А.В.Выходец Начальник отдела РВ ГП УНИИРТ к.т.н. профессор. - презентация

1 А.В.Выходец Начальник отдела РВ ГП УНИИРТ к.т.н. профессор

2 Предположим,что мы находимся в концертном зале 1 с хорошей акустикой и слушаем звучание оркестра (рис.1). На эстраде 2 расположены исполнители (их положение отмечено крестиками). Звуковые волны приходят к ушам слушателя 3 от каждого из музыкальных инструментов по разным путям. Первой приходит прямая звуковая волна, распространяющаяся по кратчайшему пути. Вслед за ней поступают множество волн, отраженных от поверхностей помещения.

3 К омплекс ощущений, возникающий при бинауральном слушании в концертном зале, является результатом воздействия на слушателя всего двух сигналов. Эти сигналы, поступающие к ушам слушателя, представляют собой совокупность большого числа пар сигналов, сформированных при звучании музыкальных инструментов или голосов исполнителей. Наличие этих двух сигналов позволило разработать систему двух канальной стереофонии и стереофонического радиовещания. Слушатель во вторичном помещении при помощи двух громкоговорителей, на входы которых подают электрические стереосигналы, соответствующие звуковым сигналам в первичном помещении, может с достаточно большим приближением получить впечатление о звуковом образе

4 Исследования показывают, что в состав стереофонического эффекта входят следующие основные ощущения (компоненты): а) пространственное впечатление, когда кажущиеся источники звука ( КИЗ) оказываются разнесенными как по фронту на линии, соединяющей громкоговорители, так и в глубину от нее, причем местоположения этих виртуальных источников в этой области пространства могут быть четко локализованы; б) высокая степень прозрачности звучания, благодаря чему легко осу щ ествляется выделение и раздельное восприятие инструментов или их групп на фоне ансамбля; в) правильная передача тембров инструментов ; г) восприятие акустической обстановки помещения. Перечислим основные особенности сигналов стереопары: а) наличие статистической связи для пар сигналов; б) наличие отличающихся как по величине, так и по времени поступления сигналов звука к слушателю ; в) определенное соотношение уровней сигналов отдельных составляющих сложного звучания; г) различие временных структур реверберационных продолжений.

5 В аналоговом стереофоническом радиовещании два стереосигнала суммарный и разностный передаются в одном радиоканале. Качество восприятия звукового образа в большей части соответствует первичному за исключением акустической атмосферы. При цифровой записи сигналов стереофонии наиболее высокому качеству соответствует запись на CD при скорости 1,5М Гбит/с При цифровом стереофоническом радиовещании в системе DAB хорошему качеству двухканальной стереофонии соответствует скорость 36 4 кбит/с.При передаче сигналов стереофонии в стандарте MPEG Surround ( с окружением ) понадобится значительно большая скорость цифрового потока. В системе цифрового радиовещания DAB последнее практически не реализуемо. При реализации цифрового радиовещания в системе DAB+ для передачи цифровых программ требуется в три раза меньшая цифровая скорость и передача сте р еосигналов в упомянутом стандарте ( с окружением ) становится возможным.

6 При использовании низких скоростей цифрового потока, что важно для системы DRM, для передачи цифровых сигналов находит применение режим работы кодеков, названный Joint Stereo (объединенное стерео). Процедура объединения сигналов стереопары в стандарте MPEG-4 (кодер ААС )заключается в следующем. Частоты ниже Гц не образую т кажущегося источника звука. Практически не влияют на формирование КИЗ частоты Гц. Все остальные части спектра образуют четкие КИЗ, вызывающие ощущения пространственной перспективы. стереопары. В место сигналов левого и правого каналов передают их сумму, т.е. монофонический сигнал.

7 В процессе объединения сигналов могут появиться заметные на слух искажения как пространственной структуры звукового образа, так и тембральные искажения в звучании отдельных инструментов и голосов. Для частичной коррекции пространственных искажений в отдельном канале передают соотношения уровней левого и правого сигналов В декодере выделяют монофонический сигнал и с помощью соотношений уровней формируют пару стереоси г налов. Качество стереофонического звучания при таком преобразовании относительно не высоко

8 Более высокое качество стереофонического звучания обеспечивает система Parametric Stereo.Эта система также применяется при пониженных значениях цифрового потока В алгоритме кодирования MPEG Parametric Stereo дополнительно выделяются, квантуются, а затем кодируются пространственные параметры стереопары, определяющие структуру пространственной звуковой картины. Упрощенные структуры кодера и декодера, реализующих этот алгоритм, показаны на рисунках. На рис 3 показана упрощенная структура кодера, соответсвующего алгоритму Parametric Stereo Наряду с кодерами стандарта MPEG-4 AAC и SВR для кодирования пространственных параметров применяется параметрический кодер PS.

9 Упрощенная структура кодирования и декодирования сигналов стереопары показана на рис унке В кодере выполняется анализ сигналов стереопары, а также объединение этих сигналов в один монофонический сигнал. Выделенные в результате анализа пространственные параметры квантуются и кодируются в параметрическом кодере PS. Монофонический сигнал кодируется кодерами AAC и SВR, после чего оба цифровых потока объединяются, а затем п о каналу связи подаются к декодеру.

10 В декодере пространственные параметры выделяются из входного цифрового потока и декодируются. Отдельно декодируется и монофонический с и гнал. С помощью пространственных параметров из декодированного монофонического сигнала восстанавливается исходные левый и правый сигналы стереопары. Анализ стереосигналов и кодирование в кодере PS позволяет передать соотношение энергий между правым и левым сигналами стереопары, корреляционную связь между ними и различие их фаз. Для передачи этих параметров требуется скорость цифрового потока 2..3 кбит/c Разработан стандарт кодирования сигналов многоканальной стереофонии в стандарте MPEG Surround. Здесь также как и в алгоритме Parametric Stereo выделяются пространственные параметры но не из двухканального, а уже из многоканального звукового сигнала. Кроме пространственных параметров кодируются полученный из исходного множества сигналов двухканальный сигнал. В декодере с помощью переданных пространственных параметров и двух суммарных сигналов восстанавливается исходное множество входных сигналов кодера. Для передачи пространственных параметров требуется цифровой поток со скоростью 3…32 кбит/c.