loudnessMeter

Стандартные измерения громкости

Описание

loudnessMeter Система object™ вычисляет громкость, диапазон громкости и истинный пик звукового сигнала в соответствии со стандартами EBU R 128 и ITU-R BS.1770-4.

Для реализации измерения громкости:

Создать loudnessMeter и задайте его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как если бы это была функция.

Дополнительные сведения о работе системных объектов см. в разделе Что такое системные объекты?.

Создание

Синтаксис

loudMtr = loudMeter

loudMtr = loudMeter (имя, значение)

Описание

loudMtr = loudnessMeter создает объект System, loudMtr, который выполняет измерение громкости независимо по каждому входному каналу.

loudMtr = loudnessMeter(Name,Value) задает каждое свойство Name к указанному Value. Неопределенные свойства имеют значения по умолчанию.

Пример: loudMtr = loudnessMeter('ChannelWeights',[1.2, 0.8],'SampleRate',12000) создает объект System, loudMtr, с весами канала 1,2 и 0,8 и частотой дискретизации 12 кГц.

Свойства

развернуть все

Если не указано иное, свойства не настраиваются, что означает невозможность изменения их значений после вызова объекта. Объекты блокируются при их вызове, и release функция разблокирует их.

Если свойство настраивается, его значение можно изменить в любое время.

Дополнительные сведения об изменении значений свойств см. в разделе Проектирование системы в MATLAB с использованием системных объектов.

`ChannelWeights` - Линейное взвешивание, применяемое к каждому входному каналу
`[1, 1, 1, 1.41, 1.41]` (по умолчанию) | неотрицательный вектор строки

Линейное взвешивание, применяемое к каждому входному каналу, заданному как вектор строки неотрицательных значений. Число элементов в векторе строки должно быть равно или больше числа входных каналов. Избыточные значения в векторе игнорируются.

Веса каналов по умолчанию соответствуют стандарту ITU-R BS.1170-4. Чтобы использовать весовые коэффициенты канала по умолчанию, укажите входные сигнальные каналы в виде матрицы в следующем порядке: [Слева, Справа, По центру, Слева, Справа].

В качестве примера укажите ChannelWeights свойство по порядку: [Слева, Справа, По центру, Слева окружение, Справа окружение].

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

`UseRelativeScale` - Использовать относительную шкалу для измерения громкости
`false` (по умолчанию) | `true`

Используйте относительную шкалу для измерений громкости, заданную как логический скаляр.

false - Измерения громкости являются абсолютными и возвращаются в единицах громкости полной шкалы (LUFS).
true - Измерения громкости относительно TargetLoudness значение и возвращается в единицах громкости (LU).

Настраиваемый: Нет

Типы данных: logical

`TargetLoudness` - Целевой уровень громкости для относительной шкалы (LUFS)
`-23` (по умолчанию) | вещественный скаляр

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

Например, если TargetLoudness -23 LUFS, затем значение громкости -23 LUFS сообщается как 0 LU.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите UseRelativeScale кому true.

Типы данных: single | double

`SampleRate` - Частота входных выборок (Гц)
`44100` (по умолчанию) | положительный скаляр

Частота входных выборок в Гц, заданная как положительный скаляр.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

Использование

Синтаксис

[мгновенный, краткосрочный, интегрированный, диапазон, пик] = loudMtr (audioIn)

Описание

пример

[momentary,shortTerm,integrated,range,peak] = loudMtr(audioIn) возвращает значения измерения для сиюминутной и кратковременной громкости входа в ваш измеритель громкости и истинно-пиковое значение текущего входного кадра, audioIn. Он также возвращает интегрированный диапазон громкости и громкости входного сигнала на ваш измеритель громкости с момента последнего reset был вызван.

Входные аргументы

развернуть все

`audioIn` - Вход звука в измеритель громкости
матрица

Вход звука в измеритель громкости, заданный как матрица. Столбцы матрицы обрабатываются как независимые аудиоканалы.

Примечание

Если используется значение по умолчанию ChannelWeights из loudnessMeter, в качестве примера укажите входные каналы в следующем порядке: [Левый, Правый, Центральный, Левый объемный, Правый объемный].

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

развернуть все

`momentary` - Сиюминутная громкость (LUFS)
вектор столбца

Мгновенная громкость в единицах громкости относительно полной шкалы (LUFS), возвращаемая в виде вектора столбца с тем же количеством строк, что и audioIn.

По умолчанию измерения громкости возвращаются в LUFS. Если установить UseRelativeScale свойство для trueизмерения громкости возвращаются в единицах громкости (LU).

