DE2749986C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine adaptive Signalbewertungs- Filteranordnung zur Übertragung eines elektrischen Signals über einen Signalweg, mit einem steuerbaren Filter, dessen Frequenzgang sich in Abhängigkeit von einem Filtersteuersignal ändert, und mit einer Steuereinrichtung zur Erzeugung des Filtersteuersignals.

Bei der Übertragung von elektrischen Tonfrequenzsignalen über Rundfunktkanäle sowie über Tonbandaufzeichnungs- und Wiedergabekanäle ergeben sich erhebliche Rausch- und Störsignale, die um so stärker in Erscheinung treten, als sonstige moderne Tonfrequenzbauteile als solche lediglich ein geringes Rauschen aufweisen.

Eine Möglichkeit zur Verringerung der Auswirkungen des durch derartige Übertragungskanäle hervorgerufenen Rauschens besteht in einer Codierung des Tonfrequenzsignals (üblicherweise durch Komprimierung oder Dynamikpressung des dynamischen Bereichs der Signale) bei der Aufzeichnung oder Aussendung des Signals und in der Decodierung des Signals (üblicherweise durch Dynamikdehnung des dynamischen Bereiches des komprimierten Signals) bei der Wiedergabe.

Ein Beispiel dieser Technik, die allgemein als Kompandertechnik bezeichnet wird, ist in der US 37 89 143 beschrieben. Bei derartigen Kompander-Rauschverringerungssystemen ergibt sich jedoch die Modulation des Systemrauschens durch das Tonfrequenzsignal, so daß die wahrnehmbare Klangreinheit verschlechtert wird. Diese Rauschmodulation tritt insbesondere dann auf, wenn die übertragenen Signale eine relativ große Spektralreinheit aufweisen, das heißt wenn der dominierende oder größere Teil der Signalenergie in einem bestimmten Teil des Tonfrequenzspektrums konzentriert ist und sich nur sehr geringe Energie- oder Informationsanteile in anderen Bereichen des Tonfrequenzspektrums befinden. Wenn beispielsweise ein Tonfrequenzsignal überwiegend Energie bei niedriger Frequenz enthält, wie zum Beispiel ein Signal, das einen eine tiefe Frequenz aufweisenden Klavierton oder eine Kesselpauke darstellt, so bewirkt das Tonfrequenzsignal, obwohl es im Sinne einer 'Überdeckung' der niederfrequenten Teile des Systemrauschens wirkt, außerdem eine Modulation der eine mittlere oder hohe Frequenz aufweisenden Teile des Systemrauschens, so daß ein an- und abschwellender oder Atemeffekt in dem wahrgenommenen Klang hervorgerufen wird. In gleicher Weise wirkt ein Tonfrequenzsignal, das überwiegend hochfrequente Energieanteile aufweist (wie es beispielsweise von einer Triangel hervorgerufen wird) im Sinne einer Überdeckung des höherfrequenten Rauschens, es moduliert jedoch die eine niedrige oder mittlere Frequenz aufweisenden Teile des Systemrauschens, so daß eine in gleicher Weise störende Modulation hervorgerufen wird. Eine ausführliche Erläuterung der Überdeckung von Rauschen durch Tonsignale findet sich in der Literaturstelle 'Journal of the Acoustical Society of America', Band 41, Nr. 3 (1967) Seiten 700 bis 705.

Dieses Problem der Rauschmodulation kann durch bekannte Mehrband- Kompandersysteme beseitigt werden, doch sind diese Systeme kompliziert, kostspielig und sie multiplizieren Frequenzübertragungsfehler, sodaß sie für die Verwendung bei allgemeinen Anwendungen, beispielsweise im privaten Bereich unpraktisch sind. Weiterhin sind derartige Systeme unerwünscht, weil die Steuerfunktionen der Systeme üblicherweise durch Absolutsignalpegel bestimmt sind.

Aus der GB 13 93 690 ist weiterhin eine adapive Filteranordnung bekannt, die im Ruhezustand ein Bandpaßfilter mit einer Mittenfrequenz von etwa 700 Hz darstellt. Auf diese Weise wird das Kanalrauschen in den höher- und niederfrequenten Bereichen im Ruhezustand begrenzt. Bei Auftreten einer Signalenergie in einem oberhalb oder unterhalb dieser Mittenfrequenz liegenden Frequenzbereich wird die obere bzw. untere Grenzfrequenz dieses Bandpaßfilters entsprechend erhöht bzw. erniedrigt, doch kann auch hierbei das Problem der Rauschmodulation nicht vollständig beseitigt werden.

Gleiches gilt auch für ein dynamisches Rauschfilter gemäß der US 36 78 416, das steuerbare Hochpaß- und Tiefpaßfilter zur Filterung der Nieder- und Hochfrequenzanteile des Eingangssignals aufweist. Die Steuereinrichtungen zur Erzeugung des Steuersignals steuern hierbei die Grenzfrequenz der entsprechenden Nieder- und Hochfrequenzfilter in Abhängigkeit von dem jeweils in diesem Frequenzbereich liegenden Pegel der Eingangssignale.

Eine adaptive Signalbewertungs-Filteranordnung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 20 35 479 bekannt. Diese bekannte Filteranordnung ist Teil eines Kompandersystems, bei dem bei niedrigen Eingangssignalpegeln eine stärkere Anhebung, das heißt Verstärkung des Eingangssignals im höheren Frequenzbereich als im niedrigeren Frequenzbereich, etwa unterhalb von 1000 Hz. erfolgt. Bei höheren Eingangssignalpegeln wird, um die gewünschte Kompressorwirkung zu erzielen, die Verstärkung des Eingangssignals verringert wobei gleichzeitig ggf. eine Absenkung der höherfrequenten Signalanteile erfolgt. Der Frequenzgang des Filters hängt damit von dem Gesamtpegel des Signals ab. Auch hierbei ist eine Rauschmodulation nur sehr schwierig zu verhindern, da ein Vergleich der Signalkomponenten in verschiedenen Frequenzbereichen nicht vorgenommen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine adaptive Signalbewertungs- Filteranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine Verringerung des Rauschens in Tonfrequenzsignalen ermöglicht, ohne daß eine Modulation des Systemrauschens durch das Nutzsignal auftritt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Filteranordnung wird die Größe der Signalenergie in einem Spektralbereich mit der Signalenergie in einem anderen Spektralbereich verglichen und das Filtersteuersignal wird in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs erzeugt, so daß das Filtersteuersignal unabhängig von den Pegeleinstellinformationen bei dem Codierungs- und Decodierungssystemen ist und von Signalverhältnissen und nicht durch Absolutsignale bestimmt ist.

Das steuerbare Filter spricht auf dieses Filtersteuersignal an, um den Spektralbereich der dominierenden Signalenergie des übertragenen Signals gegenüber den anderen Spektralbereichen des übertragenen Signals um einen Wert zu ändern, der von dem Steuersignal abhängt.

Für die Codierung und Decodierung der übertragenen Signale werden in üblicher Weise zwei zueinander komplementäre steuerbare Filter verwendet, so daß der Spektralbereich der dominierenden Signaleenergie bei der Codierung einer Anhebung oder Preemphasis und bei der Decodierung einer Absenkung oder Deemphasis unterworfen werden kann, um das Signalrauschen zu verringern. Der hier verwendete Ausdruck 'Preemphasis' soll die Änderung der Größe ausgewählter Frequenzkomponenten eines elektrischen Signals bezüglich der Größe oder der Stärke anderer Frequenzkomponenten zur Verringerung des Rauschens in nachfolgenden Punkten des Systems bedeuten. Diese Änderung kann in negativer Weise erfolgen, bei der die Stärke der ausgewählten Frequenzkomponenten verringert wird, oder die Änderung kann in positiver Richtung erfolgen, wobei die Stärke der ausgewählten Frequenzkomponenten vergrößert wird. In ähnlicher Weise soll der hier verwendete Ausdruck 'Deemphasis' bedeuten, daß die ausgewählten Frequenzkomponentes des codierten Signals in entweder negativer oder positiver Richtung in komplementärer Weise zur Änderung des ursprünglichen Signals geändert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Filteranordnung so modifiziert, daß zusätzlich Kompandiertechniken verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der adaptiven Signalbewertungs-Filteranordnung zur Verwendung als Codiersystem

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der adaptiven Signalbewertungs-Filteranordnung als Decodiersystem, das in Verbindung mit dem System nach Fig. 1 verwendbar ist,

Fig. 3 ein Schaltbild der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Schaltbild der Ausführungsform nach Fig. 2,

Fig. 5A und 5B zwei beispielhafte idealisierte Amplituden-Frequenzgang- Kurven der Pfade für niedrige und hohe Frequenzen des steuerbaren Filters der Ausführungsform nach Fig. 3,

Fig. 6 eine Gruppe von beispielhaften Amplituden-Frequenzgang-Kurven für verschiedene Tonfrequenzsignale, deren Signalenergie in verschiedenen Teilen des Tonfrequenzspektrums konzentriert ist, wobei diese Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise der Ausführungsform nach Fig. 3 dient,

Fig. 7 zwei beispielhafte Einton-Amplituden-Frequenzgang-Kurven der bevorzugten Codier- und Decodiersysteme nach den Fig. 3 und 4.

