)時(shí)輸出相比關(guān)閉時(shí)進(jìn)行了壓制,輸出限制在6.75Vrms。

(3)輸入0.8Vrms、1KHz 正弦波 音量50

由圖3(e)、(f)可知,當(dāng)輸入0.8Vrms、1KHz 正弦波、音量50時(shí),AVL功能打開(kāi)時(shí)輸出相比關(guān)閉時(shí)進(jìn)行了壓制,輸出仍限制在6.75Vrms。

綜合以上測(cè)試結(jié)果可知：

①當(dāng)輸入信號(hào)小于0.6Vrms時(shí),AVL功能無(wú)論打開(kāi)與否,功放輸出信號(hào)無(wú)變化。

②當(dāng)輸入信號(hào)大于等于0.6Vrms時(shí),AVL功能關(guān)閉時(shí),功放輸出隨輸入信號(hào)增大而增大,并出現(xiàn)失真;AVL功能打開(kāi)時(shí),功放輸出一直限制在6.75Vrms,不隨輸入信號(hào)增大而增大。因此,AVL功能限制功放輸入信號(hào)是一個(gè)漸變過(guò)程,如圖4所示。

圖4 輸入信號(hào)瞬變時(shí)AVL功能關(guān)閉和打開(kāi)的輸出變化

由圖4(a)、(b)可知,當(dāng)音頻輸入信號(hào)從低到高(0.1V——＞1V)瞬間變化時(shí),AVL功能開(kāi)啟時(shí)音頻輸出信號(hào)的改變有一個(gè)漸變過(guò)程,聲音會(huì)從強(qiáng)轉(zhuǎn)為平衡,時(shí)間約35mS;AVL功能關(guān)閉時(shí),音頻輸出信號(hào)立即從低轉(zhuǎn)高,沒(méi)有任何緩沖。

此方案通過(guò)限幅輸入信號(hào)來(lái)完成對(duì)音量的自動(dòng)控制,此種做法在一定程度上犧牲了聲音的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍。

3 自動(dòng)音量控制技術(shù)方案二

3.1 控制原理

方案二首先對(duì)音頻輸入信號(hào)進(jìn)行采樣分析,當(dāng)一個(gè)突變信號(hào)來(lái)臨時(shí),通過(guò)采樣分析即可得知同前一信號(hào)的差異。通過(guò)分析差異,在不改變輸入信號(hào)的情況下,在增益上進(jìn)行控制(提升或降低),以達(dá)到同前一輸出在同一強(qiáng)度級(jí)別。由于我們對(duì)輸入信號(hào)沒(méi)有進(jìn)行任何操作,因此對(duì)音頻的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍等參數(shù)不會(huì)產(chǎn)生很大影響,此時(shí)滿足：功放輸出=輸入信號(hào)+增益

3.2 調(diào)測(cè)結(jié)果及波形

(1)輸入0.5V rms、1KHz 正弦波 音量50

由圖5(a)、(b)可知,當(dāng)輸入0.5Vrms、1KHz 正弦波、音量50時(shí),由于輸入信號(hào)還沒(méi)有超過(guò)功放的閾值,所以AVL功能無(wú)論打開(kāi)與否,功放輸出無(wú)變化。

(2)輸入0.8Vrms、1KHz 正弦波 音量50

由圖5(c)、(d)可知,當(dāng)輸入0.8Vrms、1KHz 正弦波、音量50時(shí),由于輸入己經(jīng)超過(guò)了功放的閾值,AVL功能關(guān)閉,輸出失真;AVL功能打開(kāi)時(shí),首先會(huì)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣,當(dāng)發(fā)現(xiàn)音頻輸入信號(hào)幅度超過(guò)輸入閾值時(shí),程序會(huì)自動(dòng)把功放的輸入增益降低,從而使功放的凈輸入信號(hào)小于閾值,從而輸出穩(wěn)定而不失真的信號(hào)。

圖5 不同大小輸入信號(hào)AVL功能探究

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)音量控制,除上述兩種方案外,還有很多其它方案?？傊?AVL功能的主要目的是限制聲音輸出強(qiáng)度在一定的范圍內(nèi),不隨輸入信號(hào)的增強(qiáng)而持續(xù)增強(qiáng)。在電視中,采用AVL功能的主要優(yōu)點(diǎn)是：避免夜間看電視時(shí),切換頻道或插播廣告時(shí),輸入信號(hào)突變,引起的聽(tīng)覺(jué)不適;缺點(diǎn)是降低了聲音的動(dòng)態(tài)頻響范圍,讓聲音聽(tīng)起來(lái)較無(wú)味。當(dāng)然,夜間看電視時(shí),將音量開(kāi)到較小的值,不用AVL功能,也可降低音頻輸入信號(hào)突變帶來(lái)的影響,同樣不影響聲音的動(dòng)態(tài)范圍,但此時(shí)要求環(huán)境安靜,否則就會(huì)有聽(tīng)不清楚的困擾。數(shù)字電視自動(dòng)音量控制技術(shù),使我們的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)更舒適。

[1]師公社,何寧,張荷芳,等．電視接收機(jī)信號(hào)切換中的音量智能均衡控制[J]．西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2005．

[2]http://www．dolby．com/cn/zh/technologies/dolbyvolume．html．