DE19963648B4

DE19963648B4 - Overload protection in a signal processing unit

Info

Publication number: DE19963648B4
Application number: DE1999163648
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr.-Ing. Gierl; Christoph Dipl.-Ing. Benz
Original assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2019-12-30
Also published as: DE19963648A1

Abstract

Verfahren zum Übersteuerungsschutz eines Eingangssignals (E) in mindestens einem Kanal einer Signalverarbeitungseinheit, auf einer zwischen einem Signaleingang (1) und einem Signalausgang (6) liegenden Übertragungsstrecke (3), wobei das Eingangssignal (E) in einem Signalprozessor (4) verarbeitet und in einem Begrenzerverstärker (35) gedämpft oder verstärkt wird, wobei beim Überschreiten einer Signalamplitude auf der Übertragungsstrecke (3) mit zunehmender Signalamplitude höhere (niedrigere) Signalamplituden im Vergleich zu niedrigeren (höheren) Signalamplituden stärker dämpfbar (verstärkbar) sind und die amplitudenselektive Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers (35) in Abhängigkeit von Lautstärkeeinstellungen (g_Vol) und/oder Filtereinstellungen (g_F) einstellbar ist.Method for overmodulation protection of an input signal (E) in at least one channel of a signal processing unit, on a transmission path (3) lying between a signal input (1) and a signal output (6), wherein the input signal (E) is processed in a signal processor (4) and processed in a limiting amplifier (35) is attenuated or amplified, wherein when a signal amplitude is exceeded on the transmission path (3) with increasing signal amplitude higher (lower) signal amplitudes in comparison to lower (higher) signal amplitudes stronger attenuatable (amplifiable) and the amplitude selective attenuation (amplification) the limiter amplifier (35) in dependence on volume settings (g _vol ) and / or filter settings (g _F ) is adjustable.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übersteuerungsschutz eines Signals in mindestens einem Kanal einer Signalverarbeitungseinheit sowie eine SignalverarbeitungseinheitThe The invention relates to a method for overdrive protection of a signal in at least one channel of a signal processing unit and a Signal processing unit

Ein solches Verfahren zum Übersteuerungsschutz kommt beispielsweise dann zum Einsatz, wenn in einem digitalen Audiosystem trotz Aussteuerungsregelung Übersteuerungen in der Signalverarbeitungskette durch die Einstellungen der klangbeeinflussenden Filter, zum Beispiel der zur Einstellung der Tiefen-, Höhen-, bzw. Equalizer- und/oder Lautstärkenaussteuerung, verursacht werden.One such method for overdrive protection is used, for example, when used in a digital audio system despite overcharge control overrides in the signal processing chain through the settings of the sound influencing Filter, for example, to adjust the depth, altitude, or Equalizer and / or volume control, caused.

Im normalen Betriebsfall werden die Verstärkungs- und Dämpfungsfaktoren innerhalb der Signalverarbeitungskette in Abhängigkeit von der Eingangssignalamplitude und den Einstellungen aller klangbeeinflussenden Filterstufen derart ausbalanciert, dass stets eine ausreichende Aussteuerungsreserve für die Signalverarbeitung zur Verfügung steht. In allen Fällen, in denen es nicht möglich ist, aufgrund der Signaleigenschaften und der vorgegebenen Klangeinstellungen diese Aussteuerungsreserve (Headroom) zur Verfügung zu stellen, besteht die Gefahr einer Übersteuerung. Solch eine Übersteuerung führt zu starken nichtlinearen Verzerrungen und somit zu hohen Klirrfaktoren.in the normal operating conditions become the gain and damping factors within the signal processing chain as a function of the input signal amplitude and the settings of all sound-influencing filter stages such balanced, that always a sufficient headroom for the Signal processing available stands. In all cases, in which it is not possible is, due to the signal characteristics and the preset sound settings To provide this headroom, is the Risk of oversteer. Such an override leads to strong non-linear distortions and thus high harmonic distortion.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Amplitude des verarbeiteten Signals zu beschränken. Zur Beschränkung der Signalamplitude auf einen vorgegebenen Höchstwert wird ein Begrenzerverstärker vorgesehen. Solche Begrenzerverstärker lassen sich in zwei Funktionsklassen einteilen:

1. Begrenzerverstärker mit dynamisch einstellbarer amplitudenunabhängiger Pegelabsenkung (oder in Ausnahmefällen Pegelanhe bung).
2. Begrenzerverstärker mit fest eingestellter amplitudenselektiver Pegelanhebung/Pegelabsenkung, wobei in der Regel hohen Amplituden gedämpft und niedrige Signalamplituden angehoben werden.

From the prior art it is known to limit the amplitude of the processed signal. To limit the signal amplitude to a predetermined maximum value, a limiter amplifier is provided. Such limiter amplifiers can be divided into two functional classes:

1. Limiter amplifier with dynamically adjustable amplitude-independent level reduction (or in exceptional cases level increase).
2. Limiter amplifier with fixed amplitude-selective level increase / level reduction, usually with high amplitudes attenuated and low signal amplitudes are increased.

