DE3779508T2

DE3779508T2 - Anordnung zur aufzeichnung und wiedergabe von digitalen signalen.

Info

Publication number: DE3779508T2
Application number: DE8787110924T
Authority: DE
Inventors: Shigeyuki Itoh; Akitoshi Tsunoka; Yoshizumi Watatani
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Video Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd Tokio/tokyo Jp Hitachi Video & Inf
Priority date: 1986-07-28
Filing date: 1987-07-28
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2007-07-29
Also published as: JPS6332767A; JPH0734291B2; DE3779508D1; EP0255111B1; US4825305A; EP0255111A2; EP0255111A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Aufzeichnen und Wiedergeben digitaler Signale.
In einem magnetischen Videosignal-Aufzeichnungs-/Wiedergabegerät (im nachfolgenden als VCR abgekürzt) für den Heimgebrauch, dargestellt durch einen Kassetten-VTR, der jetzt im allgemeinen benutzt wird, wird das Videosignal einer Frequenzmodulation (FM) unterzogen und als schräge Aufzeichnungsspuren auf einem Magnetband durch Drehköpfe aufgezeichnet. Das Audiosignal wird als Längsspuren an einem Kantenabschnitt des Magnetbands durch einen festen Kopf mit hoher Grundfrequenz aufgezeichnet.
In den letzten Jahren haben das Magnetband, der Kopf und die Signalaufzeichnungstechnik signifikante Fortschritte gemacht. So ist die Aufzeichnungsdichte in großem Maße erhöht worden. Ein Aufzeichnen hoher Dichte beläuft sich auf das 17-fache, verglichen mit dem VTR, der etwa vor zehn Jahren produziert wurde.
Diese Aufzeichnungstechniken hoher Dichte verwenden eine reduzierte Bandlaufgeschwindigkeit und/oder eine verengte Aufzeichnungsspurbreite. Die Bandlaufgeschwindigkeit beträgt beispielsweise 11 mm pro Sekunde und die Spurbreite beträgt beispielsweise 20 µm.
Bei dem Audiosignalaufzeichnungssystem, das einen festen Kopf benutzt, verschlechtert eine derartige langsame Bandlaufgeschwindigkeit die Charakteristik der Tönhöhenschwankung durch ungleichmäßigen Bandlauf, das Signal-zu-Rauschverhältnis bei der Wiedergabe, die Charakteristik der Wiedergabefrequenz oder ähnliches, was in einer unzureichenden Klangqualität resultiert. Somit ist es schwierig, gleichzeitig der Notwendigkeit zu genügen, die Größe, das Gewicht und Kosten zu reduzieren, und der Notwendigkeit, die Bildqualität und die Klangqualität zu verbessern.
Gemäß einem Verfahren zum Kompatibelmachen beider Notwendigkeiten wird das Audiosignal auch in ein FM-Signal umgewandelt und auf einer Videosignal-Aufzeichnungsspur durch einen Drehkopf aufgezeichnet. Durch Verwenden dieses Verfahrens wird die Verschlechterung bei der Klangqualität, wie beispielsweise der Charakteristik der Tonhöhenschwankung durch ungleichmäßigen Bandlauf, dem Signal-zu-Rauschverhältnis bei der Wiedergabe und der Charakteristik der Wiedergabefrequenz eliminiert, und das Audiosignal wird mit hoher Klangqualität wiedergegeben. Bei diesem System wird dann das Audiosignal und das Videosignal jedoch auf einem identischen Teil einer identischen Spur aufgezeichnet. Dies resultiert in einem Problem, daß das spätere Aufzeichnen des Audiosignals (Aufzeichnen des Audio-/Videosignals auf ein Band, auf dem schon Information aufgezeichnet ist) in dem Editierbetrieb oder ähnlichem unmöglich ist.
Deshalb ist ein weiteres Verfahren zum Kompatibelmachen der oben beschriebenen Notwendigkeiten in der JP-A-55-32296 (offengelegt am 4. März 1980) beschrieben. Gemäß diesem Verfahren ist das Magnetband um einen Drehzylinder gewickelt, und zwar mit einem Winkel, der um θ größer ist als beim Stand der Technik, und eine Spur ist in eine Videosignalaufzeichnungsspur und eine Audiosignalaufzeichnungsspur (entsprechend dem θ-Teil) aufgeteilt. Auf dieser Audiosignalaufzeichnungsspur wird das zeitkomprimierte Audiosignal aufgezeichnet. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Klangqualität kompatibel zu der Audio- Nachsynchronisierungsfunktion zu verbessern.
Als Anwendung dieses Verfahrens ist in der JP-A-58-222402 (offengelegt am 24. Dezember 1983) ein VCR mit einem Modus zum Aufzeichnen des Videosignals und des Audiosignals und einem Modus zum Aufzeichnen nur des Audiosignals vorgeschlagen worden. In diesem VCR ist die Videosignalaufzeichnungsspur in eine Vielzahl von Teilen aufgeteilt. Das zeitkomprimierte Audiosignal ist auf jeder der so aufgeteilten Spuren aufgezeichnet. Eine ähnliche Technik ist in dem US-Patent 4 558 378 offenbart.
Bei dem VCR für daheim ist es notwendig, die Aufzeichnungszeit des Magnetbandes so weit wie möglich zu verlängern und die Bandbenutzungseffizienz zu erhöhen. Daher ist es wünschenswert, daß der Bereich zum Aufzeichnen des oben beschriebenen zeitkomprimierten Audiosignals so klein wie möglich ist.
Es gibt jedoch eine Grenze bezüglich der Wellenlänge, die auf dem Magnetband aufgezeichnet werden kann. Bei heutzutage benutzten Aufzeichnungs-VCRs für daheim mit hoher Dichte ist die aufzeichenbare Wellenlänge meistens etwa 7 bis 8 MHz.
Andererseits sind die Forderungen zum Erreichen der hohen Klangqualität wie folgt:
Dynamikbereich: 80 dB oder mehr
Frequenzband: 15 kHz oder mehr
Nimmt man an, daß die Pulscodemodulation (PCM) benutzt wird, um diese Klangqualität zu erhalten, brauchen sogar Audiosignal-Daten:
32 (kHz) x 16 (Bit) x 2 (ch) 1,024 Mbits/s
Nimmt man an, daß die Zeitbasis auf 1/6 komprimiert ist (der Audiosignalaufzeichnungsbereich entspricht etwa 30º des Bandführungswinkels; und der Videosignalaufzeichnungsbereich entspricht etwa 1800 des Bandführungswinkels), wird die Übertragungsrate der Audiodaten, die für die Aufzeichnungsoperation erforderlich ist, dargestellt als:
1,024 (Mbits/s) x 6 = 6,144 (Mbits/s)
Darüberhinaus ist es notwendig, die Adressdaten, die Fehlerkorrekturdaten und ähnliches aufzuzeichnen. Die erforderliche Übertragungsbitrate des Aufzeichnungssignals hängt von dem Modulationsschema ab und beträgt 10 bis 15 Mbits/s.
Um die oben beschriebene Verbesserung der Klangqualität, eine Nachaufzeichnungsfunktion des Audiosignals und eine Aufzeichnungsoperation hoher Dichte zu erhalten, ist es unbedingt notwendig, ein Signalaufzeichnungsverfahren zu verwenden, das eine Reduktion der Übertragungsbitrate erleichert und eine hohe Klangqualität sicherstellt.