Bei Signal-Rauschverringerungssystemen müssen irgendwelche Maßnahmen vorgesehen werden, die berücksichtigen, daß das menschliche Ohr für spektral weit von dem Signal entferntes Rauschen außerordentlich empfindlich ist, insbesondere dann, wenn dieses Rauschen nicht konstant ist. Systeme, die Kompandertechniken verwenden, bei denen ein Signal, dessen Hauptenergie in einem Teil des Spektrums konzentriert ist, kompandiert wird, ruft weiterhin "Atem"-Effekte auf Grund von Verstärkungsänderungen hervor, die das Hintergrundrauschen des Aufzeichnungsmediums beeinflussen.

Wenn ein Linienspektrum-Signal mit beispielsweise 100 Hz sich in seiner Intensität auf dem Aufzeichnungsmedium zeitlich ändert, d. h. nach der Kompression, so kann nach der Expansion eindeutig gehört werden, daß sich das Rauschen in dem 1- bis 16-kHz- Bereich mit dem Signal ändert. Aus der vorstehend genannten Literaturstelle ist zu entnehmen, daß verstärkungsmoduliertes Breitbandrauschen in diesem Bereich wahrgenommen werden kann, wenn es 80 dB unter einem Sinusschwingungssignal von 100 Hz bei einem Schalldruckpegel von 100 dB liegt. Magnetband, das bei einer Aufzeichnungsgeschwindigkeit von 19 cm/sec verwendet wird, weist ein Breitbandrauschen von ungefähr 55 dB bei einem Aufzeichnungspegel von 200 nW/m auf. Schallplattenaufzeichnungen sind üblicherweise etwas besser hinsichtlich des kontinuierlichen Rauschens (im Gegensatz zu unregelmäßigem Rauschen und Störungen wie z. B. Knall- und Knackgeräusche). Es wird daher angenommen, daß eine 25-dB-Bewertung des übertragenen Signals am hohen Ende des Spektrums mit einem geringeren Wert in dem mittleren Spektralbereich erforderlich sein würde, und eine Rauschmodulation bei einem Hörpegel mit 100 dB Schalldruckpegel (SPL) unhörbar zu machen. Eine etwas geringere Bewertung würde ausreichend sein, damit dieses Rauschen die Signalqualität nicht mehr verschlechtert.

Bei der im folgenden beschriebenen Filteranordnung wird daher der Signalausgang des Wiedergabesystems in dem Spektralbereich von spektral stark konzentrierten Signalen angehoben oder verstärkt. Entsprechend muß dieses Signal bei der Aufzeichnung in diesem Spektralbereich in komplementärer Weise abgesenkt oder abgeschwächt werden.

Die Filteranordnung verwendet komplementäre Nachlauffilter, die in komplementärer Weise das übertragene Signal bei der Frequenz der dominierenden Signalenergie bei der Aufzeichnung und Wiedergabe ändern. Es sind geeignete Einrichtungen vorgesehen, um Befehle an diese Nachlauffilter zu geben, damit diese bei dem richtigen Spektralenergie-Mittelpunkt des Signals eine Absenkung (Verringerung des Signals) und Anhebung (Verstärkung des Signals) durchführen.

In den Zeichnungen und insbesondere in den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform der adaptiven Signalbewertungs-Filteranordnung gezeigt, die so ausgelegt sind, daß sie den dynamischen Bereich des elektrischen Tonsignals verbessern, das mit E _in bezeichnet ist und dem Eingangsanschluß 22 des Systems zugeführt wird. Das Codierungssystem nach Fig. 1 schließt eine Steuereinrichtung 16 in Form eines adaptiven Signalbewertungsfilters ein, in dem das ankommende Signal im Spektralbereich der dominierenden Signalenergie geändert wird. In ähnlicher Weise weist das in Fig. 2 gezeigte Decodierungssystem eine Steuereinrichtung in Form eines komplementären Nachlauffilters 16 A auf, das diesen Spektralbereich der dominierenden Signalenergie bei der Decodierung des Signals ändert. Wie dies im folgenden noch näher erkennbar ist, können die Filter 16 und 16 A jeweils mit einer Verstärkungssteuereinrichtung verwendet werden, so daß nicht nur der Spektralbereich der dominierenden Signalenergie des übertragenen Signals in komplementärer Weise abgesenkt und angehoben wird, sondern auch das Signal bei der Aufzeichnung bzw. Wiedergabe des Signals komprimiert bzw. expandiert wird.

Entsprechend kann das Filter 16 mit einem insgesamt mit 18 bezeichneten Kompressor verwendet werden, um ein Kompressorsystem (siehe Fig. 1) zur Kodierung eines elektrischen Tonfrequenzsignals E _in vor der Übertragung oder Aufzeichnung zu bilden, wodurch ausgewählte Teile des Tonfrequenzspektrums einer Preemphasis unterworfen werden.

In ähnlicher Weise kann das Filter 16 A mit einem Expander oder Dynamikdehner verwendet werden, der allgemein mit 18 A bezeichnet ist, um ein Dynamikdehnersystem (siehe Fig. 2) zur Decodierung des dem Systemeingangsanschluß 22 A bei der Wiedergabe zugeführten codierten Signals E₁ zu bilden, so daß dieses einer Deemphasis-Wirkung unterworfen wird.

Das Codierungssystem nach Fig. 1 weist ein Eingangspuffer- und Tiefpaßfilter 20 zur Begrenzung der Bandbreite der Programminformation auf, die durch das Codierungssystem hindurch übertragen wird. Der Ausgang des Filters 20 ist mit dem Eingangsanschluß 24 des spannungsgesteuerten Filters 26 verbunden. Das Filter 26 ist mit einem Steueranschluß 28 versehen, der mit der Rückführungs- Steuerschaltung 38 verbunden ist, die weiter unten ausführlicher erläutert wird. Das Filter 26 ist so ausgelegt, daß es den Spektralbereich der dominierenden Signalenergie des Eingangssignals E _in einer Preemphasis bezüglich anderer Spektralbereiche des Eingangssignals unterwirft. Das Filter ist vorzugsweise ein Filter mit kontinuierlich veränderlichem Durchlaßkurven-Senkenpunkt, bei dem die Einsenkung zu jeder Zeit am Spektralbereich der dominierenden Signalenergie liegt. Der Ausgang des Filters 26 ist mit dem Eingangsanschluß 30 der Verstärkungssteuereinrichtung 32 des Kompressors 18 verbunden. Die Verstärkungssteuereinrichtung ist mit einem Steueranschluß 34 versehen, der mit der Rückführungssteuerschaltung 38 verbunden ist. Eine Verstärkungssteuereinrichtung die für die Verstärkungssteuereinrichtung 32 einsetzbar ist, ist in der US 37 89 143 beschrieben. Diese Verstärkungssteuereinrichtung 32 verstärkt den einer Preemphasis unterworfenen Signalausgang des spannungsgesteuerten Filters 26 mit einer veränderlichen Verstärkung, die von dem Steuersignal abhängt, das dem Steueranschluß 34 zugeführt wird. Es ist eine Anzahl von Schaltungen bekannt, die die Signalverstärkung in Abhängigkeit von einem Befehls- oder Steuersignal steuern können. Beispielsweise kann ein durch Licht gesteuerter Widerstand oder ein Feldeffekttransistor oder ein Element in einem Spannungsteiler oder ein bekannter Analogmultiplizierer verwendet werden, der symmetrische Halbleiterpaare oder ähnliches verwendet. In jedem Fall dient die Verstärkungssteuereinrichtung 32 zur Steuerung der Verstärkung des Eingangssignals in Dezibel in Abhängigkeit von dem Steuersignal, das von der Rückführungsschaltung 38 geliefert wird, so daß sich eine Kompression ergibt, bei der die Eingangs- und Ausgangspegel in Dezibel über einen im wesentlichen konstanten Faktor miteinander in Beziehung stehen, der kleiner als 1 ist.

