DE3789406T2

DE3789406T2 - Rauschunterdrückungsvorrichtung und verfahren.

Info

Publication number: DE3789406T2
Application number: DE3789406T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Takayama
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1986-01-25
Filing date: 1987-01-24
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2007-01-25
Also published as: CA1298352C; WO1987004578A1; JPS62175025A; EP0253902A1; EP0253902A4; EP0253902B1; DE3789406T3; JPH0347016B2; US4910799A; AU6892987A; DE3789406D1; EP0253902B2; AU587526B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rauschreduzierungsvorrichtung, die zum Entfernen eines intermittierend erzeugten Momentanrauschens geeignet ist. Die Rauschreduzierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird z. B. in einem FM-Rundfunkempfänger für ein Auto eingebaut, um ein Rauschen, wie eine Mehrwegeverzerrung, zu entfernen.
Es ist wohlbekannt, daß in einem FM-Rundfunkempfänger für ein Auto eine Mehrwegestörung erzeugt wird, und daß diese Mehrwegestörung durch eine Mehrwegeverzerrung eines demodulierten Signals einer empfangenen Welle verursacht wird, die durch Interferenz zwischen einer direkten Welle einer Radiowelle und einer reflektierten Welle von ihr, die durch einen Berg, ein Gebäude oder dergleichen reflektiert wurde, erzeugt wird. Diese Mehrwegeverzerrung verschlechtert die Tonqualität eines demodulierten Tonsignals.
Die Mehrwegeverzerrung ist, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Hochfrequenzmomentanrauschen, das ein demoduliertes Signal intermittierend überlagert. Um diese Mehrwegeverzerrung zu beseitigen, wird, falls ein demoduliertes Signal während der Erzeugung der Mehrwegestörung durch ein Tiefpaßfilter geleitet wird, die Mehrwegeverzerrung, die hauptsächlich aus einer Hochfrequenzkomponente besteht, reduziert und kann akustisch nicht detektiert werden.
Herkömmlicherweise ist eine Vorrichtung, bei der ein regelbares Tiefpaßfilter verwendet wird, als Rauschreduzierungsvorrichtung bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein demoduliertes Signal durch ein variables Tiefpaßfilter geleitet, und eine Rauschdetektorschaltung ist vorgesehen, zum Ausgeben eines Detektionssignals während einer Periode, in der eine Mehrwegeverzerrung intermittierend erzeugt wird, wenn die intermittierende Mehrwegeverzerrung das demodulierte Signal überlagert. Wenn die Mehrwegeverzerrung detektiert wird, wird eine Abschneide- oder Grenzfrequenz des variablen Tiefpaßfilters auf einen festen niedrigen Frequenzwert gesetzt, als Reaktion auf ein Detektionssignal von der Rauschdetektorschaltung, um die Mehrwegeverzerrung, die aus der Hochfrequenzkomponente besteht, zu beseitigen. Wenn eine Mehrwegeverzerrung nicht detektiert wird, wird die Abschneidefrequenz auf eine hohe Frequenz gesetzt, um das demodulierte Signal ohne Verschlechterung hindurchzulassen.
Diese Rauschreduzierungsvorrichtung entfernt die Hochfrequenzkomponente eines Eingangssignals während der gesamten Periode, in der ein Rauschen intermittierend erzeugt wird, und die Hochfrequenzkomponente des Eingangssignals wird unvermeidlich verschlechtert, wenn das Rauschreduzierungsverhältnis erhöht wird.
Die folgende Beziehung besteht im allgemeinen zwischen einem Rauschen, wie einer Mehrwegeverzerrung, und einem Signal, das mit dem Rauschen überlagert ist.
Wenn das Signal keine Hochfrequenzkomponente enthält, tritt ein Hochfrequenzrauschen hervor, wenn aber das Signal eine Hochfrequenzkomponente enthält, tritt das Rauschen nicht hervor. Deshalb muß im ersteren Fall das Rauschen beseitigt werden, aber im letzteren Fall ist das Beseitigen des Rauschens nicht erforderlich, und nur ein beträchtliches Rauschen muß beseitigt werden, d. h., das Rauschen braucht nur etwas beseitigt zu werden.
Da das Rauschen normalerweise einen konstanten Pegel hat, wird das S/R-Verhältnis verschlechtert, wenn ein Signalpegel niedrig ist, und nicht verschlechtert, wenn der Signalpegel hoch ist. Deshalb muß im ersteren Fall das Rauschen beseitigt werden, und im letzteren Fall braucht das Rauschen nur etwas beseitigt zu werden. Wenn angenommen wird, daß ein Signalpegel konstant ist, wird das S/R-Verhältnis verschlechtert, wenn ein Rauschpegel hoch ist, und nicht verschlechtert, wenn der Rauschpegel niedrig ist.
Deshalb muß im ersteren Fall das Rauschen beseitigt werden, und im letzteren Fall braucht das Rauschen nur etwas beseitigt zu werden.
Eine herkömmliche Rauschreduzierungsvorrichtung, wie oben beschrieben, berücksichtigt jedoch solch eine Beziehung zwischen einem Signal und dem Rauschen nicht und führt immer eine Rauschreduzierungsverarbeitung mit gleichbleibender Charakteristik aus, d. h., eine Verarbeitung, bei der eine Abschneidefrequenz eines variablen Tiefpaßfilters auf eine feste niedrige Frequenz gesetzt ist und ein Signal durch das variable Filter geleitet wird, und führt demzufolge keine geeignete Rauschreduzierung aus.
