Støjreduktionsmetode

Støjdæmpningsmetode ( engelsk støjreduktion , støjreduktion eller Squelch ) er tekniske metoder inden for signalbehandling , der har til formål at den mest uønskede støj skal reduceres i et nyttigt signal. Til dette formål undertrykkes eller forstærkes visse frekvenskomponenter i signalet ved hjælp af filtre, der er skræddersyet til applikationen . Anvendelsesområder inkluderer lydteknologi til tale og musik, akustik generelt eller billedbehandling for at minimere støj fra billedsensorer. Tilsvarende filterfunktioner kan også bruges i områder med mekanik som f.eks B. findes i hydraulik .

Afhængig af anvendelsesområdet kaldes støjdæmpningsmetoder også som støjfiltre eller interferensfiltre .

Anvendelsesområder

Frontpanel på en Denon-båndoptager fra 1980'erne. Til højre under displayet, knapperne til at tænde Dolby B eller Dolby C støjreduktionssystemet

Prototype elektronik , Dolby-SR

Lydteknologi

Man skelner mellem dynamiske og statiske processer. I digital teknologi , for eksempel med lyd-cd'er eller musiklagring i MP3- format, er sådanne processer kun nødvendige i særlige tilfælde, for eksempel med stærk komprimering, fordi de næsten er helt fri for støj . De vigtigste anvendelsesområder for analoge støjdæmpningsmetoder var lydoptagelse på plader , båndoptagere og kassettebåndoptagere . Sådanne metoder er stadig udbredt inden for udsendelse og radiotelefoni , hvoraf nogle stadig er baseret på analog teknologi .

Pre-vægt

Den høretærsklen er særlig lav mellem 1 kHz og 5 kHz, hvilket er grunden til støj er særlig irriterende på dette område. Afstanden mellem signalniveauet og støj kan øges, hvis det øvre område af lydfrekvensspektret er overbelastet under optagelse. Under afspilning gendannes lydsignalets originale frekvensrespons, og støj reduceres også. I FM- radiotjeneste arbejder man med denne metode.

Et andet eksempel på dette er RIAA-karakteristikkurven for analoge poster. Denne procedure reducerer højfrekvent støj signifikant, og derfor minder den resterende, temmelig lavfrekvente støj om et rumble.

Compander-metode

Med compander- metoden forstærkes visse frekvenser i forskellige grader afhængigt af deres indgangsniveau, før de lagres eller transmitteres og udlignes tilsvarende under afspilning. Den opnåede støjreducerende effekt er signifikant. Denne metode bruges af de velkendte metoder til støjdæmpning Dolby NR, B, C og S (i studiet også Dolby A og SR) samt de mindre kendte HighCom , HighCom II, Super D og dbx og fik verdensomspændende popularitet, især med kassettebåndoptagere . Wegener Panda-1-processen blev også meget vigtig i analog satellit-tv-transmission.

Radiotelefoni

For at sikre, at analoge tovejsradioer, der er klar til modtagelse, ikke rasler i pauser, eller når modtagelsen er meget svag, har de en støjdæmpning ("squelch"), der dæmper lydsektionen, så snart signalet modtaget af antennen falder under en justerbar grænseværdi.

De licensfrie håndholdte radioer ( PMR radio - Private Mobile Radio) drives også med støjdæmpning aktiveret som standard, men dette kan slås fra.

Billedbehandling

Støj er en tilfældig variation i billedintensitet. Det kan genereres på tidspunktet for optagelse eller billedoverførsel. Støj betyder, at pixels i billedet viser forskellige intensitetsværdier i stedet for de faktiske pixelværdier, der opnås fra billedet.

Støjreduktionsmetoden er processen med at fjerne eller reducere støj fra billedet. De algoritmer reducere eller fjerne synligheden af støjen ved at udjævne hele billedet og efterlader områder nær kontrasterende grænser. Disse metoder kan imidlertid skjule fine detaljer med lille kontrast . De mest almindelige typer støj, der vises i billedet, er impulsstøj, additiv støj og multiplikativ støj. Billedstøj kan også være forårsaget af filmkorn og den uundgåelige skudstøj fra en ideel fotodetektor . Billedstøj er et uønsket biprodukt af det optagne billede.

