Reducción de ruido

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La reducción de ruido  es el proceso de eliminar el ruido de una señal útil para mejorar su calidad subjetiva o reducir el nivel de errores en los canales de transmisión y los sistemas de almacenamiento de datos digitales . Los métodos de reducción de ruido son conceptualmente muy similares independientemente de la señal que se esté procesando, sin embargo, el conocimiento previo de las características de la señal transmitida puede afectar significativamente la implementación de estos métodos, dependiendo del tipo de señal.

Los sistemas de reducción de ruido ( UWB ) son sistemas de procesamiento de señales implementados en forma de circuitos electrónicos o algoritmos de software diseñados para aumentar la relación señal/ruido debido a la redundancia o para reducir la profundidad de bits o la resolución de la señal. Además, el término "squelch" se usa a menudo para referirse a UWB .

Los sistemas de reducción de ruido se utilizan ampliamente tanto para el procesamiento de señales de sonido (audio) como para señales de video (fotos). La mayoría de los UWB se dividen en dos tipos:

Fuentes de ruido

Todos los dispositivos de grabación, tanto analógicos como digitales, tienen propiedades que los hacen susceptibles al ruido. El ruido puede ser aleatorio y no coherente, es decir, no asociado con la señal en sí, o coherente, introducido por dispositivos de grabación y algoritmos de procesamiento.

Cualquier circuito de conversión y amplificación de señal analógica es una fuente de ruido. Primero, es el ruido térmico , que es causado por procesos térmicos que afectan la dirección del movimiento de los electrones. En segundo lugar, esto es ruido de disparo , cuya causa es la discreción de los portadores de carga eléctrica: electrones, iones. Estos procesos aleatorios crean un voltaje de salida que se percibe como ruido durante la reproducción. La mayor contribución al ruido inherente del camino amplificador lo hacen las primeras etapas, que amplifican una señal débil (unidades - fracciones de milivoltio), porque su propio ruido es luego amplificado por las siguientes etapas. Para reducir el ruido intrínseco de la ruta de amplificación, el llamado. amplificadores de bajo ruido , en los que se logra la máxima relación señal/ruido posible mediante varios métodos de circuitos y el uso de dispositivos semiconductores especiales y componentes pasivos [1] .

En el caso de la película y la cinta magnética , el ruido (visible y audible) es introducido por las partículas estructurales del medio. En la película cinematográfica , la granulosidad está determinada por la velocidad de la película, la película más sensible tiene más granulosidad. En la cinta magnética, los granos grandes de partículas magnéticas (generalmente óxido de hierro) son más susceptibles al ruido. Para compensar esto, se utilizan áreas más grandes de película (tamaño de fotograma) o cinta magnética (ancho de pista de grabación) [2] .

En las fotomatrices , hay una fluctuación del “nivel de negro” (el valor de la señal de cada píxel en ausencia de luz). Cuanto más grande sea el píxel (que se logra aumentando el tamaño del fotosensor), mejor será la relación señal-ruido en condiciones de poca luz.

Reducción de ruido en ingeniería de audio

Sistemas de reducción de ruido Compander

Para mejorar el sonido en los sistemas de grabación y transmisión de sonido, la precorrección de la señal de sonido se realiza mediante compansión. Los sistemas de reducción de ruido Compander utilizan la compresión previa de la señal durante la transmisión (grabación), es decir, la compresión del rango dinámico . Esto se logra mediante una amplificación adicional de las señales de bajo nivel para elevarlas por encima del nivel de ruido de la ruta de transmisión o de la cinta magnética. Luego, al recibir (reproducir), se amplía la señal recibida, es decir, se amplía el rango dinámico (se restablece a su valor original), mientras que se reduce el nivel de interferencia y ruido que ha penetrado en el canal de transmisión (grabación). De ahí el nombre de los sistemas: Compressor + Expander = Compander .

Dado que la ruta de transmisión (grabación) de la señal tiene dos lados: recepción y transmisión, o, en otras palabras, entrada y salida, y en los sistemas compander, el procesamiento de la señal se realiza tanto en la entrada como en la salida, entonces dicho sistema de reducción de ruido es comúnmente llamado "two-way" ( inglés  double-ended ).

