数字电视自动音量控制技术

惠州市技师学院电子工程系 赵丽芝 郝国勇

数字电视自动音量控制技术

惠州市技师学院电子工程系 赵丽芝 郝国勇

我们看电视的过程中，切换频道或播放节目过程中插播广告时，有时声音突然变大，影响用户收看，造成这种现象的原因是节目源音频信号不一致，输入声音信号突变，造成喇叭的输入功率产生突变，实际的声压随之突变。为给用户创造更好的收看电视环境，目前有各种自动音量控制技术，本文根据自身工作经验对几种自动音量控制技术进行探究。

自动音量控制技术AVL；增益；功放

1 理想音量控制技术基本原理［1］

理想的AVL(或AVC)功能是：在某一音量值下,不管输入信号源如何变化,我们听觉感受到的是一个声音强度,而且声音的动态响应、饱和度没有任何影响,这样的话就要求在输入信号源较小时,AVL将信号无失真的放大一些,输入信号源较大时,AVL将信号无失真的压缩一些,整个过程要做到等比压缩。

为了达到理想的AVL效果,业界提出了几种实现方案,例如：

1.1 对某一声音信号进行自动音量控制

该声音信号中有多个取样点的声音数据,先根据各声音数据邻近的多个声音数据统计得到一对应的平均音量数据。若该平均音量数据大于预先记录的音量极值数据,则更新该音量极值数据,反之则不更新音量极值数据,并记录音量极值数据是否被更新。若在对预设声音数据依序进行上述处理后,发现该音量极值数据均未被更新,则根据现行的平均音量数据更新该音量极值数据。由此该音量极值数据即可反应声音信号的局部音量极值,实现自动控制该声音信号播放时的音量大小。

1.2 Dolby 实验室的Dolby Volume 技术［2］

Dolby Volume(杜比智能音量技术)与普通的自动音量调整技术存在很大区别。它能够针对不同的信号源和节目内容,在不同声音电平下提供一致的高质量的听觉体验。它主要基于杜比实验室多年研究开发的新型心理声学引擎和人体声学感知模型,能够对整个声音频谱进行实时的多频段处理,并且能够在时域和频域内深入感知声音的电平和音质。

Dolby Volume 主要包含两大功能：

(1)Volume Leveler

Volume Leveler功能可以使你在不同的信号源和不同的节目内容之间切换时,提供一致的音量电平和听音体验。这与AVL在功能上有些类似,但杜比智能音量技术还能根据人耳在音量调整时敏感度的变化进行补偿。它能适当地平衡低频、中频和高频信号,在高或低音量回放时,都能保证完整保留原始混音中动态信息的聆听体验。因此,杜比智能音量技术根据人们感知声音的方式对音量进行测量、分析和保持,不管切换频道还是切换音源输入,它都会检查多种音频参数以保持回放音量的一致。通过频域和时域响度分析技术的高超结合,可以快速而适当地纠正音量大小的不同,同时不会在音频信号中混入人为的压缩噪音或者拍频声,而普通的AVL,只是对不同信号源进行单一电平调整,往往会引入压缩噪音和其他杂音。

(2)Volume Modeler

Volume Modeler功能主要是保证音频产品或系统在低音量条件下也能恢复在一般低音条件下会丢失的音质,声像细节和环绕声效果。这项技术能让听者控制节目的音量动态范围。例如在深夜将音量关小时,可以调节动态范围,使对白始终清晰,而音效能够在不吵醒家人的情况下保持其震撼力与音色。

Dolby Volume对于模拟和数字输入信号都能进行调整。目前支持Dolby Volume的厂家有Cirrus LoGic, Freescale,Toshiba等等,至于其他AVL的技术方法,据目前了解大多数是对音量简单削波和提升,而没有分频段处理,会引入噪音。

