Redukce hluku

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 7. března 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Redukce šumu  je proces odstraňování šumu z užitečného signálu za účelem zlepšení jeho subjektivní kvality nebo snížení úrovně chyb v přenosových kanálech a systémech ukládání digitálních dat . Metody redukce šumu jsou koncepčně velmi podobné bez ohledu na zpracovávaný signál, nicméně předchozí znalost charakteristik přenášeného signálu může výrazně ovlivnit implementaci těchto metod v závislosti na typu signálu.

Systémy redukce šumu ( UWB ) jsou systémy pro zpracování signálu implementované ve formě elektronických obvodů nebo softwarových algoritmů navržených ke zvýšení poměru signálu k šumu v důsledku redundance nebo ke snížení bitové hloubky nebo rozlišení signálu. Termín „squelch“ se také často používá k označení ZČU .

Systémy redukce šumu jsou široce používány jak pro zpracování zvukového (audio) signálu, tak pro video (foto) signál. Většina ZČU se dělí na dva typy:

Zdroje hluku

Všechna záznamová zařízení, analogová i digitální, mají vlastnosti, které je činí náchylnými k šumu. Šum může být náhodný a nekoherentní, to znamená, že není spojen se samotným signálem, nebo koherentní, zaváděný záznamovými zařízeními a algoritmy zpracování.

Zdrojem šumu jsou jakékoli obvody pro zesílení a převod analogového signálu. Za prvé je to tepelný šum , který je způsoben tepelnými procesy, které ovlivňují směr pohybu elektronů. Za druhé je to výstřelový hluk , jehož příčinou je diskrétnost nosičů elektrického náboje - elektronů, iontů. Tyto náhodné procesy vytvářejí výstupní napětí, které je během přehrávání vnímáno jako šum. Největší podíl na vlastním šumu zesilovací cesty mají první stupně, které zesilují slabý signál (jednotky - zlomky milivoltu), protože jejich vlastní šum je pak zesílen následujícími stupni. Pro snížení vlastního šumu zesilovací cesty, tzv. nízkošumové zesilovače , u kterých je dosaženo maximálního možného odstupu signálu od šumu různými obvodovými metodami a použitím speciálních polovodičových součástek a pasivních součástek [1] .

V případě filmu a magnetické pásky je šum (viditelný a slyšitelný) zaváděn strukturálními částicemi média. U kinofilmu je zrnitost určena rychlostí filmu, citlivější film má větší zrnitost. V magnetické pásce jsou velká zrna magnetických částic (obvykle oxid železa) náchylnější k šumu. Aby se to kompenzovalo, používají se větší plochy filmu (velikost snímku) nebo magnetické pásky (šířka záznamové stopy) [2] .

Ve fotomaticích dochází ke kolísání „úrovně černé“ (hodnota signálu každého pixelu v nepřítomnosti světla). Čím větší je pixel (což je dosaženo zvětšením velikosti fotosenzoru), tím lepší je poměr signálu k šumu za špatných světelných podmínek.

Redukce šumu v audiotechnice

Systémy redukce hluku Compander

Pro zlepšení zvuku v systémech záznamu a přenosu zvuku se provádí předkorekce zvukového signálu pomocí kompandování. Systémy redukce šumu Compander využívají při přenosu (záznamu) předkompresi signálu, tedy kompresi dynamického rozsahu . To se provádí dodatečným zesílením nízkoúrovňových signálů pro jejich zvýšení nad úroveň šumu přenosové cesty nebo magnetické pásky. Poté se při příjmu (reprodukci) přijímaný signál rozšíří, to znamená, že se rozšíří dynamický rozsah (obnoví se na původní hodnotu), přičemž se sníží úroveň rušení a šumu, který pronikl do přenosového (záznamového) kanálu. Odtud název systémů: Compressor + Expander = Compander .

Vzhledem k tomu, že cesta přenosu (záznamu) signálu má dvě strany - přijímací a vysílací, nebo jinak řečeno vstupní a výstupní, a v kompanderových systémech se zpracování signálu provádí jak na vstupu, tak na výstupu, pak takový systém redukce šumu se běžně nazývá „dvoucestný“ ( anglicky  double-ended ).

