Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 22
Текст из файла (страница 22)
— — — ьМь г( Занести в регистр М новый коэффициент, находящийся в сверхоперативном ЗУ в ячейке с адресом г(. В эту ячейку при выполнении предшествующей части программы был записан коэффициент Кь 8, М11ь — — — Умножить отсчет сигнала музыки, занесенный на 4-и машинном цикле в регистр А на 4 младших разряда числа из регистра М, 7. ЯСЬ вЂ” — — Выполнить масштабирование числа в регистре А в соответствии с четырьмя старшими разрядами числа из регистра М и результат прибавить к числу, хранящемуся в регистре В. Поскольку в регистре В находился взвешенный отсчет первого сигнала. то в нем получится искомая сумма обоих взвешенных сигналов. 8.
— — — ЯВК е Переслать число из регистра В в ячейку сверхоперативного ЗУ с адресом е. команде М111 выполняется умножение на 4-разрядный мно>китель, лежащий в интервале от 0,97 до 0,5. Дополнительная команда ЯС1 (зса1е — нормировать) позволяет изменить число в 2" раз. Любая из команд ЯС1 и МШ исполняется за один машинный цикл продолжительностью 200 нс. Более того, поскольку каждая из этих команд записывается в половине полного кода команды, она может исполняться одновременно с другими операциями. На рис. 2.17 (вверху) приведен пример простой операции по обработке сигналов.
Сложение двух взвешенных (ослабленных) сигналов 2, и Уь занимает 1,6 мкс и выполняется по программе, записанной на рис. 2.17 внизу. Заметим, что несколько полукоманд в этой программе пе заняты и могут быть отведены,под другие действия. Если удастся это сделать, то эффективное время исполнения всей операции бу'ан дет равно 1 мкс. Этот результат является очень хорошим даже -.„'- для самых быстродействующих из современных ЦВМ. В общем списке команд есть отдельная группа команд, обес"": печивающих моделирование линий задержки. Обращение к коль- ~%6 ( Цифровая обработка звуковых сигналов Глава 2 94 цевому накопителю осуществляется с помощью трех особых команд, которые превращают основное ЗУ в эквивалент линии задержки.
Для получения отвода от линии задержки дополнительно затрачивается всего лишь 200 нс. Основную память можно разбить на произвольное число линий задержки. Для каждой из них в программе используются по четыре полукоманды. На такой ЭВМ была построена модель системы с 15 линиями задержки, в которой выполняются 35 умножений, 48 сложений и ряд вспомогательных операций.
Модель обеспечивала обработку музыки в реальном масштабе времени (т. е. на полную обработку каждого отсчета сигнала затрачивалось не более 30 мкс). С помощью подобных машин можно испытывать различные сложные схемы искусственной реверберации. В результате проведенных исследований была построена система искусственной реверберации [80]. В ней имеется квадрафонический выход, причем выходные сигналы между собой некоррелированы, время реверберации можно менять от 0,3 до 4,5 с, на низких и высоких частотах время реверберации зависит от частоты, задержка между прямым и первым отраженным сигналами регулируется, а отношение сигнал/шум превышает 70 дБ. Такие характеристики явно выходят за рамки возможностей любых механических систем.
Можно ожидать, что с понижением стоимости цифровых элементов подобные системы полностью вытеснят механические устройства искусственной реверберации. Возможность регулирования параметров, непосредственно связанных с особенностями слухового восприятия (например, времени реверберации как функции частоты), обеспечивает высокую гибкость и универсальность описанной системы, а также позволяет моделировать акустику разных помещений. Оператор может управлять переменными, соответствующими размеру зала, поглощающей способности стен, расстоянию от исполнителя до слушателя. Механические системы, напротив, имеют лишь одну регулировку скорости затухания механических волн. 2.3.4. Эффект хора и другие дополнительные эффекты Вышеописанная система и ей подобные дают возможность применять и другие виды обработки сигнала. Продемонстрировать это лучше всего, по-видимому, на примере системы, позволяющей одному солисту заменить хор с любым числом певцов.
Такая система уже существует [80] и здесь рассматривается потому, что она несложная и создаваемые в ней звуковые эффекты очень полезны для записи музыки. Когда группа исполнителей поет в унисон, им не удается начинать все ноты абсолютно одновременно и высота тона у каждого исполнителя немного отличается от других. В целом, конечно, исполнители поют согласованно, но в тонкой структуре музыкаль- Рис, 2.18. Система имитации хорового пения.
«Сухой» голос или звук одного инструмента поступает на вход четырех неодинаковых линий задержки. Время задержки в каждой линии задается независимым источником шума со спектром в полосе 0 — 20 Гц. Для образования «хорового» сигнала все выходные сигналы суммируются.
