Støjreduktion

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 7. marts 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Støjreduktion  er processen med at fjerne støj fra et nyttigt signal for at forbedre dets subjektive kvalitet eller for at reducere niveauet af fejl i transmissionskanaler og digitale datalagringssystemer . Støjreduktionsmetoderne er konceptuelt meget ens uanset signalet, der behandles, dog kan forudgående kendskab til det transmitterede signals karakteristika påvirke implementeringen af ​​disse metoder væsentligt, afhængigt af signaltypen.

Støjreduktionssystemer ( UWB ) er signalbehandlingssystemer implementeret i form af elektroniske kredsløb eller softwarealgoritmer designet til at øge signal-til-støj-forholdet på grund af redundans eller for at reducere bitdybden eller signalopløsningen. Udtrykket "squelch" bruges også ofte til at henvise til UWB .

Støjreduktionssystemer er meget udbredt både til lyd (lyd) signalbehandling og til video (foto) signal. De fleste UWB'er er opdelt i to typer:

Kilder til støj

Alle optageenheder, både analoge og digitale, har egenskaber, der gør dem modtagelige for støj. Støj kan være tilfældig og ikke-kohærent, det vil sige ikke forbundet med selve signalet, eller kohærent, introduceret af optageenheder og behandlingsalgoritmer.

Enhver analog signalforstærknings- og konverteringskredsløb er kilder til støj. For det første er det termisk støj , som er forårsaget af termiske processer, der påvirker retningen af ​​elektronens bevægelse. For det andet er dette skudstøj , hvis årsag er diskretheden af ​​elektriske ladningsbærere - elektroner, ioner. Disse tilfældige processer skaber en udgangsspænding, der opfattes som støj under afspilning. Det største bidrag til den iboende støj i forstærkervejen er lavet af de første trin, som forstærker et svagt signal (enheder - brøkdele af en millivolt), fordi deres egen støj så forstærkes af de følgende trin. For at reducere den iboende støj af forstærkerbanen, den såkaldte. støjsvage forstærkere , hvor det maksimalt mulige signal-støjforhold opnås ved forskellige kredsløbsmetoder og brug af specielle halvlederenheder og passive komponenter [1] .

I tilfælde af film og magnetbånd indføres støj (synlig og hørbar) af mediets strukturelle partikler. I filmfilm bestemmes kornetheden af ​​filmens hastighed, jo mere følsom film har mere kornethed. I magnetbånd er store korn af magnetiske partikler (normalt jernoxid) mere modtagelige for støj. For at kompensere for dette bruges større filmområder (rammestørrelse) eller magnetbånd (optager sporbredde) [2] .

I fotomatricer er der en udsving i "sortniveauet" (signalværdien for hver pixel i fravær af lys). Jo større pixel (hvilket opnås ved at øge størrelsen af ​​fotosensoren), jo bedre er signal-til-støj-forholdet under dårlige lysforhold.

Støjreduktion i lydteknik

Compander støjreduktionssystemer

For at forbedre lyden i lydoptagelses- og transmissionssystemer udføres prækorrektionen af ​​lydsignalet ved hjælp af companding. Compander støjreduktionssystemer bruger signalforkomprimering under transmission (optagelse), det vil sige dynamisk områdekomprimering . Dette gøres ved yderligere forstærkning af lavniveausignaler for at hæve dem over støjniveauet for transmissionsvejen eller magnetbåndet. Derefter, ved modtagelse (gengivelse), udvides det modtagne signal, det vil sige, at det dynamiske område udvides (gendannes til dets oprindelige værdi), mens niveauet af interferens og støj, der er trængt ind i transmissions- (optagelses)kanalen, reduceres. Deraf navnet på systemerne: Kompressor + Expander = Compander .

Da signaltransmissions- (optagelses)vejen har to sider - modtagelse og transmission, eller med andre ord, input og output, og i compander-systemer, udføres signalbehandling både ved indgangen og udgangen, så et sådant støjreduktionssystem kaldes almindeligvis "to-vejs" ( engelsk  double-ended ).