Der Ausgang der Verstärkungssteuereinrichtung 32 ist mit dem System-Ausgangsanschluß 36 und mit der Rückführungsschaltung 38 verbunden. Die Rückführungsschaltung 38 stellt vorzugsweise die Größe der Signalenergie in zwei Spektralbereichen des übertragenen Signals fest, vergleicht die beiden Werte und liefert ein Steuersignal, das von diesem Vergleich abhängt. Der Eingang der Rückführungsschaltung 38 schließt ein Detektor-Bandpaßfilter 40 ein, das die Bandbreite der durch die Schaltung 38 hindurchlaufenden Signale begrenzt. Der Ausgang des Filters 40 ist sowohl mit dem Pegel-Preemphasis-Filter 42 als auch dem Pegel-Formungsfilter 44 verbunden. Das Pegel-Preemphasis- Filter 42 ist vorzugsweise ein Filter mit einer derartigen Frequenzgangscharakteristik, daß das Filter die Signalenergie ausgewählter Frequenzbereiche des durch das Filter hindurch übertragenen Signals weitergeleitet. Das Pegelformungsfilter 44 ist andererseits vorzugsweise ein Filter mit einer Frequenzdurchlaßkurve, die zu der Frequenzdurchlaßkurve des Filters 42 invers ist, so daß die Signalenergie der Frequenzabschnitte des Signals übertragen werden, die nicht von dem Filter 42 übertragen werden. Die Ausgänge der Filter 42 und 44 sind mit den Eingängen identischer logarithmischer Konverterschaltungen 46 bzw. 48 verbunden. Derartige Konverterschaltungen sind ausführlich in der US-Patentschrift 37 89 143 beschrieben und liefern jeweils einen Gleichspannungsausgang, der in logarithmischer Beziehung zum Effektivwert des Signals steht, das von den jeweiligen Filtern 42 und 44 geliefert wird, so daß der Gleichspannungsausgang der Schaltung 46 von dem Energieinhalt des durch das Filter 42 der Rückführungsschaltung 38 übertragenen Signals abhängt, während der Gleichspannungsausgang der Schaltung 48 von dem Energieinhalt des durch das Filter 44 übertragenen Signals abhängt.

Wie dies weiter unten noch näher erkennbar ist, ist der Ausgang der Schaltung 46 identisch zu dem Ausgang einer einzigen Effektivwertschaltung mit einem im wesentlichen ebenen Frequenzgang in dem Frequenzbereich, der durch das Filter 42 bestimmt ist. Daher ist der Ausgang ein Maß des Pegels oder der Amplitude der Energie des übertragenen Signals zumindest in dem Frequenzbereich, der durch das Filter 42 bestimmt ist. Entsprechend kann der Signalausgang der Schaltung 46 zur Befehlsgabe oder Steuerung des Ausganges der Kompressor-Verstärkungssteuereinrichtung 33 entsprechend Kompansionstechniken verwendet werden. Der Ausgang der Schaltung 46 ist daher vorzugsweise mit dem Steueranschluß 34 der Verstärkungssteuereinrichtung 32 verbunden. Weiterhin ist dieser Ausgang der Schaltung 46 mit dem positiven oder nicht invertierenden Eingangsanschluß 52 eines eine Vergleichereinrichtung bildenden Differenzverstärkers 50 verbunden. Der negative oder invertierende Eingangsanschluß 54 des Verstärkers 50 ist mit dem Ausgang der Schaltung 48 verbunden, während der Ausgang des Verstärkers mit dem Steueranschluß 28 des spannungsgesteuerten Filters 26 verbunden ist. Der Verstärker 50 ist von gut bekannter Art und liefert allgemein ein Gleichspannungssignal, dessen Wert von der Spannungsdifferenz zwischen den beiden an den beiden Eingangsanschlüssen 52 und 54 zugeführten Signalen abhängt. Wie es weiter unten noch näher erläuert wird, hängt der Ausgang des Verstärkers 50 von dem Energieverhältnis zwischen den Ausgangssignalen an den beiden Ausgängen der Schaltungen 46 und 48 ab. Der Ausgang des Verstärkers 50 ist genau frequenzabhängig, so daß einfache Änderungen der Amplitude über die gesamte Bandbreite des Eingangssignals E _in ein Ansteigen der Ausgangssignale der beiden Schaltungen 46 und 48 um einen gleichen Betrag hervorrufen, so daß die Differenz zwischen diesen beiden Signalen gleich bleibt. Der Ausgang des Verstärkers 50 steuert daher das spannungsgesteuerte Filter 26, das seinerseits die Preemphasis des Eingangssignals E _in hervorruft. Weiterhin steuert der Ausgang der Schaltung 46 die Verstärkung der Verstärkungssteuereinrichtung 32, die ihrerseits das preemphasierte Ausgangssignal des Filters 26 in Abhängigkeit von dem Ausgangspegel der Schaltung 46 mit einer veränderlichen Verstärkung komprimiert.

Das in Fig. 2 dargestellte Decodierungssystem schließt allgemein die gleichen Elemente wie das Codierungssystem nach Fig. 1 ein, die jedoch so weit abgeändert und anders angeordnet sind, daß sich eine Frequenzsignalbewertungsfunktion ergibt, die im wesentlichen das Komplement der Bewertungsfunktion des Codierungssystems nach Fig. 1 darstellt.

Der System-Eingangsanschluß 22 A (dem das codierte Eingangssignal E₁ zugeführt wird) ist mit dem Eingang des Tiefpaßfilters 20 A verbunden, dessen Ausgang sowohl mit dem Eingangsanschluß 30 A einer Verstärkungssteuereinrichtung 32 A als auch mit dem Eingang eines Bandpaßfilters 40 A in dem Vorwärtssteuerungsweg 38 A verbunden ist. Der Ausgang der Verstärkungssteuereinrichtung 32 A ist mit dem Eingangsanschluß 24 A des spannungsgesteuerten Filters 26 A verbunden und der Ausgang des Filters 26 A ist mit dem System- Ausgangsanschluß 36 A verbunden. Die Bauteile des Vorwärtssteuerpfades 38 A sind in identischer Weise wie die des Rückführungspfades 38 des Codierungssystems aufgebaut, so daß der Ausgang des Bandpaßfilters 40 A mit dem Eingang sowohl des Pegel-Preemphasis- Filters 42 A als auch des Pegelformungsfilters 44 A verbunden ist. Die Ausgänge der Filter 42 A und 44 A sind mit identischen logarithmischen Konverterschaltungen 46 A bzw. 48 A verbunden. Die Ausgänge der Konverterschaltungen 46 A und 48 A sind mit den jeweiligen positiven und negativen Eingangsanschlüssen 52 A und 54 A des die Vergleichereinrichtung bildenden Differenzverstärkers 50 A verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 50 A ist mit dem Steueranschluß 28 A des spannungsgesteuerten Filters 26 A verbunden, während der Ausgang der Konverterschaltungen 46 A weiterhin mit dem Steueranschluß 34 A der Verstärkungssteuereinrichtung 32 A verbunden ist. Der Ausgang der Schaltung 46 A steuert die Verstärkung der Verstärkungssteuereinrichtung 32 A, die ihrerseits die Verstärkung steuert, der das dem Eingangsanschluß 30 A zugeführte Eingangssignal in Dezibeln proportional zu dem Steuersignal unterworfen wird, das von der Vorwärtssteuerschaltung 38 A geliefert wird, so daß sich eine Expansion oder Dynamikdehnung ergibt, bei der die Eingangspegel auf die Ausgangspegel in Dezibeln über einen im wesentlichen konstanten Faktor in Faktor in Beziehung stehen, der größer als 1 ist und der im wesentlichen komplementär, d. h. der invertierte Wert des Verhältnisses des Verstärkungsfaktors ist, der von der Verstärkungssteuereinrichtung 32 des Systems nach Fig. 1 geliefert wird. Weiterhin steuert der Ausgang des Verstärkers 50 A das spannungsgesteuerte Filter 26 A, das seinerseits eine Deemphasis des Eingangssignals E₁ in einer im wesentlichen komplementären Weise zur Preemphasis bewirkt, die in dem System nach Fig. 1 bei der Codierung des Eingangssignals E _in hervorgerufen wird.

Sowohl bei der Codierung als auch bei der Decodierung der Signale ist zu erkennen, daß das komprimierte oder codierte Signal (der Ausgang des Codierungssystems nach Fig. 1 unter Eingang des Decodierungssystems nach Fig. 2) dasjenige Signal ist, das zur Ableitung der verschiedenen Steuersignale verwendet wird.