Der oben beschriebene Stand der Technik schenkt diesem Punkt keine Beachtung.
Das Dokument GB-A-2 147 165 offenbart eine Dynamikbereichssteuerung für digitale Audiosignale. Sie umfaßt einen Pegeldetektor zum Erzeugen eines Steuersignals für die Verstärkungsfunktion des Hauptsignalpfades in einer Vorwärtskopplungsart. Der Detektor vergleicht das digitale Eingangssignal mit einem gespeicherten Signal. Bei einem positiven Ergebnis wird die Differenz zwischen den verglichenen Signalen mit einem Einschwingkoeffizienten multipliziert und das resultierende Signal wird von dem Detektor ausgegeben. Bei einem negativen Ergebnis wird der gespeicherte Wert mit einem Wiedergewinnungskoeffizienten multipliziert und das resultierende Signal wird von dem Detektor ausgegeben.
Der Artikel "A Satellite Communications, Broadcast-Quality Amplitude Compander", veröffentlicht in dem Journal of Audio Engineering, Bd. 29, 1981, Seiten 690 bis 698, erwähnt, daß eine Frequenzantwort-Preemphase und eine -Deemphase in seiner Kompandiereinrichtung verwendet wird, um "Förder- oder Abrieb-"Nebeneffekte unhörbar zu machen. Eine Pre- und Deemphase (Anheben und Absenken) bringt eine sofortige Verbesserung des S/N-Verhältnisses und kann auch gemessen werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Digitalsignal-Aufzeichnungs-/Wiedergabegerät zu schaffen, das zum Aufzeichnen eine hohe Klangqualität haben kann, mit hoher Dichte aufzeichnen und einen Klang oder ein Bild nachaufzeichnen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Dynamikbereich eines Digitalsignals (das durch Umwandeln eines eingegebenen Audiosignals in ein Digitalsignal von sagen wir 16 Bits durch einen Analog/Digitalwandler erhalten ist) durch eine Kompressionseinrichtung komprimiert (zu sagen wir einer logarithmischen Hälfte), und dadurch werden die Informationsbits des Digitalsignals (in sagen wir 10 Bits) komprimiert. Das resultierende Signal wird einer Verarbeitung wie einer Zeitbasiskompression und einer Modulation unterzogen, um auf einem Aufzeichnungsmedium wie beispielsweise einem Magnetband aufgezeichnet zu werden. Während der Wiedergabeoperation wird ein Digitalsignal mit sagen wir 10 Bits, das durch Anwenden der Demodulation und einer Zeitbasisexpansion auf das wiedergegebene Signal abgeleitet ist, (zu beispielsweise einem 16-Bit-Digitalsignal) expandiert, um den ursprünglichen Dynamikbereich zu haben, und zwar durch eine Expansionseinrichtung mit einer Charakteristik, die der Kompressionscharakteristik des oben beschriebenen Dynamikbereichs entgegengesetzt ist. Das so expandierte Digitalsignal wird beispielsweise einem Digital/Analogwandler zugeführt, um ein wiedergegebenes Audiosignal zu erzeugen. Es ist somit möglich, die Anzahl der Bits des aufgezeichneten Digitalsignals auf mindestens die Hälfte zu komprimieren, während ein Dynamikbereich hoher Klangqualität von nicht weniger als 80 dB und ein Frequenzband, das nicht enger als 15 kHz ist, beibehalten werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt jede der oben beschriebenen Einrichtung zum Komprimieren des Dynamikbereichs des Digitalsignals und der Einrichtung zum Expandieren von ihm einen zweiten Anhebeschaltkreis bzw. einen ersten Anhebeschaltkreis einschließlich von IIR (unbegrenztes Ansprechen auf einen Impuls)-Digitalfiltern, eines Gewichtungsschaltkreises, eines Amplitudenpegelerfassungsschaltkreises und eines Teilungs-/Multiplikationsschaltkreises. Deshalb können die Kompressionseinrichtung und die Expansionseinrichtung einzeln vorgesehen sein, um die unten beschriebene Operation durchzuführen. Alternativ dazu kann eine einzige Kompressions-/Expansionseinrichtung vorgesehen sein, die die unten beschriebene Operation durchführt. Der letztere Fall wird nun beschrieben werden.
Die Operation in dem Kompressionsmodus (d.h. in dem Aufzeichnungsmodus) ist wie folgt. Ein Digitalsignal, das aus sagen wir 16 Bits zusammengesetzt ist, die von einer Eingangssignalquelle einschließlich von beispielsweise einem D/A-Wandler zugeführt sind, wird durch das Ausgangssignal (Kompressionssteuersignal) des Amplitudenpegelerfassungsschaltkreises geteilt, dem ein Signal zugeführt wird, das in seinem hohen Frequenzbereich durch den zweiten Anhebeschaltkreis, den ersten Anhebeschaltkreis und den Gewichtungsschaltkreis angehoben worden ist. Der Dynamikbereich wird somit logarithmisch auf die Hälfte komprimiert. Das komprimierte Digitalsignal, das aus sagen wir 10 Bits zusammengesetzt ist, wird als das komprimierte Ausgangssignal aus dem ersten Anhebeschaltkreis erhalten.
In dem Aufzeichnungsmodus haben der erste Anhebeschaltkreis und der Gewichtungsschaltkreis identische hochfrequente Anhebecharakteristiken. Während des normalen Zustandes (d.h. der Betriebsdauer des Erfassungsschaltkreises) wird ein komprimiertes Digitalsignal erhalten, das nur mit Charakteristiken des zweiten Anhebeschaltkreises ausgestattet ist. Unter dem Zustand, der der unempfindlichen Periode des Erfassungsschaltkreises entspricht (d.h. dem Zustand, wo ein kleines hochfrequentes Signal einem niederfrequenten Signal großer Amplitude überlagert ist), wird ein komprimiertes Digitalsignal erhalten, das mit Charakteristiken sowohl des zweiten Anhebeschaltkreises als auch des ersten Anhebeschaltkreises ausgestattet ist. Dies reduziert Rauschen, das durch die Kompression des Dynamikbereichs erzeugt ist, und zwar für die Reduktion der Übertragungsbitrate. Das bedeutet, daß das Atemgeräuschphänomen von Rauschen, das durch das Ändern des Rauschpegels verursacht ist, reduziert wird.
Weiterhin wird das Übergangsantwortänderungssignal in dem Amplitudenpegelerfassungsschaltkreis erzeugt. Das Übergangsantwortänderungssignal erzeugt kurze Einschwingzeitcharakteristiken, um den Überlauf zu verhindern, der durch das Anheben verursacht ist, wenn ein großer Signalpegel anstelle eines kleinen Signalpegels plötzlich eingegeben worden ist. Wenn ein großer Signalpegel plötzlich durch einen kleinen Signalpegel ersetzt worden ist, erzeugt das Übergangsantwortänderungssignal Wiedergewinnungszeitcharakteristiken, nachdem sich eine Kompressionsoperation für eine vorbestimmte Zeit erhöht (d.h. Haltezeitcharakteristik), um das Atemgeräuschphänomen während der Dauer des kleinen Signals zu verringern.