De bedst kendte typer af compander UWB'er inkluderer det dbx bredbånds frekvensuafhængige system og Dolby NR -familien af ​​støjreduktionssystemer, der bruger frekvensafhængig behandling. Hovedforskellen mellem disse systemer er, at i dbx-behandling påføres hele frekvensbåndet af lydsignalet, mens det i Dolby-systemer anvendes separat i et eller flere frekvensbånd, idet der tages højde for lydstyrkeniveauet for hver af dem.

Andre compander støjreduktionssystemer:

Enkeltsidet squelch

En anden type algoritme involverer processen med at forbedre lyden af ​​eksisterende materiale. I det tilfælde, hvor der ikke længere er adgang til det originale signal, det vil sige, at der kun er et støjende fonogram, behandles det modtagne signal "på den ene side", nemlig under dets afspilning. Ifølge den accepterede terminologi kaldes sådanne støjdæmpere præcis det - "ensidigt" (fra engelsk  single-ended ).

Den nemmeste måde at undertrykke støj på er en threshold noise suppressor eller gate (fra den engelske  noise-gate ), som blokerer passagen af ​​signaler i fonogrammets pauser. Den fungerer som en simpel kontakt - enten sender inputsignalet fuldstændigt til udgangen eller undertrykker det fuldstændigt. I moderne modeller er der sat en tærskel, under hvilken signalet ikke passerer. Dette giver ikke altid den ønskede effekt, da under lyden af ​​stille fragmenter forbliver støjniveauet stadig ret højt og mærkbart for øret, eller sådanne fragmenter kan undertrykkes fuldstændigt.

En anden metode til støjreduktion var almindelig i båndoptagernes dage og hed DNL (fra engelsk.  Dynamic Noise Limiter  - dynamisk støjbegrænser). Baseret på analysen af ​​niveauerne af højfrekvente komponenter i det behandlede signal, blev de dæmpet, hvis deres niveau i det oprindelige signal var tilstrækkeligt lavt, og de kunne negligeres. Til dette blev der brugt et glidende adaptivt filter, som ændrede dets båndbredde afhængigt af spektret af det behandlede signal. En typisk repræsentant for denne type var det indenlandske støjreduktionssystem "Mayak".

Med udviklingen af ​​digital signalbehandling er metoden til spektral subtraktion blevet udbredt . Essensen af ​​metoden er, at spektret af ren støj specificeret på forhånd (eller allokeret automatisk) trækkes fra amplitude-frekvensspektret af det nyttige signal. Antallet af frekvensbånd, som signalet er opdelt i, afhængigt af implementeringen af ​​algoritmen, kan nå flere tusinde, det vil sige, at båndbredden, hvor behandlingen udføres, vil være enheder af Hertz. Dette giver dig mulighed for effektivt at filtrere harmoniske af det nyttige lydsignal fra støjkomponenterne.

Støjreduktion i billeder

Billedstøjreduktion bruges oftest til at forbedre visuel perception, men det kan bruges i medicin til at øge billedklarheden ved røntgenstråler, som en forbehandling til efterfølgende genkendelse og i andre tilfælde.

Kilder til støj i billedet kan være:

Digital billedbehandling anvender rumlig støjreduktion . Der er følgende metoder:

Videostøjreduktion

Videostøjreduktion  er processen med at fjerne støj fra et videosignal .

Der er følgende metoder til reduktion af videostøj:

Metoder til at undertrykke støj i et videosignal udvikles og anvendes afhængigt af typen af ​​støj (forvrængning). Typiske typer støj eller forvrængning i et videosignal er:

Aktiv støjreduktion

Aktiv støjreduktion er en måde at fjerne uønsket støj ved at overlejre specielt genereret lyd.

Se også

Noter

  1. ↑ For en detaljeret diskussion af emnet om at bygge en støjsvag forstærker til lydfrekvensområdet, se artiklen Phono stage . Om teorien om at bygge en støjsvag forstærker til gengivelse af en magnetisk optagelse og støjkilder i en båndoptagers optage-gengivelseskanal - Radio Magazine, 1982, nr. 4, s. 42 - 45.
  2. ↑ Desuden, jo bredere optagesporet er, desto større er spændingen af ​​det nyttige signal ved reprohovedet, hvilket også øger signal-til-støj-forholdet.

Litteratur

 Videobehandling
efterbehandling
Særlig bearbejdning
Konvertering
24 30 fps
Konvertering
30 24 fps