动态范围控制算法基本原理

动态范围控制可以自动调整信号的动态范围；（信号的动态范围是信号的最大幅值与最小幅值比值的对数，使用dB作为单位）

动态范围控制可以做的事情

• 根据环境匹配音频信号电平；也就是杜比volume leveler的作用；
• 保护ADC使其不会过载；在广播信号发送时，发送器有峰值限制，超过这个峰值会使得发送器过载。动态范围控制可以压缩原始信号的动态，使发送信号的动态范围满足发送器的要求。在音频领域，将数字音频信号送到DAC之前，音频智能功放算法中的DRC可以实现扬声器振幅保护；
• 优化信息；也就是使音频信号使用到满幅的动态范围；
• 压制低电平的噪声；DRC的噪声门有一定的降噪效果；

动态范围控制的类型

• 动态范围压缩器(Dynamic range compressor)--减弱超过给定阈值的大声信号的音量；可以保护硬件，增加整体响度；
• 动态范围限幅器(Dynamic range limiter)--是压缩器的一种，可以限制超过给定阈值的信号；
• 动态范围扩展器(Dynamic range expander)--减弱低于给定阈值的小声信号的音量；可以使得小信号听起来更加小声
• 噪声门(Noise gate)--是扩展器的一种，可以限制低于给定阈值的信号。

DRC 框图

在动态范围控制系统中，增益信号在sidechain中计算，然后应用到输入信号中；

首先解释什么是增益信号，在DRC中要确定对离散信号的每一个样本使用多少增益，也就是给没一个样本值分别乘以一个系数，这个系数就是增益，这个增益序列就是增益信号；增益信号也叫做DRC的控制信号。

sidechain包含的模块

• 将原始信号从线性值转换为dB值:x->xdB，所有的DRC系统使用的增益信号都是用dB值进行处理。xdB = 20log10(x)
• 增益计算，通过将dB信号传递到静态特征方程(DRC静态曲线)，获取差值gc=xsc-xdB;
• 增益平滑:gc->gs；使用attack time、release time以及hold time作为系数对信号进行平滑。也就是对于台阶信号，增益信号并不是台阶的，使用指数或者对数函数进行平滑过渡。Attack time和release time对应增益信号从最终值的10%到90%所花费的时间。Hold time是在增益被施加之前的延时周期。为什么会有hold time？因为即使使用很短的attack time，limiter仍然会出现超调量，这可以在增益平滑中使用一个很短的时延来解决，例如300微秒。增益平滑使用的是一阶递归滤波器：gs(n) = (1 − k) · gs(n − 1) + k · gc(n),k=AttackTime,ReleaseTime;
• 添加make-up gain(对于压缩器和限幅器):gs->gm
• dB值到线性值的转换:gm->glin
• 在原始音频信号中应用计算出来的增益信号:y=glin * x

增益计算

增益计算单元进行增益信号的初步预估，增益计算单元的核心模块是静态特征，每一种类型的DRC有不同的静态特征，包括了可调的属性参数：

a)阈值threshold--所有的静态特性都有一个阈值，在阈值的一边，输入信号没有被修改，在阈值的另一边，输入信号被压缩、扩展以及限幅；

b)压缩比率Ratio--扩展器和压缩器的静态特征模块在计算增益时依赖用户提供的输入/输出的压缩比；

c)kneewidth-- 扩展器、压缩器以及限幅器的静态特征模块可以调整拐点的宽度；拐点宽度包含在阈值中，拐点宽度越大，阈值附近的过渡越平滑。如果拐点没有提供过度，则是硬拐点；如果拐点附近有大于0的拐点宽度值，则是软拐点。

在计算信号增益要进行电平检测，电平检测使用递归一阶滤波器获取原始信号的电平；有基于Peak和基于RMS两种方法；Peak是生成信号电平的峰值包络，RMS是计算前N个样本的RMS值作为当前样本的电平。电平检测的作用是对于一个在原点波动的信号，DRC关心的是信号的峰值或者RMS值，而不关心信号的振荡情况。电平检测一阶递归滤波器，使用Attack time或者release time作为滤波器的系数进行控制。