SE444750B - Metod for att pa elektronisk veg astadkomma fortydligande av ljud- eller bildinformation jemte anordning for utforande av metoden - Google Patents

Description

10 15 20 25 8502762-1 2 w Redogörelse för uppfinningen I det ovannämnda USA-patentet 4 150 253 vill man påvisa en förbättring av uppfattbarheten genom att distorsionsprodukter skapade från den ursprungliga audiosignalen sammanblandas med denna signal. Denna kända anordning tar emellertid ej hänsyn till de icke önskvärda differensintermodulationsprodukterna (undertoner), som uppstår vid distorsionsalstringen. Ej heller tas hänsyn till det icke linjära amplitudförhållandet mellan genererade deltoner relaterat till insignalen. ' 7 § Vid alstring av övertoner till den ursprungliga signalen genom kvadrering av den ursprungliga signalen som innehåller frekvenserna f1 och fz (fz > f1) erhålles produkterna 2f1, Zfz, f1+f2 samt fz-fï.

Differensmodulationsprodukten fz-f1 (som är en underton) är ej harmoniskt relaterad till den ursprungliga signalen. Denna underton låter därför mycket illa och bidrar således till sämre uppfattbarhet (grövre bíldelement genereras vid video- återgivning).

Enligt föreliggande uppfinning elimineras denna komponent genom att tillföra den kvadrerande multiplikatorn en signal som medelst ett fasdifferensnät fasvrider signalen 900 innan denna påförs multiplikatorns ingångar. För att kompensera för den kvadratiska amplitudexpansion, som erhålles vid kvadrering, F innefattar anordningen enligt uppfinningen även en amplitud- komprimerande krets som komprimerar signalen med det inversa värdet till den genom kvadrering erhållna amplitudexpansionen, dvs. med kvadratroten ur signalens amplitudvärde. 'Ändamålet med föreliggande uppfinning är således att till- handahâlla en metod och en kretsanordning för förtydligande av ljud och bildinformation, vilken vid förtydligandet eliminerar icke önskvärda intermodulationsprodukter, varvid i huvudsak enbart övertoner bildas. Vidare genereras erhållet övertons- spektrum med ett i huvudsak likvärdigt dynamikförhållande relaterat till insignalen. Uppfinningen är därvid känneteck- nad så som framgår av efterföljande patentkrav.

Figurförteckning Uppfinningen skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar där i fig 1 visar ett blockschema över en kretsanordning för ut- förande av metoden enligt uppfinningen i en utföringsform; 10 15 25 p 8502162-1 3 fig 2 visar ett blockschema över kretsanordningen för ut- förande av metoden enligt föreliggande uppfinning i en annan utföringsform; V fig 3 visar ett blockschema i vilket kretsanordningen för utförande av metoden enligt uppfinningen är ansluten i en sido- väg enligt tidigare känt utförande; . fig 4 visar ett kretsschema över ett möjligt utförande av en komprimerande krets som ingår i utföringsformen enligt fig 1; fig 5 visar kretsschemat över en komprimerande krets som ingår i utföringsformen enligt fig 2; figurerna 6-8 visar frekvensamplituddiagram.

Utföringsformer _ Fig 1 visar ett blockschema över en elektronisk kretsanord- ning för utförande av metoden enligt föreliggande uppfinning, och skall ej anses vara begränsad till det fall att samman- blandning med programmaterialet sker. En insignal X represente- rar nyttosignalen (dvs. programmaterialet) och denna signal innehåller ett antal frekvenser f1, fz, fn, vilkas över- toner skall genereras på sådant sätt att de är i huvudsak linjärt relaterade till nyttosignalen X. Signalen X kan exempel- vis innehålla audioinformation, vars hörbarhet skall förbättras.

Den i fig 1 visade signalvägen innehåller ett filter 1, lämpligen med bandpassfilterkarakteristik för att bestämma det frekvensområde, inom vilket behandling av de komponenter med frekvenserna fï, fz osv. fn hos signalen X, som skall utföras, dvs. frekvenserna fï, fz, ..., fn ligger samtliga inom filtrets 1 passband.