Nun wird der Betrieb in dem Expansionsmodus (d.h. in dem Wiedergabemodus) beschrieben. Ein wiedergegebenes Digitalsignal (beispielsweise aus 10 Bits zusammengesetzt) wird im Hochfrequenzbereich durch den zweiten Anhebeschaltkreis und den ersten Anhebeschaltkreis abgesenkt. Und das wiedergegebene Digitalsignal, das aus 10 Bits zusammengesetzt ist, wird im Hochfrequenzbereich durch den Gewichtungsschaltkreis angehoben und in dem Amplitudenpegelerfassungsschaltkreis amplitudendetektiert, um ein Ausgangssignal (d.h. ein Expansionssteuersignal) zu erzeugen. Das oben beschriebene abgesenkte Signal wird mit dem Expansionssteuersignal multipliziert, um den Dynamikbereich in den ursprünglichen Bereich zu expandieren.
Der erste Anhebeschaltkreis und der zweite Anhebeschaltkreis, die oben beschrieben sind, werden so durch ein Modus-Umschaltsignal gesteuert, um hochfrequente Absenkcharakteristiken während des Wiedergabebetriebs zu haben, entgegengesetzt zu den Charakteristiken, die während des Aufzeichnungsbetriebs erzeugt werden. Weiterhin hat der Erfassungsschaltkreis Einschwingzeitcharakteristiken, Haltezeitcharakteristiken und Wiedergewinnungszeitcharakteristiken, die jenen des Aufzeichnungsbetriebs ähnlich sind. In dem oben beschriebenen Kompressions-/Expansionsgerät kann der zweite Anhebeschaltkreis weggelassen werden, wenn es der Anlaß gebietet.
Auf diese Art wird die Übertragungsbitrate durch die Kompression des Dynamikbereichs reduziert, während die Klangqualitätsverschlechterung, wie beispielsweise das Atemgeräuschphänomen oder ein Überlauf verhindert wird, die durch die Kompression des Dynamikbereichs verursacht sind.
Da die oben beschriebene Kompression und Expansion durch Benutzen seiner Digitalsignalverarbeitung ausgeführt werden, wird eine Uneinheitlichkeit bezüglich der Charakteristiken wie beispielsweise der Einschwingzeitcharakteristiken, der Haltezeitcharakteristiken, der Widergewinnungszeitcharakteristiken und der Anhebecharakteristiken aufgrund von Uneinheitlichkeit der Vorrichtungen verhindert. Da es nicht notwendig ist, die Zeitkonstante, einen Pegel und ähnliches einzustellen und periphere Bauteile für die Zeitkonstante oder ähnliches zu verwenden, kann ein Digitalsignal-Aufzeichnungs-/Wiedergabegerät von geringer Größe und leichtem Gewicht hergestellt werden, das für die Implementierung als IC geeignet ist.
Mehrere andere Aspekte der vorliegenden Erfindung bringen Effekte hervor, wie sie unten beschrieben sind.
(1) Die Übertragungsbitrate wird durch Komprimieren des Dynamikbereichs des Digitalsignals reduziert. Zusätzlich wird die Klangqualitätsverschlechterung, wie beispielsweise das Atemgeräuschphänomen und der Überlauf, verursacht durch die Kompression/Expansion des Dynamikbereichs, verhindert, und zwar durch Vorsehen zweier Schaltkreispfade des Anhebeschaltkreises und des Gewichtungsschaltkreises und durch Aufbauen von Übergangsantwortcharakteristiken, die die Einschwingzeitcharakteristiken, die Haltezeitcharakteristiken und die Wiedergewinnungszeitcharakteristiken enthalten. Die geringe Übertragungsbitrate und die hohe Klangqualität können somit erhalten werden.
(2) Da die Kompression/Expansion des Dynamikbereichs durch eine Digitalverarbeitung ausgeführt wird, werden Vorteile erhalten, wie sie nachfolgend beschrieben sind.
(i) Es gibt keine Änderungen bei den Charakteristiken (wie bei der Anhebung, dem Einschwingen, dem Halten oder dem Wiedergewinnen) von Vorrichtung zu Vorrichtung.
(ii) Da die zeitkonstanten Schaltkreise des oben beschriebenen Anhebeschaltkreises und ähnlichem die Koeffizientendaten bestimmen, sind periphere Bauteile und Einstellpositionen nicht erforderlich.
(iii) Die IC-Implementierung und hochdichte Integration sind leicht.
(3) Der Kompressions-/Expansionsbetrieb des Kompressions-/Expansionsgeräts können gemeinsam sowohl für den Aufzeichnungs- als auch den Wiedergabebetrieb benutzt werden, und zwar mittels einer Koeffizienten-Datenumschaltung.
(4) Als ein zusammenfassendes Ergebnis der oben beschriebenen Punkte (1) bis (3) ist es möglich, ein Digitalsignal-Aufzeichnungs-/Wiedergabesystem mit sehr geringer Größe und einem leichten Gewicht aufzubauen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Kompressionsgerät und ein Kompressions-/Expansionsgerät erreicht, wie sie in den Ansprüchen definiert sind.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 und 3 sind Flußdiagramme, die zum Erklären des Betriebs des Geräts der Fig. 1 benutzt werden.
Fig. 4 und 5 sind Blockdiagramme zum Darstellen eines Beispiels eines konkreten Aufbaus eines Kompressions-/Expansionsgeräts, das bei einem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel benutzt ist.
Fig. 6 und 7 sind Blockdiagramme zum Darstellen eines Beispiels eines konkreten Aufbaus eines Hauptteils des Kompressions-/Expansionsgeräts, das in Fig. 5 gezeigt ist.
Fig. 8a bis 8c sind Wellenformdiagramme, die benutzt werden zum Erklären eines Beispiels der Übergangscharakteristiken der Fig. 1, 4 und 5.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Ausführungsbeispiels eines Digitalsignal-Aufzeichnungs-/Wiedergabegeräts.
Das linke (L) und das rechte (R) Audiosignal, die aufzuzeichnen sind, werden zu Eingangsanschlüssen 1 und 2 eingegeben. Das eingegebene Signal wird Bandbegrenzungsfiltern (LPF) 7 bzw. 8 über -Kontakte von Schaltern 5 bzw. 6 zugeführt. Das eingegebene Audiosignal wird nach unten bandbegrenzt, sagen wir auf die Hälfte der Abtastfrequenz (beispielsweise 64 kHz), um das störende Rauschen zu verhindern. Ausgangssignale des LPF 7 und des LPF 8 werden in ein Digitalsignal einer L-R-Reihe umgewandelt, die sagen wir 16 Bits umfaßt, und zwar durch einen Umschaltschaltkreis 9 und einen A/D-Wandlerschaltkreis (ADC) 11. Das Ausgangssignal des ADC 11 wird einem digitalen LPF 14 über den -Kontakt eines Schalters 13 zugeführt. Nur die Frequenzkomponenten, die zu dem aufgezeichneten Audiosignalband (bis zu sagen wir 15 kHz) gehören, werden somit durchgelassen und der Abtastfrequenzumwandlung (beispielsweise von 64 kHz auf 32 kHz) unterzogen. Danach wird der Dynamikbereich des angegebenen Audiosignals logarithmisch in einem Verhältnis von sagen wir 2/3 bis 1/2 in einem Kompressions-/Expansionsgerät 16 komprimiert. In diesem Fall wird die Datenkompression von 16-Bit-Daten zu 10-Bit-Daten ausgeführt. Das Ausgangssignal des Kompressions-/Expansionsgeräts 16 wird einem 10-zu-8-Bit-Signalwandler zugeführt, wo eine Segmentkompression auf die 10-Bit-Daten angewendet wird, um 8-Bit-Daten zu erzeugen. In einem Verarbeitungsschaltkreis 27 für das aufgezeichnete Signal, der einen PCM-Modulationsschaltkreis enthält, werden die Fehlerkorrekturdaten, eine Adresse und ähnliches zu den 8-Bit-Daten hinzugefügt und die resultierenden Daten der Zeitbasiskompression und einer Modulation unterzogen.
