loudnessMeter

Совместимые со стандартом измерения громкости

Описание

The loudnessMeter Системная object™ вычисляет громкость, область значений громкости и истинный пик аудиосигнала в соответствии со стандартами EBU R 128 и ITU-R BS.1770-4.

Для реализации измерения громкости:

Создайте loudnessMeter Объекту и установите его свойства.
Вызывайте объект с аргументами, как будто это функция.

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

Создание

Синтаксис

loudMtr = loudnessMeter

loudMtr = loudnessMeter(Name,Value)

Описание

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

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

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

Свойства

расширить все

Если не указано иное, свойства являются нетронутыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируются, когда вы вызываете их, и release функция разблокирует их.

Если свойство настраивается, можно изменить его значение в любой момент.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Использование Системных объектов.

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

Линейное взвешивание, применяемое к каждому входу каналу, задается как вектор-строка неотрицательных значений. Количество элементов в векторе-строке должно быть равно или больше, чем количество входных каналов. Избыточные значения в векторе игнорируются.

Веса каналов по умолчанию соответствуют стандарту BS.1170-4 ITU-R. Чтобы использовать веса канала по умолчанию, задайте входные каналы входного сигнала как матрицу в таком порядке: [Слева, Справа, Центр, Левое окружение, Правое окружение].

В качестве наилучшей практики укажите ChannelWeights свойство по порядку: [Влево, Вправо, Центр, Левое окружение, Правое окружение].

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

`UseRelativeScale` - Используйте относительную шкалу для измерений 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 в полной шкале (LUFS).
true - Измерения громкости относятся к TargetLoudness значение и возвращается в единицах громкости (LU).

Настраиваемый: Нет

Типы данных: logical

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

Целевой уровень громкости для относительной шкалы в LUFS, заданный как действительный скаляр.

Для примера, если TargetLoudness -23 LUFS, затем значение громкости -23 LUFS указывается как 0 LU.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Чтобы включить это свойство, задайте UseRelativeScale на true.

Типы данных: single | double

`SampleRate` - Входная частота выборки (Гц)
`44100` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Вход скорость выборки в Гц, заданная 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 кратковременной и кратковременной громкости входа вашему измерителю громкости и истинно-пиковое значение текущего входного кадра, audioIn. Это также возвращает интегрированную область значений громкости и громкости входа в ваш счетчик громкости с последнего раза reset был вызван.

Входные параметры

расширить все

`audioIn` - Аудио вход в счетчик громкости
матрица

Аудио вход в счетчик громкости, заданный как матрица. Столбцы матрицы рассматриваются как независимые аудиоканалы.

Примечание

Если вы используете ChannelWeights по умолчанию от loudnessMeter, как лучшая практика, задайте входные каналы в этом порядке: [Слева, Справа, По центру, По окружению слева, По окружению справа].

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

расширить все

`momentary` - Сиюминутная громкость (LUFS)
Вектор-столбец

Сиюминутная громкость в единицах громкости относительно полной шкалы (LUFS), возвращенная как вектор-столбец с одинаковым числом строк, как audioIn.

По умолчанию измерения громкости возвращаются в LUFS. Если вы задаете UseRelativeScale свойство к true, измерения громкости возвращаются в единицах громкости (LU).

Типы данных: single | double

`shortTerm` - Кратковременная громкость (LUFS)
Вектор-столбец

Краткосрочная громкость в единицах громкости относительно полной шкалы (LUFS), возвращенная 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 полной шкалы (LUFS), возвращенная как вектор-столбец с одинаковым числом строк, как audioIn.

Типы данных: single | double

`range` - область значений громкости (LU)
Вектор-столбец

Громкость области значений в модули громкости (LU), возвращается 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, возвращенная как вектор-столбец с одинаковым числом строк, как audioIn.

Типы данных: single | double

Функции объекта

Чтобы использовать функцию объекта, задайте системный объект в качестве первого входного параметра. Например, чтобы освободить системные ресурсы системного объекта с именем obj, используйте следующий синтаксис:

release(obj)

расширить все

Характерно для `loudnessMeter`

visualize Откройте отображение счетчика 'EBU Mode'

Общий для всех системных объектов

`clone`	Создайте повторяющийся системный объект
`isLocked`	Определите, используется ли системный объект
`release`	Отпустите ресурсы и допустите изменения в значениях свойств системного объекта и входных характеристиках
`reset`	Сброс внутренних состояний Системного объекта
`step`	Запуск алгоритма системного объекта

Примеры

свернуть все

Громкость аудиосигнала

Открыть Live Script

Создайте dsp.AudioFileReader Система object™ для чтения в аудио файла. Создайте loudnesMeter Системный объект. Используйте частоту дискретизации аудио файла как частоту дискретизации loudnessMeter.

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

Чтение в аудио файла в цикле аудиопотока. Используйте счетчик громкости, чтобы определить сиюминутную, краткосрочную и интегрированную громкость аудиосигнала. 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 график сиюминутной, краткосрочной и интегрированной громкости аудиосигнала.