ного сигнала наблюдаются более или менее случайные отклонения моментов вступления и тембров. В итоге каждую ноту сопровождает некоторый разброс в спектральной и временной областях, по которому слушатели определяют, что поют несколько исполнителей. На рис. 2.18 приведена блок-схема системы, позволяющей один голос превратить в хор из пяти голосов. Каждое устройство задержки вносит свой вклад в многообразие музыкальных нот, обусловленное ошибками в синхронности при реальных групповых выступлениях. Все задержки, однако, задаются внешним управляющим устройством, что удобно в двух отношениях: 1) время задержки в каждом канале меняется от ноты к ноте и 2) изменение задержки соответствует изменению высоты тона по случайному закону.
В долгих нотах результат сложения фазовых вариаций соответствует эффекту, создаваемому хоровым пением. Нестационарность времени задержки коротких нот и взрывных звуков также увеличивает естественность звучания. Входной сигнал (см. рис. 2.18) поступает на входы четырех линий задержки. Время задержек лежит в интервале от 10 до 50 мс, что соответствует диапазону несогласованности в хоровом пении. Время задержки задается низкочастотным псевдослучайным шумом [123] с шириной спектра порядка 5 Гц.
Максимальные отклонения высоты тона (в зависимости от распределения мощности Шума) необходимо ограничивать пределами 0,1 — 1 Гц. Несколько Глава 2 97 Цифровая обработка звуковых сигналов иные эффекты получаются, если отклонения частоты будут еще меньше (т. е. меньше 1 Гц). Несмотря на несложность системы, она создает очень впечатляющий и удивительно правдоподобный эффект хорового пения. Одним из наиболее важных преимуществ цифровых систем является возможность изменения способа обработки сигналов без привлечения дополнительной аппаратуры (если, конечно, структура машины не является слишком узкоспециализированной).
Смена вила обработки состоит просто в задании новой программы, которая может храниться в постоянном ЗУ. Таким образом, цифровая система может применяться для решения разнообразных задач, тогда как каждая аналоговая система должна предназначаться лишь для выполнения единственной операции. Это не следует упускать из вида, так как обманчиво низкая стоимость аналоговой аппаратуры фактически во много раз превышает стоимость эквивалентной цифровой системы, если учесть потенциальные возможности программируемой цифровой системы, Уже только по одной этой причине цифровые системы будут постепенно вводиться в те области техники, где сейчас господствуют аналоговые устройства. В настоящее время определяющим фактором, влияющим на внедрение цифровых систем, является их стоимость.
По опыту прошлого следует ожидать, что цифровые системы будут становиться все более мощными, а стоимость их будет понижаться. 2.4. Передача программ с помощью радиовещания и других средств После завершения обработки сигнала и составления окончательной записи музыку нужно доставить к слушателю с помощью какого-либо физического носителя, такого, например, как грампластинка, магнитофонная лента или радиоволна. Хотя радиовещание можно рассматривать как дополнительное звено в цепочке от исполнителя к слушателю, оно стало одним из наиболее важных и самых массовых средств доставки звуковых сигналов в наш дом.
Возможное при этом снижение качества компенсируется широким выбором музыкальных программ в хранилищах радиовещательных компаний. Обычная радиостанция, специализирующаяся на передаче музыки, может хранить многие тысячи грампластинок и неимоверное количество магнитофонных записей. Более того, высокоэффективные сети связи позволяют передавать на радиостудию звуковую программу пз мест, расположенных очень далеко от студии радиостанции. Радиовещательные системы Соединенного Королевства и европейских стран вполне обоснованно являются предметом национальной гордости.
В Соединенном Королевстве корпорация Би-биси является квазинезависимой государственной организацией, в обязанности которой входит передача нескольких ежедневных про- грамм по всей Ан ии Уэльсу Шотланди и Северной Ирландии Считается, что эти программы слушают практически в каждой квартире. Владельцы радиоприемников ежегодно вносят определенную плату. Вплоть до недавнего времени программы поступали на местные ретранслирующие радиопередатчики с помощью стандартных средств, применяемых для передачи телефонных сигналов: кабельных линий, модулированных несущих, СВЧ и т. д.
Качество сигнала на больших дальностях от студий иногда было довольно низким, Даже просто с позиций технического престижа желательно иметь высококачественные передачи. В свою очередь слушателям не хотелось бы отдавать свои деньги за низкокачественные передачи Несколько лет назад в Великобритании были начаты большие исследования с целью изучения возможности перевода линий рассылки радиовещательных программ на цифровую технику [36]. Из-за отсутствия необходимых широкополосных радиовещательных линий вначале предполагалось кодировать звуковое сопровождение телевизионных передач в цифровую форму и передавать его вместе с телевизионными синхроимпульсами [44]. Такая система была создана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