Die resultierenden Daten werden auf einem Magnetband 31 durch einen Drehkopf 29 aufgezeichnet. Ein von dem Magnetband 31 durch einen Drehkopf 30 wiedergegebenes Signal wird einer Wellenformgleichrichtungsverarbeitung unterzogen, und danach werden die Daten einer Wiedergabe in einem Datenstrobeschaltkreis 32 unterzogen, um ein wiedergegebenes Digitalsignal zu erzeugen. Dieses wiedergegebene Digitalsignal wird einer Demodulation, einer Zeitbasisexpansion und ähnlichem in einem Verarbeitungsschaltkreis für das wiedergegebene Signal unterzogen, der einen PCM-Demodulationsschaltkreis enthält, um wiedergegebene 8- Bit-Daten zu erzeugen. Das Ausgangssignal des PCM-Demodulationsschaltkreises 28 wird einer Datenexpansion von 8-Bit-Daten zu 10-Bit- Daten in einem 8-zu-10-Bit-Signalwandler unterzogen und dann in den ursprünglichen Dynamikbereich in dem Kompressions-/Expansionsgerät 16 expandiert, was in 16-Bit-Daten resultiert. Der erste Anhebeschaltkreis 21 und der zweite Anhebeschaltkreis 22 sind so durch ein Koeffizientenumschaltsteuersignal gesteuert, um Charakteristiken aufzuweisen, die unterschiedlich von jenen sind, die während der Signalaufzeichnungsverarbeitung erhalten sind. Das Ausgangssignal des Kompressions-/Expansionsgeräts 16 wird dem digitalen LPF 14 zugeführt, das Charakteristiken aufweist, die durch das Koeffizientenumschaltsteuersignal geändert sind. In dem digitalen LPF 14 werden unnötige Bandkomponenten eliminiert und die Abtastfrequenz wird umgewandelt (von 32 kHz auf 64 kHz). Das Ausgangssignal des digitalen LPF 14 wird in ein analoges Audiosignal umgewandelt, und zwar durch einen D/A-Wandlerschaltkreis (DAC) 12. Das analoge Audiosignal wird abwechselnd zwei Kanalsignalen L und R zugeordnet, und zwar durch einen Umschaltschaltkreis 10. Nachdem unnötige Komponenten durch SW 5, SW 6, LPF 7 und LPF 8 eliminiert worden sind, wird das wiedergegebene Audiosignal von Ausgangsanschlüssen 3 und 4 ausgegeben.
Das Kompressions-/Expansionsgerät 16 umfaßt einen zweiten Anhebeschaltkreis 21, einen ersten Anhebeschaltkreis 22, einen Gewichtungsschaltkreis 23, einen Amplitudenerfassungsschaltkreis 19, einen Teilungsschaltkreis 18, einen Multiplizierschaltkreis 17 und Schalter 20 und 24. Jeder von dem zweiten Anhebeschaltkreis 21, dem ersten Anhebeschaltkreis 22, dem Gewichtungsschaltkreis 23 und dem Amplitudenerfassungsschaltkreis 19 kann aus einem IIR-(unbegrenztes Ansprechen auf einen Impuls)-Digitalfilter aufgebaut sein. Weiterhin kann ein Umschalten zwischen Kontakten und PB in den Schaltern 5, 6, 13, 20 und 24 durch das Verwenden eines Koeffizientensteuersignals bewirkt werden, das einem Eingangsanschluß 15 (der später beschrieben wird) zugeführt wird, obwohl dies nicht im einzelnen gezeigt ist. Der Betrieb des Kompressions-/Expansionsgeräts 16 wird nun unter Bezugnahme auf die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Flußdiagramme beschrieben.
Zuerst wird nun der Aufzeichnungsbetriebsmodus unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Das Ausgangssignal X des digitalen LPF 14 (Schritt c) wird durch das Ausgangssignal (Kompressions-/Expansionssteuersignal) Y des Amplitudenerfassungsschaltkreises 19 in dem Teilungsschaltkreis 18 geteilt (Schritt d). Das Ausgangssignal des Teilungsschaltkreises 18 wird dem zweiten Anhebeschaltkreis 21 und dem ersten Anhebeschaltkreis 22 über den -Kontakt des Schalters 20 zugeführt, um in seinem hohen Frequenzbereich angehoben zu werden (Schritte e und f). Das so angehobene Signal wird zu dem 10-zu-8-Bit-Signalwandler 25 als komprimierter Ausgang ausgegeben. Weiterhin wird ein Teil des Ausgangs des Arihebeschaltkreises 22 zu einer Kombination des Gewichtungsschaltkreises 23 und des Erfassungsschaltkreises 19 zugeführt, was zu der Erzeugung des Kompressions-/Expansionssteuersignals zum Steuern der Kompressions-/Expansionscharakteristiken des Kompressions-/Expansionsgeräts beiträgt, und zwar über den PB-Kontakt des Schalters 24. Der Gewichtungsschaltkreis 23 hat während des Kompressionsbetriebs Charakteristiken, die zu denen des Anhebeschaltkreises identisch sind. Das Ausgangssignal des Anhebeschaltkreises 22 wird weiterhin in seinem 25 hohen Frequenzbereich angehoben, und zwar durch den Schaltkreis 23 (Schritt g) und darauffolgend zu dem Amplitudenerfassungsschaltkreis 19 geführt. In dem Erfassungsschaltkreis 19 wird der Ausgang des Gewichtungsschaltkreises 23 zuerst in einen absoluten Wert gewandelt (Schritt h). Dieser ausgegebene absolute Wert W wird mit dem Ausgangssignal Y des Erfassungsschaltkreises 19 verglichen, das das Kompressions-/Expansionssignal des Kompressions-/Expansionsgeräts 16 ist. Auf der Basis des Vergleichsergebnisses wird das Übergangsantwortänderungssignal ausgegeben. Der Erfassungsschaltkreis 19 arbeitet in einem der drei Operationsmodi, d.h. einem Halte-, einem Wiedergewinnungs- und einem Einschwingmodus, die die Übergangsantwortcharakteristiken des Kompressions-/Expansionsgeräts 16 definieren (Schritte j, k und m).
Der Eingschwingmodus wird angenommen, wenn das Erfassungsausgangssignal Y, das Ausgangssignal W der Absolutwertumwandlung bei Schritt j nicht übersteigt (W ≥ Y). In dem Einschwingmodus ist der Einschwingkoeffizient (m der Fig. 4) als die Erfassungsschaltkreiskonstante des Erfassungsschaltkreises 19 errichtet. (Beispielsweise ist die Einschwingzeit auf 3 ms eingestellt.) In dem Einschwingmodus wird auch der Eingangssignalpegel zu dem Kompressions-/Expansionsgerät 16 erfaßt, und das Kompressions-/Expansionssteuersignal Y wird ausgegeben (Schritte n und p).
