Smanjenje buke

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Primjena smanjenja šuma transformacije talasa

Smanjenje šuma je proces uklanjanja šuma iz korisnog signala kako bi se povećao njegov subjektivni kvalitet ili smanjio nivo grešaka u kanalima prenosa i digitalnim sistemima za skladištenje podataka. Tehnike redukcije šuma su konceptualno vrlo slične bez obzira na signal koji se obrađuje, međutim prethodno poznavanje karakteristika emitovanog signala može značajno uticati na implementaciju ovih tehnika, u zavisnosti od vrste signala.

Sustavi za smanjenje šuma (UWB) su sistemi za obradu signala implementirani u obliku elektronskih kola ili softverskih algoritama dizajniranih da povećaju omjer signala i šuma zbog redundancije ili smanjenja širine bita ili rezolucije signala. Takođe, termin "squelch" se često koristi za označavanje UWB.

Sistemi za smanjenje šuma se široko koriste i za obradu audio (audio) signala i za video (foto) signal. Većina UWB emisija je podijeljena u dvije vrste:

  • Filtriranje . UWB obrađuje signal prilikom prijema (reprodukcije) ili snimanja (prenosa) pokušavajući da očisti koristan signal od šuma. Većina sistema za obradu fotografija je ovog tipa.
  • Sistemi koji modificiraju signal za prijenos preko šumnih kanala (ili za snimanje signala na mediju), nakon čega slijedi inverzna transformacija na strani prijema (tokom reprodukcije). Ovo uključuje sisteme smanjenja buke kompandera Idite na odjeljak "# sistemi za smanjenje buke kompandera" u magnetskom snimanju zvuka, kao i princip fono korekcije kod mehaničkog snimanja .

Izvori buke

Svi snimači, analogni i digitalni, imaju svojstva koja ih čine osjetljivima na šum. Šum može biti nasumičan i nekoherentan, odnosno nije povezan sa samim signalom, ili koherentan, uveden uređajima za snimanje i algoritmima za obradu.

Bilo koji krug za pojačavanje i konverziju analognog signala je izvor šuma. Prvo, to je toplinski šum , koji je uzrokovan toplinskim procesima koji utječu na smjer kretanja elektrona. Drugo, ovo je pucnjava buka , koja je uzrokovana diskretnošću nosilaca električnog naboja - elektrona, jona. Ovi nasumični procesi stvaraju napon na izlazu, koji se, kada se reprodukuje, percipira kao šum. Najveći doprinos unutrašnjem šumu puta za pojačavanje daju prvi stepeni, koji pojačavaju slab signal (jedinice - frakcije milivolta), jer se njihovi sopstveni šumovi zatim pojačavaju sledećim stepenovima. Da bi se smanjio intrinzični šum puta za pojačavanje, tzv. niskošumna pojačala [en] , u kojima se maksimalni mogući omjer signal-šum postiže različitim metodama kola i upotrebom posebnih poluvodičkih uređaja i pasivnih komponenti [1] .

U slučaju filma i magnetne trake, buku (vidljivu i čujnu) unose strukturne čestice u mediju. U filmskom filmu, zrnatost je određena osjetljivošću filma; osjetljiviji film ima više zrna. U magnetnoj vrpci, velika zrna magnetnih čestica (obično željeznog oksida) su osjetljivija na buku. Da bi se to kompenziralo, koriste se veće površine filma (veličina okvira) ili magnetne trake (širina trake za snimanje) [2] .

Kod fotomatrica postoji fluktuacija "nivoa crne" (vrijednost signala svakog piksela u odsustvu svjetla). Što je veći piksel (što se postiže povećanjem veličine senzora), to je bolji odnos signala i šuma u uslovima slabog osvetljenja.

Smanjenje buke u audio tehnologiji

Compander sistemi za smanjenje buke

Da bi se poboljšao zvuk u sistemima za snimanje i prijenos zvuka, zvučni signal se unaprijed korigira pomoću kompandiranja. Compander sistemi za smanjenje šuma koriste preliminarnu kompresiju signala tokom prenosa (snimanja), odnosno kompresiju dinamičkog opsega . Ovo se postiže daljim pojačavanjem signala niskog nivoa da bi se oni podigli iznad nivoa buke prenosnog puta ili magnetne trake. Zatim se tokom prijema (reprodukcije) primljeni signal proširuje, odnosno proširuje se dinamički opseg (vraća na prvobitnu vrijednost), dok se nivo smetnji i šuma koji prodiru u kanal za prijenos (snimanje) smanjuje. Otuda i naziv sistema: + Exp Comp opruge Ander = kompander.

S obzirom da put prijenosa (snimanja) signala ima dvije strane - prijemnu i odašiljačku, odnosno, drugim riječima, ulaz i izlaz, au kompanderskim sistemima obrada signala se vrši i na ulazu i na izlazu, onda je takva redukcija šuma sistem se obično naziva "dvosmjernim" ( engleski double-ended ).

Najpoznatiji tipovi kompander UWB su širokopojasni frekventno nezavisan dbx sistem i Dolby NR porodica sistema za smanjenje šuma koji koriste obradu zavisnu od frekvencije. Glavna razlika između ovih sistema je u tome što se u dbx obradi primjenjuje na cijeli frekvencijski opseg audio signala, a u Dolby sistemima posebno na jedan ili više frekvencijskih opsega, uzimajući u obzir nivo jačine svakog od njih.