Filtret 1 är anslutet till en amplitudkompressor 2, som har till uppgift att enligt en viss karakteristík komprimera den. från filtret 1 erhållna signalen. Detta utförs för att kompen- sera den expansion som signalen X erhåller i den senare be- skrivna multiplikatorn 4. Närmare bestämt utför kompressorn 2 en komprimering av signalen X lika med inversen till den expandering av signalen som fås i multiplikatorn 4. Det är där- vid lämpligt att kompressorn 1 placeras före multiplikatorn 4 i signalvägen enligt fig 1, eftersom eventuell klippning av signalen.i efterföljande multiplikator 4 undvikes. I samband med fig 4 skall kompressorn 2 närmare beskrivas i den ut: föringsform av anordningen enligt uppfinningen som är visad ifig1. 10 1 2 2 5 0 5 8502762~1 , Fasdifferensnätet 3, vilket är anslutet till kompressorns Z utgång, uppdelar den inkommande signalen innehållande fz, fn (men nu med komprimerad amplitud) i XS och XC, vilka uppträder över nätets 3 båda i komponenter är inbördes 900 fasförskjutna för f av intresse. Nätet 3 kan exempel- ii ! I i frekvenserna f1, två komponenter utgångar. Dessa alla frekvenser f1, fz osv, fn vis vara av ett utförande som visats i en artikel ur IEEE Circuit Theory, vol. CT-16, nummer 2, Maj 1969, artikel ur "Electronics", augusti 21, 1975, pp Transactions on eller enligt en J 82-85. É F Multíplikatorn 4 är av känt slag och är ansluten till de båda utgångarna av fasdifferensnätet 3 för multiplicering av de § båda utsignalerna XS och XC. Som resultat erhålles en utsígnal Y från multiplikatorn, vilken innehåller övertonerna 2f1, Zfz, ... Zfn jämte summaintermodulationsprodukter f1+fz, f1+f3, ... f2+f3, ... , men ej några differensintermodulationsprodukter fz-f1, f3-f1, ... . ' Om utsignalerna XS och XC från fasdifferensnätet 3 är: XS = A1 sinu + A2 sin/S* och XC = A1 Cgsy +' A2 gosig, fås efter multipliceríng av multiplikatorn 4: z . z . . .

Y x x Aï/z s1n<>< fAz/z sin 2,5* + Aš/z sm (cap) sm zß, s c I det fall att sinqfoch sinß*exempelvis är signalkomponenter i samma signal men med olika inbördes amplituder som följer = k' Aíjdär k = konstant, erhålles: -Af/z sin zß. varandra, dvs. A2 Y = A:/2 Sin 2:1 + k' A: Sin Û¥+ß) + kz Man erhåller en exponentiell ökning av utsignalen Y då insígnalen X ökas linjärt.

För att kompensera denna exponentíella funktion inkopplas kompressorn 2. Denna är så långsam att den endast påverkar de ingående signalernas envelopp (dvs. amplituderna). Den verkar alltså rotutdragande på insignalens X totala amplitud. Om enligt ovan gäller att A2 k ' A1 är insígnalens totala amplítud A1 + A2 = A1 (1+k), och efter kmqneggørn erhålles amplituden VK?_TTïkT. Förhållandet mellan tonernas amplituder är detsamma efter kompressorn, dvs A26 k -A16 (A16, A26 = respektive amplituder efter kompressorn). Alltså gäller att VÄ] _ ill- och \fiïk“ A1c(1+k) vilket ger att A19 = VA1 10 15 20 35 8502762-1 5 kl lvïï I 'dvs eftersom Y 2 __ _ = . s = )~ Aze ' V? \/1+1<“ VÄ; Vwk 2_ *e -sin Zq 4-A18 - A28 sin üX+B) + ¿(A2e) sin 2,6, så blir A1 . k-A1. 1<2-A1.e ïïïïïï sin 2Q¿+ ïïïïï- sin (æäß) + ï-TTIEY sin 2/3.

En linjär ökning av insignalens X amplituder A1, A2 ger en Y: linjär ökning av utsignalens övertoner.