Der Haltemodus und der Wiedergewinnungsmodus werden angenommen, wenn bei dem Schritt j W ≤ Y. Zuerst wird der Haltemodus angenommen. (Der Erfassungsbetrieb ist angehalten und der erfaßte Ausgang wird gehalten; nämlich ein Halten des vorangegangenen Wertes wird bewirkt.) Nachdem eine vorbestimmte Zeit vorübergegangen ist (Schritt m) wird der Wiedergewinnungsmodus angenommen. Demgemäß stellt K die Dauer dar, während der das Halten des vorangegangenen Wertes bewirkt wird, und L stellt die vorbestimmte Zeit dar.
In dem Haltemodus wird der Betrieb des Kompressions-/Expansionsgeräts 16 für eine vorbestimmte Zeit (beispielsweise 15 ms) angehalten, um die Atemgeräuschwirkung zu verringern, die durch die Kompression/Expansion verursacht ist. Zuerst wird die Berechnung des Amplitudenerfassungsschaltkreises 19 während der Halteperiode angehalten. Während jener Halteperiode wird das Kompressions-/Expansionssteuersignal, das vor dem Anhalten der Berechnung abgeleitet ist, gehalten (Schritte s und t).
Der Wiedergewinnungsmodus wird angenommen, nachdem die Halteperiode (die beispielsweise 15 ms lang dauert) beendet worden ist. Während der Wiedergewinnungsperiode (die beispielsweise 40 ms lang dauert) wird der Eingangssignalpegel zu dem Amplitudenerfassungsschaltkreis 19 auf Null gesetzt. Nachdem der Wiedergewinnungskoeffizient (n der Fig. 4) als die Erfassungsschaltkreiskonstante des Schaltkreises 19 eingestellt worden ist, wird das Ausgangsberechnungsergebnis des Steuersignals des Erfassungsschaltkreises 19 ausgegeben (Schritte o, q und r). Da der Gewichtungsschaltkreis 23 Charakteristiken aufweist, die identisch zu denen des Anhebeschaltkreises 22 sind, und zwar während des Kompressionsbetriebs des Geräts 16, wird nur die Charakteristik des Anhebeschaltkreises 21 während des normalen Zustandes addiert (d.h. während der Betriebsperiode des Erfassungsschaltkreises 19). Während des Übergangszustands (d.h. während des Unempfindlichkeitszustandes des Erfassungsschaltkreises 19) werden die Charakteristiken sowohl des Anhebeschaltkreises 21 als auch des Anhebeschaltkreises 22 addiert. Auf diese Weise wird das Atemgeräuschphänomen verringert oder unterdrückt und die Klangqualitätsverschlechterung, die durch die Dynamikbereichskompression/-expansion verursacht wird, wird verhindert.
Der Wiedergabebetriebsmodus wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 beschrieben.
Das Ausgabesignal des 8-zu-10-Bit-Signalwandlers 26 wird zu dem Gewichtungsschaltkreis 23 und dem zweiten Anhebeschaltkreis 21 geführt, und zwar über die PB-Kontakte der Schalter 20 und 24 (Schritte h' und a'). Hier werden die Koeffizienten der Anhebeschaltkreise 21 und 22 auf der Basis des Koeffizientensteuersignals umgeschaltet, das von einem Eingangsanschluß 15 eingegeben ist, und sie haben Absenkcharakteristiken (hochfrequente Absenkcharakteristiken). Der Ausgang des zweiten Anhebeschaltkreises wird zu dem ersten Anhebeschaltkreis 22 eingegeben (Schritt b'). Andererseits wird das Ausgangssignal des Gewichtungsschaltkreises 23 zu dem Amplitudenerfassungsschaltkreis 19 eingegeben (Schritte j' bis t'). Die Absenkcharakteristiken der Schaltkreise 21 und 22 löschen (oder bilden inverse Charakteristiken zu) die (den) jeweiligen Anhebecharakteristiken des Geräts 16 während des Kompressionsbetriebs. Das Ausgangssignal des Anhebeschaltkreises 22 wird dem Multiplizierschaltkreis 17 zugeführt. Andererseits wird auch das Ausgangssignal (Kompressions-/Expansionssteuersignal) des Erfassungsschaltkreises 19 dem Multiplizierschaltkreis 17 zugeführt. Jedes Multiplikationsergebnis (Schritt c') wird durch den PB-Kontakt des Schalters 13, das digitale LPF 14, den DAC 12, den Umschaltschaltkreis 10, die Schalter 5 und 6 und die LPFs 7 und 8 geführt, um von den Ausgangsanschlüssen 3 und 4 als der expandierte Ausgang ausgegeben zu werden (Schritte d', e', f', und g'). Da der Betrieb des Amplitudenerfassungsschaltkreises 19 der gleiche wie jener der Fig. 2 ist, wird er hier nicht beschrieben.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel werden 16-Bit-Daten in 8-Bit-Daten komprimiert. Das heißt, daß die Audiodaten auf die Hälfte komprimiert werden. Demgemäß kann die Übertragungsrate des aufgezeichneten Signals auf mindestens die Hälfte reduziert werden. Wenn für die Klangqualität
(1) Abtastfrequenz: 32 kHz
(2) Die Anzahl der Quantisierungsbits: 16 Bits
gilt, erhält man
(1) Audio-Frequenzband: 15 kHz oder mehr
(2) Dynamikbereich: 90 dB oder mehr
Ein Beispiel eines konkreten Schaltungsaufbaus des Kompressions-/Expansionsgeräts 16 ist in Fig. 4 gezeigt.
In Fig. 4 stellen Blöcke 21 und 22, die durch unterbrochene Linien umgeben sind, den zweiten Anhebeschaltkreis bzw. den ersten Anhebeschaltkreis dar. Ein Block 23 stellt den Gewichtungsschaltkreis dar, und ein Block 19 stellt den Amplitudendetektor dar. Der Anhebeschaltkreis 21, der Anhebeschaltkreis 22 und der Gewichtungsschaltkreis 23 sind aus IIR-Digitalfiltern mit ähnlichen Strukturen aufgebaut. Und jeweilige Schaltkreise werden durch Wechselschalter derart gesteuert, um dem R- Signal und dem L-Signal zu entsprechen, die abwechselnd ausgesendet werden.
Der Anhebeschaltkreis 21 enthält Addierer 42 und 43, Multiplizierer 44, 49 und 50, Verzögerungsschaltkreise 46 und 47 für eine Verzögerung, Schalter 45 und 48 zum Schalten von L- und R-Signalen, Koeffizientenspeicher 53, 54, 147 und 148, Schalter 51, 52 und 145 zum Schalten von Koeffizienten, und einen negativen Konverter 55. Der Anhebeschaltkreis 22 enthält Addierer 56 und 57, Multiplizierer 58, 63 und 64, Verzögerungsschaltkreise 60 und 61 für eine Verzögerung, Schalter 59 und 62 zum Schalten von L- und R-Signalen, Koeffizientenspeicher 67, 68, 149 und 150, Schalter 65, 66 und 146 zum Schalten von Koeffizienten und einen negativen Konverter 69. Der Gewichtungsschaltkreis 23 enthält Addierer 70 und 71, Multiplizierer 72, 77 und 78, Verzögerungsschaltkreise 74 und 75 für eine Verzögerung, Schalter 73 und 76 zum Schalten von L- und R-Signalen und Koeffizientenspeicher 79, 80 und 81.
