loudnessMeter

Стандартно-совместимые измерения громкости

Описание

Система loudnessMeter object™ вычисляет громкость, область значений громкости и истинный пик звукового сигнала в соответствии с EBU R 128 и ITU-R стандарты BS.1770-4.

Реализовывать измерение громкости:

Создайте объект loudnessMeter и установите его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.

Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты? MATLAB.

Создание

Синтаксис

loudMtr = loudnessMeter

loudMtr = loudnessMeter(Name,Value)

Описание

loudMtr = loudnessMeter создает Системный объект, loudMtr, который выполняет громкость, измеряющую независимо через каждый входной канал.

loudMtr = loudnessMeter(Name,Value) наборы каждое свойство Name к заданному Value. Незаданные свойства имеют значения по умолчанию.

Пример: loudMtr = loudnessMeter('ChannelWeights',[1.2, 0.8],'SampleRate',12000) создает Системный объект, loudMtr, с весами канала 1,2 и 0.8, и частота дискретизации 12 кГц.

Свойства

развернуть все

Если в противном случае не обозначено, свойства являются ненастраиваемыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируют, когда вы вызываете их, и функция release разблокировала их.

Если свойство является настраиваемым, можно изменить его значение в любое время.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Используя Системные объекты (MATLAB).

`ChannelWeights` — Линейное взвешивание применилось к каждому входному каналу
`[1, 1, 1, 1.41, 1.41]` (значение по умолчанию) | неотрицательный вектор - строка

Линейное взвешивание применилось к каждому входному каналу, заданному как вектор - строка из неотрицательных значений. Число элементов в векторе - строке должно быть равным или больше, чем количество входных каналов. Проигнорированы избыточные значения в векторе.

Веса канала по умолчанию следуют стандарту BS.1170-4 ITU-R. Чтобы использовать веса канала по умолчанию, задайте каналы входного сигнала как матрицу в этом порядке: [Левый, Правильный, Центральный, Левый окружают, Право окружают].

Как лучшая практика, задайте свойство ChannelWeights по порядку: [Левый, Правильный, Центральный, Левый окружают, Право окружают].

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`UseRelativeScale` — Используйте относительный масштаб для измерений громкости
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Используйте относительный масштаб для измерений громкости, заданных как логический скаляр.

ложь Измерения громкости являются абсолютными и возвращены в полном масштабе единиц громкости (LUFS).
tRUE Измерения громкости относительно значения TargetLoudness и возвратились в единицах громкости (LU).

Настраиваемый: нет

Типы данных: логический

`TargetLoudness` — Целевой уровень громкости для относительного масштаба (LUFS)
`-23` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Целевой уровень громкости для относительного масштаба в LUFS, заданном как действительный скаляр.

Например, если TargetLoudness является –23 LUFS, то о значении громкости –23 LUFS сообщают как 0 LU.

Настраиваемый: да

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите UseRelativeScale на true.

Типы данных: single | double

`SampleRate` — Введите частоту дискретизации (Гц)
`44100` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Введите частоту дискретизации в Гц, заданном как положительная скалярная величина.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

Использование

Синтаксис

[momentary,shortTerm,integrated,range,peak] = loudMtr(audioIn)

Описание

пример

[momentary,shortTerm,integrated,range,peak] = loudMtr(audioIn) возвращает значения измерения для мгновенной и краткосрочной громкости входа к вашему метру громкости и истинное пиковое значение текущего входного кадра, audioIn. Это также возвращает интегрированную область значений громкости и громкости входа к вашему метру громкости с прошлого раза, когда reset был назван.

Входные параметры

развернуть все

`audioIn` — Аудиовход к метру громкости
матрица

Аудиовход к метру громкости, заданному как матрица. Столбцы матрицы обработаны как независимые звуковые каналы.

Примечание

Если вы используете ChannelWeights по умолчанию loudnessMeter, как лучшая практика, задаете входные каналы в этом порядке: [Левый, Правильный, Центральный, Левый окружают, Право окружают].

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

развернуть все

`momentary` — Мгновенная громкость (LUFS)
вектор-столбец

Мгновенная громкость в единицах громкости относительно полного масштаба (LUFS), возвращенный как вектор-столбец с одинаковым числом строк как audioIn.