Los tipos más conocidos de UWB compander incluyen el sistema independiente de frecuencia de banda ancha dbx y la familia Dolby NR de sistemas de reducción de ruido que utilizan procesamiento dependiente de la frecuencia. La principal diferencia entre estos sistemas es que en el procesamiento dbx se aplica a toda la banda de frecuencia de la señal de audio, mientras que en los sistemas Dolby se aplica por separado en una o más bandas de frecuencia, teniendo en cuenta el nivel de volumen de cada una de ellas.

Otros sistemas de reducción de ruido del compander:

Squelch de un solo lado

Otro tipo de algoritmo involucra el proceso de mejorar el sonido del material existente. En el caso de que ya no haya acceso a la señal original, es decir, solo haya un fonograma ruidoso, la señal recibida se procesa “por un lado”, es decir, durante su reproducción. De acuerdo con la terminología aceptada, estos supresores de ruido se llaman exactamente así: "unilateral" (del inglés  single-ended ).

La forma más fácil de suprimir el ruido es un supresor de ruido de umbral o puerta (del inglés  noise-gate ), que bloquea el paso de las señales en las pausas del fonograma. Actúa como un simple interruptor: pasa completamente la señal de entrada a la salida o la suprime por completo. En los modelos modernos, se establece un umbral por debajo del cual la señal no pasa. Esto no siempre da el efecto deseado, ya que durante la emisión de fragmentos silenciosos el nivel de ruido sigue siendo bastante alto y perceptible para el oído, o dichos fragmentos pueden suprimirse por completo.

Otro método de reducción de ruido era común en los días de las grabadoras y se llamaba DNL (del inglés  Dynamic Noise Limiter  - limitador de ruido dinámico). Con base en el análisis de los niveles de los componentes de alta frecuencia de la señal procesada, se atenuaron si su nivel en la señal original era suficientemente bajo y se podían despreciar. Para ello se utilizó un filtro adaptativo deslizante, el cual cambiaba su ancho de banda dependiendo del espectro de la señal procesada. Un representante típico de este tipo fue el sistema de reducción de ruido doméstico "Mayak".

Con el desarrollo del procesamiento de señales digitales , el método de sustracción espectral se ha generalizado . La esencia del método es que el espectro de ruido puro especificado de antemano (o asignado automáticamente) se resta del espectro de frecuencia de amplitud de la señal útil. El número de bandas de frecuencia en las que se divide la señal, dependiendo de la implementación del algoritmo, puede llegar a varios miles, es decir, el ancho de banda en el que se realiza el procesamiento será de unidades de Hertz. Esto le permite filtrar eficazmente los armónicos de la señal de audio útil de los componentes de ruido.

Reducción de ruido en imágenes

La reducción del ruido de la imagen se usa con mayor frecuencia para mejorar la percepción visual, pero se puede usar en medicina para aumentar la claridad de la imagen en los rayos X, como preprocesamiento para el reconocimiento posterior y en otros casos.

Las fuentes de ruido en la imagen pueden ser:

El procesamiento de imágenes digitales aplica reducción de ruido espacial . Existen los siguientes métodos:

Reducción de ruido de vídeo

La reducción de ruido de video  es el proceso de eliminar el ruido de una señal de video .

Existen los siguientes métodos de reducción de ruido de video:

Los métodos para suprimir el ruido en una señal de video se desarrollan y aplican según el tipo de ruido (distorsión). Los tipos típicos de ruido o distorsión en una señal de video son:

Cancelación activa de ruido

La cancelación activa de ruido es una forma de eliminar el ruido no deseado mediante la superposición de audio generado especialmente.

Véase también

Notas

  1. ↑ Para obtener una discusión detallada sobre el tema de la construcción de un amplificador de bajo ruido para el rango de frecuencia de audio, consulte el artículo Etapa de fono . Sobre la teoría de construir un amplificador de bajo ruido para reproducir una grabación magnética y fuentes de ruido en el canal de grabación-reproducción de una grabadora - Radio Magazine, 1982, No. 4, pp. 42 - 45.
  2. ↑ Además, cuanto más ancha sea la pista de grabación, mayor será el voltaje de la señal útil en el cabezal de reproducción, lo que también aumenta la relación señal-ruido.

Literatura

 Procesamiento de video
Postprocesamiento
Procesamiento especial
Conversión
24 30 fps
Conversión
30 24 fps