Типы данных: single | double

`shortTerm` - Кратковременная громкость (LUFS)
вектор столбца

Кратковременная громкость в единицах громкости относительно полной шкалы (LUFS), возвращаемая в виде вектора столбца с тем же количеством строк, что и audioIn.

Типы данных: single | double

`integrated` - Интегрированная громкость (LUFS)
вектор столбца

Интегрированная громкость в единицах громкости относительно полной шкалы (LUFS), возвращаемая в виде вектора столбца с тем же количеством строк, что и audioIn.

Типы данных: single | double

`range` - Диапазон громкости (LU)
вектор столбца

Диапазон громкости в единицах громкости (LU), возвращаемый в виде вектора столбца с тем же количеством строк, что и audioIn.

Типы данных: single | double

`peak` - Громкость истинного пика (dB-TP)
скаляр

Истинно-пиковая громкость в дБ-ТР, возвращаемая в виде вектора столбца с тем же количеством строк, что и audioIn.

Типы данных: single | double

Функции объекта

Чтобы использовать функцию объекта, укажите объект System в качестве первого входного аргумента. Например, для освобождения системных ресурсов объекта System с именем obj, используйте следующий синтаксис:

release(obj)

развернуть все

Специфично для `loudnessMeter`

visualize Открыть индикатор «Режим EBU»

Общие для всех системных объектов

`clone`	Создать повторяющийся объект System
`isLocked`	Определить, используется ли объект System
`release`	Деблокирование ресурсов и разрешение изменений значений свойств объекта системы и входных признаков
`reset`	Сброс внутренних состояний объекта System
`step`	Запустить алгоритм объекта System

Примеры

свернуть все

Громкость звукового сигнала

Открыть сценарий в реальном времени

Создать dsp.AudioFileReader Система object™ для чтения в аудиофайле. Создать loudnesMeter Системный объект. Использовать частоту дискретизации аудиофайла в качестве частоты дискретизации loudnessMeter.

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

Чтение аудиофайла в цикле аудиопотока. Используйте измеритель громкости для определения сиюминутной, кратковременной и интегрированной громкости звукового сигнала. Кэшировать 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 график сиюминутной, кратковременной и интегрированной громкости 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')

Figure contains an axes. The axes with title Loudness Measurements contains 3 objects of type line. These objects represent Momentary, Short-term, Integrated.

Постройте график мгновенной громкости и диапазона громкости аудиопотока

Открыть сценарий

Создайте модуль чтения аудиофайлов и модуль записи аудиоустройств.

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

Создайте область времени для визуализации цикла аудиопотока.

timeScope = timescope('NumInputPorts',2, ...
    'SampleRate',fs, ...
    'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ...
    'LayoutDimensions',[2,1], ...
    'TimeSpanSource','Property','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 измеритель громкости. Используйте частоту дискретизации входного файла в качестве частоты дискретизации измерителя громкости. Звонить visualize чтобы открыть визуализацию в режиме «EBU» для вашего измерителя громкости.

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

В цикле аудиопотока:

Прочитайте аудиофайл.
Вычислите мгновенный диапазон громкости и громкости.
Визуализируйте мгновенный диапазон громкости и громкости во времени.
Воспроизведение звукового сигнала.

Визуализация измерителя громкости в режиме «EBU» обновляется автоматически, пока он открыт. Рекомендуется после завершения цикла освободить устройство чтения файлов и устройство записи.

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

release(fileReader)
release(deviceWriter)

Относительная шкала для измерений громкости

Открыть сценарий

Создайте средство чтения аудиофайлов для чтения аудиофайлов. Создайте модуль записи аудиоустройств, чтобы записать аудиофайл на аудиоустройство. Используйте частоту дискретизации устройства чтения файлов в качестве частоты дискретизации устройства записи.

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

Создание измерителя громкости с заданным значением громкости по умолчанию -23 LUFS. Откройте визуализацию измерителя громкости в режиме EBU.

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

Создайте временной диапазон для визуализации звукового сигнала и его измеренной относительной сиюминутной и кратковременной громкости.

scope = timescope( ...
    'NumInputPorts',3, ...
    'SampleRate',fs, ...
    'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ...
    'TimeSpanSource','Property','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 прослушивайте и визуализируйте аудиосигнал.

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

release(deviceWriter)
release(fileReader)

Алгоритмы

развернуть все

loudnessMeter Системный объект вычисляет сиюминутную громкость, кратковременную громкость, интегрированную громкость, диапазон громкости (LRA) и истинно пиковое значение звукового сигнала. Для измерения громкости можно указать любое количество каналов и веса каналов по умолчанию. loudnessMeter описан алгоритм для общего случая n каналов с весами каналов по умолчанию.

