Limitación de picos de audio en etapas lentas y rápidas.

Un método para limitar picos en señales de audio, en el que el método comprende:

- recibir una señal de audio de entrada;

- detectar excursiones de la señal de audio de entrada que superan un umbral;

- calcular una primera ganancia en respuesta a las excursiones detectadas;

- aplicar la primera ganancia a la señal de audio de entrada para genera una señal de audio intermedia;

- aplicar una línea de retardo a la señal de audio intermedia para generar una señal de audio intermedia retardada;

- identificar uno o más valores de picos de la señal de audio intermedia dentro de la línea de retardo que superan elumbral;

- calcular una segunda ganancia en respuesta a los valores de picos identificados, en donde las reducciones en lasegunda ganancia son más rápidas que las reducciones en la primera ganancia; y

- aplicar la segunda ganancia a la señal de audio intermedia retardada para generar una señal de audio de salidacuyos valores de picos no superan el umbral.

Limitación de picos de audio en etapas lentas y rápidas

Campo técnico Esta invención se refiere en general al procesamiento de señal de audio digital y a la limitación de picos de audio. Más particularmente, la invención se refiere a la reducción de ganancia variable de una señal de audio para limitar la señal de audio a un umbral.

Técnica antecedente La limitación de picos de audio ha sido una parte fundamental de la producción, transmisión y reproducción de audio durante más de 50 años. Como muestra la figura 1, en su forma más básica un limitador de picos de audio proporciona una entrada a la característica de nivel de señal de salida de tal manera que la tensión de salida es igual a la tensión de entrada hasta el umbral de limitación de picos. Para señales de audio de entrada con amplitud por encima del umbral, nivel de salida de la señal de audio está restringido (limitado) , de modo que no se supere el umbral. Al igual que con otros sistemas dinámicos de control de ganancia para el audio, el método de modificar la ganancia tiene un impacto significativo sobre la naturaleza y la audibilidad de los artefactos introducidos en la señal de audio de salida.

En uno de sus primeros usos, la limitación de picos de audio controlaba las amplitudes de señal de audio para evitar la sobre-modulación durante las emisiones de radio. Hoy en día, la limitación de picos de audio aún evita rutinariamente la sobre-modulación en emisiones de radio y televisión.

La limitación de picos de audio también ha sido una parte importante de la masterización fonográfica de grabación. La masterización fonográfica implica que un torno corte acanaladuras en un disco maestro fonográfico de grabación que representan la forma de onda de audio. En este caso, la limitación restringe la amplitud del audio y, por lo tanto, la anchura y la profundidad de los surcos de la grabación fonográfica para que encajen dentro de las limitaciones físicas del medio fonográfico.

Con la llegada de la tecnología de audio digital, el control de la amplitud de audio usando limitación de picos sigue siendo importante durante la grabación y la reproducción. Durante la grabación de audio digital, que convierte de analógico a digital, si la señal analógica de entrada de audio supera el nivel de señal de entrada correspondiente al

máximo de la muestra de audio digital que puede ser representada por el sistema digital (0 dBFS) , la resultante representación digital grabada del audio se recortará. Esto ocurre porque los niveles de señal analógica de audio por encima de 0 dBFS pueden ser representados como máximo por 0 dBFS. Del mismo modo, si múltiples señales digitales de audio se mezclan en el dominio digital sin escalado, durante la reproducción es posible que la suma de los datos de audio superen 0 dBFS, el máximo de la señal digital que puede ser representado durante la conversión de digital a analógico. El resultado es una forma de onda analógica de salida recortada.

Un ejemplo típico de recorte, representativo de la grabación y la reproducción digitales se muestra en la figura 2. La mezcla de múltiples señales digitales de audio se ha convertido en muy común con la llegada de los modernos formatos multicanal de audio (tales como Dolby Digital 5.1 y MLP) y los sistemas de reproducción que reducen 45 canales mediante mezcla de material multicanal para su reproducción en sistemas compatibles con los sistemas estereofónicos o monoaurales.

Recientemente, en la masterización de material de audio digital (es decir, CD y DVD de audio) , los algoritmos de limitación de picos son estándar con el fin de permitir que el nivel (y por lo tanto sonoridad aparente) del audio aumente sin superar un de nivel de picos definido por el usuario (por ejemplo -0, 1 dBFS o 0 dBFS) . Esta práctica se ha vuelto cada vez más frecuente a medida que el deseo de producir representaciones cada vez más fuertes de audio ha crecido.

La limitación de picos de audio se puede realizar tanto en la señal completa de ancho de banda completo como en 55 un enfoque multibanda que realiza operaciones individuales de limitación de picos en distintas y diferentes bandas de frecuencia de audio. Para la limitación de picos multibanda, las bandas de frecuencias procesadas individualmente se suman después de la limitación de picos para volver a crear una señal compuesta.