Fig 2 visar ett blockschema över en annan utföringsform av anordningen för utförande av metoden enligt uppfinningen. Samma hänvisningsbeteckningar som i fig 1 har bibehållits, vilka an- ger motsvarande enheter. I denna utföringsform har fasdifferens- nätet 3 anslutits till utgången hos filtret 1 och kompressorn 2 har anslutits till den utgång hos fasdifferensnätet över vilken signalen XC uppträder. Kompressorn utgörs i detta fall av en krets som ger en konstant utgångsnivå till den efterföljande multiplikatorn 4 hos komponenten XC oberoende av den inkommande nivån hos XC. Kretsanordningen enligt fig 1 eller 2 kan liksom i kända anordningar anslutas till en sidoväg för sammanbland- ning med den ursprungliga nyttosignalen X. Fig 3 visar exempell då anordningen enligt fig 1 kopplats på detta sätt. Ena signal- vägen S1 leder audiosignalen opåverkad till enaingången av en summerande förstärkare 5. Den andra ingången hos förstärkaren 5 mottar utsignalen Y från den andra signalvägen S2. En potentio- meter 6 är inkopplad mellan utgången hos multiplikatorn 4 och den andra ingången hos förstärkaren S. Medelst potentiometern 6 kan man välja en mängd av i signalvägen S2 genererat övertons- spektrum som skall sammanblandas med programmaterialet.

Fig 4 visar närmare utseendet av kompressorn 4 använd i an~ ordningen enligt fig 1. I motkopplingen till en operationsför- stärkare 23 med jordad plusingång är kopplad en multiplikator 22, vars insignal utgörs av operationsförstärkarens utsignal.

Kompressorns 4 insignal, dvs. utsignalen från filtret 1 tillförs operationsförstärkarens minusingång jämte utsignalen från multiplikatorn 22. En likriktare 21, exempelvis en helvågslik~ riktare, ansluten till utgången av operationsförstärkaren 23 ger en DC-signal, som är proportionell mot exempelvis medelvärdet av utsignalen från operationsförstärkaren 23. Denna signal till- förs som styrsignal till multiplikatorn 22. Härigenom erhålls en komprimering av den till kompressorn inkommande signalen X1 och ger utsignalen X2, varvid X2 är lika med kvadroten 10 15 20 25 40 8502762-1 6 ur amplituden hos signalen Xi. Härigenom fås en kompensering av den kvadratiska amplitudexpansionen i multiplikatorn 4 enligt fig 1. _ Fig 5 visar ett annat utförande av kompressorn 2, vilket används i utföringsformen enligt fig 2. Kompressorn 2 är här ut- förd som en krets för att ge en utsignal X2 med konstant nivå« oberoende av ínsígnaiens X1 nivå (X2fiäX1). Liksom i utförandet enligt fig 4 består kompressorn enligt fig S av en operations- förstärkare 26¿ en styrbar multiplikator 25 och en likriktare 24.

Likriktaren är här ansluten till ingången X1 och ger en DC-síg- nal som är proportionell mot exempelvis ingångssignalens medel- värde. Denna tillförs som styrsignal ena ingången hos multipli- katorn 25. Härigenom erhålls en förstärkning i kompressorn som är inverst proportionell mot insignalens X1 amplitud, dvs. 20 dB minskning i ingångsnivån ger 20 dB förstärkningsökning. Detta resulterar i att denna kompressor alltid ger en konstant utsig- nal (X2) vid varierande insignal (X1). I och med att multipli- katorn 4 i fig 2 erhåller en linjärt varierande insignal på ena ingången samt šamma signal fasvriden 906 med konstant amplitud på andra ingången, så producerar multiplikatorn en utsignal X2 som är linjärt relaterad till insignalens X1 amplitud.

Fig 6 visar genom Fourieranalys ett frekvensspektrum av en periodisk testsignal X som tillförts respektive anordningar en- ligt uppfinningen samt kända anordningar enligt nedan. Signalen X innehåller de båda frekvenserna fï och fz, exempelvis 1 kHz och 1,5 kHz.

Fig 7 visar genom Fourieranalys utsignalen Y från anord- ningen enligt fig 1 och 2 då testsignalen X tillförs som insig- nal. Man får de båda övertonerna 2f], Zfz jämte summa intermodu- latíonsprodukten f1+f2.

Fig 8 och 9 visar genom Fourieranslys en approximatív signal med testsignalen X enligt fig 6 som insignal vid de kända anordníngarna enligt franska patentet 2 400 863 resp -patentet 4 150 253. Som synes fås förutom en DC-komponent även skillnadsintermodulationsprodukten f1-fï, vilken inverkar negativt på uppfattbarheten då utsignalen Y blandas med nytt- Ut- båda USA- signalen X.

Givetvis kan den_här beskrivna metoden och anordningen ut- föras diskret digitalt eller implementeras i programvara för en snabb signalprocessor. 8502762-1 7.