Das Dokument JP-A-57192140 offenbart eine Mehrwegeinterferenzeliminierungsschaltung, die eine Rauschdetektorschaltung zum Detektieren eines Rauschens von einem Eingangssignal umfaßt, einen ersten Signalweg, der ein Tiefpaßfilter enthält, durch das das Eingangssignal geleitet wird, einen zweiten Signalweg, durch den das Eingangssignal geleitet wird, eine Auswahlschaltung zum Auswählen eines Ausgangssignals von dem ersten Signalweg, wenn das Rauschen durch die Rauschdetektorschaltung detektiert ist, und zum Auswählen eines Ausgangssignals von dem zweiten Signalweg, wenn das Rauschen nicht detektiert ist. Eine Mehrwegeinterferenz wird deshalb mit dieser Schaltung durch Einfügen eines Tiefpaßfilters in eine Signalleitung mit Schalten reduziert.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Rauschreduzierungsvorrichtung zum Entfernen eines Rauschens, das einem Eingangssignal überlagert ist, eine Rauschdetektorschaltung zum Detektieren des Rauschens von dem Eingangssignal, einen ersten Signalweg, der ein Tiefpaßfilter enthält, zum Ausgeben des Eingangssignals durch das genannte Filter, einen zweiten Signalweg, durch den das Eingangssignal geleitet wird, und eine Auswahlschaltung zum Auswählen eines Ausgangssignals von dem genannten ersten Signalweg, wenn das Rauschen durch die genannte Rauschdetektorschaltung detektiert ist, und zum Auswählen eines Ausgangssignals von dem genannten zweiten Signalweg, wenn das Rauschen nicht detektiert ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter eine variable Abschneidefrequenz hat und die Vorrichtung ferner eine Steuerschaltung zum Steuern der Abschneidefrequenz des genannten variablen Tiefpaßfilters umfaßt, so daß die genannte Frequenz gemäß einer Frequenzänderung des Eingangssignals variiert wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Entfernen eines Rauschens, das einem Eingangssignal überlagert ist, die Schritte des Detektierens eines Rauschens von dem Eingangssignal durch eine Rauschdetektorschaltung, des seitens des Eingangssignals auf einen ersten Signalweg, der ein Tiefpaßfilter enthält, zum Ausgeben des Eingangssignals durch das genannte Filter, des seitens des Eingangssignals auf einen zweiten Signalweg, durch den das Eingangssignal hindurchgeleitet wird, und des Auswählens eines Ausgangssignals von dem genannten ersten Signalweg, wenn das Rauschen durch die genannte Rauschdetektorschaltung detektiert ist, und des Auswählens eines Ausgangssignals von dem genannten zweiten Signalweg, wenn das Rauschen nicht detektiert ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abschneidefrequenz des genannten Tiefpaßfilters variabel ist und durch eine Steuerschaltung gesteuert wird, so daß die genannte Frequenz gemäß einer Frequenzänderung des Eingangssignals variiert wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der ersten und zweiten Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen unten beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Rauschreduzierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2A, 2B und 2C grafische Darstellungen zum Erläutern einer Operation einer Steuerschaltung in Fig. 1 sind;
Fig. 3 eine Ansicht einer Signalwellenform ist, zum Erläutern einer Rauschreduzierungsoperation der Rauschreduzierungsvorrichtung in Fig. 1;
Fig. 4 und 5 Blockdiagramme sind, die jeweils andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 6 eine grafische Darstellung einer Eingangs- Ausgangs-Charakteristik eines nichtlinearen Verstärkers in Fig. 5 ist;
Fig. 7 ein Blockdiagramm von noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 ein Blockdiagramm ist, bei dem die Rauschreduzierungsvorrichtung in Fig. 1 durch eine analoge Schaltung realisiert ist;
Fig. 9 ein Blockdiagramm ist, bei dem die Rauschreduzierungsvorrichtung in Fig. 1 durch eine digitale Schaltung realisiert ist;
Fig. 10 eine schematische Ansicht eines Beispiels ist, bei dem die Rauschreduzierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf einen FM-Rundfunkempfänger angewendet ist; und
Fig. 11 ein Blockdiagramm ist, das eine Verzögerungsschaltung von Fig. 10 detailliert zeigt.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Rauschreduzierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 wird ein Eingangssignal S(1), das an einem Eingangsanschluß 6 eingegeben wurde, getrennt und einem variablen Phasenschieber 1 bzw. einem variablen Tiefpaßfilter 2 zugeführt, und Ausgaben von ihnen werden jeweils einem Selektor 3 zugeführt. Ein Ausgangssignal S(2) von dem Selektor 3 wird von einem Ausgangsanschluß 7 zu einer externen Schaltung gesendet.
Ein Ausgangssignal S(3) des variablen Phasenschiebers 1 und ein Ausgangssignal S(4) des regelbaren Tiefpaßfilters 2 werden Detektoren 41 bzw. 42 einer Steuerschaltung zugeführt. Die Steuerschaltung 4 umfaßt die Detektoren 41 und 42, eine Differenzspannungsschaltung 43 zum Zuführen einer Differenzspannung 5 zu einer detektierten Ausgabe des Detektors 41, einen Differenzverstärker 44 zum Verstärken einer Differenz zwischen den Ausgaben des Detektors 42 und der Differenzspannungsschaltung 43, und eine Halteschaltung 45 zum temporären Halten eines Ausgangssignals des Differenzverstärkers 44 gemäß einem Rauschdetektionssignal S(6). Ein Steuersignal S(5), das von der Halteschaltung 45 ausgegeben wurde, wird Steuereingangsanschlüssen des regelbaren Phasenschiebers 1 und des regelbaren Tiefpaßfilters 2 zugeführt.
Das Eingangssignal S(1) wird auch einer Rauschdetektorschaltung 5 zugeführt. Die Rauschdetektorschaltung 5 umfaßt ein Hochpaßfilter 51, einen Detektor 52 zum Detektieren eines Ausgangssignals des Hochpaßfilters 51, und einen Komparator 53 zum Vergleichen eines Ausgangssignals des Detektors 52 mit einer Bezugsspannung V(r). Die Rauschdetektorschaltung 5 detektiert ein Rauschen, das eine Hochfrequenzkomponente hat und dem Eingangssignal S(1) überlagert ist, und gibt ein Rauschdetektionssignal S(6) aus, das eine Periode der Rauscherzeugung anzeigt. Das Rauschdetektionssignal S(6) wird einem Auswahlsteuereingangsanschluß des Selektors 3 und einem Haltesteuereingangsanschluß der Steuerschaltung 4 zugeführt.
