Brusreducering

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 7 mars 2022; verifiering kräver 1 redigering .

Brusreducering  är processen att ta bort brus från en användbar signal för att förbättra dess subjektiva kvalitet eller för att minska nivån av fel i överföringskanaler och digitala datalagringssystem . Brusreduceringsmetoderna är konceptuellt mycket lika oavsett vilken signal som bearbetas, men förkunskaper om egenskaperna hos den överförda signalen kan väsentligt påverka implementeringen av dessa metoder, beroende på typen av signal.

Brusreduceringssystem ( UWB ) är signalbehandlingssystem implementerade i form av elektroniska kretsar eller mjukvarualgoritmer utformade för att öka signal-brusförhållandet på grund av redundans eller för att minska bitdjupet eller signalupplösningen. Termen "squelch" används också ofta för att hänvisa till UWB .

Brusreduceringssystem används i stor utsträckning både för ljud (ljud) signalbehandling och för video (foto) signal. De flesta UWB är indelade i två typer:

Källor till brus

Alla inspelningsenheter, både analoga och digitala, har egenskaper som gör dem mottagliga för brus. Brus kan vara slumpmässigt och icke-koherent, det vill säga inte associerat med själva signalen, eller koherent, introducerat av inspelningsenheter och bearbetningsalgoritmer.

Alla analoga signalförstärknings- och omvandlingskretsar är källor till brus. För det första är det termiskt brus , som orsakas av termiska processer som påverkar elektronrörelsens riktning. För det andra är detta skottljud , vars orsak är diskretiteten hos elektriska laddningsbärare - elektroner, joner. Dessa slumpmässiga processer skapar en utspänning som uppfattas som brus under uppspelning. Det största bidraget till det inbyggda bruset i förstärkarbanan görs av de första stegen, som förstärker en svag signal (enheter - bråkdelar av en millivolt), eftersom deras eget brus sedan förstärks av följande steg. För att minska det inneboende bruset i förstärkarbanan, den sk. lågbrusförstärkare , där det maximala möjliga signal-brusförhållandet uppnås genom olika kretsmetoder och användning av speciella halvledarenheter och passiva komponenter [1] .

När det gäller film och magnetband introduceras brus (synligt och hörbart) av mediets strukturella partiklar. I filmfilm bestäms kornigheten av filmens hastighet, den känsligare filmen har mer kornighet. I magnetband är stora korn av magnetiska partiklar (vanligtvis järnoxid) mer mottagliga för brus. För att kompensera för detta används större filmytor (bildstorlek) eller magnetband (inspelning av spårbredd) [2] .

I fotomatriser finns det en fluktuation av "svartnivån" (signalvärdet för varje pixel i frånvaro av ljus). Ju större pixel (vilket uppnås genom att öka storleken på fotosensorn), desto bättre är signal-brusförhållandet vid svaga ljusförhållanden.

Brusreducering i ljudteknik

Compander brusreduceringssystem

För att förbättra ljudet i ljudinspelnings- och överföringssystem utförs förkorrigeringen av ljudsignalen med hjälp av kompanding. Compander brusreduceringssystem använder signalförkomprimering under överföring (inspelning), det vill säga komprimering av dynamiskt omfång . Detta görs genom ytterligare förstärkning av lågnivåsignaler för att höja dem över brusnivån för överföringsvägen eller magnetbandet. Sedan, vid mottagning (reproducering), utökas den mottagna signalen, det vill säga det dynamiska omfånget utökas (återställs till sitt ursprungliga värde), medan nivån av störningar och brus som har trängt in i överförings- (inspelnings)kanalen reduceras. Därav namnet på systemen: Kompressor + Expander = Compander .

Eftersom signalöverföringen (inspelnings)vägen har två sidor - mottagning och sändning, eller, med andra ord, ingång och utgång, och i compandersystem, utförs signalbehandling både vid ingången och vid utgången, då ett sådant brusreduceringssystem kallas vanligen "two-way" ( engelska  dubbeländad ).