För närvarande uppvisar"den analoga utföringsformen en betydligt bättre pris-prestandafaktor. I vissa tillämpningar där stor noggrannhet krävs kan en hybrid kretslösning i analog och digital teknik vara lämplig. Exempelvis kan multiplikatorn er- sättas med två multíplícerande D/A-omvandlare kopplade för kvadrering, dvs. ena D/A-omvandlarens utgång kopplas till den andra D/Afomvandlææns referensingång. Denna lösning blir betyd- 'lígt billigare än då en digital multiplikator med D/A-omvandlare hade använts. Självfallet måste audiosignalen vara digitaliserad - i dessa fall.

Claims (7)

1. -w '"~fw--«-~~-- o IIUOIU O u: O I 000 : o o Q - .O øoou I' Ivan 4.., :'.' ICC. .Ol- min: .om o o g 0 n n , o o 8502762-1 Patentkrav 'l. Metod för att på elektronisk väg åstadkomma förtydligan- de av ljud- eller bildinformation, vilken representeras av en nyttosignal (X) innehållande åtminstone två frekvenskomponenter (f1,f2) inom ett nyttofrekvensområde, varvid övertoner till nämnda frekvenskomponenter i nämnda nyttosignal alstras, k ä n n e t e c k n a d av att de vid bildandet av nämnda över- toner (2f1,2f2, f1+f2) alstrade icke harmoniska tonerna och differensintermodulationsprodukterna elimineras, samt att den ur nyttosignalen (X) erhållna signalens (Y) övertoner uppvisar ett i huvudsak likvärdigt dynamiskt amplítudförhållande relaterat till nyttosignalen.
2. 2. Metod enligt patenkrav 1, k ä_n n e t e c k n a d av att nämnda erhålla signal (Y) sammanblandas med nyttosignalen (X).
3. 3. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att ur nämnda nyttosignal (X) bildas två ortogonala komponenter (XS,XC), att nämnda komponenter multipliceras för att erhålla nämnda övertoner samt att nyttosignalen komprimeras för att kompensera för den amplitudexpansion som erhålles vid nämnda multiplicering.
4. 4. Metod enligt patenktav 1,Ak ä n n e t e c k n a d av att ur nämnda nyttosignal (X) bildas två ortogonala komponenter (XS,Xc), att nämnda komponenter multipliceras för att erhålla nämnda övertoner samt att en (XC) av nämnda komponenter (X5,XC) komprimeras för att kompensera för den amplitudexpansion som erhålles vid nämnda multiplicering. A
5. 4. Elektronisk kretsanordning för utförande av metoden enligt patentkrav 1 ur en insignal X innehållande frekvenser inom ett valt frekvensband, exempelvis ett audioband (0,3-20 kHz), vilken alstrar övertoner med ett i huvudsak linjärt amplitud- förhållande mellan insignalen X och kretsanordningens utsignal' Y, och utan störande differensintermodulationsprodukt, inne- fattande en multiplikatoranordning (4), k ä n n e t e c k n a d av ett fasskillnadsnät (3) anslutet mellan anordningens ingång och multiplikatorn (4) för att uppdela den inkommande signalen -X i två inbördes fasförskjutna komponenter XS och XC, vilka som ingångsstorheter tillförs multiplikatorn (4), samt en amplitudkomprimerande krets (2) för att kompensera den expande- ring av signalkomponenternas XS och XC amplitud som sker i multiplikatorn. i t* i ii" i) P = :wwwäswv-wfi-wiï -Iflfi- w ~ %n-fæ¿ š 8502762-”3 '”'il"'W" 9 S. Elektronisk kretsanordning enligt patenktrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den komprimerande kretsen (2) är ansluten till anordningens ingång och dess utgång är ansluten till ingången av fasdifferensnätet (3), över vars båda utgångar respektive signalkomponent XS, XC uppträder, vilka utgångar bildar multiplikatorns båda ingångar (fig 1).
6. 6. Elektronisk kretsanordníng enligt patentkrav 4, k ä n n e- av att komprimerande kretsen (Z) är ansluten t e c k n a d till en utgång av fasdifferensnätet (3), över vilken en av nämnda g signalkomponenter uppträder, och med sin utgång ansluten till en ingång hos multiplíkatorn (4) (fíg 2).
7. 7. Elektronisk kretsanordning enligt patentkrav 4-6, k ä n n e t e c k n a d av att summator (5) är med sina båda ingångar ansluten till anordningens ingång respektive till ut- _§ gången av multiplíkatorn (4).