Der Amplitudenerfassungsschaltkreis 19 enthält einen Erfassungsschaltkreisabschitt 38, einen Absolutwert-Konvertier-Schaltkreisabschnitt 82, einen Halteschaltkreisabschnitt 39, Übergangsantwort-Änderungssignalerzeugungs-Schaltkreisabschnitte 40 und 41. Der Erfassungsschaltkreisabschnitt 38 enthält Addierer 84 und 85, einen Multiplizierer 92, Verzögerungsschaltkreise 89 und 90 für eine Verzögerung, Schalter 86 und 91 zum Schalten von L- und R-Signalen, Koeffizientenspeicher 94 und 95, einen Schalter 93 zum Schalten von Koeffizienten und Schalter 83, 87 und 88 für eine Einschwing-, eine Wiedergewinnungs- und eine Haltesteuerung. Der Erfassungsschaltkreisabschnitt 38 hat eine große Zeitkonstante (eine niedrige Grenzfrequenz) verglichen mit jener des Schaltkreisabschnitts 82. Der Halteschaltkreisabschnitt 39 enthält Verzögerungsschaltkreise 99 und 100 für eine Verzögerung, Schalter 96 und 101 zum Schalten von L- und R-Signalen, und Schalter 97 und 98 zum Halten. Die Übergangsantwort-Anderungssignalerzeugungs-Schaltkreisabschnitte 40 und 41 enthalten Komparatorschaltkreise 102 und 105, monostabile Multivibratoren (MMV) 103, 104, 106 und 107 und Schalter 108 und 109 zum Halten von L- und R-Signalen. Der Schaltkreisabschnitt 40 ist vorgesehen zum Steuern des L-Signals, und der Schaltkreisabschnitt 41 ist vorgesehen zum Steuern des R-Signals.
Beispiele der Koeffizienten des Anhebeschaltkreises 21, des Anhebeschaltkreises 22, des Gewichtungsschaltkreises 23 und des Erfassungsabschnitts 38 sind in Tabelle 1 gezeigt. Koeffizienten des Anhebeschaltkreises 21 und des Anhebeschaltkreises 22 werden zwischen der Aufzeichnungsperiode ( ) und der Wiedergabeperiode (PB) geschaltet. TABELLE 1: Koeffizientenwerte der jeweiligen Abschnitte Koeffizientenname Aufzeichnen ( ) Wiedergeben (PB) Zweiter Anhebeschaltkreis Erster Anhebeschaltkreis Gewichtungsschaltkreis Erfassungsschaltkreisabschnitt
Da es nur notwendig ist, daß die Charakteristiken während des Aufzeichnungsbetriebs entgegengesetzt zu jenen während des Wiedergabebetriebs sind, sind nur Schalter zum Schalten von Koeffizienten und Vorzeichenumwandler erforderlich.
In Fig. 4 bestehen jeweilige Blöcke hauptsächlich aus IIR-Digitalfiltern mit identischen Strukturen. Bei der integrierten Schaltkreis-(IC)-Implementierung kann daher ein Ausführungsbeispiel angenommen werden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
In Fig. 5 dient eine IIR-Betriebseinheit 126 als IIR-Digitalfilter; die eine Grundstruktur des Kompressions-/Expansionsgeräts 16 bilden. Ein Beispiel des Aufbaus der IIR-Betriebseinheit ist in Fig. 6 gezeigt. In Fig. 5 dient eine Multiplizier-/Teilungseinheit 116 als der Teilungsschaltkreis 18 und der Multiplizierschaltkreis 17. Daher werden Multiplexer 124 und 128, Verzögerungsschaltkreise 115, 117, 125 und 127 und Wechselschalter 118 und 119 verwendet.
Die Multiplexer (MPX) 124 und 128 werden durch Auswahlsignale S1 und S2 gesteuert, die von Eingangsanschlüssen 112 und 113 eingegeben sind. Ihre Steuermoden sind in Tabelle 2 gezeigt. TABELLE 2: Betrieb der Multiplexer Multiplexer Anschluß 0: Niedriger Pegel 1: Hoher Pegel
Die IIR-Betriebseinheit 126 kann Multiplizierer 155, 157 und 158, Addierer 153 und 154, einen Verzögerungsschaltkreis 156 und Koeffizientenschaltkreise 159, 160 und 161 enthalten, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, um den Betrieb auszuführen.
Jeweilige Koeffizienten werden durch einen Koeffizientensteuerschaltkreis 162 auf der Basis von Auswahlsignalen 51 und 52 gesteuert, die von den Eingangsanschlüssen 112 und 113 eingegeben sind, und einem Koeffizientensteuersignal ( /PB), das von dem Eingangsanschluß eingegeben ist, wie in Tabelle 3 gezeigt ist. Der Verzögerungsschaltkreis in der IIR- Betriebseinheit 126 ist so aufgebaut, daß jeweilige Daten von Signalen R und L gespeichert werden können, und die Signale R und L können auf die gleiche Weise wie in Fig. 4 dargestellt ist abwechselnd verarbeitet werden. Der Verzögerungsschaltkreis wird auch durch ein Haltesteuersignal gesteuert, das von einem Eingangsanschluß 152 eingegeben ist. Die Bezugszeichen 151 und 163 bezeichnen jeweils einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß der Einheit 126. TABELLE 3: Koeffizientensteuerung der IIR-Betriebseinheit Einschwingung Wiedergewinnung
Ein Beispiel des konkreten Aufbaus der Multiplizier-/Teilungseinheit 116, die in Fig. 5 dargestellt ist, ist in Fig. 7 gezeigt. In Fig. 7 enthält die Multiplizier-/Teilungseinheit 116 logarithmische Umwandlungsschaltkreise 135 und 139 zum Umwandeln natürlicher Zahlen in logarithmische mit der Basis 2, einen Addierer 136, einen inversen logarithmischen Umwandlungsschaltkreis 137 zum Umwandeln logarithmierter in natürliche Zahlen und einen Vorzeicheninvertierschaltkreis 138. Auf der Basis des PB/ -Steuersignals, das von dem Eingangsanschluß 15 eingegeben ist, steuert der oben beschriebene Vorzeicheninvertierschaltkreis 138 den Addierer 136, so daß der Ausgang des Addierers 136 während des PB-Betriebs nicht invertiert werden kann und während des -Betriebs invertiert werden kann. Nimmt man an, däß während des -Betriebs X von einem Eingangsanschluß 133 eingegeben wird und Y von einem Eingangsanschluß 140 eingegeben wird, wird
log&sub2;X - log&sub2;Y = log&sub2;X/Y (1)
zu dem inversen logarithmischen Umwandlungsschaltkreis 137 eingegeben. Von einem Ausgangsanschluß 141 wird
log&sub2;&supmin;¹ (log&sub2;X/Y) = X/Y (2)
ausgegeben, was in einer Teilung resultiert. Hier ist log&sub2;&supmin;¹ eine inverse logarithmische Umwandlung.
Wenn während dem PB-Betrieb X von dem Eingangsanschluß 133 eingegeben wird und Y von dem Eingangsanschluß 140 eingegeben wird, wird
log&sub2;X + log&sub2;Y = log&sub2; X Y (3)
zu dem inversen logarithmischen Umwandlungsschaltkreis 137 eingegeben. Deshalb wird von dem Ausgangsanschluß 141
log&sub2;&supmin;¹ (log&sub2; X Y) = X Y (4)
ausgegeben, was in einer Multiplikation resultiert.
Demgemäß wird eine Multiplikation/Teilung auf einfache Weise durch Invertieren/Nichtinvertieren des Vorzeichens ausgeführt. Durch Verwenden des in Fig. 5 gezeigten Aufbaus wird somit die IC-Implementierung mit einem Schaltkreis geringer Größe möglich.