De mest kända typerna av compander UWB inkluderar dbx bredbandsfrekvensoberoende system och Dolby NR- familjen av brusreduceringssystem som använder frekvensberoende bearbetning. Huvudskillnaden mellan dessa system är att i dbx-behandling appliceras på hela frekvensbandet för ljudsignalen, medan det i Dolby-system appliceras separat i ett eller flera frekvensband, med hänsyn tagen till volymnivån för var och en av dem.

Andra compander brusreduceringssystem:

Enkelsidig squelch

En annan typ av algoritm involverar processen att förbättra ljudet av befintligt material. I fallet när det inte längre finns tillgång till originalsignalen, det vill säga det bara finns ett brusigt fonogram, bearbetas den mottagna signalen "å ena sidan", nämligen under dess uppspelning. Enligt den accepterade terminologin kallas sådana brusdämpare exakt det - "ensidig" (från engelska  single-ended ).

Det enklaste sättet att undertrycka brus är en tröskelbrusdämpare eller gate (från engelska  noise-gate ), som blockerar passagen av signaler i fonogrammets pauser. Den fungerar som en enkel omkopplare - antingen skickar insignalen helt till utgången eller undertrycker den helt. I moderna modeller sätts ett tröskelvärde, under vilket signalen inte passerar. Detta ger inte alltid den önskade effekten, eftersom ljudnivån fortfarande är ganska hög och märkbar för örat under ljudet av tysta fragment, eller sådana fragment kan undertryckas helt.

En annan metod för brusreducering var vanlig på bandspelarens dagar och kallades DNL (från engelskan.  Dynamic Noise Limiter  - dynamisk brusbegränsare). Baserat på analysen av nivåerna för de högfrekventa komponenterna i den behandlade signalen, dämpades de om deras nivå i den ursprungliga signalen var tillräckligt låg och de kunde försummas. För detta användes ett glidande adaptivt filter, som ändrade sin bandbredd beroende på spektrumet för den behandlade signalen. En typisk representant för denna typ var det inhemska ljudreduceringssystemet "Mayak".

Med utvecklingen av digital signalbehandling har metoden för spektral subtraktion blivit utbredd . Kärnan i metoden är att spektrumet av rent brus som anges i förväg (eller allokeras automatiskt) subtraheras från amplitud-frekvensspektrumet för den användbara signalen. Antalet frekvensband som signalen är uppdelad i, beroende på implementeringen av algoritmen, kan nå flera tusen, det vill säga bandbredden i vilken bearbetningen utförs kommer att vara enheter av Hertz. Detta gör att du effektivt kan filtrera bort övertonerna i den användbara ljudsignalen från bruskomponenterna.

Brusreducering i bilder

Bildbrusreducering används oftast för att förbättra visuell perception, men det kan användas inom medicin för att öka bildens klarhet vid röntgenstrålar, som en förbehandling för efterföljande igenkänning och i andra fall.

Källor till brus i bilden kan vara:

Digital bildbehandling tillämpar rumslig brusreducering . Det finns följande metoder:

Videobrusreducering

Videobrusreducering  är processen för att ta bort brus från en videosignal .

Det finns följande metoder för videobrusreducering:

Metoder för att undertrycka brus i en videosignal utvecklas och tillämpas beroende på typen av brus (distorsion). Typiska typer av brus eller distorsion i en videosignal är:

Aktiv brusreducering

Aktiv brusreducering är ett sätt att eliminera oönskat brus genom att lägga över speciellt genererat ljud.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ För en detaljerad diskussion om ämnet att bygga en lågbrusförstärkare för ljudfrekvensområdet, se artikeln Phono stage . Om teorin om att bygga en lågbrusförstärkare för att återge en magnetisk inspelning och bruskällor i en bandspelares inspelnings-reproducerande kanal - Radio Magazine, 1982, nr 4, s. 42 - 45.
  2. ↑ Dessutom, ju bredare inspelningsspåret är, desto högre spänning har den användbara signalen vid reprohuvudet, vilket också ökar signal-brusförhållandet.

Litteratur

 Videobearbetning
efterbehandling
Specialbearbetning
Konvertering
24 30 fps
Konvertering
30 24 fps