Mezi nejznámější typy kompanderových UWB patří širokopásmový frekvenčně nezávislý systém dbx a systémy redukce šumu řady Dolby NR využívající frekvenčně závislé zpracování. Hlavní rozdíl mezi těmito systémy je v tom, že v dbx je zpracování aplikováno na celé frekvenční pásmo audio signálu, zatímco v systémech Dolby je aplikováno samostatně v jednom nebo více frekvenčních pásmech s přihlédnutím k úrovni hlasitosti každého z nich.

Další systémy redukce hluku kompanderu:

Jednostranný squelch

Další typ algoritmu zahrnuje proces zlepšování zvuku existujícího materiálu. V případě, že již není přístup k původnímu signálu, to znamená, že existuje pouze zašuměný zvukový záznam, je přijatý signál zpracováván „na jedné straně“, a to při jeho přehrávání. Podle uznávané terminologie se takové potlačovače hluku nazývají přesně tak - „jednostranné“ (z anglického  single-ended ).

Nejjednodušším způsobem potlačení šumu je prahový šumový supresor neboli gate (z anglického  noise-gate ), který blokuje průchod signálů v pauzách fonogramu. Působí jako jednoduchý spínač – buď zcela propustí vstupní signál na výstup, nebo jej zcela potlačí. V moderních modelech je nastavena prahová hodnota, pod kterou signál neprochází. To ne vždy poskytuje požadovaný efekt, protože během ozvučení tichých fragmentů zůstává hladina hluku stále poměrně vysoká a znatelná pro ucho, nebo mohou být takové fragmenty zcela potlačeny.

Další způsob redukce šumu byl v dobách magnetofonů běžný a nazýval se DNL (z angl.  Dynamic Noise Limiter  - dynamický omezovač hluku). Na základě analýzy úrovní vysokofrekvenčních složek zpracovávaného signálu byly utlumeny, pokud jejich úroveň v původním signálu byla dostatečně nízká a bylo možné je zanedbat. K tomu byl použit posuvný adaptivní filtr, který měnil svou šířku pásma v závislosti na spektru zpracovávaného signálu. Typickým představitelem tohoto typu byl domácí systém snížení hluku "Mayak".

S rozvojem digitálního zpracování signálu se rozšířila metoda spektrálního odčítání . Podstata metody spočívá v tom, že spektrum čistého šumu specifikované předem (nebo přidělené automaticky) je odečteno od amplitudově-frekvenčního spektra užitečného signálu. Počet frekvenčních pásem, do kterých je signál rozdělen, v závislosti na implementaci algoritmu může dosáhnout několika tisíc, to znamená, že šířka pásma, ve které se provádí zpracování, bude jednotek Hertz. To vám umožní efektivně odfiltrovat harmonické složky užitečného zvukového signálu ze složek šumu.

Redukce šumu v obrazech

Redukce obrazového šumu se nejčastěji používá ke zlepšení zrakového vnímání, ale lze ji použít v medicíně pro zvýšení jasnosti obrazu na rentgenovém záření, jako předzpracování pro následné rozpoznání a v dalších případech.

Zdroje šumu na obrázku mohou být:

Digitální zpracování obrazu využívá redukci prostorového šumu . Existují následující metody:

Redukce šumu videa

Redukce šumu videa  je proces odstranění šumu z video signálu .

Existují následující metody redukce šumu videa:

Metody pro potlačení šumu ve videosignálu jsou vyvíjeny a aplikovány v závislosti na typu šumu (zkreslení). Typické typy šumu nebo zkreslení ve video signálu jsou:

Aktivní potlačení hluku

Active Noise Cancellation je způsob, jak eliminovat nežádoucí šum překrytím speciálně generovaného zvuku.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Podrobnou diskuzi na téma stavby nízkošumového zesilovače pro audio frekvenční rozsah naleznete v článku Phono stage . K teorii stavby nízkošumového zesilovače pro reprodukci magnetického záznamu a zdrojům šumu v záznamově-reprodukčním kanálu magnetofonu - Radio Magazine, 1982, č. 4, s. 42 - 45.
  2. ↑ Navíc čím širší záznamová stopa, tím větší napětí užitečného signálu na reprohlavě, což také zvyšuje odstup signálu od šumu.

Literatura

 Zpracování videa
následné zpracování
Speciální zpracování
Převod
24 30 fps
Převod
30 24 fps