In den Fig. 3 und 4 sind bevorzugte Ausführungsformen der Codierungs- und Decodierungssysteme nach den Fig. 1 und 2 ausführlicher gezeigt. In Fig. 3 ist der System-Eingangsanschluß 22 mit einem Tiefpaßfilter 20 verbunden, das die Bandbreite der dem Anschluß 22 zugeführten Programminformation begrenzt und eine Pufferung des System-Eingangsanschlusses 22 gegenüber dem übrigen Teil des Systems bewirkt. Das Filter 20 schließt einen Eingangskondensator 100 ein, der über einen Widerstand 102 mit dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 104 und über einen Kondensator 106 mit dem positiven Eingangsanschluß dieses Verstärkers 104 verbunden ist. Der positive Anschluß des Verstärkers 104 ist über den Vorspannwiderstand 108 auf das Erdpotential des Systems vorgespannt, während der negative Eingangsanschluß in gut bekannter Weise mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist. Der Ausgang des Filters 20 wird dem Eingangsanschluß 24 des spannungsgesteuerten Filters 26 zugeführt.

Das Filter 26 umfaßt zwei parallele Übertragungspfade für den Signalausgang des Filters 20. Der erste dieser Pfade weist vorzugsweise einen im wesentlichen festen Übertragungsfrequenzbereich auf und leitet vorzugsweise in der Hauptsache nur relativ hohe Frequenzen des dem Anschluß 24 zugeführten Signals weiter. Dieser erste Pfad schließt einen Filterkondensator 110 ein, dessen einer Anschluß mit dem Eingangsanschluß 24 verbunden ist und dessen anderer Anschluß über den Verbindungspunkt 112 mit einem Anschluß eines Widerstandes 114 und weiterhin über den Anschluß 112 mit einem Kondensator 116 verbunden ist. Der Kondensator 116 ist mit einem Widerstand 118 verbunden, der seinerseits mit dem anderen Anschluß des Widerstandes 114 und damit mit dem Ausgangsanschluß 120 des spannungsgesteuerten Filters 26 verbunden ist.

Der zweite Übertragungspfad überträgt einen Frequenzbereich, (der relativ niedrige Frequenzen einschließt) der in Abhängigkeit von dem dem Steueranschluß 28 des Filters 26 zugeführten Steuersignal veränderlich ist. Dieser zweite Pfad schließt einen Eingangskondensator 122 ein, der in Serie mit einem Eingangswiderstand 124 mit dem Eingangsanschluß des Verstärkungssteuermoduls 126 verbunden ist. Das Modul 126 ist zu den vorstehend beschriebenen Verstärkungssteuereinrichtungen 32 und 32 a äquivalent und wird daher nicht ausführlicher beschrieben. Allgemein verstärkt das Modul 126 den dem Eingangsanschluß des Moduls 126 zugeführten Teil des Signals mit einer Verstärkung, die in Abhängigkeit von dem dem Steueranschluß 28 zugeführten Steuersignal veränderlich ist. Die Verstärkung des dem Eingang des Moduls 126 zugeführten Eingangssignals kann als Verhältnis der Eingangs- und Ausgangspegel in Dezibel ausgedrückt werden, so daß sich ein Faktor ergibt, der kleiner als 1 sein kann, so daß sich eine Kompression ergibt, der gleich 1 sein kann, so daß sich eine Verstärkung von 1 ergibt oder der größer als 1 sein kann, so daß sich eine Expansion oder Dynamikdehnung ergibt. Der Ausgang des Verstärkungssteuermoduls 126 wird dem negativen Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 128 zugeführt. der positive Anschluß des Verstärkers 128 ist über einen Widerstand 130 auf Erdpotential des Systems vorgespannt während der negative Anschluß des Verstärkers 128 über einen Gegenkopplungskondensator 132 und einen Gegenkopplungswiderstand 134 (der parallel zum Kondensator 132 geschaltet ist) mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 128 ist mit einem Kondensator 136 verbunden, der seinerseits über den Widerstand 138 mit dem Ausgangsanschluß 120 verbunden ist. Wie dies bereits erläutert wurde, schließt das Filter 26 einen ersten Pfad (der durch die Kondensatoren 110 und 116 und die Widerstände 114 und 118 gebildet ist) mit einem festen Übertragungsfrequenzbereich ein, der im wesentlichen lediglich die relativ hochfrequenten Teile des Signals am Eingangsanschluß 24 einschließt, und einen zweiten Pfad ein (der durch die Kondensatoren 122 und 132, die Widerstände 124 und 134, das Verstärkungssteuermodul 126 und den Operationsverstärker 128 gebildet ist), dessen Übertragungsfrequenzbereich im wesentlichen lediglich die relativ niederfrequenten Teile des am Eingangsanschluß 24 erscheinenden Signals einschließt. In Abhängigkeit von der Größe des dem Steueranschluß 28 zugeführten Steuersignals ändert sich die Verstärkung des niedrige Frequenzen aufweisenden und über den zweiten Pfad übertragenen Signals, wodurch andererseits der Übertragungsfrequenzbereich des zweiten Pfades geändert wird.

Wie es aus der folgenden Beschreibung der Betriebsweise des Systems anhand der Fig. 5 noch klarer zu erkennen ist, wird, wenn das dem Eingangsanschluß 24 zugeführte Signal dominierende hochfrequente Informationen enthält, d. h. mehr Information in dem hochfrequenten Bereich des Spektrums verglichen mit der Information in dem niederfrequenten Teil des Spektrums, ein relativ großes Signal dem Steueranschluß 28 zugeführt, so daß die Verstärkung des Moduls 126 (die größer als 1 ist) so eingestellt wird, daß die niederfrequenten Teile des über den zweiten Pfad übertragenen Signals gegenüber den dominierenden Hochfrequenzanteilen des über den ersten Pfad übertragenen Signals verstärkt werden. Wenn umgekehrt das dem Eingangsanschluß 24 zugeführte Signal dominierende niederfrequente Informationen enthält, d. h. wenn mehr Information in dem niederfrequenten Bereich des Spektrums verglichen mit der Information in dem hochfrequenten Teil des Spektrums liegen, so wird ein derartiges Signal an den Steueranschluß 28 angelegt, daß die Verstärkung des Moduls 126 (die kleiner als 1 ist) so eingestellt wird, daß die niederfrequenten Anteile des über den zweiten Pfad übertragenen Signals gegenüber den hochfrequenten Teilen des über den ersten Pfad übertragenen Signals abgesenkt oder abgeschwächt werden. Die über die beiden Pfade übertragenen Signale werden am Ausgangsanschluß 120 miteinander vereinigt, worauf sie dem Eingangsanschluß 30 der Verstärkungssteuereinrichtung 32 zugeführt werden, wie dies weiter oben erläutert wurde. Das in dem Filter 26 preemphasierte Signal wird dann mit einer Verstärkung verstärkt, die sich entsprechend der Größe des Steuersignals am Steueranschluß 34 ändert. Der Ausgang der Verstärkungssteuereinrichtung 32 wird dem Ausgangspuffer 140 zugeführt. Der Puffer 140 schließt einen Strom-/Spannungskonverter in Form eines Operationsverstärkers 142 ein, dessen positiver Anschluß über einen Widerstand 144 mit dem Erdpotential des Systems verbunden ist und dessen negativer Eingangsanschluß mit dem Ausgang der Verstärkungssteuereinrichtung 32 sowie mit dem eigenen Ausgang über einen Gegenkopplungswiderstand 146 und einen Kondensator 148 verbunden ist (der Widerstand 146 und der Kondensator 148 sind miteinander parallel geschaltet).

Der Ausgang des Puffers 140 ist über ein Ausgangsnetzwerk 150 mit dem Ausgangsanschluß 36 des Systems verbunden. Das Netzwerk 150 schließt einen Eingangskondensator 150 ein, der über einen Vorspannungswiderstand 156 mit dem Erdpotential des Systems verbunden ist und der mit einem Pol eines Überbrückungsschalters 158 verbunden ist. Dieser Schalter ist mit dem Systemausgangsanschluß 36 verbunden und schaltet in einer ersten in Fig. 3 gezeigten Stellung das Rauschverringerungssystem zwischen den Eingangsanschluß 22 und den Ausgangsanschluß 36 ein, während in einer zweiten Stellung der Eingangsanschluß 22 direkt mit dem Ausgangsanschluß 36 über die Leitung 160 verbunden ist, so daß das Rauschverringerungssystem überbrückt ist.