По умолчанию измерения громкости возвращены в LUFS. Если вы устанавливаете свойство UseRelativeScale на true, измерения громкости возвращены в единицах громкости (LU).

Типы данных: single | double

`shortTerm` — Краткосрочная громкость (LUFS)
вектор-столбец

Краткосрочная громкость в единицах громкости относительно полного масштаба (LUFS), возвращенный как вектор-столбец с одинаковым числом строк как audioIn.

Типы данных: single | double

`integrated` — Интегрированная громкость (LUFS)
вектор-столбец

Интегрированная громкость в единицах громкости относительно полного масштаба (LUFS), возвращенный как вектор-столбец с одинаковым числом строк как audioIn.

Типы данных: single | double

`область значений` Область значений громкости (LU)
вектор-столбец

Область значений громкости в единицах громкости (LU), возвращенных как вектор-столбец с одинаковым числом строк как audioIn.

Типы данных: single | double

`peak` — Истинно-пиковая громкость (dB-TP)
скаляр

Истинно-пиковая громкость в dB-TP, возвращенном как вектор-столбец с одинаковым числом строк как audioIn.

Типы данных: single | double

Функции объекта

Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:

release(obj)

развернуть все

Характерный для loudnessMeter

visualize Открытое 'отображение метра' Режима EBU

Характерный для всех системных объектов

`clone`	Создайте объект дублированной системы
`isLocked`	Определите, используется ли Системный объект
`release`	Высвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики
`reset`	Сбросьте внутренние состояния Системного объекта
`step`	Запустите алгоритм Системного объекта

Примеры

развернуть все

Громкость звукового сигнала

Скрипт Open Live Script

Создайте Систему dsp.AudioFileReader object™, чтобы читать в звуковом файле. Создайте Системный объект loudnesMeter. Используйте частоту дискретизации звукового файла как частота дискретизации loudnessMeter.

fileReader = dsp.AudioFileReader('RockDrums-44p1-stereo-11secs.mp3');
loudMtr = loudnessMeter('SampleRate',fileReader.SampleRate);

Читайте в звуковом файле в цикле аудиопотока. Используйте метр громкости, чтобы определить мгновенную, краткосрочную, и интегрированную громкость звукового сигнала. Кэшируйте измерения громкости для анализа.

momentary = [];
shortTerm = [];
integrated = [];

while ~isDone(fileReader)
    x = fileReader();
    [m,s,i] = loudMtr(x);
    momentary = [momentary;m];
    shortTerm = [shortTerm;s];
    integrated = [integrated;i];
end

release(fileReader)

Постройте мгновенную, краткосрочную, и интегрированную громкость звукового сигнала.

t = linspace(0,11,length(momentary));
plot(t,[momentary,shortTerm,integrated])
title('Loudness Measurements')
legend('Momentary','Short-term','Integrated')
xlabel('Time (seconds)')
ylabel('LUFS')

Постройте мгновенную область значений громкости и громкости аудиопотока

Открыть скрипт

Создайте читателя звукового файла и средство записи аудио устройства.

fileReader = dsp.AudioFileReader('FunkyDrums-44p1-stereo-25secs.mp3', ...
    'SamplesPerFrame',1024);
fs = fileReader.SampleRate;
deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fs);

Создайте осциллограф времени, чтобы визуализировать ваш цикл аудиопотока.

timeScope = dsp.TimeScope('NumInputPorts',2, ...
    'SampleRate',fs, ...
    'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ...
    'LayoutDimensions',[2,1], ...
    'TimeSpan',5, ...
    'BufferLength',5*fs);

% Top subplot of scope
timeScope.Title = 'Momentary Loudness';
timeScope.YLabel = 'LUFS';
timeScope.YLimits = [-40, 0];

% Bottom subplot of scope
timeScope.ActiveDisplay = 2;
timeScope.Title = 'Loudness Range';
timeScope.YLabel = 'LU';
timeScope.YLimits = [-1, 2];

Создайте метр громкости. Используйте частоту дискретизации своего входного файла как частота дискретизации вашего метра громкости. Вызовите visualize, чтобы открыть визуализацию 'EBU-режима' для вашего метра громкости.

loudMtr = loudnessMeter('SampleRate',fs);
visualize(loudMtr)

В цикле аудиопотока:

Читайте в своем звуковом файле.
Вычислите мгновенную область значений громкости и громкости.
Визуализируйте мгновенную область значений громкости и громкости на своем осциллографе времени.
Проигрывайте звуковой сигнал.