Unten wird eine Operation der Rauschreduzierungsvorrichtung beschrieben. Das Eingangssignal S(1), das dem Eingangsanschluß 6 eingegeben wurde, wird geteilt und dem regelbaren Phasenschieber 1 und dem regelbaren Tiefpaßfilter 2 zugeführt. Das regelbare Tiefpaßfilter 2 ist ein Tiefpaßfilter zum Entfernen eines Hochfrequenzrauschens, das dem Eingangssignal S(1) überlagert ist, und seine Abschneidefrequenz wird durch die Steuerschaltung 4 immer variabel gesteuert, um im wesentlichen der Frequenz einer Hauptkomponente des Eingangssignals S(1) zu entsprechen, wie später eingehend beschrieben wird.
Der regelbare Phasenschieber 1 dient als Verzögerungselement zum Zuführen eines Eingangssignals mit einer Verzögerungszeit, die dieselbe Dauer wie jene einer Übertragungsverzögerungszeit eines Signals hat, die durch das regelbare Tiefpaßfilter 2 hervorgerufen wird, so daß zwischen dem Ausgangssignal S(3) von dem regelbaren Phasenschieber 1 und dem Ausgangssignal S(4) von dem regelbaren Tiefpaßfilter 2 zur Zeit einer Schaltoperation des Selektors 3 keine Zeitdifferenz besteht.
Da die Verzögerungszeit des Signals, die durch das regelbare Tiefpaßfilter 2 hervorgerufen wurde, gemäß Veränderungen seiner Abschneidefrequenz variiert, wird die Verzögerungszeit (Phasenwinkel) des regelbaren Phasenschiebers 1 in Übereinstimmung mit Veränderungen der Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 gemäß dem Steuersignal S(5) von der Steuerschaltung 4 variiert, um dieselbe Phasen-Frequenz-Charakteristik wie jene des regelbaren Tiefpaßfilters 2 zu haben, wodurch die Phasen der Signale, die durch beide Wege geleitet wurden, am Selektor 3 jeweils übereinstimmen.
Die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 wird durch die Steuerschaltung 4 wie folgt gesteuert. Angenommen, daß ein Signal von 400 Hz, wie in Fig. 2A gezeigt, als Eingangssignal S(1) eingegeben wird. Das Eingangssignal S(1) durchläuft den regelbaren Phasenschieber 1 und das regelbare Tiefpaßfilter 2 und wird dann durch die Detektoren 41 bzw. 42 detektiert. Wenn die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 höher als die Frequenz des Eingangssignals S(1) ist, wie in Fig. 2B gezeigt, sind die detektierten Ausgangspegel der Detektoren 41 und 42 dieselben.
Da andererseits die detektierte Ausgabe des Detektors 41 durch die Differenzspannungsschaltung 43 um einen Betrag der vorbestimmten Differenzspannung 5 reduziert wird, wird die Differenzspannung 5 zwischen der Differenzspannungsschaltung 43 und dem Detektor 42 dem Differenzverstärker 44 als Eingangssignal zugeführt und dann verstärkt und dem regelbaren Phasenschieber 1 und dem regelbaren Tiefpaßfilter 2 durch die Halteschaltung 45 als Steuersignal S(5) zugeführt, wodurch die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters zu einer Seite der niedrigen Frequenz hin verschoben wird.
Wenn die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 zu der Seite der niedrigen Frequenz verschoben und positioniert ist, wie in Fig. 2C gezeigt, wird von dem Eingangssignal S(1) durch eine Filterkurve des regelbaren Tiefpaßfilters 2 nur ein Betrag entfernt, der der Differenzspannung 5 entspricht. Als Resultat stimmt der Ausgangspegel des Detektors 42 mit dem Ausgangspegel der Differenzspannungsschaltung 43 überein, und eine Differenz zwischen Eingangssignalen für den Differenzverstärker 44 wird im wesentlichen null. Deshalb wird die Verschiebung der Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 zu der Seite der niedrigen Frequenz gestoppt und auf einen Wert gesetzt, der zu der Zeit der Größe eines Ausgangssignals des Differenzverstärkers 44 entspricht.
Die Steuerschaltung 4 gibt, wie oben beschrieben, das Steuersignal S(5) aus, von dem sich ein Spannungswert proportional der Frequenz des Eingangssignals S(1) ändert, und die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 und eine Phasenverschiebung des regelbaren Phasenschiebers 1 werden in Übereinstimmung mit dem Steuersignal S(5) geändert. Deshalb wird die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 immer gesteuert, um im wesentlichen mit der Frequenz des Eingangssignals S(1) übereinzustimmen. Auf dieselbe Weise wird die Phasenverschiebung des regelbaren Phasenschiebers 1 in Übereinstimmung mit dem Steuersignal S(5) geändert, wodurch der regelbare Phasenschieber 1 dem Eingangssignal S(1) eine Verzögerung zuführt, die dieselbe Länge wie jene hat, die durch das regelbare Tiefpaßfilter 2 hervorgerufen wurde.
Unten wird eine Rauschreduzierungsoperation gemäß der Rauschreduzierungsvorrichtung beschrieben. Angenommen, daß ein Signal, das mit einem Hochfrequenzrauschen überlagert ist, wie durch eine durchgehende Linie in Fig. 3 angegeben, als Eingangssignal S(1) eingegeben wird. Die Rauschdetektorschaltung 5 detektiert dieses Rauschen und gibt während einer Periode, in der das Rauschen erzeugt wird, ein Rauschdetektionssignal S(6) aus. Die Halteschaltung 45 hält ein Ausgangssignal von dem Differenzverstärker 44 während der obigen Periode in Übereinstimmung mit dem Rauschdetektionssignal S(6) und hält deshalb die Phasenverschiebung des regelbaren Phasenschiebers 1 und die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 auf Werten von vor der Erzeugung des Rauschens. Deshalb wird die Steuerschaltung 4 durch Rauschen, das auf einer Ausgangsseite des regelbaren Phasenschiebers 1 auftritt, während der Rauscherzeugung nicht falsch betrieben.