Ein Beispiel von Übergangsantwortcharakteristiken des Kompressions-/Expansionsgeräts, die bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung abgeleitet sind, das zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben worden ist, ist in den Fig. 8a bis 8c gezeigt. Diese Übergangsantwortcharakteristiken enthalten Einschwingzeitcharakteristiken, Haltezeitcharakteristiken und Wiedergewinnungszeitcharakteristiken. Auf diese Weise wird die Reduktion der Übertragungsbitrate unter Verwendung einer Dynamikbereichs-Kompression/Expansion gleichzeitig mit dem Verhindern einer Klangqualitätsverschlechterung wie beispielsweise eines Atemrauschens oder eines Überlaufs, verursacht durch die Dynamikbereichs-Kompression/Expansion, erreicht. Zusätzlich kann das Verarbeiten der Anhebecharakteristiken, der Einschwingzeitcharakteristiken, der Haltezeitcharakteristiken, der Wiedergewinnungszeitcharakteristiken und ähnlichem, was zu der Dynamikbereichs-Kompression/Expansion führt, leicht ausgeführt werden, und zwar einfach durch Andern der Koeffizientendaten. Nicht nur die Charakteristikenveränderung aufgrund der Uneinheitlichkeit der Vorrichtungen, sondern auch peripherer Bauteile, wie beispielsweise des Zeitkonstantenschaltkreises, sind eliminiert, dadurch daß eine IC-Implementierung möglich gemacht ist. Weiterhin können die Kompressionseinrichtung und die Expansionseinrichtung beim Aufzeichnungs-/Wiedergabebetrieb durch einen gemeinsamen Schaltkreis realisiert werden. Zusammen mit dem oben beschriebenen Vorteil der IC-Implementierung kann daher ein Digitalsignal-Aufzeichnungs-/Wiedergabesystem mit einer äußerst geringen Größe und einem leichten Gewicht aufgebaut werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 9 beschrieben. Ein Block mit der gleichen Funktion wie in Fig. 1 ist durch das identische Bezugszeichen bezeichnet. Während des Aufzeichnungsbetriebs (d.h. während der - Periode) werden die Signale L und R, die von den Eingangsanschlüssen 1 und 2 eingegeben sind, zu den LPFs 7 und 8 geführt, und zwar über die -Kontakte der Schalter 5 bzw. 6. Jedes der Signale L und R ist auf ein Frequenzband unter sagen wir der Hälfte der Abtastfrequenz (die sagen wir 64 kHz beträgt) beschränkt, um das störende Rauschen zu verhindern. Ausgangssignale des LPF 7 und des LPF 8 werden in ein Digitalsignal einer L-R-Reihe umgewandelt, die sagen wir 16 Bits umfaßt, und zwar durch einen Umschaltschaltkreis 9 und einen ADC 11. Das Ausgangssignal des ADC 11 wird einem digitalen LPF 14 über den - Kontakt eines Schalters 13 zugeführt. Nur das Audioband (sagen wir bis zu 15 kHz) wird durchgelassen und die Abtastfrequenz wird in dem digitalen LPF 14 von 64 kHz in 32 kHz umgewandelt. Das Ausgangssignal des digitalen LPF 14 wird einem Kompressions-/Expansionsgerät 16' zugeführt. In dem Kompressions-/Expansionsgerät 16' wird das Eingangssignal dem zweiten Anhebeschaltkreis 21' über den -Kontakt eines Schalters 142 zugeführt, um bei seinem hohen Frequenzbereich angehoben zu werden und zu einem Teilungsschaltkreis 18 geführt zu werden. Der Teilungsschaltkreis 18 arbeitet, um den Dynamikbereich des eingegebenen Audiosignals auf sagen wir logarithmisch die Hälfte zu komprimieren, und zwar auf der Basis des Ausgangssignalpegels (Kompressions-/Expansionssteuersignal) eines Amplitudenerfassungsschaltkreises 19. Das Ausgangssignal des Teilungsschaltkreises 18 wird dem ersten Anhebeschaltkreis 22 über den -Kontakt eines Schalters 143 zugeführt, um bei seinem hohen Frequenzbereich weiter angehoben zu werden. Nachdem das resultierende Signal in 8-Bit-Daten durch einen 10-zu-8-Bit- Umwandlungsschaltkreis 25 umgewandelt worden ist, wird es einem Drehkopf 29 zugeführt, und zwar über einen Verarbeitungsschaltkreis 27 für ein aufgezeichnetes Signal, der einen PCM-Modulationsschaltkreis enthält, und auf ein Band aufgezeichnet. Ein Teil des Ausgangssignals des Anhebeschaltkreises 22 wird einem Gewichtungsschaltkreis 23 zugeführt, um bei seinem hohen Frequenzbereich angehoben zu werden. Das so angehobene Signal wird dem Amplitudenerfassungsschaltkreis 19 zum Erfassen des Amplitudenpegels zugeführt. Somit wird das Kompressions-/Expansionssteuersignal, das dem Teilungsschaltkreis 18 zum Komprimieren des Dynamikbereichs einzugeben ist, so erhalten.
In dem Wiedergabemodus wird ein Betrieb ausgeführt, der völlig invers in bezug zu jenem des Aufzeichnungsmodus ist, und der Dynamikbereich wird auf sagen wir das Zweifache in dem Kompressions-/Expansionsgerät 16' expandiert. Das bedeutet, daß das Ausgangssignal (10 Bits) des 8-zu- 10-Bit-Signalwandlers dem ersten Anhebeschaltkreis 22 und dem Gewichtungsschaltkreis 23 über Schalter 143 und 144 zugeführt wird. Koeffizienten der zwei Anhebeschaltkreise 21' und 22 werden geschaltet, um die Charakteristiken zu zeigen, die invers zu jenen des Aufzeichnungsbetriebs ( -Betrieb) sind, und zwar durch das Koeffizientensteuersignal, das von einem Eingangsanschluß 15 zugeführt ist. Das Signal, das bei seinem hohen Frequenzbereich in dem Gewichtungsschaltkreis 23 angehoben ist, wird dem Erfassungsschaltkreis 19 zugeführt. Sein Amplitudenpegel wird erfaßt durch den Erfassungsschaltkreis 19, um den erfaßten Ausgang als das Kompressions-/Expansionssteuersignal zu erzeugen. Das Ausgangssignal des Anhebeschaltkreises 22 wird mit dem Kompressions- /Expansionssteuersignal in einem Multiplizierschaltkreis 17 multipliziert. Der Dynamikbereich wird somit auf seinen ursprünglichen Pegel expandiert. Der Ausgang des Multiplizierschaltkreises 17 wird bei seinem hohen Frequenzbereich in dem zweiten Anhebeschaltkreis 21' während dem PB-Betrieb abgesenkt. Das resultierende Signal wird einem DAC 12 zugeführt, und zwar über einen Schalter 13 und einen digitalen LPF 14, um in ein analoges Signal gewandelt zu werden. Das Ausgangssignal des DAC 12 wird LPFs 7 und 8 zugeführt, damit unnötige Signalkomponenten entfernt werden. Das wiedergegebene Audiosignal wird somit von Ausgangsanschlüssen 3 und 4 ausgegeben. Weiterhin kann ein Schalten zwischen den Kontakten und PB in den Schaltern 5, 6, 13 und 142-144 durch das Verwenden des Koeffizientensteuersignals bewirkt werden, das zu dem Eingangsanschluß 15 geführt ist, obwohl dies nicht im einzelnen gezeigt ist.
Ein Betrieb jedes Blocks ist ähnlich jenem der Fig. 1, 4 und 5 und wird daher nicht weiter beschrieben.
Auf diese Weise ist es möglich, die aufgezeichnete Datenübertragungsrate mindestens um die Hälfte zu reduzieren, ohne das Atemrauschen oder den Überlauf zu verursachen, und zwar durch Komprimieren/Expandieren des Dynamikbereichs in dem Kompressions-/Expansionsgerät 16.