Визуализация метра громкости 'EBU-режима' обновляет автоматически, в то время как это открыто. Как лучшая практика, выпустите свое средство чтения файлов и средство записи устройства, если цикл завершается.

while ~isDone(fileReader)
    audioIn = fileReader();
    [momentaryLoudness,~,~,LRA] = loudMtr(audioIn);
    timeScope(momentaryLoudness,LRA);
    deviceWriter(audioIn);
end

release(fileReader)
release(deviceWriter)

Относительный масштаб для измерений громкости

Открыть скрипт

Создайте читателя звукового файла, чтобы читать в звуковом файле. Создайте средство записи аудио устройства, чтобы записать звуковой файл в ваше аудио устройство. Используйте частоту дискретизации своего средства чтения файлов как частота дискретизации вашего средства записи устройства.

fileReader = dsp.AudioFileReader('Counting-16-44p1-mono-15secs.wav',...
    'SamplesPerFrame',1024);
fs = fileReader.SampleRate;
deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fs);

Создайте метр громкости с целевым набором громкости к -23 по умолчанию LUFS. Откройте визуализацию метра громкости 'EBU-режима'.

loudMtr = loudnessMeter('UseRelativeScale',true);
visualize(loudMtr)

Создайте осциллограф времени, чтобы визуализировать ваш звуковой сигнал и его измеренную относительную мгновенную и краткосрочную громкость.

scope = dsp.TimeScope( ...
    'NumInputPorts',3, ...
    'SampleRate',fs, ...
    'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ...
    'TimeSpan',5, ...
    'BufferLength',5*fs, ...
    'Title','Audio Signal, Momentary Loudness, and Short-Term Loudness', ...
    'ChannelNames',{'Audio signal','Momentary loudness','Short-term loudness'}, ...
    'YLimits',[-16,16], ...
    'YLabel','Amplitude / LU', ...
    'ShowLegend',true);

В цикле аудиопотока слушайте и визуализируйте звуковой сигнал.

while ~isDone(fileReader)
    x = fileReader();
    [momentary,shortTerm] = loudMtr(x);
    scope(x,momentary,shortTerm)
    deviceWriter(x);
end

release(deviceWriter)
release(fileReader)

Алгоритмы

развернуть все

Системный объект loudnessMeter вычисляет мгновенную громкость, краткосрочную громкость, интегрированную громкость, область значений громкости (ЛРА) и истинное пиковое значение звукового сигнала. Можно задать любое количество каналов и весов канала не по умолчанию, используемых для измерений громкости. Алгоритм loudnessMeter описан для общего случая каналов n с весами канала по умолчанию.

Измерения громкости

Входные каналы, x, проходят через weightingFilter K-weighted. Фильтр K-weighted формирует спектр частоты, чтобы отразить воспринятую громкость.

Мгновенная громкость и интегрированная громкость

Каналы K-weighted, y, разделены на 0,4 вторых сегмента с 0,3 вторыми перекрытиями. Если необходимое количество выборок еще не было собрано, Системный объект loudnessMeter возвращает последние вычисленные значения для мгновенной и интегрированной громкости. Если достаточно выборок было собрано, то степень (среднее квадратичное) каждого сегмента каналов K-weighted вычисляется:

$m P_{i} = \frac{1}{w} \sum_{k = 1}^{w} y_{i}^{2} [k]$
- _mPi является мгновенной степенью i th сегмент.
- w является длиной сегмента в выборках.
Мгновенная громкость, mL, вычисляется в LUFS для каждого сегмента:

$m L_{i} = - 0.691 + 10 {журнал}_{10} (\sum_{c = 1}^{n} G_{c} \times m P_{(i, c)})$
- _Gc является взвешиванием для канала c.
mL является мгновенной громкостью, возвращенной вашим Системным объектом loudnessMeter. Это также используется внутренне, чтобы вычислить интегрированную громкость (шаги 3-6).
Интегрированное измерение громкости рассматривает звуковой сигнал начиная с последнего сброса вашего метра громкости. Чтобы вычислить интегрированную громкость, мгновенная степень передается через систему пропускания. Система логического элемента приостанавливает измерение в периоды низкого звука, такие как фрагменты тишины в фильме.
Мгновенный сегмент степени пропускается с помощью соответствующего мгновенного вычисления сегмента громкости:

$m P_{i} \to m P_{j}$

$j = {i | m L_{i} \geq - 70}$
_mPj кэшируется, пока ваш loudnessMeter не сбрасывается.
Мгновенное подмножество степени, _mPj, проходит через относительный пороговый логический элемент.
1. Относительный порог, Γ, вычисляется:
  
  $Γ = - 0.691 + 10 {журнал}_{10} (\sum_{c = 1}^{n} G_{c} \times l_{c}) - 10$
  _lc является средней мгновенной степенью канала c:
  
  $l_{c} = \frac{1}{| j |} \sum_{j}^{} m P_{(j, c)}$
2. Мгновенное подмножество степени, _mPj, пропускается с помощью относительного порога Γ:
  
  $m P_{j} \to m P_{k}$
  
  $k = {j | m P_{j} \geq Γ}$
Относительный порог повторно вычисляется во время каждого вызова вашего объекта loudnessMeter. Кэшируемые значения _mPj пропускаются снова в зависимости от обновленного значения Γ.
Мгновенные сегменты степени усреднены:

$P = \frac{1}{| k |} \sum_{k} m P_{k}$
Интегрированная громкость вычисляется в LUFS путем передачи средней мгновенной степени, P, через Вычислить систему Громкости:

$Интегрированная Громкость = - 0.691 + 10 {журнал}_{10} (\sum_{c = 1}^{n} G_{c} \times P_{c})$

Краткосрочная область значений громкости и громкости

Каналы K-weighted, y, разделены на 3-секундные сегменты с 2,9 вторыми перекрытиями. Если необходимое количество выборок еще не было собрано, Системный объект loudnessMeter возвращает последние вычисленные значения для краткосрочной области значений громкости и громкости. Если достаточно выборок было собрано, то степень (среднее квадратичное) каждого канала K-weighted вычисляется:

$s P_{i} = \frac{1}{w} \sum_{k = 1}^{w} y_{i}^{2} [k]$
- _sPi является краткосрочной степенью i th сегмент канала.
- w является длиной сегмента в выборках.
Краткосрочная громкость, sL, вычисляется в LUFS для каждого сегмента:

$s L_{i} = - 0.691 + 10 {журнал}_{10} (\sum_{c = 1}^{n} G_{c} \times s P_{(i, c)})$
- _Gc является взвешиванием для канала c.
sL является краткосрочной громкостью, возвращенной вашим Системным объектом loudnessMeter. Это также используется внутренне, чтобы вычислить область значений громкости (шаги 3-5).
Краткосрочная громкость пропускается с помощью абсолютного порога:

$s L_{i} \to s L_{j}$

$j = {i | s L_{i} \geq - 70}$
_sLj кэшируется, пока ваш loudnessMeter не сбрасывается.
Краткосрочное подмножество громкости, _sLj проходит через относительный пороговый логический элемент.
1. Закрытая краткосрочная громкость преобразована назад в линейный, и затем среднее значение взято:
  
  $s P_{j} = \frac{1}{| j |} \sum_{j} 10^{(\frac{s L_{j}}{10})}$
  Относительный порог, K, вычисляется:
  
  $K = - 20 + 10 {журнал}_{10} (s P_{j})$
2. Краткосрочное подмножество громкости, _sLj, пропускается с помощью относительного порога:
  
  $s L_{j} \to s L_{k}$
  
  $k = {j | s L_{j} \geq K}$
Относительный порог, K, повторно вычисляется во время каждого вызова вашего объекта loudnessMeter. Кэшируемые значения _sLj пропускаются снова в зависимости от обновленного значения K.
Краткосрочное подмножество громкости, _sLk, сортируется. Область значений громкости вычисляется как между 10-ми и 95-ми процентилями распределения и возвращена в единицах громкости (LU).