Forskellige faktorer kan være ansvarlige for billedstøj . Antallet af ødelagte pixel i billedet bestemmer kvantificering af den støj . De vigtigste kilder i det digitale billede er:

• Den billedsensor kan påvirkes af miljømæssige forhold under billedoptagelse.
• Utilstrækkeligt lyse- og sensortemperaturer kan forårsage billedstøj.
• Interferens i transmissionskanalen kan også falske billedet.
• Hvis der er støvpartikler på scannerskærmen, kan de også forårsage billedstøj.

Støj er en forværring i B.billedsignal forårsaget af ekstern interferens. Når et billede sendes elektronisk fra et sted til et andet via satellit eller trådløst eller via netværkskabler , kan der opstå fejl i billedsignalet. Disse fejl vises på forskellige måder på billedudgangen afhængigt af typen af ​​signalinterferens.

I billedbehandling reducerer støjdæmpningsmetoder uønsket interferens, såsom B. støj fra billedsensorer og dermed forenkle analysen eller behandlingen af ​​billedet.

For eksempel, med billedforbedring ved hjælp af digital signalbehandling, kan flere optagelser af det samme objekt foretages og derefter lavpasfiltreres langs tidsaksen . Dette fjerner støj , men også objekter (f.eks. Mennesker, der går forbi), der kun vises i et par billeder. Dette betyder, at et acceptabelt resultat stadig kan opnås med undereksponering og mørke kildebilleder, hvilket ville føre til en høj andel støj i billedet.

• 

  lyset kildebillede 1 af 10 med meget støj

• 

  lyset kildebillede 2 af 10 med meget støj

• 

  gennemsnit af kildebilleder som et lysere sumbillede med mindre støj

• 

  Behandlet støjfrit billede som et ekstrabillede

• 

  gennemsnit af det endelige billede med optisk mindre støj end 2

Metoder

Et middel til at realisere filterfunktionen er Fourier-analyse med efterfølgende selektiv filtrering og invers transformation ved hjælp af Fourier-syntese . Filterets egentlige funktion, det repræsenterer en kollisionsoperation af overføringsfunktionen med signalet, udføres ikke direkte, men i spektralområdet som en multiplikation med en kombination af hurtig konvolution . Den Fast Fourier Transformation (FFT) baseret på Diskret Fourier Transformation (DFT) anvendes til implementering.

I det følgende eksempel illustreres filtreringen i spektralområdet ved hjælp af et endimensionelt signal, som det sker i lydteknologi:

Tidsforløb for signalet
Nyttigt signal med støj
Transformation af signalkurven over tid til frekvenskurven
Frekvensanalyse af det nyttige signal med støj
← Filtrering →
Frekvensanalyse af det nyttige signal	Frekvensanalyse af støj
Omvendt transformation fra frekvenskurven for de filtrerede signaler til tidskurven
Filtreret nyttigt signal	Filtreret støj

litteratur

• Thomas Görne: Lydteknik . Fachbuchverlag Leipzig i Carl Hanser Verlag, 2006, ISBN 3-446-40198-9 . 
• Hubert Henle: Manualen til optagestudiet. Praktisk introduktion til professionel optageteknologi . 5. udgave. Carstensen, München 2001, ISBN 3-910098-19-3 . 
• Hans Lobensommer: Håndbog om moderne radioteknologi. Principper, teknologi, systemer og praktiske anvendelser . Franzis Verlag GmbH, Poing 1995, ISBN 3-7723-4262-0 . 
• Bernd Jähne : Digital billedbehandling . 6. udgave. Springer, 2005, ISBN 978-3-540-24999-3 . 

Weblinks

• Dolby støjreduktionssystem NR - engl.
• Gendannelsestip & noter - Medieformater og ressourcer - engl.
• Støjreduktion

Individuelle beviser

1. ↑ Abdalla Mohamed Hambal, Dr. Zhijun Pei, Faustini Libent Ishabailu, Tianjin University of Technology and Education: Billedstøjreduktion og filtreringsteknikker