Der Ausgang des Puffers 140 ist weiterhin mit dem Bandpaßfilter 40 der Rückführungsschaltung 38 verbunden. Das Bandpaßfilter 40 ist vorzugsweise so ausgelegt, daß es in der Hauptsache die Teile des Signals überträgt, die zwischen 30 Hz und 10 kHz liegen, obwohl dieser Durchlaßbereich geändert werden kann. Das Filter 40 schließt einen Eingangskondensator 162 ein, der über einen Widerstand 180 mit dem negativen Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 172 und über die Serienschaltung eines Kondensators 164 und der Widerstände 166, 168 und 170 mit dem positiven Eingang des Verstärkers 172 verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 164 und dem Widerstand 166 ist über einen Widerstand 174 mit Erdpotential des Systems verbunden, während der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 166 und 168 über einen Kondensator 176 mit dem Erdpotential des Systems verbunden ist und der positive Eingangsanschluß des Verstärkers 172 ist über einen weiteren Kondensator 178 mit Erdpotential verbunden. Der negative Eingangsanschluß des Verstärkers 172 ist über einen Kondensator 182 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 168 und 170 verbunden und außerdem an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen.

Der Ausgang des Filters 40 ist mit den Eingängen des Pegel- Preemphasis-Filters 72 und des Pegelformulierungsfilters 44 verbunden. Das Pegel-Preemphasis-Filter 42 ist allgemein ein Hochpaßfilter, das in der Hauptsache die relativ hochfrequenten Anteile des Signalausganges des Filters 40 weiterleitet, während das Pegelformungsfilter 44 allgemein ein Tiefpaßfilter ist, das in der Hauptsache die relativ niederfrequenten Anteile des Signalausganges des Filters 40 weiterleitet. Das in der Zeichnung dargestellte Pegel-Preemphasis-Filter 42 schließt einen Eingangskondensator 194 ein, der über einen Widerstand 196 und die Serienschaltung eines Widerstandes 198 und eines Kondensators 200 mit dem Ausgang des Filters verbunden ist. Das Pegelformerfilter 44 schließt vorzugsweise einen Eingangskondensator 184 ein, der in Serie mit einem Widerstand 186 geschaltet ist, der seinerseits in Serie über einen Widerstand 188 mit dem Ausgang des Filters verbunden ist. Ein Nebenschlußkondensator 190 in Serie mit einem Widerstand 192 verbindet den Verbindungspunkt der Widerstände 186 und 188 mit Erdpotential. Die Ausgänge der Filter 42 und 44 sind mit den Eingängen von logarithmischen Konverterschaltungen 46 bzw. 48 verbunden. Die Schaltungen 46 und 48 arbeiten in der vorstehend beschriebenen Weise, um einen Gleichspannungsausgang zu liefern, der logarithmisch auf den Effektivwert der Signale bezogen ist, die von den Ausgängen der entsprechenden Filter 42 und 44 geliefert werden. Die Größe des Gleichspannungsausganges der Schaltung 46 hängt damit in der Hauptsache von der höherfrequenten Information ab, die über das Bandpaßfilter 40 übertragen wird, während die Größe des Gleichspannungsausganges der Schaltung 48 in der Hauptsache von der niederfrequenten Information abhängt. Durch Wahl geeigneter Werte für die einzelnen Teile der Pegel-Preemphasis- und Pegelformer- Filter 42 und 44 können die amplituden Frequenzgangskurven im wesentlichen komplementär zueinander gemacht werden, wie dies noch näher erläutert wird.

Die Ausgänge der Schaltungen 46 und 48 werden über Widerstände 202 bzw. 204 auf eine positive Gleichspannung vorgespannt und sind mit dem Erdpotential über Kondensatoren 206 bzw. 208 verbunden. Weiterhin ist der Ausgang der Schaltung 48 mit dem positiven Eingangsanschluß des Pufferverstärkers 210 verbunden, während der Ausgang der Schaltung 46 mit dem positiven Eingangsanschluß eines Pufferverstärkers 212 verbunden ist. Der negative Eingangsanschluß des Verstärkers 210 ist über einen Gegenkopplungswiderstand 214 mit dem Ausgang dieses Verstärkers und über einen Widerstand 216 mit dem Schleifer eines Potentiometers 218 verbunden. Weiterhin ist der Ausgang des Verstärkers 212 über Widerstände 234 und 238 mit dem Schleifer eines Potentiometers 240 verbunden. Die Potentiometer 218 und 240 sind vorgesehen, damit der entsprechende Ausgang der Verstärker 210 und 236 eingestellt werden kann, um sicherzustellen, daß die Amplituden- Frequenzgänge zueinander komplementär sind.

Der negative Eingangsanschluß des Verstärkers 212 ist mit seinem Ausgang über den Rückführungswiderstand 220 verbunden.

Der Ausgang des Verstärkers 210 ist über einen Widerstand 222 mit dem negativen Eingangsanschluß 54 des vorstehend beschriebenen Differenzverstärkers 50 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 212 ist über einen Gegenkopplungswiderstand 220 mit seinem negativen Eingangsanschluß und über einen Widerstand 224 mit dem positiven Eingangsanschluß 52 des Verstärkers 50 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 50 ist über einen Widerstand 228 und 230 mit dem Steueranschluß 28 des Verstärkungssteuermoduls 126 verbunden. Ein Gegenkopplungswiderstand 232 ist zwischen dem negativen Eingangsanschluß 54 des Verstärkers 50 und dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 228 und 230 eingeschaltet. Der Differenzverstärker 50 vergleicht daher allgemein die Differenz der Amplitude der Gleichspannungsausgangssignale der Pufferverstärker 210 und 212 und liefert ein Ausgangssignal, das auf die Differenz und damit auf die Frequenz der dominierenden Energie bezogen ist, die den Detektoren 46 und 48 vom Filter 40 geliefert wird.

Zusätzlich ist der Ausgang des Verstärkers 212 vorzugsweise über einen Widerstand 234 an den negativen Eingang des invertierenden Verstärkers 236 geführt. Der positive Eingangsanschluß des Verstärkers 236 ist über einen Widerstand 242 mit Erdpotential verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 236 ist über einen Widerstand 244 zum Steueranschluß 34 des Moduls 32 und mit einem Gegenkopplungswiderstand 246 verbunden, der seinerseits mit dem negativen Eingangsanschluß des Verstärkers 236 verbunden ist. Der Verstärker 236 invertiert allgemein das Signal, das seinem negativen Eingangsanschluß von dem Pufferverstärker 212 zugeführt wird, um so ein Steuersignal für den Steueranschluß 34 der Verstärkungssteuereinrichtung 32 zu erzeugen.

Das in Fig. 4 dargestellte Decodiersystem ist ähnlich wie das Codiersystem nach Fig. 3 aufgebaut, jedoch mit der Ausnahme, daß das erstere vorzugsweise die niederfrequenten Anteile des von dem Codiersystem gelieferten codierten Signals E₁ entsprechend einer Frequenzbewertungsfunktion deemphasiert, die im wesentlichen das Komplement der Frequenzbewertungsfunktion darstellt, die bei dem Codierungsvorgang erzeugt wird. Im einzelnen ist der Eingangsanschluß 22 A mit einem Tiefpaßfilter 20 A verbunden. Dieses Tiefpaßfilter ist so bemessen, daß die Bandbreite des dem Anschluß 22 A zugeführten codierten Signals E₁ begrenzt wird und der Eingangsanschluß 22 A gegenüber dem übrigen Teile des Systems gepuffert wird. Das Filter 20 A ist gegenüber dem Filter 20 geringfügig abgeändert und weist einen Eingangskondensator 300 auf, der über einen Kondensator 302 und Widerstände 304 und 306 mit dem positiven Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 308 verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 300 und 302 ist über einen Widerstand 310 sowohl mit dem negativen Eingangsanschluß als auch dem Ausgang des Verstärkers 308 verbunden. Ein Kondensator 213 ist zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 304 und 306 einerseits und dem negativen Eingangsanschluß des Verstärkers 308 andererseits eingeschaltet. Ein Kondensator 314 ist zwischen dem positiven Eingangsanschluß des Verstärkers 308 und Erdpotential eingeschaltet. Der Verbindungspunkt des Kondensators 302 und des Widerstandes 304 ist über einen Widerstand 316 mit Erdpotential und außerdem mit dem Kontaktarm eines Schalters 318 verbunden. Der Kontaktarm ist zwischen einer ersten Stellung, in der der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 302 und dem Widerstand 304 mit einer Leitung 160 A verbunden ist, und einer zweiten Stellung beweglich, in der der Verbindungspunkt mit der Leitung 160 A nicht verbunden ist.

