自适应动态范围

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1、--高水平增益高阈值低阈值低水平增益扩展阈值动态围控制〔DynamicRangeControl,DRC〕广泛应用于音频信号处理领域，例如助听器中最常见的宽动态围压缩方法〔WideDynamicRangepression,WDRC〕、音频信号处理中最常用的自动增益控制〔AutomaticGainControl,AGC〕方法等。动态围控制，顾名思义，是将输入音频信号的动态围映射到指定的动态围。通常映射后的动态围小于映射前的动态围，因此称之为动态围压缩。音频信号可以进展整体的动态围控制；也可以划分为假设干子带，并对各个子带分别进展动态围控制。一个典型的动态

2、围控制方法的处理效果示意图如图1所示。自动增益控制输出压缩比扩展比图1中，横坐标表示输入信号的声压级〔SoundPressureLevel,SPL，单位为dB〕，纵坐标表示输出信号的声压级；黄色对角线表示输入信号与输出信号的声压级相等，即无动态围控制处理；红色折线表示动态围控制处理曲线。动态围压缩处理曲线按照输入信号SPL从低到高的顺序依次包括如下折线段：〔1〕扩展段：由扩展比〔ExpansionRatio,ER〕和扩展阈值〔ExpansionThreshold,ET〕参数确定；图1中，；表示扩展段输出SPL的动态围是输入SPL的动态围的3倍〔扩展了

3、3倍〕；表示SPL小于20dBSPL的输入信号属于扩展段。〔2〕低水平段：-.word.zl---由低水平增益〔LowLevelGain，LLG〕、低阈值〔LowerThreshold，LT〕和ET参数确定；图1中，；横坐标的输入SPL从ET到LT的区间属于低水平段；该段只对输入信号信号进展线性增益处理，即对于不同SPL的输入信号都采用一样的增益，图1中该增益为，其中Level表示系统的其他模块提供的增益。〔3〕压缩段：由压缩比〔pressionRatio,CR〕、高阈值〔UpperThreshold，UT〕和LT参数确定；图1中，；横坐标的输入SP

4、L从LT到UT的区间属于压缩段；该段对输入信号进展动态围压缩处理，图1中输入SPL的动态围是输出SPL的动态围的2.5倍〔压缩了2.5倍〕。〔4〕高水平段：由高水平增益〔HighLevelGain，HLG〕、高阈值〔UpperThreshold，UT〕和自动增益控制输出〔AutomaticGainControlOutput,AGCO〕值确定；图1中，，；横坐标的输入SPL从UT到120dBSPL的区间属于高水平段；该段对输入信号进展线性增益处理，并且带有AGCO功能；AGCO判断输出信号的SPL是否超出预先指定的阈值〔图1中，对应120dBSPL〕，

5、假设超出该阈值那么置为该阈值；与低水平段的处理一样，对于不同SPL的输入信号都采用一样的增益，图1中该增益为，其中Level表示系统的其他模块提供的增益。图2给出了图1所示的输入/输出函数关系曲线图对应的输入/增益函数关系示意图。从图2可明显观察到扩展段、低水平段、压缩段和高水平段的增益特点。图1所示的输入/输出函数关系图可总结为如式〔1〕所示的数学表达式；相应的图2所示的输入/增益函数关系图可总结为如式〔2〕所示的数学表达式，其中表示dB单位的增益，表示表示线性的增益。-.word.zl---图2〔1〕〔2〕-.word.zl---DRC方法的原理

6、框图如图3和4所示，图3图四其中图3表示前馈动态围控制，图4表示反应动态围控制。图中，表示输入信号，表示输出信号，n表示时间帧，k表示频域子带。不失一般性，我们以图3的前馈动态围控制为例对处理流程进展说明。信号幅度检测可为幅度的均方根〔RootMeanSquare，RMS〕检测或峰值检测。常用的均方根检测的数学表达式如式〔3〕所示；采用平滑滤波器替代平均计算，平滑系数为；为输入信号-.word.zl---的幅度。常用的峰值检测方法有：标准峰值检测如式〔4〕所示，修正峰值检测I型如式〔5〕所示，修正峰值检测II型如式〔6〕所示，平滑峰值检测I型如式〔7

7、〕所示，平滑峰值检测II型如式〔8〕所示；其中为跟踪时间〔AttackTime〕系数，为释放时间〔ReleaseTime〕系数，它们的取值区间为[0,1]。计算增益步骤中，首先将转化为dB值得到，然后根据式〔2〕的输入/增益函数关系计算得到。最后将与输入信号相乘得到输出信号。〔3〕〔4〕〔5〕〔6〕〔7〕〔8〕上述动态围控制方法中，信号幅度检测步骤中所采用的和参数通常为预先设定的固定数值；和参数小，表示幅度检测对输入声音信号的幅度变化跟踪速度快，其带来的问题是可能导致输出信号不平稳变化，从而影响音质；和参数大，表示幅度检测对输入声音信号的幅度变化跟踪

8、速度慢，其带来的问题是可能导致无法跟踪上输入声音信号的幅度变化，从而达不到动态围控制的目的。如图2所示，上述