En general, la limitación de picos de banda ancha se utiliza cuando se prefiere una mínima alteración del espectro de audio y el timbre, tal como con la masterización de música. La limitación multibanda se utiliza a menudo para alcanzar cantidades significativas de limitación de picos, pero con el potencial de alterar significativamente las características espectrales y el timbre percibido del audio. Los usos de la limitación multibanda incluyen la transmisión de radio FM en la que una estación desea tener un nivel muy alto de sonido percibido, así como tener un "sonido" único - dictado por los ajustes del limitador multibanda.

La limitación de picos en la masterización de música por lo general requiere reducciones de ganancia de 0 a aproximadamente 20 dB. Reducir canales mediante mezcla de señales de audio envolvente de cinco (5) canales a señales estéreo de dos (2) canales, como ocurre en los reproductores de DVD y receptores de cine en casa, requiere hasta 9 dB de reducción de ganancia -cuando, por ejemplo, el canal izquierdo estéreo es una suma del canal izquierdo, envolvente izquierdo y central reducido -3 dB para la señal envolvente de 5 canales.

Puede lograrse una limitación de picos bastante inaudible para reducciones de ganancia en el rango de 0 a 12 dB, y existen algunos productos comerciales que tienen un buen rendimiento en este rango. La limitación que requiere reducciones de ganancia mayores de aproximadamente 12 dB puede llegar a ser bastante audible, y en esta discusión una reducción de ganancia mayor de aproximadamente 12 dB se considera grande o significativa.

El documento US 2006/0018493 A1 divulga un aparato y un método para compensar automáticamente el volumen de audio en respuesta a un cambio de canal. Se genera un valor de ganancia para ajustar un nivel de una señal de audio de entrada comparando un nivel medio de la señal de audio de entrada con una curva predeterminada de nivel de entrada/salida, ajustando un volumen de audio de la señal de audio de entrada aplicando el valor de ganancia generado al nivel de la señal de audio de entrada, y ajustando un rango dinámico de la señal de audio que tiene el volumen de audio ajustado. Una unidad de retardo retarda la señal de audio de entrada hasta que el valor final de ganancia se aplica a la señal de audio de entrada.

Breve sumario de la invención La invención se define mediante las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes tratan rasgos opcionales de algunas realizaciones de la invención.

Aquí se enseñan métodos y aparatos para limitar la magnitud absoluta de una señal de audio. El método puede incluir primeramente una reducción de ganancia variable de la ganancia de una señal de audio y, a continuación, en segundo lugar una reducción de ganancia variable de la ganancia de la señal de audio más rápida que la primera reducción de ganancia variable, lo que limita la magnitud absoluta de la señal de audio a un umbral. La primera reducción de ganancia variable puede incluir la reducción de ganancia variable de la ganancia de la señal de audio en una primera etapa, y la segunda reducción de ganancia variable puede incluir la reducción de ganancia variable de la ganancia de la señal de audio en una segunda etapa que reduce la ganancia más rápidamente que la primera etapa.

La primera reducción de ganancia variable puede incluir la detección de una excursión en la señal de audio más allá del umbral, el cálculo de una ganancia lenta utilizando la excursión detectada, y la aplicación de la ganancia lenta a la señal de audio.

La segunda reducción de ganancia variable puede incluir el retardo de la señal de audio, la localización de un pico entre la señal de audio retardada, el cálculo de una ganancia rápida a partir de un pico localizado, y la modificación de la señal de audio retardada con la ganancia rápida calculada. El retardo puede incluir el almacenamiento en búfer de la señal de audio, y la localización podría incluir el examen de la señal de audio almacenada en búfer. Se pueden mantener direcciones aparentes de respectivas imágenes virtuales y direcciones de respectivas señales de audio codificadas en matriz. La segunda reducción de ganancia variable puede producir menos salpicadura espectral audible que un método como se constituyó... [Seguir leyendo]

1. Un método para limitar picos en señales de audio, en el que el método comprende: 5 - recibir una señal de audio de entrada;

- detectar excursiones de la señal de audio de entrada que superan un umbral;

- calcular una primera ganancia en respuesta a las excursiones detectadas;

- aplicar la primera ganancia a la señal de audio de entrada para genera una señal de audio intermedia;

- aplicar una línea de retardo a la señal de audio intermedia para generar una señal de audio intermedia retardada;

- identificar uno o más valores de picos de la señal de audio intermedia dentro de la línea de retardo que superan el umbral;

- calcular una segunda ganancia en respuesta a los valores de picos identificados, en donde las reducciones en la segunda ganancia son más rápidas que las reducciones en la primera ganancia; y

- aplicar la segunda ganancia a la señal de audio intermedia retardada para generar una señal de audio de salida cuyos valores de picos no superan el umbral.