Ostali sistemi za smanjenje buke kompandera:

  • CX - UWB koji se koristi za snimanje LP diskova i kanala analognog laserskog diska (LD), rijetko u emitiranju, otprilike slično Dolby B.
  • ANRS , Super ANRS - UWB od JVC (Victor), skoro potpuni analozi Dolby B i Dolby C, respektivno.
  • Telcom, HighCom, HighCom II, Highcom C4 - UWB iz Telefunkena , također se koristi u nekim modelima Nakamichi , UHER i Aiwa . Djelomično (uvjetno) kompatibilan s Dolby B.
  • ADRES - UWB od Toshibe (Aurex). Dolby kompatibilan.

Jednosmjerni squelchs

Druga vrsta algoritama uključuje proces poboljšanja zvuka postojećeg materijala. U slučaju kada nema pristupa originalnom signalu, odnosno postoji samo šumni fonogram, primljeni signal se obrađuje „s jedne strane“, odnosno tokom njegove reprodukcije. Prema prihvaćenoj terminologiji, takvi prigušivači buke nazivaju se "jednosmjerni" (od engleskog single-ended ).

Najjednostavniji način suzbijanja šuma je threshold squelch ili gate (od engleskog noise-gate ), koji blokira prolaz signala u pauzama fonograma. Djeluje kao jednostavan prekidač - ili potpuno prenosi ulazni signal na izlaz, ili ga potpuno potiskuje. U modernim modelima postavljen je prag ispod kojeg signal ne prolazi. To ne daje uvijek željeni efekat, jer tokom zvuka tihih fragmenata nivo buke i dalje ostaje prilično visok i uočljiv za uho, ili se takvi fragmenti mogu potpuno potisnuti.

Druga metoda smanjenja šuma bila je uobičajena u vrijeme kasetofona i zvala se DNL (od engleskog. Dynamic Noise Limiter - dinamički limitator šuma). Na osnovu analize nivoa RF komponenti obrađenog signala, oni su oslabljeni ako je njihov nivo u izvornom signalu dovoljno mali i mogu se zanemariti. Za to je korišten klizni adaptivni filter koji je mijenjao širinu pojasa ovisno o spektru obrađenog signala. Tipičan predstavnik ovog tipa bio je domaći sistem za smanjenje buke "Mayak".

Sa razvojem digitalne obrade signala , metoda spektralnog oduzimanja je postala široko rasprostranjena. Suština metode je da se unaprijed specificirani (ili automatski dodijeljeni) spektar čistog šuma oduzima od amplitudno-frekventnog spektra korisnog signala. Broj frekvencijskih opsega na koje se signal dijeli, ovisno o implementaciji algoritma, može doseći nekoliko hiljada, odnosno propusni opseg u kojem se vrši obrada bit će jedinice Herca. Ovo vam omogućava da efikasno filtrirate harmonike željenog audio signala iz komponenti šuma.

Smanjenje šuma na slikama

Uklanjanje poligrafskog rastera pomoću Gaussovog zamućenja

Smanjenje šuma slike najčešće se koristi za poboljšanje vizualne percepcije, ali se može koristiti u medicini kako bi se povećala jasnoća slike na rendgenskim snimcima, kao predobrada za naknadno prepoznavanje i u drugim slučajevima.

Izvori šuma na slici mogu biti:

Smanjenje prostornog šuma se primjenjuje u digitalnoj obradi slike . Razlikuju se sljedeće metode:

Smanjenje video šuma

Smanjenje video šuma je proces uklanjanja šuma iz video signala. Postoje sljedeće metode smanjenja video šuma:

  • Prostorne metode - algoritmi za smanjenje šuma slike primjenjuju se za svaki kadar posebno.
  • Privremene metode - usrednjavanje između nekoliko uzastopnih okvira. Mogu se pojaviti duhoviti artefakti.
  • Prostorno-vremenske metode - takozvano 3D filtriranje, kombinuju obe metode, na osnovu prostorno-vremenske korelacije slike.

Tehnike suzbijanja video šuma se razvijaju i primenjuju u zavisnosti od vrste šuma (izobličenja). Tipične vrste video šuma ili izobličenja su:

  • Analogni šum
    • Distorzija kanala za radio prenos
      • Visokofrekventne smetnje (tačke, kratke horizontalne obojene linije, itd.)
      • Interferencija luma i hroma kanala (problemi sa antenom)
      • Split video - pojava lažnih kontura
    • VHS distorzija
      • Izobličenje boje
      • Šum luma i hroma kanala (tipičan za VHS)
      • Haotična linija se pomiče na rubovima kadra (horizontalni pomak sinhronizacije)
      • Široke horizontalne bučne pruge (stare kasete ili začepljene video glave)
    • Distorzija filma
      • Prljavština, prašina
      • Ogrebotine
      • Odvajanje fotografske emulzije
      • Otisci prstiju
  • Digitalni šum
    • Artefakti kompresije - izobličenja jake kompresije toka podataka
    • Ivica - za niske do srednje bitrate, posebno za crtane filmove
    • Razdvajanje slike na kvadratne blokove („razlivanje“), blijeđenje slike – izobličenje u slučaju gubitka digitalnog signala ili oštećenja medija (ogrebotine na DVD-u, zaglavljivanje DV trake).

vidi takođe

Bilješke (uredi)

  1. Za detaljnu raspravu o temi izgradnje niskošumnog pojačala audio frekvencijskog opsega, pogledajte članak Phonoproofreader .
  2. Osim toga, što je traka za snimanje šira, to je veći napon korisnog signala na glavi za reprodukciju, što također povećava omjer signala i šuma.

Književnost