Измерения громкости

Входные каналы, x, проходят через взвешенный K weightingFilter. К-взвешенный фильтр формирует частотный спектр для отражения воспринимаемой громкости.

Мгновенная громкость и интегрированная громкость

K-взвешенные каналы, y, разделены на 0,4-секундные сегменты с 0,3-секундным перекрытием. Если необходимое количество образцов еще не собрано, loudnessMeter Системный объект возвращает последние вычисленные значения для сиюминутной и интегрированной громкости. Если собрано достаточно выборок, то вычисляют мощность (средний квадрат) каждого сегмента K-взвешенных каналов:

$_{} \frac{}{}_{}^{}_{}^{} mPi=1w∑k=1wyi2[k]$
- _mPi - мгновенная мощность i-го сегмента.
- w - длина сегмента в выборках.
Мгновенная громкость, мл, вычисляется в LUFS для каждого сегмента:

$_{mLi} = − 0,691 +_{}_{10log10}^{} (_{}_{} \sumc=1nGc\timesmP$ (i, c))
- _Gc - весовой коэффициент для канала с.
Мл - это мгновенная громкость, возвращенная вашим loudnessMeter Системный объект. Он также используется внутри для вычисления интегрированной громкости (шаги 3-6).
Интегрированное измерение громкости учитывает звуковой сигнал после последнего сброса измерителя громкости. Для вычисления интегрированной громкости мгновенную мощность пропускают через стробирующую систему. Система затвора приостанавливает измерение в периоды низкого звука, такие как отрезки тишины в фильме.
Мгновенный сегмент мощности стробируется с использованием соответствующего вычисления мгновенного сегмента громкости:

$_{}_{mPi→mPj}$

$j = {i |_{} mLi≥−70}$
_mPj кэшируется до вашего loudnessMeter сбрасывается.
Поднабор мгновенной мощности, _mPj, проходит через относительный пороговый затвор.
1. Вычисляется относительный порог Γ:
  
  $Γ = − 0,691 +_{}_{10log10}^{} (_{}_{}$ ∑c=1nGc×lc) − 10
  _1c - средняя мгновенная мощность канала c:
  
  $_{} \frac{}{}_{}^{} {lc=1|j|∑jmP}_{(j,}$ c)
2. Поднабор мгновенной мощности, _mPj, стробируется с использованием относительного порога Γ:
  
  $_{}_{mPj→mPk}$
  
  $k = {j |_{} mPj≥Γ}$
Относительный порог пересчитывается при каждом вызове loudnessMeter объект. Кэшированные значения _mPj снова стробируются в зависимости от обновленного значения Γ.
Мгновенные сегменты мощности усредняются:

$\frac{}{} \underset{}{}_{P=1|k|∑kmPk}$
Интегрированная громкость вычисляется в LUFS путем пропускания средней мгновенной мощности P через систему Compute Loudness:

$Интегрированная громкость = - 0,691 +_{} 10log10_{(}^{}_{}_{}$ ∑c=1nGc×Pc)

Диапазон кратковременной громкости и громкости

K-взвешенные каналы, y, разделены на 3-секундные сегменты с перекрытием 2,9 секунды. Если необходимое количество образцов еще не собрано, loudnessMeter Системный объект возвращает последние вычисленные значения для кратковременной громкости и диапазона громкости. Если собрано достаточно выборок, то вычисляется мощность (средний квадрат) каждого канала, взвешенного по K:

$_{} \frac{}{}_{}^{}_{}^{} sPi=1w∑k=1wyi2[k]$
- _sPi - кратковременная мощность i-го сегмента канала.
- w - длина сегмента в выборках.
Кратковременная громкость sL вычисляется в LUFS для каждого сегмента:

$_{sLi} = −_{0,691 + 10}_{log10}^{} (_{}_{} \sumc=1nGc\timessP$ (i, c))
- _Gc - весовой коэффициент для канала с.
sL - это кратковременная громкость, возвращенная вашим loudnessMeter Системный объект. Он также используется внутри для вычисления диапазона громкости (шаги 3-5).
Кратковременная громкость стробируется с использованием абсолютного порога:

$_{}_{sLi→sLj}$

$j = {i |_{} sLi≥−70}$
_sLj кэшируется до вашего loudnessMeter сбрасывается.
Подмножество кратковременной громкости sLj проходит через относительный пороговый затвор.
1. Стробируемую кратковременную громкость преобразуют обратно в линейную, а затем принимают среднее значение:
  
  $_{} \frac{}{} \underset{}{} {sPj=1|j|∑j10}^{\frac{(_{}}{} sLj10}$ )
  Вычисляется относительный порог K:
  
  $K = − 20 +_{}_{} 10log10$ (sPj)
2. Поднабор кратковременной громкости sLj _{стробируется} с использованием относительного порога:
  
  $_{}_{sLj→sLk}$
  
  $k = {j |_{} sLj≥K}$
Относительный порог K пересчитывается при каждом вызове loudnessMeter объект. Кэшированные значения _sLj снова стробируются в зависимости от обновленного значения K.
Отсортировано подмножество кратковременной громкости _sLk. Диапазон громкости вычисляется между 10-м и 95-м процентилями распределения и возвращается в единицах громкости (LU).