Der Selektor 3 wählt normalerweise das Ausgangssignal S(3) des regelbaren Phasenschiebers 1 aus und sendet es zu dem Ausgangsanschluß 7. Bei Empfang des Rauschdetektionssignals S(6) wählt der Selektor 3 jedoch während der Rauschperiode das Ausgangssignal S(4) des regelbaren Tiefpaßfilters 2 aus. Deshalb wird während der Periode, in der das Rauschen erzeugt wird, das Eingangssignal, von dem durch das regelbare Tiefpaßfilter 2 ein Hochfrequenzrauschen entfernt ist, ausgewählt, und an dem Ausgangsanschluß 7 erscheint das Ausgangssignal S(2), das eine Wellenform hat, wie durch eine unterbrochene Linie in Fig. 3 angegeben.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der Rauschreduzierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2, das die Rauschreduzierungsoperation ausführt, immer gesteuert, um im wesentlichen mit der Hauptkomponentenfrequenz des Eingangssignals S(1) übereinzustimmen. Als Resultat wird, wenn das Hochfrequenzrauschen beträchtlich ist, weil das Eingangssignal S(1) hauptsächlich aus einer Niederfrequenzkomponente besteht, die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 auf die Seite der niedrigen Frequenz gesetzt, so daß das Hochfrequenzrauschen ausreichend entfernt wird. Andererseits enthält das Eingangssignal S(1) keine Hochfrequenzkomponente, und deshalb wird die Wellenform des Eingangssignals S(1) nicht wesentlich verzerrt, selbst wenn das Eingangssignal S(1) das regelbare Tiefpaßfilter 2 durchläuft, das eine niedrige Abschneidefrequenz hat. So tritt kein tatsächliches Problem auf.
Wenn das Eingangssignal S(1) hauptsächlich aus einer Hochfrequenzkomponente besteht, wird die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 auf die Seite der hohen Frequenz gesetzt, woraus ein kleiner Rauschreduzierungseffekt resultiert. Da jedoch das Hochfrequenzrauschen in diesem Fall akustisch nicht hervortritt, ist die Notwendigkeit zum Ausführen einer Rauschreduzierungsoperation gering. Da andererseits die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 hoch ist, wird eine Signalwellenform nicht wesentlich verzerrt, wenn das Eingangssignal S(1) durch das regelbare Tiefpaßfilter 2 hindurchläuft.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, die Verarbeitung mit einem hohen Rauschreduzierungseffekt ausgeführt, wenn eine ausreichende Rauschreduzierungsoperation benötigt wird, da das Eingangssignal S(1) aus einer Niederfrequenzkomponente besteht. Die Verarbeitung mit einem kleinen Rauschreduzierungseffekt wird auch ausgeführt, wenn die Rauschreduzierungsoperation nicht erforderlich ist, da das Eingangssignal S(1) aus einer Hochfrequenzkomponente besteht. In jedem der beiden Fälle kann eine ideale Rauschreduzierungsoperation ausgeführt werden, d. h., die Wellenform des Eingangssignals S(1) kann durch die Rauschreduzierungsverarbeitung vor einer beträchtlichen Verzerrung bewahrt werden.
Verschiedene Abwandlungen können beim Ausführen der Rauschreduzierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, und diese Abwandlungen werden nun unten beschrieben.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm von solch einer Abwandlung der vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben, ist, wenn das Eingangssignal S(1) aus der Hochfrequenzkomponente besteht, die Notwendigkeit zum Ausführen einer Rauschreduzierungsoperation gering, und es reicht aus, lediglich das wesentliche Rauschen mit einem hohen Rauschpegel zu entfernen. Dies wird durch die abgewandelte Vorrichtung erreicht. In Fig. 4 sind dieselben Blöcke, die durch dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet sind, Komponenten mit denselben Funktionen, und dies trifft auf die folgenden Zeichnungen zum Erläutern anderer Abwandlungen zu.
Der Unterschied zwischen den in Fig. 1 und 4 gezeigten Vorrichtungen ist der, daß in Fig. 4 eine Bezugsspannung, die als Vergleichsbezug des Komparators 53 der Rauschdetektorschaltung 5 dient, von dem Pegelregler 54 zugeführt wird. Der Regler 54 empfängt das Steuersignal S(5) von der Steuerschaltung 4, und die Größe seines Ausgangssignals S(7) variiert in Übereinstimmung mit dem Steuersignal S(5). Das heißt, wenn das Steuersignal S(5) verändert wird, um die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 zu erhöhen, wird das Ausgangssignal S(7), das von dem Pegelregler 54 ausgegeben wird, verändert, um die Vergleichsbezugsspannung des Komparators 53 zu erhöhen, wodurch die Rauschdetektionsempfindlichkeit der Rauschdetektorschaltung 5 verringert wird. Wenn das Eingangssignal S(1) eine hohe Frequenz hat, detektiert die Rauschdetektorschaltung 5 als Resultat nur das Rauschen mit einem hohen Rauschpegel, und nur wesentliches Rauschen wird entfernt.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer anderen Abwandlung der vorliegenden Erfindung. Bei dieser abgewandelten Vorrichtung wird, wenn das S/R-Verhältnis auf Grund des hohen Signalpegels des Eingangssignals S(1) gut ist, ein Verschiebungsgrad der Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 zu der Seite der niedrigen Frequenz hin klein, so daß das Eingangssignal S(1) durch das regelbare Tiefpaßfilter 2 nicht merklich verzerrt wird, aber andererseits wird, wenn das S/R-Verhältnis auf Grund des niedrigen Signalpegels schlecht ist, ein Verschiebungsgrad der Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 zu der Seite der niedrigen Frequenz hin groß, um den Rauschreduzierungseffekt zu verstärken, wodurch das S/R-Verhältnis verbessert wird.
Der Unterschied zwischen dieser abgewandelten Vorrichtung und der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist der, daß bei dieser Vorrichtung das Ausgangssignal S(4) von dem regelbaren Tiefpaßfilter 2 dem Detektor 42 durch einen nichtlinearen Verstärker 46 zugeführt wird. Der nichtlineare Verstärker 46 hat eine Eingangs-Ausgangs-Charakteristik wie in Fig. 6 gezeigt. Das heißt, die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie hat eine Neigung von 1, wenn der Signalpegel des Eingangssignals S(1) Vss oder kleiner ist, und von 0,9, wenn der Signalpegel jenen Pegel überschreitet. So wird die Größe des Ausgangssignals unterdrückt, so wie die Größe des Eingangssignals zunimmt.