Der Ausgang des Filters 20 A ist mit der Vorwärtssteuerschaltung 38 A verbunden, die identisch zur Rückführungsschaltung 38 ist. Der Ausgang des Filters 20 A ist weiterhin über einen Kondensator 320 und einen Widerstand 322 mit dem Eingangsanschluß 30 A der Verstärkungssteuereinrichtung 32 A verbunden, die identisch zur Verstärkungssteuereinrichtung 32 nach Fig. 3 ist. Der Steueranschluß 34 A der Verstärkungssteuereinrichtung 32 A ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 244 A und 246 A am Ausgang eines Verstärkers 236 A verbunden, so daß die Verstärkungssteuereinrichtung 32 A ein Steuersignal von der Vorwärtssteuerschaltung 38 A in ähnlicher Weise empfängt, wie dies anhand der Verstärkungssteuereinrichtung 32 nach Fig. 3 beschrieben wurde. Die von der Verstärkungssteuereinrichtung 32 A hervorgerufene Verstärkung ist jedoch im wesentlichen das Komplement der von der Verstärkungssteuereinrichtung 32 erzeugten Verstärkung. Wenn daher die Verstärkungssteuereinrichtung 32 eine Komprimierung des Signals während des Codierungsvorganges durchführt, führt die Verstärkungssteuereinrichtung 32 A eine Expandierung des Signals während des Decodierungsvorganges auf den ursprünglichen Pegel durch. Der Ausgang der Verstärkungssteuereinrichtung 32 A ist mit dem Eingangsanschluß 24 A des spannungsgesteuerten Filters 26 A verbunden. Dieses Filter liefert eine Bewertungs­ funktion, die im wesentlichen exakt komplementär zu der Bewertungsfunktion des Filters 26 des Codierungssystems nach Fig. 3 ist, so daß, wenn das Filter 26 nach Fig. 3 den niederfrequenten Anteil des Eingangssignals E _in bezüglich der hochfrequenten Anteile verstärkt, das Filter 26 A in komplementärer Weise die entsprechenden niederfrequenten Anteil des codierten Eingangssignals E₁ bezüglich der entsprechenden hochfrequenten Anteile abschwächt. Das Filter 26 A umfaßt zwei parallele Übertragungspfade für den Signalausgang der Verstärkungssteuereinrichtung 32 A, der einem Eingang 24 A zugeführt wird. Der erste dieser Pfade weist vorzugsweise einen im wesentlichen festen Übertragungsfrequenzbereich auf und läßt vorzugsweise hauptsächlich nur relativ hohe Frequenzen des dem Eingangsanschluß 24 A zugeführten Signals durch. Dieser erste Pfad schließt einen Operationsverstärker 324 ein, dessen negativer Eingangsanschluß mit dem Eingangsanschluß 24 A des Filters 26 A verbunden ist, während der positive Eingangsanschluß dieses Verstärkers mit dem Erdpotential über einen Widerstand 326 verbunden ist. Es sind drei Gegenkopplungspfade zwischen dem negativen Eingangsanschluß und dem Ausgang des Verstärkers 324 vorgesehen. Der erste Gegenkopplungspfad besteht aus einem Widerstand 328, der in Serie mit einem Kondensator 330 geschaltet ist, während der zweite aus einem Widerstand 332 und der dritte aus einem Kondensator 334 besteht. Der Ausgang des Verstärkers 324 ist weiterhin mit dem Eingangsanschluß 120 A des Filters 26 A verbunden.

Der zweite Signalübertragungspfad wird durch einen Gegenkopplungspfad um den Verstärker 324 herum gebildet und überträgt Signale über einen Frequenzbereich (der vorzugsweise in der Hauptsache aus relativ niedrigen Frequenzen besteht), der in Abhängigkeit von der Amplitude des Steuersignals veränderlich ist, das dem Steueranschluß 28 A des Filters 26 A zugeführt wird. Dieser zweite Gegenkopplungspfad schließt einen Eingangskondensator 348 ein, dessen einer Anschluß mit dem Ausgang des Verstärkers 324 verbunden ist während der andere Anschluß mit einem Widerstand 346 verbunden ist. Dieser Widerstand ist mit seinem anderen Anschluß mit dem Eingangsanschluß des Verstärkungssteuermoduls 126 A verbunden. Der Ausgang des Moduls 126 A ist mit dem negativen Eingangsanschluß eines Verstärkers 338 und über einen Kondensator 340 und einen Widerstand 342 (die beide parallel geschaltet sind) mit dem Ausgang des Verstärkers 338 verbunden. Der positive Eingangsanschluß des Verstärkers 338 ist über einen Widerstand 344 mit Erdpotential verbunden, während der Ausgang des Verstärkers über einen Widerstand 336 mit dem Eingangsanschluß 24 A des Filters 26 A verbunden ist.

Das Verstärkungssteuermodul 126 A ist identisch zum Modul 126 nach Fig. 3 und wird daher nicht ausführlich beschrieben. Der Steueranschluß 28 A des Moduls 126 A ist mit der Vorwärtssteuerschaltung 38 A über einen Widerstand 230 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 228 A und 232 A am Ausgang des Differenzverstärkers 50 A verbunden, so daß das Modul 126 A ein Steuersignal von der Vorwärtssteuerschaltung 38 A in einer ähnlichen Weise empfängt, wie dies anhand des Moduls 126 nach Fig. 3 beschrieben wurde. Die Verstärkung des Moduls 126 A ist jedoch im wesentlichen das Komplement zur Verstärkung des Moduls 126. In Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals am Steueranschluß 28 A ändert sich die Verstärkung der über den zweiten Pfad übertragenen niederfrequenten Signalen als Komplement der Verstärkung, die in dem entsprechenden Pfad während des Codierungsvorganges hervorgerufen wurde. Dies bewirkt, daß der Übertragungsfrequenzbereich des zweiten Pfades des Decodierungssystems derart geändert wird, daß die niederfrequenten Anteile des Signals bezüglich der hochfrequenten Anteile dieses Signals so wiederhergestellt werden, wie sie waren, als sie dem Eingangsanschluß 22 des Codiersystems nach Fig. 3 zugeführt wurden, jedoch ohne daß das Rauschen bei Frequenzen moduliert wird, die keine oder nur geringe Signalenergie aufweisen.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die verschiedenen Widerstände und Kondensatoren nach den Fig. 3 und 4 die folgenden in Tabelle I gezeigten Werte:

Tabelle I

In der vorstehenden Tabelle bezeichnen die vorangestellten Buchstaben R bzw. C einen Widerstand bzw. einen Kondensator, auf dessen Wert die spezielle Bezugsziffer bezug nimmt. Die Bezeichnung µF bezieht sich auf Mikrofarad, nF bezieht sich auf Nanofarad, pF bezieht sich auf Picofarad, K bezieht sich auf Kiloohm und M bezieht sich auf Megohm.

Bei diesen Werten für die einzelnen Bauteile der Schaltungen nach Fig. 3 und 4 können die Amplituden-Frequenzgänge der Filter und die Betriebsweise der Ausführungsform anhand der Fig. 5 bis 7 erläutert werden.

Bei der Codierung des dem Eingangsanschluß 22 nach Fig. 3 zugeführten Eingangssignals wird das System durch das Tiefpaßfilter 20 übertragen, das Frequenzen unterhalb von ungefähr 30 kHz zum Eingangsanschluß 24 des spannungsgesteuerten Filters weiterleitet. Die Übertragung über den durch die Kondensatoren 110 und 116 und die Widerstände 114 und 118 gebildeten ersten Pfad schließt in der Hauptsache den hochfrequenten Anteil des dem Anschluß 24 zugeführten Signals ein und diese Übertragung ist idealisiert in Fig. 5A gezeigt. Der Übertragungspfad beginnt mit der Übertragung bei einer Frequenz von ungefähr 140 Hz und der Anstieg erfolgt mit ungefähr +6 dB/Oktave bis 2120 Hz, von wo ab die Übertragung gleichförmig verläuft. Die Amplituden- Frequenzgangskurve bleibt unabhängig von dem Energieinhalt des Eingangssignals E _in relativ gleich.