Истинный пик

Истинно-пиковое измерение рассматривает только текущий входной кадр вызова вашего метра громкости.

Сигнал сверхдискретизирован по крайней мере к 192 кГц. Чтобы оптимизировать обработку, входная частота дискретизации определяет точную сверхдискретизацию. Входная частота дискретизации ниже 750 Гц не рассматривается.

Введите частоту дискретизации (кГц)	Сверхдискретизируйте фактор
[0.75, 1.5)	256
[1.5, 3)	128
[3, 6)	64
[6,12)	32
[12, 24)	16
[24, 48)	8
[48, 96)	4
[96,192)	2
[192, ∞)	Не требуемый

Сверхдискретизированный сигнал, a, проходит через фильтр lowpass с полумногофазной длиной 12 и затуханием полосы задерживания 80 дБ. Проект фильтра использует designMultirateFIR.
Отфильтрованный сигнал, b, исправлен и преобразован в шкалу TP дБ:

$c = 20 \times {журнал}_{10} (| b |)$
Истинный пик определяется как максимум конвертированного сигнала, c.

Ссылки

[1] Международный союз электросвязи; сектор радиосвязи. Алгоритмы, чтобы измерить аудио громкость программы и истинно-пиковый уровень звука. ITU-R BS.1770-4. 2015.

[2] Европейский вещательный союз. Нормализация громкости и разрешенный максимальный уровень звуковых сигналов. EBU R 128. 2014.

[3] Европейский вещательный союз. Измерение громкости: 'Режим EBU', измеряющий, чтобы добавить нормализацию EBU R 128 громкости. Технология EBU R 128 3341. 2014.

[4] Европейский вещательный союз. Область значений громкости: мера, чтобы добавить нормализацию EBU R 128 громкости. Технология EBU R 128 3342. 2016.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Указания и ограничения по применению:

Системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder)

Блок MATLAB function поддержек: Нет

Динамическое выделение памяти не должно быть выключено.

Документация

loudnessMeter

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

ChannelWeights — Линейное взвешивание применилось к каждому входному каналу [1, 1, 1, 1.41, 1.41] (значение по умолчанию) | неотрицательный вектор - строка

UseRelativeScale — Используйте относительный масштаб для измерений громкости false (значение по умолчанию) | true

TargetLoudness — Целевой уровень громкости для относительного масштаба (LUFS) -23 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Зависимости

SampleRate — Введите частоту дискретизации (Гц) 44100 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

audioIn — Аудиовход к метру громкости матрица

Примечание

Выходные аргументы

momentary — Мгновенная громкость (LUFS) вектор-столбец

shortTerm — Краткосрочная громкость (LUFS) вектор-столбец

integrated — Интегрированная громкость (LUFS) вектор-столбец

область значений Область значений громкости (LU) вектор-столбец

peak — Истинно-пиковая громкость (dB-TP) скаляр

Функции объекта

Примеры

Громкость звукового сигнала

Постройте мгновенную область значений громкости и громкости аудиопотока

Относительный масштаб для измерений громкости

Алгоритмы

Измерения громкости

Мгновенная громкость и интегрированная громкость

Краткосрочная область значений громкости и громкости

Истинный пик

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Системные объекты

Блоки

Функции

Введенный в R2017b

Документация Audio Toolbox

Поддержка

`ChannelWeights` — Линейное взвешивание применилось к каждому входному каналу
`[1, 1, 1, 1.41, 1.41]` (значение по умолчанию) | неотрицательный вектор - строка

`UseRelativeScale` — Используйте относительный масштаб для измерений громкости
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`TargetLoudness` — Целевой уровень громкости для относительного масштаба (LUFS)
`-23` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

`SampleRate` — Введите частоту дискретизации (Гц)
`44100` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`audioIn` — Аудиовход к метру громкости
матрица

`momentary` — Мгновенная громкость (LUFS)
вектор-столбец

`shortTerm` — Краткосрочная громкость (LUFS)
вектор-столбец

`integrated` — Интегрированная громкость (LUFS)
вектор-столбец

`область значений` Область значений громкости (LU)
вектор-столбец

`peak` — Истинно-пиковая громкость (dB-TP)
скаляр

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.