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 сиюминутную громкость и громкость области значений аудиопотока

Открыть скрипт

Создайте считыватель аудио файла и средства записи аудиоустройства.

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

Создайте временные возможности, чтобы визуализировать цикл 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 счетчик громкости. Используйте частоту дискретизации вашего входного файла в качестве частоты дискретизации вашего счетчика громкости. Функции visualize чтобы открыть визуализацию 'EBU-mode' для вашего счетчика громкости.

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

В цикле аудиопотока:

Чтение в аудио файла.
Вычислите сиюминутную область значений громкости и громкости.
Визуализируйте сиюминутную область значений громкости и громкости на ваших временных возможностях.
Воспроизведите аудиосигнал.

Визуализация счетчика громкости 'EBU-mode' автоматически обновляется, пока она открыта. Как лучшая практика, отпустите устройство чтения файлов и средства записи устройства после завершения цикла.

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 скрипт

Создайте считыватель аудио файла для чтения в аудио файла. Создайте аудио устройство средства записи, чтобы записать аудио файла в ваше аудио устройство. Используйте частоту дискретизации устройства чтения файлов в качестве частоты дискретизации средства записи.

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

Создайте счетчик громкости с заданным значением громкости по умолчанию -23 LUFS. Откройте визуализацию счетчика громкости 'EBU-mode'.

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

Создайте временные возможности, чтобы визуализировать ваш аудиосигнал и его измеренную относительную мгновенную и краткосрочную громкость.

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 слушайте и визуализируйте аудиосигнал.

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

release(deviceWriter)
release(fileReader)

Алгоритмы

расширить все

The loudnessMeter Системный объект вычисляет сиюминутную громкость, кратковременную громкость, интегрированную громкость, область значений громкости (LRA) и истинно-пиковое значение аудиосигнала. Можно задать любое количество каналов и ненарушенных весов каналов, используемых для измерений громкости. The loudnessMeter алгоритм описан для общего случая каналов n с весами каналов по умолчанию.

Измерения громкости

Входные каналы, x, проходят через K-взвешенную weightingFilter. К-взвешенный фильтр формирует частотный спектр, чтобы отразить воспринимаемую громкость.

Сиюминутная громкость и интегрированная громкость

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

$m P_{i} = \frac{1}{w} \sum_{k = 1}^{w} y_{i}^{2} [k]$
- _mPi - мгновенная степень i-го сегмента.
- w - длина сегмента в выборках.
Кратковременная громкость, mL, вычисляется в LUFS для каждого сегмента:

$m L_{i} = - 0.691 + 10 \log_{10} (\sum_{c = 1}^{n} G_{c} \times m P_{(i, c)})$
- _Gc - взвешивание для c канала.
mL - сиюминутная громкость, возвращенная вашими loudnessMeter Системный объект. Он также используется внутри для вычисления интегрированной громкости (шаги 3-6).
Интегрированное измерение громкости учитывает аудиосигнал с момента последнего сброса вашего счетчика громкости. Чтобы вычислить интегрированную громкость, мгновенная степень передается через систему управления ключами. Система ворот останавливает измерение в периоды низкого звука, такие как отрезки молчания в фильме.
Сиюминутный сегмент степени строится с помощью соответствующего вычисления мгновенного сегмента громкости:

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

$j = {i | m L_{i} \geq - 70}$
_mPj кэшируется до тех пор, пока ваш loudnessMeter сбрасывается.
Сиюминутная подмножество степени, _mPj, проходит через относительный пороговый затвор.
1. Относительный порог Β вычисляется:
  
  $Γ = - 0.691 + 10 \log_{10} (\sum_{c = 1}^{n} G_{c} \times l_{c}) - 10$
  _lc - средняя мгновенная степень c канала:
  
  $l_{c} = \frac{1}{| j |} \sum_{j}^{} m P_{(j, c)}$
2. Подмножество сиюминутной степени _mPj стробируется с помощью относительного порога Β:
  
  $m P_{j} \to m P_{k}$
  
  $k = {j | m P_{j} \geq Γ}$
Относительный порог пересчитывается во время каждого вызова в ваш loudnessMeter объект. Кэшированные значения _mPj снова стробируются в зависимости от обновленного значения Β.
Среднее значение моментальных сегментов степени:

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

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

Краткосрочная область значений громкости и громкости

K-взвешенные каналы, y, разделены на 3-секундные сегменты с 2.9-секундным перекрытием. Если необходимое количество выборок еще не было собрано, loudnessMeter Системный объект возвращает последние вычисленные значения для краткосрочной области значений громкости и громкости. Если было собираемы достаточно выборок, вычисляется степень (средний квадрат) каждого K-взвешенного канала:

$s P_{i} = \frac{1}{w} \sum_{k = 1}^{w} y_{i}^{2} [k]$
- _sPi - краткосрочная степень i-го сегмента канала.
- w - длина сегмента в выборках.
Краткосрочная громкость, sL, вычисляется в LUFS для каждого сегмента:

$s L_{i} = - 0.691 + 10 \log_{10} (\sum_{c = 1}^{n} G_{c} \times s P_{(i, c)})$
- _Gc - взвешивание для c канала.
sL - кратковременная громкость, возвращаемая вашими loudnessMeter Системный объект. Он также используется внутри для вычисления области значений громкости (шаги 3-5).
Кратковременная громкость стробируется с помощью абсолютного порога:

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

$j = {i | s L_{i} \geq - 70}$
_sLj кэшируется до тех пор, пока ваш loudnessMeter сбрасывается.
Кратковременное подмножество громкости _sLj проходит через относительные пороговые ворота.
1. Затвор кратковременной громкости преобразуется назад в линейный, и затем берётся среднее:
  
  $s P_{j} = \frac{1}{| j |} \sum_{j} 10^{(\frac{s L_{j}}{10})}$
  Относительный порог, K, вычисляется:
  
  $K = - 20 + 10 \log_{10} (s P_{j})$
2. Кратковременное подмножество громкости, _sLj, строится с помощью относительного порога:
  
  $s L_{j} \to s L_{k}$
  
  $k = {j | s L_{j} \geq K}$
Относительный порог, K, пересчитывается во время каждого вызова в вашу loudnessMeter объект. Кэшированные значения _sLj снова строятся в зависимости от обновленного значения K.
Краткосрочное подмножество громкости, _sLk, отсортировано. Область значений громкости вычисляется как между 10-м и 95-м процентилями распределения и возвращается в единицах громкости (LU).

True-Peak

Измерение истинного пика рассматривает только текущий входной кадр вызова к вашему измерителю громкости.

Сигнал переизбирается на частоту не менее 192 кГц. Чтобы оптимизировать обработку, входная частота выборки определяет точную избыточную дискретизацию. Входная частота выборки ниже 750 Гц не рассматривается.

Входная частота выборки (кГц)	Повышающий коэффициент
[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

Избыточная дискретизация сигнала, a, проходит через lowpass фильтр с половинно-полифазной длиной 12 и затуханием в полосе задерживания 80 дБ. Это создание фильтра использует designMultirateFIR.
Отфильтрованный сигнал, b, выпрямляется и преобразуется в шкалу dB TP:

$c = 20 \times \log_{10} (| b |)$
true-peak определяется как максимум преобразованного сигнала, c.

Ссылки

[1] Международное объединение электросвязи; Сектор радиосвязи. Алгоритмы измерения громкости аудиопрограммы и уровня звука True-Peak. Система ITU-R BS.1770-4. 2015.

[2] Европейское вещательное объединение. Нормализация громкости и разрешенный максимальный уровень аудиосигналов. EBU R 128. 2014.

[3] Европейское вещательное объединение. Измерение громкости: Измерение режима EBU в дополнение к нормализации громкости EBU R 128. EBU R 128 Tech 3341. 2014.

[4] Европейское вещательное объединение. Громкость Области значений: Мера дополнения EBU R 128 Громкость Нормализация. EBU R 128 Tech 3342. 2016.

Расширенные возможности

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

Указания и ограничения по применению:

Системные объекты в генерации кода MATLAB (MATLAB Coder)

Поддерживает MATLAB Function блок: 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-строка

UseRelativeScale - Используйте относительную шкалу для измерений громкости false (по умолчанию) | true

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

Зависимости

SampleRate - Входная частота выборки (Гц) 44100 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

audioIn - Аудио вход в счетчик громкости матрица

Выходные аргументы

momentary - Сиюминутная громкость (LUFS) Вектор-столбец

shortTerm - Кратковременная громкость (LUFS) Вектор-столбец

integrated - Интегрированная громкость (LUFS) Вектор-столбец

range - область значений громкости (LU) Вектор-столбец

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

Функции объекта

Характерно для loudnessMeter

Общий для всех системных объектов

Примеры

Громкость аудиосигнала

Постройте сиюминутную громкость и громкость области значений аудиопотока

Относительная шкала для измерений громкости

Алгоритмы

Измерения громкости

True-Peak

Ссылки

Расширенные возможности

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

См. также

Блоки

Функции

Документация Audio Toolbox

Поддержка

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

`UseRelativeScale` - Используйте относительную шкалу для измерений громкости
`false` (по умолчанию) | `true`

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

`SampleRate` - Входная частота выборки (Гц)
`44100` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`audioIn` - Аудио вход в счетчик громкости
матрица

`momentary` - Сиюминутная громкость (LUFS)
Вектор-столбец

`shortTerm` - Кратковременная громкость (LUFS)
Вектор-столбец

`integrated` - Интегрированная громкость (LUFS)
Вектор-столбец

`range` - область значений громкости (LU)
Вектор-столбец

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

Характерно для `loudnessMeter`

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