Claims

1. Gerät zum Komprimieren des dynamischen Bereichs eines digitalen Signals mit einer gesteuerten Sprungantwort zur Anwendung bei einem Signal-Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät, wobei das Gerät aufweist:

(A) eine Einrichtung zum Empfangen eines eingegebenen digitalen Signals;

(B) eine Einrichtung (18) zum Teilen des eingegebenen digitalen Signals (X) durch ein Kompressions-Steuersignal (Y) für eine Dynamikbereichs-Kompression des eingegebenen digitalen Signals (X);

(C) eine Anhebeeinrichtung (22, 21), die mit der Teilungseinrichtung (18) in Verbindung steht, zum Anheben des Ausgangs der Teilungseinrichtung (18), um ein angehobenes digitales Signal mit komprimiertem Dynamikbereich zu schaffen, das dem eingegebenen digitalen Signal entspricht, wobei die Anhebeeinrichtung (22, 21) mit dem Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät (27-32) zum Aufzeichnen des angehobenen digitalen Signals mit komprimiertem Dynamikbereich verbindbar ist, und wobei die Anhebeeinrichtung einen ersten und einen zweiten Anhebeschaltkreis (22, 21) enthält; und

(D) eine Einrichtung (19, 23), die auf das angehobene digitale Signal mit komprimiertem Dynamikbereich von der Anhebeeinrichtung (22, 21) anspricht zum Erzeugen des Kompressions-Steuersignals (Y), das der Teilungseinrichtung (18) zuzuführen ist, wobei die Kompressions-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (19, 23) enthält:

(a) einen Gewichtungsschaltkreis (23), der zwischen dem ersten Anhebeschaltkreis (22) und einem Detektor (38, 39) angeschlossen ist und ein Anhebesignal (W) erzeugt, wobei der Gewichtungsschaltskreis (23) und der erste Anhebeschaltkreis (22) identische Kennlinien aufweisen;

(b) wobei der Detektor (38, 39) eine steuerbare Antwort aufweist und die Amplitude des Anhebesignals (W) detektiert und ein Amplitudendetektionssignal als das Kompressions-Steuersignal (Y) zu der Teilungseinrichtung (18) liefert; und

(c) einen Komparator (102, 105) zum Vergleichen des Anhebesignals (W) aus dem Gewichtungsschaltskreis (23) mit dem Kompressions-Steuersignal (Y) zum Erzeugen eines Detektor-Steuersignals in Übereinstimmung mit einem Ergebnis des Vergleichs, wobei das Detektor-Steuersignal dem Detektor (38, 39) zugeführt wird, um die Antwort des Detektors (38, 39) zu steuern, wobei der Detektor (38, 39) eine Einrichtung (87-95) enthält, die auf das Detektor-Steuersignal aus dem Komparator (102, 105) anspricht zum Errichten einer Haltezeit, gefolgt durch eine Verzögerungszeit, wenn das Ergebnis des Vergleichs derart ist, daß das Anhebesignal (W) geringer ist als das Amplituden-Detektionssignal (Y), und zwar während der Übergangszeit, in der sowohl der erste Anhebeschaltkreis (22) als auch der zweite Anhebeschaltkreis (21) arbeitet, und während des Normalzustandes des Detektors (38, 39), in dem nur der zweite Anhebeschaltkreis (21) arbeitet.

2. Gerät nach Anspruch 1, daurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Anhebeschaltkreis (22, 21) seriell derart verbunden sind, daß der zweite Anhebeschaltkreis (21) zwischen der Teilungseinrichtung (18) und dem ersten Anhebeschaltkreis (22) angeschlossen ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (82) einen Schaltkreis zum Umwandeln des Ausgangs des Gewichtungsschaltskreises (23) in einen entsprechenden absoluten Wert enthält.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (38, 39) eine Einrichtung (93, 94) enthält, die auf das Detektor- Steuersignal von dem Komparator anspricht, und zwar zum Errichten einer Zugriffszeit, wenn das Ergebnis des Vergleichs derart ist, daß das angehobene Signal (W) von dem Generator nicht geringer als das Amplitudendetektionssignal (Y) ist.

5. Gerät zum Komprimieren/Expandieren des dynamischen Bereichs eines digitalen Signals mit einer gesteuerten Sprungantwort zur Anwendung bei einem Signal-Aufzeichnungs-/Wiedergabegerät, wobei das Gerät aufweist:

(A) eine Einrichtung (1, 2, 5-9, 11, 13, 14) zum Empfangen eines ersten eingegebenen digitalen Signals, das durch das Aufzeichnungs-/Wiedergabegerät aufzuzeichnen ist;

(B) eine Einrichtung zum Empfangen eines zweiten eingegebenen digitalen Signals, das durch das Aufzeichnungs-/Wiedergabegerät wiedergegeben wird;

(C) eine Einrichtung (18) zum Teilen des ersten digitalen Signals (X) durch ein Kompessions-/Expansions-Steuersignal (Y) für eine Dynamikbereichs-Kompession des ersten eingegebenen digitalen Signals;

(D) eine Anhebeeinrichtung (22, 21) zum Anheben des komprimierten ersten eingegebenen digitalen Signals und zum Absenken des zweiten eingegebenen digitalen Signals und die einen ersten und einen zweiten Anhebeschaltkreis (22, 21) enthält und an die Teilungseinrichtung (18) anschließbar ist, wobei die Anhebekennlinien der Anhebeeinrichtung (22, 21) durch ein Modenschaltungssignal steuerbar sind.

(E) eine Einrichtung (17), die mit der Anhebeeinrichtung (22, 21) verbunden ist, zum Multiplizieren des abgesenkten zweiten eingegebenen digitalen Signals mit einem Kompressions-/Expansions-Steuersignal (Y);

(F) eine Einrichtung (19, 23) zum Erzeugen des Kompressions-/Expansions-Steuersignals (Y), wobei die Kompressions-/Expansions-Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (19, 23) enthält:

(a) einen Gewichtungsschaltkreis (23), der zwischen dem ersten Anhebeschaltkreis (22) und einem Detektor (38, 39) angeschlossen ist, wobei der Gewichtungsschaltkreis (23) das komprimierte angehobene erste eingegebene digitale Signal oder das zweite eingegebene digitale Signal zum Erzeugen eines Anhebesignals (W) empfängt; wobei der Gewichtungsschaltkreis (23) und der erste Anhebeschaltkreis (22) identische Kennlinien aufweisen;

(b) wobei der Detektor (38, 39) eine steuerbare Antwort aufweist, die die Amplitude des Anhebesignals (W) erfaßt, und ein Amplitudendetektionssignal als das Kompressions-/Expansions-Steuersignal (Y) entweder der Teilungseinrichtung (18) oder der Multipliziereinrichtung (17) liefert; und

(c) einen Komparator (102, 105) zum Vergleichen des Anhebesignals (W) aus dem Gewichtungsschaltskreis (23) un das Amplitudendetektionssignal (Y) zum Erzeugen eines Detektor-Steuersignals in Übereinstimmung mit einem Ergebnis des Vergleichs, wobei das Detektor-Steuersignal dem Detektor (38, 39) zugeführt wird, um die Antwort des Detektors (38, 39) zu steuern, wobei der Detektor (38, 39) eine Einrichtung (87-95) enthält, die auf das Detektor-Steuersignal von dem Komparator anspricht zum Errichten einer Haltezeit, gefolgt durch eine Verzögerungszeit, wenn das Ergebnis des Vergleichs derart ist, daß das Anhebesignal (W) geringer als das Amplitudendetektionssignal (Y) ist, während der Übergangszeit, in der sowohl der erste Anhebeschaltkreis (22) als auch der zweite Übergangsschaltkreis (21) arbeitet und während des Normalzustands des Detektors (38, 39), in dem nur der zweite Anhebeschaltkreis (21) arbeitet.

6. Kompressions-/Expansionsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Anhebeschaltkeis (22, 21) seriell derart verbunden sind, daß der zweite Anhebeschaltkreis (21) zwischen der Teilungseinrichtung (18) und dem ersten Anhebeschaltkreis (22) angeschlossen ist.

7. Kompressions-/Expansionsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (82) einen Schaltkreis zum Umwandeln des Ausgangs des Gewichtungsschaltkreises (23) in einen entsprechenden absoluten Wert enthält.

8. Kompressions-/Expansionsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (38) eine Einrichtung (93, 94) enthält, die auf das Detektor-Steuersignal von dem Komparator anspricht zum Errichten der Zugriffszeit, wenn das Ergebnis des Vergleichs derart ist, daß das angehobene Signal (W) von dem Generator nicht geringer als das Amplitudendetektionssignal (Y) ist.