Andererseits schließt die Übertragung über den zweiten Pfad, der durch die Kondensatoren 122, 132 und 136, die Widerstände 124, 134 und 138, das Verstärkungssteuermodul 126 und den Verstärker 128 gebildet ist, hauptsächlich den niederfrequenten Energieanteil des dem Anschluß 24 zugeführten Signals ein und ist grob in Fig. 5B gezeigt. Der Übertragungspfad überträgt alle Frequenzen unterhalb von ungefähr 480 Hz und von dieser Frequenz an fällt die Amplituden-Frequenzgangskurve mit einer Rate von -6 dB/Oktave ab. Die Amplitude dieser Kurve verschiebt sich, wenn sich eine Änderung der Energie-Frequenzverteilung des Eingangssignals über allgemein den gesamten Frequenzbereich ergibt. Die Amplitudendurchlaßkurve verschiebt sich jedoch auch mit Änderungen der Verstärkung des Verstärkungssteuermoduls 126, so daß der Übertragungspegel des Übertragungspfades verschoben wird. Wenn daher die Übertragungspfade am Anschluß 120 kombiniert werden, ändert sich die Amplitude des Anteils bei niedrigeren Frequenzen des Signals am Anschluß 120 bezüglich des Anteils mit höheren Frequenzen in Abhängigkeit von der Verstärkung des Verstärkungssteuermoduls 126.

Die Verstärkung des Verstärkungssteuermoduls 126 hängt von dem Gleichspannungsausgangssignal des Differenzverstärkers 50 ab, der seinerseits von den Ausgängen der Verstärker 210 und 212 abhängt und der Ausgang dieser Verstärker ist wiederum abhängig von den Ausgängen der logarithmischen Konverterschaltungen 48 bzw. 46. Der Ausgang der logarithmischen Konverterschaltung 46 wird hauptsächlich von der Hochfrequenz-Information abgeleitet, während der Ausgang der logarithmischen Konverterschaltung 48 hauptsächlich von der niederfrequenten Information abgeleitet wird, die in dem der Rückführungsschaltung 38 zugeführten Signal enthalten ist. Wenn daher der Gleichspannungsausgang des Verstärkers 212 größer als der Gleichspannungsausgang des Verstärkers 210 ist, was anzeigt, daß eine größere Energiemenge in dem hochfrequenteren Anteil des Signals als im niederfrequenteren Anteil des Signals vorhanden ist, so ist der Ausgang des Verstärkers 50 ein positives Gleichspannungssignal, dessen Größe von der den Eingangsanschlüssen zugeführten Eingangssignale abhängt. Das positive Gleichspannungsausgangssignal des Verstärkers 50 wird dem Steueranschluß 28 des Verstärkungssteuermoduls 126 zugeführt, so daß dieses eine Verstärkung von größer als 1 liefert und die niederfrequente Energie wird gegenüber der höherfrequenten Energie verstärkt. Der Ausgang des Anschlusses 120 weist dann einen Amplituden-Frequenzgangsverlauf auf, der den Kurven 6 A oder 6 B nach Fig. 6 ähnlich ist. Die Kurven 6 A und 6 B zeigen die Frequenz-Amplituden-Durchlaßkurven von zwei Eingangssignalen, die eine dominierende Energie bei 10 kHz bzw. 2 kHz aufweisen.

Wenn die Ausgänge der Verstärker 210 und 212 im wesentlichen gleich sind, was anzeigt, daß eine gleiche Energiemenge in den höher- und niederfrequenten Anteilen des Signals vorhanden ist, so sind die den Eingängen des Verstärkers 50 zugeführten Eingangssignale gleich. Der Ausgang des Verstärkers 50 ist daher derart, daß das Modul 126 eine Verstärkung von 1 ergibt, so daß die niederfrequente Information bezüglich der höheren Frequenzanteile weder verstärkt noch abgeschwächt wird, so daß sich eine Frequenzgangskurve ähnlich der Kurve 6 C nach Fig. 6 ergibt. Fig. 6C zeigt die Frequenz-Amplituden-Durchlaßkurve eines Eingangssignals mit einer dominierenden Energie bei 1 kHz. Wie dies gezeigt wurde, tritt diese Kurve 6 C bei einer Verstärkung von 1 auf, wenn der Energieinhalt der höher- und niederfrequenten Anteile des Signals ungefähr gleich ist, während ein Minimum von ungefähr -6 dB bei 1 kHz hervorgerufen wird. Dies ist bedeutsam, weil die Eingänge an den Verstärker 50 von der Größe der Energie in dem dem Rückführungspfad 38 zugeführten Signal in dem Frequenzbereich von 140 und 2120 Hz abhängen (die allgemein als Mittenfrequenzen betrachtet werden, bei denen typischerweise der größte Teil der Energie von Programmeingangssignalen vorhanden ist), während die Auswirkung auf das Signal zwischen diesen Frequenzen minimal ist, wie dies die Kurve 6 C zeigt.

Wenn schließlich der Ausgang des Verstärkers 212 kleiner als der Ausgang des Verstärkers 210 ist, was eine größere Energiemenge in dem niederfrequenten Teil des Signals als im hochfrequenten Bereich anzeigt, so ist der Ausgang des Verstärkers 50 ein negatives Gleichspannungssignal, dessen Größe von der Größe der Differenz der Größe der Signale abhängt, die den Eingangsanschlüssen des Verstärkers zugeführt werden. Das negative Gleichspannungsausgangssignal des Verstärkers 50 wird dem Steueranschluß 28 des Verstärkungssteuermoduls 126 zugeführt, so daß dieses eine Verstärkung von weniger als 1 ergibt und die niederfrequentere Energie wird bezüglich der höherfrequenten Energie abgeschwächt. Bei einem derartigen Fall weist der Ausgang am Anschluß 120 eine Amplituden-Frequenzdurchlaßkurve ähnlich den Kurven 6 D, 6 E oder 6 F nach Fig. 6 auf. Die Kurven 6 D, 6 E und 6 F zeigen die Frequenz- Amplituden-Durchlaßkurven von drei Eingangssignalen, deren dominierende Energie bei 500 Hz, 200 Hz bzw. 50 Hz liegt.

Nachdem das Eingangssignal im Filter 26 einer Preemphasis unterworfen wird, wird dieses Signal in einer Verstärkungssteuereinrichtung 32 in ähnlicher Weise komprimiert, wie dies in der US-Patentschrift 37 89 143 beschrieben ist. Insbesondere stellt die Verstärkungssteuereinrichtung 32 den Ausgang des Filters 26 fest und dient zur Steuerung der dem Ausgang aufgeprägten Verstärkung proportional zum Steuersignal, das von dem Ausgang des Verstärkers 236 der Rückführungsschaltung 38 an den Steueranschluß 34 geliefert wird. Die Verstärkungssteuereinrichtung 32 damit eine Kompression, bei der die Eingangspegel zu den Ausgangspegeln in Dezibel aufeinander über einen im wesentlichen konstanten Faktor bezogen sind, der kleiner als 1 ist. Es sei bemerkt, daß das der Verstärkungssteuereinrichtung 32 zugeführte Steuersignal von der Hochfrequenzenergie des Signals abgeleitet wird und daher nicht durch die veränderliche Verstärkung beeinflußt wird, die durch das Filter 26 hervorgerufen wird und weil die veränderliche Verstärkung des Filters 26 nur den niederfrequenten Anteil des Signals beeinflußt, ist die Übertragung des hochfrequenten Anteils des Signals im wesentlichen unabhängig von dem Energiegehalt des durch das Filter übertragenen Signals.

Bei der Wiedergabe des codierten Signalausganges des Codierers nach Fig. 3 mit Hilfe des Decodierers nach Fig. 4 wird das codierte Signal in komplementärer Weise behandelt, um ein decodiertes Signal zu erzielen. Die Vorwärtssteuerschaltung 38 A arbeitet in der gleichen Weise wie die Rückführungsschaltung 38, so daß, wenn die niederfrequente Energie bezüglich der höherfrequenten Energie des Programmeingangssignals während des Codierungsprozesses geändert wird, die niederfrequente Energie des codierten Signals bezüglich der höherfrequenten Energie während des Decodierungsvorganges in komplementärer Weise geändert wird. Wenn weiterhin das Programmeingangssignal durch die Verstärkungssteuereinrichtung 32 während des Codierungsvorganges komprimiert wird, so wird das codierte Signal in komplementärer Weise durch die Verstärkungssteuereinrichtung 32 A während der Decodierung oder Wiedergabe expandiert.