Mit dem nichtlinearen Verstärker 46 stimmt die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 im wesentlichen mit der Frequenz des Eingangssignals S(1) überein, wenn der Signalpegel des Eingangssignals S(1) niedrig ist. Wenn jedoch der Signalpegel zunimmt, wird die Abschneidefrequenz gesetzt, um höher als die Frequenz des Eingangssignals S(1) zu sein, wodurch der Rauschreduzierungseffekt abnimmt, wenn der Signalpegel des Eingangssignals hoch ist. Somit kann bei dieser abgewandelten Vorrichtung die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 sowohl gemäß der Frequenz als auch gemäß dem Signalpegel des Eingangssignals geändert werden.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm von noch einer anderen Abwandlung der vorliegenden Erfindung. Bei dieser abgewandelten Vorrichtung kann die Rauschreduzierungsoperation effektiver ausgeführt werden, wenn der Rauschpegel groß ist. Das heißt, eine Pegeldetektorschaltung 55 zum Detektieren eines Rauschpegels ist in der Rauschdetektorschaltung 5 vorgesehen, und die Größe der Differenzspannung 6 der Differenzspannungsschaltung 43 wird so erhöht, wie die Größe des Detektionssignals zunimmt, wodurch der Verschiebungsgrad der Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2 zu der Seite der niedrigen Frequenz hin größer wird, wenn der Rauschpegel erhöht ist.
Als noch eine andere Abwandlung können die Eingangssignale der Steuerschaltung 4 von den Eingangs- und Ausgangsseiten des regelbaren Tiefpaßfilters 2 erhalten werden, anstatt von den Ausgangssignalen des regelbaren Phasenschiebers 1 und des regelbaren Tiefpaßfilters 2, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform. Wenn eine Verzögerung des Signals am regelbaren Tiefpaßfilter vernachlässigt werden kann, kann der regelbare Phasenschieber weggelassen werden, und das Eingangssignal S(1) kann direkt dem Detektor 41 zugeführt werden. Ein Phasenschieber mit einem festen Phasenverschiebungsbetrag kann anstelle des regelbaren Phasenschiebers verwendet werden.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Rauschreduzierungsvorrichtung von Fig. 1 durch eine analoge Schaltung realisiert ist. In Fig. 8 umfaßt ein regelbarer Phasenschieber die Widerstände R1 bis R3, einen Operationsverstärker Q1 und eine regelbare Kapazitätsdiode VD1, und der Phasenverschiebungsbetrag des regelbaren Phasenschiebers kann in Übereinstimmung mit einer Spannung, die der regelbaren Kapazitätsdiode VD1 zugeführt wird, variiert werden. Ein regelbares Tiefpaßfilter 2a umfaßt die Widerstände R4 bis R7, die regelbaren Kapazitätsdioden VD2 und VD3 und einen Operationsverstärker Q2, und die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2a kann durch Verändern einer Spannung geändert werden, die den regelbaren Kapazitätsdioden VD2 und VD3 zugeführt wird.
Eine Steuerschaltung 4a umfaßt die Detektoren 41a und 42a, die jeweils eine analoge Schaltung haben, eine Differenzspannungsschaltung mit einem Widerstand R8 und einer Diode D1 zum Zuführen einer Differenzspannung 6, einen Differenzverstärker mit einem Operationsverstärker Q3, und eine Halteschaltung mit einem Schaltelement SW1, einem Kondensator C1 und einem Operationsverstärker Q4. Die Operation der Vorrichtung in Fig. 8 ist im wesentlichen dieselbe wie jene der Vorrichtung in Fig. 1, und deshalb wird eine eingehende Beschreibung davon weggelassen.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform, bei der die Rauschreduzierungsvorrichtung in Fig. 5 durch eine digitale Schaltung gebildet ist. In Fig. 9 ist das regelbare Tiefpaßfilter 2d durch ein digitales Filter zweiter Ordnung realisiert. Eine Übertragungsfunktion H(s) des Filters ist
H(s) =1/1 + H&sub1;S + H&sub2;S²
Angenommen, daß die Abschneidefrequenz fc ist, eine Z-Konvertierung von
H&sub1; = 1/2πfc
H&sub2; = 0,67H&sub1;
dann ist:
wobei
Ha = 2H&sub1;/T Hb = 2,67·H&sub1;²/T²
Deshalb hat dieses digitale Filter eine Anordnung wie in Fig. 9 gezeigt.
Angenommen, daß H&sub1;' = 10³/2 fc und H&sub1;' ständig variiert wird, dann ist H&sub1;' durch eine Rückkopplungsschleife bestimmt. Um die Abschneidefrequenz fc von 200 Hz bis 6,4 kHz zu erhalten, muß H&sub1;' zwischen 0,8 und 0,025 liegen. Falls H&sub1;' diesen Bereich überschreitet, wird es an der oberen oder unteren Grenze von ihm gehalten. Das heißt, H&sub1; = 0,8 wenn H&sub1;') 0,8, und H&sub1; = 0,025 wenn H&sub1;' < 0,025. Jede Konstante in dem regelbaren Tiefpaßfilter kann aus der folgenden Reihe erhalten werden;
1. Ha = H&sub1;'·76
2. Hb = H&sub1;'²·3850
3. FWA = 1/(1 + Ha + Hb)
4. F2A = FWA
5. F1A = 2·FWA
6. G1A = -F1A·(1-Hb)
7. G2A = -FWA·(1-Ha + Hb)
Ein regelbarer Phasenschieber 1d wird durch ein digitales Filter erster Ordnung realisiert. Eine Übertragungsfunktion H(s) des Phasenschiebers ist
H(s) = 1-St/1 + St
Eine Bedingung zum Anpassen der Phase des Phasenschiebers an die des obengenannten regelbaren Tiefpaßfilters ist
τ = 0,67/2πfc
wobei jede Konstante in dem regelbaren Phasenschieber durch die folgende Reihe erhalten werden kann;
1. K = 51·H&sub1;'
2. FWB = (1-K)/(1 + K)
3. F1B = 1
4. G1B = -FWB
Ein Selektor 3d umfaßt die Konstantmultiplikatoren M12 und M13 und einen Addierer A7 und verändert eine Konstante Km von 1 auf 0, wenn ein Rauschen detektiert ist, wodurch von dem regelbaren Phasenschieber 1d auf das regelbare Tiefpaßfilter 2d geschaltet wird.
