惠州市技師學院電子工程系 趙麗芝 郝國勇

數(shù)字電視自動音量控制技術(shù)

惠州市技師學院電子工程系 趙麗芝 郝國勇

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

自動音量控制技術(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,不管輸入信號源如何變化,我們聽覺感受到的是一個聲音強度,而且聲音的動態(tài)響應(yīng)、飽和度沒有任何影響,這樣的話就要求在輸入信號源較小時,AVL將信號無失真的放大一些,輸入信號源較大時,AVL將信號無失真的壓縮一些,整個過程要做到等比壓縮。

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

1.1 對某一聲音信號進行自動音量控制

該聲音信號中有多個取樣點的聲音數(shù)據(jù),先根據(jù)各聲音數(shù)據(jù)鄰近的多個聲音數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到一對應(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。若在對預(yù)設(shè)聲音數(shù)據(jù)依序進行上述處理后,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)聲音信號的局部音量極值,實現(xiàn)自動控制該聲音信號播放時的音量大小。

1.2 Dolby 實驗室的Dolby Volume 技術(shù)［2］

Dolby Volume(杜比智能音量技術(shù))與普通的自動音量調(diào)整技術(shù)存在很大區(qū)別。它能夠針對不同的信號源和節(jié)目內(nèi)容,在不同聲音電平下提供一致的高質(zhì)量的聽覺體驗。它主要基于杜比實驗室多年研究開發(fā)的新型心理聲學引擎和人體聲學感知模型,能夠?qū)φ麄€聲音頻譜進行實時的多頻段處理,并且能夠在時域和頻域內(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源和不同的節(jié)目內(nèi)容之間切換時,提供一致的音量電平和聽音體驗。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)整時敏感度的變化進行補償。它能適當?shù)仄胶獾皖l、中頻和高頻信號,在高或低音量回放時,都能保證完整保留原始混音中動態(tài)信息的聆聽體驗。因此,杜比智能音量技術(shù)根據(jù)人們感知聲音的方式對音量進行測量、分析和保持,不管切換頻道還是切換音源輸入,它都會檢查多種音頻參數(shù)以保持回放音量的一致。通過頻域和時域響度分析技術(shù)的高超結(jié)合,可以快速而適當?shù)丶m正音量大小的不同,同時不會在音頻信號中混入人為的壓縮噪音或者拍頻聲,而普通的AVL,只是對不同信號源進行單一電平調(diào)整,往往會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在一般低音條件下會丟失的音質(zhì),聲像細節(jié)和環(huán)繞聲效果。這項技術(shù)能讓聽者控制節(jié)目的音量動態(tài)范圍。例如在深夜將音量關(guān)小時,可以調(diào)節(jié)動態(tài)范圍,使對白始終清晰,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對于模擬和數(shù)字輸入信號都能進行調(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)是對音量簡單削波和提升,而沒有分頻段處理,會引入噪音。

圖1 自動音量控制技術(shù)信號流程圖

圖3 不同大小輸入信號AVL功能探究

2 自動音量控制技術(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)目源音頻信號的無限增強而增大。該方案信號流程圖如圖1所示。

如圖2所示,橫軸為輸入信號,右豎軸為功放輸出,打開AVL功能后,當輸入信號超過某限定值后,輸出不再改變(紅線),即AVL是限制輸入功放的音頻信號強度。

2.2 調(diào)測結(jié)果及波形

(1)輸入0.5Vrms、1KHz 正弦波 音量50

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

(2)輸入0.6Vrms、1KHz 正弦波 音量50

由圖3(c)、(d)可知,當輸入0.6Vrms、1KHz 正弦波、音量50時,AVL功能打開時輸出相比關(guān)閉時進行了壓制,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,當輸入0.8Vrms、1KHz 正弦波、音量50時,AVL功能打開時輸出相比關(guān)閉時進行了壓制,輸出仍限制在6.75Vrms。

綜合以上測試結(jié)果可知：

①當輸入信號小于0.6Vrms時,AVL功能無論打開與否,功放輸出信號無變化。

②當輸入信號大于等于0.6Vrms時,AVL功能關(guān)閉時,功放輸出隨輸入信號增大而增大,并出現(xiàn)失真;AVL功能打開時,功放輸出一直限制在6.75Vrms,不隨輸入信號增大而增大。因此,AVL功能限制功放輸入信號是一個漸變過程,如圖4所示。

圖4 輸入信號瞬變時AVL功能關(guān)閉和打開的輸出變化

由圖4(a)、(b)可知,當音頻輸入信號從低到高(0.1V——＞1V)瞬間變化時,AVL功能開啟時音頻輸出信號的改變有一個漸變過程,聲音會從強轉(zhuǎn)為平衡,時間約35mS;AVL功能關(guān)閉時,音頻輸出信號立即從低轉(zhuǎn)高,沒有任何緩沖。

此方案通過限幅輸入信號來完成對音量的自動控制,此種做法在一定程度上犧牲了聲音的動態(tài)響應(yīng)范圍。

3 自動音量控制技術(shù)方案二

3.1 控制原理

方案二首先對音頻輸入信號進行采樣分析,當一個突變信號來臨時,通過采樣分析即可得知同前一信號的差異。通過分析差異,在不改變輸入信號的情況下,在增益上進行控制(提升或降低),以達到同前一輸出在同一強度級別。由于我們對輸入信號沒有進行任何操作,因此對音頻的動態(tài)響應(yīng)范圍等參數(shù)不會產(chǎn)生很大影響,此時滿足：功放輸出=輸入信號+增益

3.2 調(diào)測結(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,當輸入0.5Vrms、1KHz 正弦波、音量50時,由于輸入信號還沒有超過功放的閾值,所以AVL功能無論打開與否,功放輸出無變化。

(2)輸入0.8Vrms、1KHz 正弦波 音量50

由圖5(c)、(d)可知,當輸入0.8Vrms、1KHz 正弦波、音量50時,由于輸入己經(jīng)超過了功放的閾值,AVL功能關(guān)閉,輸出失真;AVL功能打開時,首先會對輸入信號進行采樣,當發(fā)現(xiàn)音頻輸入信號幅度超過輸入閾值時,程序會自動把功放的輸入增益降低,從而使功放的凈輸入信號小于閾值,從而輸出穩(wěn)定而不失真的信號。

圖5 不同大小輸入信號AVL功能探究

實現(xiàn)自動音量控制,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度在一定的范圍內(nèi),不隨輸入信號的增強而持續(xù)增強。在電視中,采用AVL功能的主要優(yōu)點是：避免夜間看電視時,切換頻道或插播廣告時,輸入信號突變,引起的聽覺不適;缺點是降低了聲音的動態(tài)頻響范圍,讓聲音聽起來較無味。當然,夜間看電視時,將音量開到較小的值,不用AVL功能,也可降低音頻輸入信號突變帶來的影響,同樣不影響聲音的動態(tài)范圍,但此時要求環(huán)境安靜,否則就會有聽不清楚的困擾。數(shù)字電視自動音量控制技術(shù),使我們的聽覺系統(tǒng)更舒適。

[1]師公社,何寧,張荷芳,等．電視接收機信號切換中的音量智能均衡控制[J]．西安工業(yè)學院學報,2005．

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