Истинно-пиковый

Измерение истинного пика учитывает только текущий входной кадр вызова измерителя громкости.

Сигнал избыточно дискретизируется, по меньшей мере, до 192 кГц. Для оптимизации обработки скорость входной выборки определяет точную избыточную выборку. Частота входных выборок ниже 750 Гц не учитывается.

Частота входных выборок (кГц)	Коэффициент увеличения выборки
[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 требуется

Сверхдискретизированный сигнал а проходит через фильтр нижних частот с длиной полуполифазы 12 и затуханием стоп-полосы 80 дБ. В конструкции фильтра используется designMultirateFIR.
Отфильтрованный сигнал b выпрямляется и преобразуется в шкалу дБ TP:

$c = {20 ×}_{} log10$ (| b |)
Истинный пик определяется как максимум преобразованного сигнала, c.

Ссылки

[1] Международный союз электросвязи; Сектор радиосвязи. Алгоритмы измерения громкости аудиопрограмм и истинно-пикового уровня звука. BS.1770-4 ITU-R. 2015.

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

[3] Европейский вещательный союз. Измерение громкости: измерение режима EBU в дополнение к нормализации громкости EBU R 128. EBU R 128 Tech 3341. 2014.

[4] Европейский вещательный союз. Диапазон громкости: мера, дополняющая нормализацию громкости EBU R 128. EBU R 128 Tech 3342. 2016.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью MATLAB ® Coder™

Примечания и ограничения по использованию:

Системные объекты в генерации кода MATLAB (кодер MATLAB)

Поддерживает функциональный блок MATLAB: Нет

Динамическое выделение памяти не должно быть отключено.

Документация

loudnessMeter

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

ChannelWeights - Линейное взвешивание, применяемое к каждому входному каналу [1, 1, 1, 1.41, 1.41] (по умолчанию) | неотрицательный вектор строки

UseRelativeScale - Использовать относительную шкалу для измерения громкости false (по умолчанию) | true

TargetLoudness - Целевой уровень громкости для относительной шкалы (LUFS) -23 (по умолчанию) | вещественный скаляр

Зависимости

SampleRate - Частота входных выборок (Гц) 44100 (по умолчанию) | положительный скаляр

Использование

Синтаксис

Описание

Входные аргументы

audioIn - Вход звука в измеритель громкости матрица

Выходные аргументы

momentary - Сиюминутная громкость (LUFS) вектор столбца

shortTerm - Кратковременная громкость (LUFS) вектор столбца

integrated - Интегрированная громкость (LUFS) вектор столбца

range - Диапазон громкости (LU) вектор столбца

peak - Громкость истинного пика (dB-TP) скаляр

Функции объекта

Специфично для loudnessMeter

Общие для всех системных объектов

Примеры

Громкость звукового сигнала

Постройте график мгновенной громкости и диапазона громкости аудиопотока

Относительная шкала для измерений громкости

Алгоритмы

Измерения громкости

Истинно-пиковый

Ссылки

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью MATLAB ® Coder™

См. также

Блоки

Функции

Документация по панели инструментов Audio

Поддержка

`ChannelWeights` - Линейное взвешивание, применяемое к каждому входному каналу
`[1, 1, 1, 1.41, 1.41]` (по умолчанию) | неотрицательный вектор строки

`UseRelativeScale` - Использовать относительную шкалу для измерения громкости
`false` (по умолчанию) | `true`

`TargetLoudness` - Целевой уровень громкости для относительной шкалы (LUFS)
`-23` (по умолчанию) | вещественный скаляр

`SampleRate` - Частота входных выборок (Гц)
`44100` (по умолчанию) | положительный скаляр

`audioIn` - Вход звука в измеритель громкости
матрица

`momentary` - Сиюминутная громкость (LUFS)
вектор столбца

`shortTerm` - Кратковременная громкость (LUFS)
вектор столбца

`integrated` - Интегрированная громкость (LUFS)
вектор столбца

`range` - Диапазон громкости (LU)
вектор столбца

`peak` - Громкость истинного пика (dB-TP)
скаляр

Специфично для `loudnessMeter`

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью MATLAB ® Coder™