Eine Konstantsteuerschaltung 4d umfaßt die Absolutwertschaltungen 41d und 42d, die jeweils als Detektor dienen, einen nichtlinearen Verstärker 46d, einen Addierer A4, der als Differenzspannungsschaltung dient, einen Addierer A5 und einen Verstärker Q5, der als Differenzverstärker dient, und ein Schleifenfilter 47d, das die Funktion einer Halteschaltung hat.
Der nichtlineare Verstärker 46d umfaßt einen Konstantmultiplikator M9 mit einer Konstante von 0,1, einen Begrenzer LMT zum Begrenzen eines Eingangspegels eines Eingangssignals x 0,1 oder mehr, einen Konstantmultiplikator M10 mit einer Konstante von 0,9 und einen Addierer A3. Die Schaltung 46d hat für ein Eingangssignal eine Eingangs -Ausgangscharakteristik wie in Fig. 6 gezeigt. Somit wird die Abschneidefrequenz des regelbaren Tiefpaßfilters 2d erhöht, so wie der Pegel des Eingangssignals ansteigt, so daß der Rauschreduzierungseffekt groß ist, wenn der Pegel des Eingangssignals niedrig ist, und klein ist, wenn der Pegel des Eingangssignals hoch ist, wodurch ein Rauschreduzierungsverfahren effektiver ausgeführt wird.
Das Schleifenfilter 47d enthält die Konstantmultiplikatoren M10 und M11, ein Verzögerungselement Z7 und einen Addierer A6, und eine Konstante FWC wird 0, wenn ein Rauschen detektiert ist. Das heißt, bei Normalbetrieb ist der Konstantmultiplikator M10 eingeschaltet und der Konstantmultiplikator M11 gesperrt, so daß ein Eingangssignal zu der Ausgangsseite gesendet wird. Wenn ein Rauschen detektiert ist, wird der Konstantmultiplikator M10 gesperrt und der Konstantmultiplikator M11 eingeschaltet, so daß ein Eingangssignal in einer Schleife zirkuliert, die durch den Addierer A6, das Verzögerungselement Z7 und den Konstantmultiplikator M11 gebildet ist, um das Eingangssignal zu halten. H&sub1;' des regelbaren Phasenschiebers 1d und des regelbaren Tiefpaßfilters 2d wird unter Verwendung der Ausgabe des Schleifenfilters 47d gesteuert.
Die Operation der Vorrichtung in Fig. 9 ist im Grunde dieselbe wie jene der Vorrichtung in Fig. 5, und deshalb wird eine eingehende Beschreibung von ihr weggelassen.
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels, bei dem die Rauschreduzierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf einen FM-Rundfunkempfänger angewendet ist. Eine Rauschreduzierungsoperation für eine Stereo-Übertragung sollte vorzugsweise in beiden Kanälen, dem rechten und dem linken, L bzw. R ausgeführt werden. Jedoch sind in diesem Fall zwei Schaltungen als Rauschreduzierungsschaltungen erforderlich, woraus hohe Kosten resultieren. Deshalb wird im allgemeinen ein Empfänger während einer Periode, in der ein Rauschen erzeugt wird, in einen monauralen Modus versetzt, und die Rauschreduzierungsoperation wird nur für ein monaurales Signal von L + R ausgeführt.
Jedoch geht während der Rauschreduzierungsverarbeitung der stereophone Effekt verloren, da der Modus von Stereo auf Monaural geschaltet wird, und der Ton scheint akustisch zu schwanken, wenn das Rauschen intermittierend und oft erzeugt wird. Der in Fig. 10 gezeigte Empfänger beseitigt das Problem. Das heißt, dieser Empfänger führt die Rauschreduzierungsverarbeitung nur für ein demoduliertes Signal L+R aus und leitet das Signal L+R nach der Rauschreduzierung durch die Verzögerungsschaltung, um ein Pseudosignal L-R zu erzeugen, wodurch aus dem Pseudosignal L-R die Ausgangssignale L und R von beiden Kanälen erhalten werden.
In Fig. 10 bezeichnet Bezugszeichen 61 eine Antenne; 62 einen Tuner; 63 eine Konverterschaltung zum Extrahieren des Signals L+R und des Signals L-R aus dem Detektionssignal; 64 einen Multiplexer zum Extrahieren der Ausgangssignale L und R von beiden Kanälen aus dem Signal L+R und dem Signal L-R; 65 eine Rauschreduzierungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung; 66 eine Verzögerungsschaltung; M20 bis M23 Konstantmultiplikatoren; und A10 und A11 Addierer. Ein Beispiel der Rauschreduzierungsschaltung 65 hat die Schaltungskonfiguration wie in Fig. 1 gezeigt. Ein sogenanntes Schröder-System, wie in Fig. 11 gezeigt, wird als Verzögerungsschaltung 66 verwendet. Die Verzögerungsschaltung 66 umfaßt Konstantmultiplikatoren M25 bis M28, Addierer A12 und A13 und ein Verzögerungselement τs mit einem Abtastwert von 72 (etwa 2 ms). Die Multiplikationskonstanten der Konstantmultiplikatoren M25 bis M28 sind in Fig. 10 bezeichnet. Das Signal L+R läuft durch dieses Schröder-System hindurch, um einen Nachhall zu bilden, der als Pseudosignal L-R dienen kann.
Nun wird die Operation des Empfängers in Fig. 10 beschrieben. Bei einem Normalzustand ist eine Konstante K(f) von jedem der Konstantmultiplikatoren M20 bis M23 auf 1 gesetzt, und die Konstantmultiplikatoren M20 und M21 sind eingeschaltet, und die Konstantmultiplikatoren M22 und M23 sind gesperrt, so daß das Signal L+R und das Signal L-R der Konverterschaltung direkt dem Multiplexer 64 zugeführt werden. Andererseits wird während einer Periode, in der ein Momentanrauschen erzeugt wird, die Konstante K(f) auf 0 gesetzt, und die Konstantmultiplikatoren M20 und M21 werden gesperrt und die Konstantmultiplikatoren M22 und M23 werden eingeschaltet, so daß das Signal L+R von der Rauschreduzierungsschaltung 65 und das Pseudosignal L-R von der Ver- TEXT FEHLT
Eine Rauschreduzierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Entfernen eines intermittierend erzeugten Rauschens geeignet, kann zum Beispiel als Rauschreduzierungsvorrichtung eines FM-Rundfunkempfängers verwendet werden und kann eine Mehrwegeverzerrung beseitigen, die in einem FM-Rundfunkempfänger erzeugt wurde.