2. El método de la reivindicación 1, que calcula la primera ganancia en respuesta a la frecuencia y las cantidades de 25 las excursiones detectadas.

3. El método de la reivindicación 1, que comprende:

- aplicar la línea de retardo a la señal de audio intermedia mediante la recepción de muestras que representan la señal de audio intermedia en una entrada de un primer búfer que tiene una longitud igual a L y que pasa las muestras a través del primer búfer hasta una salida del primer búfer, en donde el primer búfer es un búfer de tipo primero en entrar primero en salir que almacena un cierto número de muestras iguales a L; e

- identificar los valores de picos y calcular la segunda ganancia para cada muestra de la señal de audio intermedia 35 que se recibe en la entrada del primer búfer mediante:

la derivación de un valor de control intermedio a partir de la muestra almacenada en el primer búfer que tiene la magnitud más grande;

el paso del valor de control intermedio a través de un segundo búfer que tiene una longitud igual a L, en donde el segundo búfer es un búfer de tipo primero en entrar primero en salir que tiene una longitud igual a L y almacena un cierto número de valores de control intermedios iguales a L;

la multiplicación de los valores de control intermedios almacenados en el segundo búfer por coeficientes de filtro y la 45 suma de los productos de multiplicación para obtener un valor de control de ganancia; y

el cálculo de la segunda ganancia en respuesta al valor de control de ganancia.

4. El método de la reivindicación 3, en donde los coeficientes de filtro tienen valores procedentes de la raíz cuadrada de una función de ventana de Hanning de longitud L.

5. El método de la reivindicación 3, que comprende calcular la segunda ganancia mediante aproximación numérica de Newton-Raphson de una cantidad que varía inversamente con el valor de control de ganancia.

6. Un aparato (102) para una limitación de picos de señal, que comprende:

- medios para recibir una señal de audio de entrada (101) ;

- medios (302) para detectar excursiones de la señal de audio de entrada que superan un umbral;

- medios (304) para calcular una primera ganancia en respuesta a las excursiones detectadas;

- medios (306) para aplicar la primera ganancia a la señal de audio de entrada para generar una señal de audio

intermedia (307) ; 65

- una línea de retardo (308) para aplicar un retardo a la señal de audio intermedia para generar una señal de audio

intermedia retardada (314) ;

- medios (310) para identificar uno o más valores de picos de la señal de audio intermedia dentro de la línea de

retardo que superan el umbral; 5

- medios (312) para calcular una segunda ganancia en respuesta a los valores de picos identificados, en donde las reducciones en la segunda ganancia son más rápidas que las reducciones en la primera ganancia; y

- medios (315) para aplicar la segunda ganancia a la señal de audio intermedia retardada para generar una señal de 10 audio de salida cuyos valores de picos no superan el umbral.

7. El aparato de la reivindicación 6, que calcula la primera ganancia en respuesta a la frecuencia y las cantidades de las excursiones detectadas.

8. El aparato de la reivindicación 6, que comprende:

- la línea de retardo (308) para aplicar el retardo a la señal de audio intermedia mediante la recepción de muestras que representan la señal de audio intermedia en una entrada de un primer búfer que tiene una longitud igual a L y que pasa las muestras a través del primer búfer hasta una salida del primer búfer, en donde el primer búfer es un

búfer de tipo primero en entrar primero en salir que almacena un cierto número de muestras iguales a L; y

- medios para identificar los valores de picos y calcular la segunda ganancia para cada muestra de la señal de audio intermedia que se recibe en la entrada del primer búfer mediante:

la derivación de un valor de control intermedio a partir de la muestra almacenada en el primer búfer que tiene la magnitud más grande;

el paso del valor de control intermedio a través de un segundo búfer que tiene una longitud igual a L, en donde el segundo búfer es un búfer de tipo primero en entrar primero en salir que tiene una longitud igual a L y almacena un 30 cierto número de valores de control intermedios iguales a L;

la multiplicación de los valores de control intermedios almacenados en el segundo búfer por coeficientes de filtro y la suma de los productos de multiplicación para obtener un valor de control de ganancia; y

el cálculo de la segunda ganancia en respuesta al valor de control de ganancia.

9. El aparato de la reivindicación 8, en donde los coeficientes de filtro tienen valores procedentes de la raíz cuadrada de una función de ventana de Hanning de longitud L.

10. El aparato de la reivindicación 8, que comprende medios para calcular la segunda ganancia mediante aproximación numérica de Newton-Raphson de una cantidad que varía inversamente con el valor de control de ganancia.

11. Un medio de almacenamiento que graba un programa de instrucciones que es ejecutable por un dispositivo para 45 realizar un método para la limitación de picos de señal de audio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5.