图1 自动音量控制技术信号流程图

图3 不同大小输入信号AVL功能探究

2 自动音量控制技术方案一

2.1 控制原理

该方案采用的AVL功能的原理是在增益一定的情况下,将音频功放的输入限制在某一区域之内,使其不随外部节目源音频信号的无限增强而增大。该方案信号流程图如图1所示。

如图2所示,横轴为输入信号,右竖轴为功放输出,打开AVL功能后,当输入信号超过某限定值后,输出不再改变(红线),即AVL是限制输入功放的音频信号强度。

2.2 调测结果及波形

(1)输入0.5Vrms、1KHz 正弦波 音量50

由图3(a)、(b)可知,当输入0.5Vrms、1KHz 正弦波、音量50时,AVL功能打开或关闭功放输出无变化。

(2)输入0.6Vrms、1KHz 正弦波 音量50

由图3(c)、(d)可知,当输入0.6Vrms、1KHz 正弦波、音量50时,AVL功能打开时输出相比关闭时进行了压制,输出限制在6.75Vrms。

(3)输入0.8Vrms、1KHz 正弦波 音量50

由图3(e)、(f)可知,当输入0.8Vrms、1KHz 正弦波、音量50时,AVL功能打开时输出相比关闭时进行了压制,输出仍限制在6.75Vrms。

综合以上测试结果可知：

①当输入信号小于0.6Vrms时,AVL功能无论打开与否,功放输出信号无变化。

②当输入信号大于等于0.6Vrms时,AVL功能关闭时,功放输出随输入信号增大而增大,并出现失真;AVL功能打开时,功放输出一直限制在6.75Vrms,不随输入信号增大而增大。因此,AVL功能限制功放输入信号是一个渐变过程,如图4所示。

图4 输入信号瞬变时AVL功能关闭和打开的输出变化

由图4(a)、(b)可知,当音频输入信号从低到高(0.1V——＞1V)瞬间变化时,AVL功能开启时音频输出信号的改变有一个渐变过程,声音会从强转为平衡,时间约35mS;AVL功能关闭时,音频输出信号立即从低转高,没有任何缓冲。

此方案通过限幅输入信号来完成对音量的自动控制,此种做法在一定程度上牺牲了声音的动态响应范围。

3 自动音量控制技术方案二

3.1 控制原理

方案二首先对音频输入信号进行采样分析,当一个突变信号来临时,通过采样分析即可得知同前一信号的差异。通过分析差异,在不改变输入信号的情况下,在增益上进行控制(提升或降低),以达到同前一输出在同一强度级别。由于我们对输入信号没有进行任何操作,因此对音频的动态响应范围等参数不会产生很大影响,此时满足：功放输出=输入信号+增益

3.2 调测结果及波形

(1)输入0.5V rms、1KHz 正弦波 音量50

由图5(a)、(b)可知,当输入0.5Vrms、1KHz 正弦波、音量50时,由于输入信号还没有超过功放的阈值,所以AVL功能无论打开与否,功放输出无变化。

(2)输入0.8Vrms、1KHz 正弦波 音量50

由图5(c)、(d)可知,当输入0.8Vrms、1KHz 正弦波、音量50时,由于输入己经超过了功放的阈值,AVL功能关闭,输出失真;AVL功能打开时,首先会对输入信号进行采样,当发现音频输入信号幅度超过输入阈值时,程序会自动把功放的输入增益降低,从而使功放的净输入信号小于阈值,从而输出稳定而不失真的信号。

图5 不同大小输入信号AVL功能探究

实现自动音量控制,除上述两种方案外,还有很多其它方案。总之,AVL功能的主要目的是限制声音输出强度在一定的范围内,不随输入信号的增强而持续增强。在电视中,采用AVL功能的主要优点是：避免夜间看电视时,切换频道或插播广告时,输入信号突变,引起的听觉不适;缺点是降低了声音的动态频响范围,让声音听起来较无味。当然,夜间看电视时,将音量开到较小的值,不用AVL功能,也可降低音频输入信号突变带来的影响,同样不影响声音的动态范围,但此时要求环境安静,否则就会有听不清楚的困扰。数字电视自动音量控制技术,使我们的听觉系统更舒适。

[1]师公社,何宁,张荷芳,等．电视接收机信号切换中的音量智能均衡控制[J]．西安工业学院学报,2005．

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