Eine typische Einton-Durchlaßkurve des beschriebenen Codierungs- und Decodierungssystems ist in Fig. 7 gezeigt. Die Kurve 7 A zeigt ein codiertes Signal am Ausgangsanschluß 36 des Codierers wenn ein Einton-Programmeinrichtungssignal an den Eingangsanschluß 22 angelegt wird. Wenn ein Einton-Signal über den Eingangsanschluß 22 A des Decodierers angelegt wird, so ist die Amplituden- Frequenz-Durchlaßkurve ähnlich der nach Fig. 7 B. Ein Einton- Programmsignal, das über einen Codierer und einen dazu in Reihe geschalteten Decodierer übertragen wird, erzeugt eine im wesentlichen ebene Frequenz-Amplituden-Durchlaßkurvendarstellung.

Die durch die beschriebenen Codierungs- und Decodierungssysteme gebildete Filteranordnung verringert die Rauschmodulation in wenig aufwendiger und unkomplizierter Weise, ohne daß Frequenzgangfehler multipliziert werden.

Es ist zu erkennen, daß die Filter 16 und 16 A ohne eine Komprimierung und Expandierung des übertragenen Signals einfach dadurch verwendet werden kann, daß die Verstärkungssteuereinrichtung 32 des Codierers nach Fig. 1 entfernt wird und der Ausgang des Filters 26 direkt mit dem Ausgangsanschluß 36 und dem Eingang des Bandpaßfilters 40 der Rückführungsschaltung 38 verbunden wird. In gleicher Weise kann die Verstärkungssteuereinrichtung 32 A des Decodierers nach Fig. 2 entfernt werden und der Ausgang des Bandpaßfilters 20 A wird direkt mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Filters 26 A sowie mit dem Eingang des Bandpaßfilters 40 A der Vorwärtssteuerschaltung 38 A verbunden. Die Filter ergeben ein Rauschverringerungssystem durch eine Preemphasis des Spektralbereiches der dominierenden Signalenergie des übertragenen Signals bei der Codierung und eine Deemphasis des codierten Signals in komplementärer Weise bei der Wiedergabe des codierten Signals. Die Eigenart der Pegel-Preemphasis- Filter 42 und 42 A und der logarithmischen Konverterschaltungen 46 und 46 A ist daher so, daß diese Schaltungen zwei Funktionen in dem Kompandor nach den Fig. 1 und 2 erfüllen, d. h. sie wirken als Detektor oder Frequenzdiskriminator eines Spektralbereiches des übertragenen Signals zur Erzeugung des Steuersignals, das den Steueranschlüssen 28 und 28 A zugeführt wird und sie liefern ein Steuersignal zur Steuerung der Verstärkungssteuereinrichtungen 32 und 32 A.

Das beschriebene System ergibt eine rauschverringernde adaptive Signalbewertungs-Filteranordnung, bei der eine adaptive Signalbewertung in einer Weise durchgeführt wird, die unabhängig von den Pegeleinstellforderungen bei den Codier- oder Decodiersystemen ist.

Weiterhin werden alle Steuerfunktionen des Systems durch Signalverhältnisse und nicht durch Absolutwerte bestimmt. Insbesondere wird die Verstärkungssteuerung proportional von dem Effektivwert des Tonfrequenz-Eingangssignals abgeleitet. Weiterhin hängt die relative Preemphasis der niedrigfrequenten und höherfrequenten Anteile des Tonfrequenzspektrums des Signals von der Mittelfrequenzinformation ab, bei der üblicherweise der größte Teil des Signals vorhanden ist. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform liegt der geneigte Teil der Durchlaßkurve nach Fig. 5A zwischen 140 Hz und 2120 Hz während der Abfall der Kurve nach Fig. 5B bei 480 Hz beginnt. Weiterhin ist die der Verstärkungssteuereinrichtung 32 gelieferte Verstärkung von der Hochfrequenzenergie des Signals abhängig, die im wesentlichen unabhängig von der Größe der Preemphasis der niedrigfrequenteren Energie ist.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die tieferfrequente Energie des Einganges bei der Codierung einer Preemphasis gegenüber der Hochfrequenzenergie unterworfen, wobei eine komplementäre Deemphasis bei der Wiedergabe bewirkt wird. Stattdessen kann genauso der Übertragungsbereich des niederfrequenten Pfades der spannungsgesteuerten Filter 26 und 26 A festgelegt werden, während das Hochfrequenz-Durchlaßverhalten des anderen Pfades veränderlich gemacht wird. In einem derartigen Fall würde die niederfrequente Komponente des Signals (die von den Verstärkern 210 und 210 A abgeleitet wird) dem Steueranschluß 34 bzw. 34 A der entsprechenden Verstärkungssteuereinrichtungen 32 bzw. 32 A zugeführt.

Claims (12)

1. Adaptive Signalbewertungs-Filteranordnung zur Übertragung eines elektrischen Signals über einen Signalweg, mit einem steuerbaren Filter, dessen Frequenzgang sich in Abhängigkeit von einem Filtersteuerungssignal ändert, und mit einer Steuereinrichtung zur Erzeugung des Filtersignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16)

• - eine erste Detektoreinrichtung (42, 46) zur Messung der Signalenergie des übertragenen Signals in einem ersten Spektralbereich und zur Erzeugung eines ersten diese Signalenergie darstellenden Signals,
• - eine zweite Detektoreinrichtung (44, 48) zur Messung der Signalenergie des übertragenen Signals in einem zweiten Spektralbereich und zur Erzeugung eines zweiten diese Signalenergie darstellenden Signals, und
• - eine Vergleichseinrichtung (50) zum Vergleich des ersten Signals mit dem zweiten Signal und zur Erzeugung des Filtersteuersignals in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs einschließt, und

daß das steuerbare Filter (26) den Spektralbereich der dominierenden Signalenergie des übertragenen Signals bezüglich zumindestens eines weiteren Spektralbereichs des übertragenen Signals als Funktion des Filtersteuersignals ändert.

2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Detektoreinrichtung (42, 46, 44, 48) jeweils einen logarithmischen Konverter (46, 48) einschließen, der das erste bzw. zweite Signal derart erzeugt, daß dieses Signal logarithmisch auf die Effektivamplitude der Signalenergie in dem ersten bzw. zweiten Spektralbereich bezogen ist.

3. Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichereinrichtung (50) durch eine Einrichtung zur Messung der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal gebildet ist.

4. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Signalweg in Serie mit dem Filter (26) eine Verstärkungssteuereinrichtung (32) eingeschaltet ist, die eine Verstärkung des übertragenen Signals hervorruft, die von einem der ersten und zweiten Signale abhängt.

5. Filteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spektralbereich die höheren und der zweite Spektralbereich die niedrigen Frequenzen einschließt und daß die Verstärkung eine Funktion des ersten Signals ist.

6. Filteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal ein Gleichspannungssignal ist, dessen Amplitude von der Energie in dem mittleren Frequenzteil des übertragenen Signals abhängt.

7. Filteranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Verstärkung größer als 1 ist, so daß das übertragene Signal expandiert wird.

8. Filteranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Verstärkung kleiner als 1 ist, so daß das übertragene Signal komprimiert wird.

9. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Spektralbereiche einander ausschließen und daß der eine Spektralbereich die niedrigen Frequenzen und der andere Spektralbereich die höheren Frequenzen einschließt.

10. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß an entgegengesetzten Enden des Signalwegs, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (26) in dem Signalweg angeordnete und zwischen dem Eingangsanschluß (22) und dem Ausgangsanschluß (36) angeschaltete Einrichtungen einschließt, die zwei parallele Übertragungswege bilden, von denen der erste Übertragungsweg (110-118) feste Übertragungseigenschaften über einen ersten Frequenzbereich aufweist, während der zweite Übertragungsweg (110-118) einen höheren Frequenzbereich durchlassen, während die Frequenzübertragungseigenschaften des zweiten Übertragungsweges (122-138) veränderliche Übertragungseigenschaften über einen zweiten Frequenzbereich aufweist, daß sich veränderlichen Übertragungseigenschaften in Abhängigkeit von der Amplitude des Filtersteuersignals ändern, daß die Frequenzübertragungseigenschaften des einen Übertragungsweges (119-118) einen höheren Frequenzbereich durchlassen, während die Frequenzübertragungseigenschaften des zweiten Übertragungsweges (122-138) den niedrigen Frequenzbereich durchlassen, und daß eine Einrichtung (120) zur Kombination der Ausgangssignale der beiden Übertragungswege vorgesehen ist, die ein kombiniertes Signal entlang des Signalübertragungsweges liefert.

11. Filteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Übertragungsweg (110-118) feste Übertragungseigenschaften über einen Bereich relativ hoher Frequenzen aufweist, während der zweite Übertragungsweg veränderliche Übertragungseigenschaften über einen Bereich relativ niedriger Frequenzen aufweist.