Claims

1. Eine Rauschreduzierungsvorrichtung zum Entfernen eines Rauschens, das einem Eingangssignal S(1) überlagert ist, mit:

einer Rauschdetektorschaltung (5) zum Detektieren des Rauschens von dem Eingangssignal S(1);

einem ersten Signalweg, der ein Tiefpaßfilter (2) enthält, zum Ausgeben des Eingangssignals S(1) durch das genannte Filter (2);

einem zweiten Signalweg, durch den das Eingangssignal geleitet wird; und

einer Auswahlschaltung (3) zum Auswählen eines Ausgangssignals S(4) von dem genannten ersten Signalweg, wenn das Rauschen durch die genannte Rauschdetektorschaltung (5) detektiert ist, und zum Auswählen eines Ausgangssignals S(3) von dem genannten zweiten Signalweg, wenn das Rauschen nicht detektiert ist;

dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter eine regelbare Abschneidefrequenz hat und die Vorrichtung ferner eine Steuerschaltung (4) zum Steuern der Abschneidefrequenz des genannten regelbaren Tiefpaßfilters (2) umfaßt, so daß die genannte Frequenz gemäß einer Frequenzänderung des Eingangssignals variiert wird.

2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die genannte Steuerschaltung (4) eine Halteschaltung (45) hat, zum Fixieren eines Ausgangssignals S(5) der genannten Steuerschaltung auf einem Wert, der einem Wert gerade vor erzeugen des Rauschens entspricht, wenn das Rauschen durch die genannte Rauschdetektorschaltung (5) detektiert ist.

3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der genannte zweite Signalweg einen Phasenschieber (1) enthält, zum Bereitstellen einer festen Phasenverschiebung zum Kompensieren einer Phasenverzögerung eines Eingangssignals, die in dem genannten ersten Signalweg hervorgerufen wurde.

4. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der genannte zweite Signalweg einen regelbaren Phasenschieber (1) enthält, der in der Lage ist, eine Phasenverschiebung zu verändern, und die Phasenverschiebung durch ein Ausgangssignal S(5) der genannten Steuerschaltung (4) gesteuert wird, so daß der genannte regelbare Phasenschieber (1) einen Phasenfrequenzgang hat, der dem genannten regelbaren Tiefpaßfilter (2) entspricht.

5. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die genannte Steuerschaltung (4) einen ersten Detektor (41) umfaßt, zum Detektieren eines Ausgangssignals S(3) des genannten zweiten Signalweges, einen zweiten Detektor (42) zum Detektieren eines Ausgangssignals S(4) des genannten regelbaren Tiefpaßfilters (2), eine Differenzspannungszuführungsschaltung (43) zum Zuführen einer Differenzspannung zu einem Ausgangssignal des genannten ersten oder zweiten Detektors, einen Differenzverstärker (44) zum Differenzverstärken einer Differenz zwischen Ausgangssignalen des genannten zweiten oder ersten Detektors (41, 42) und der genannten Differenzspannungszuführungsschaltung (43), und eine Halteschaltung (45) zum Halten eines Ausgangssignals S(5) von dem genannten Differenzverstärker (44), um konstant zu sein, wenn das Rauschen durch die genannte Rauschdetektorschaltung (5) detektiert ist.

6. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Schaltung (5) zum Detektieren des genannten Rauschpegels umfaßt, und bei der die Abschneidefrequenz des genannten regelbaren Tiefpaßfilters (2), die gemäß einer Frequenz des Eingangssignals S(1) gesetzt ist, auf eine Frequenz gesetzt wird, die niedriger ist, wenn ein detektierter Rauschpegel hoch ist, als wenn der detektierte Rauschpegel niedrig ist.

7. Eine Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die genannte Vorrichtung durch eine analoge Schaltung gebildet ist.

8. Eine Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die genannte Vorrichtung durch eine digitale Schaltung gebildet ist.

9. Ein Verfahren zum Entfernen eines Rauschens, das einem Eingangssignal S(1) überlagert ist, mit den Schritten:

Detektieren eines Rauschens von dem Eingangssignal durch eine Rauschdetektorschaltung (5);

Leiten des Eingangssignals S(1) auf einen ersten Signalweg, der ein Tiefpaßfilter (2) enthält, zum Ausgeben des Eingangssignals durch das genannte Filter;

Leiten des Eingangssignals S(1) auf einen zweiten Signalweg, durch den das Eingangssignal S(1) hindurchgeleitet wird; und

Auswählen eines Ausgangssignals S(4) von dem genannten ersten Signalweg, wenn das Rauschen durch die genannte Rauschdetektorschaltung (5) detektiert ist, und

Auswählen eines Ausgangssignals S(3) von dem genannten zweiten Signalweg, wenn das Rauschen nicht detektiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschneidefrequenz des genannten Tiefpaßfilters variabel ist und durch eine Steuerschaltung gesteuert wird, so daß die genannte Frequenz gemäß einer Frequenzänderung des Eingangssignals variiert wird.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die genannte Steuerschaltungssteuerung so ist, daß die Abschneidefrequenz im wesentlichen mit einer Frequenz einer Hauptkomponente des Eingangssignals S(1) übereinstimmt.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die genannte Steuerschaltung (4) einen Ausgangssignalpegel des genannten ersten Signalwegs mit einem Ausgangssignalpegel des genannten zweiten Signalwegs vergleicht und die Abschneidefrequenz des genannten regelbaren Tiefpaßfilters (2) gemäß dem Vergleichsresultat rückkoppelnd regelt.

12. Ein Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Ausgangssignalpegel der genannten ersten und zweiten Signalwege durch den Vergleich im wesentlichen zum Übereinstimmen gebracht werden.

13. Ein Verfahren nach Anspruch 11, bei dem durch den Vergleich eine vorbestimmte Differenz zwischen den Ausgangssignalpegeln der genannten ersten und zweiten Signalwege erzeugt wird.

14. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem die genannte Steuerschaltung (4) ein Ausgangssignal S(5) der genannten Steuerschaltung (4) auf einem Wert fixiert, der einem Wert gerade vor Erzeugen des Rauschens entspricht, wenn das Rauschen durch die genannte Rauschdetektorschaltung (5) detektiert ist.

15. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem das genannte Eingangssignal S(1), das den zweiten Signalweg durchläuft, um einen festen Betrag in der Phase verschoben wird, um eine Phasenverzögerung eines Eingangssignals zu kompensieren, die in dem genannten ersten Signalweg hervorgerufen wurde.

16. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die Phase des Signals in dem zweiten Signalweg gemäß einem Ausgangssignal der genannten Steuerschaltung mittels eines regelbaren Phasenschiebers (1) variiert wird, so daß der genannte regelbare Phasenschieber (1) einen Phasenfrequenzgang hat, der dem genannten regelbaren Tiefpaßfilter (2) entspricht.

17. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei dem die Rauschdetektionsempfindlichkeit der genannten Rauschdetektorschaltung (5) abnimmt, so wie eine Frequenz des Eingangssignals S(1) erhöht wird, so daß die Rauschreduzierungsverarbeitung unterdrückt wird, so wie die Frequenz des Eingangssignals S(1) zunimmt.

18. Ein Verfahren nach Anspruch 17, bei dem eine Vergleichsbezugsspannung zum Bestimmen eines Rauschdetektionspegels der genannten Rauschdetektorschaltung (5) gemäß einem Ausgangssignal S(5) der genannten Steuerschaltung (4) variiert wird.

19. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, bei dem eine Abschneidefrequenz des genannten regelbaren Tiefpaßfilters (2), die gemäß der Frequenz des Eingangssignals S(1) gesetzt ist, auf eine Frequenz gesetzt wird, die höher ist, wenn ein Eingangssignalpegel hoch ist, als wenn der Eingangssignalpegel niedrig ist.

20. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, bei dem die Abschneidefrequenz des genannten regelbaren Tiefpaßfilters (2), die gemäß einer Frequenz des Eingangssignals gesetzt ist, auf eine Frequenz gesetzt wird, die niedriger ist, wenn ein detektierter Rauschpegel hoch ist, als wenn der detektierte Rauschpegel niedrig ist.

21. Ein Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die genannte Steuerschaltung (4) Signalpegel auf Eingangs- und Ausgangsseiten des genannten regelbaren Tiefpaßfilters (2) vergleicht und die Abschneidefrequenz des genannten regelbaren Tiefpaßfilters (2) gemäß dem Vergleichsresultat rückkoppelnd regelt.