Ein Begrenzerverstärker nach Funktionsklasse 1 beschränkt die Ausgangsamplitude eines Signals durch entsprechende Absenkung des Gesamtverstärkungsfaktors im Falle sehr hoher Signalamplituden. Somit bestimmen beispielsweise große, nur kurzzeitig auftretende Signalamplituden die maximale Aussteuerung des digitalen Audiosystems. Da der Begrenzerverstärker den Gesamtverstärkungsfaktor reduziert, um eine Übersteuerung durch Signalspitzen zu vermeiden, werden leise Audiosignalpassagen mit kleinen Signalamplituden für eine gewisse Zeit noch leiser wiedergegeben. Nachteilig bei diesem Verfahren ist also die Tatsache, dass sich die Wiedergabelautstärke in Abhängigkeit vom Signalpegel ändert.A limiter amplifier according to functional class 1 restricts the output amplitude of a signal by lowering the overall amplification factor accordingly in the case of very high signal amplitudes. Thus, for example, determine large, only briefly occurring signal amplitudes, the maximum modulation of the digital audio system. Since the limiter amplifier reduces the overall amplification factor to avoid overshoot by signal peaks, quiet audio signal passages with small signal amplitudes are reproduced even more quietly for a certain time. The disadvantage of this method is therefore the fact that the playback volume changes depending on the signal level.

Bei einem Begrenzerverstärker der zweiten Funktionsklasse tritt dieser Nachteil der sich ändernden Wiedergabelautstärke in Abhängigkeit vom Signalpegel nicht auf. Ein Begrenzerverstärker mit fest eingestellter Pegelanhebung/Pegelabsenkung ist so dimensioniert, dass mittlere und hohe Signalamplituden "abgeschnitten" oder "verrundet" werden. Daher tritt selbst bei Signalamplituden mit vergleichsweise geringer Aussteuerung ein erhöhter Klirrfaktor auf.at a limiter amplifier the second class of function, this disadvantage of changing occurs Playback volume dependent on from the signal level not on. A limiter amplifier with fixed set Level increase / decrease is dimensioned so that medium and high signal amplitudes are "truncated" or "rounded". Therefore occurs even with signal amplitudes with comparatively low modulation an elevated one Distortion factor on.

Aus der DE 38 03 291 A1 ist ein Verfahren zum Übersteuerungsschutz eines Eingangssignals in mindestens einem Kanal einer Signalverarbeitungseinheit auf einer zwischen einem Signaleingang und einem Signalausgang liegenden Übertragungsstrecke bekann, wobei das Eingangssignal verarbeitet in einem Begrenzerverstärker gedämpft oder verstärkt wird. Beim Überschreiten einer Signalamplitude auf der Übertragungstrecke sind mit zunehmender Siganlamplitude höhere (niedrigere) Signalamplituden im Vergleich zu niedrigeren (höheren) Signalamplituden stärker dämpfbarFrom the DE 38 03 291 A1 a method is known for overdrive protection of an input signal in at least one channel of a signal processing unit on a lying between a signal input and a signal output transmission path, wherein the input signal is processed attenuated or amplified in a Begrenzerverstärker. When a signal amplitude on the transmission path is exceeded, higher (lower) signal amplitudes become more attenuable with increasing signal amplitude in comparison with lower (higher) signal amplitudes

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Übersteuerungsschutz in einer Signalverarbeitungseinheit bereitzustellen, bei dem die Dynamik, d. h. der Unterschied zwischen maximaler und minimaler Lautstärke, weitgehend erhalten bleibt, ohne dass sich die Wiedergabelautstärke in Abhängigkeit vom Signalpegel ändert, wenn kurzzeitig eine Übersteuerung des digitalen (Audio-)Systems auftritt. Gleichzeitig soll im Übersteuerungsfall vermieden werden, dass der Ver stärker in den Sättigungsbereich geht und/oder dass solche Signalamplituden, welche gar nicht zu einer Übersteuerung geführt hätten, "abgeschnitten" werden. In beiden Fällen wird das Ziel verfolgt, einen hohen Klirrfaktor zu vermeiden.Of the Invention is based on the object, a method for overdrive protection in a signal processing unit where the dynamics, d. H. the difference between maximum and minimum volume, largely is maintained without the playback volume depending on changes from the signal level, if briefly overdriven of the digital (audio) system occurs. At the same time should be avoided in the event of oversteer Be that stronger in the saturation region goes and / or that such signal amplitudes, which not at all an override guided would have been "cut off". In both make The goal is to avoid high harmonic distortion.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Signalverarbeitungseinheit gemäß Anspruch 2.These The object is achieved by a method with the features of claim 1 and a signal processing unit according to claim Second

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous versions and further developments are specified in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Übersteuerungsschutz eines Eingangssignals in mindestens einem Kanal einer Signalverarbeitungseinheit basiert auf einer Pegelabsenkung durch einen Begrenzerverstärker bei einer drohenden Übersteuerung. Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, dass sich die aktuellen Einstellungen der Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers nach der eingestellten Signalstärke (Lautstärke), nach den Einstellungen (klangbeeinflussender) Filter und dem aktuellen Signalpegel auf der Übertragungsstrecke richten. Die Erfindung sieht vor, dass im normalen Betriebsfall, d. h. wenn keine Übersteuerung vorliegt, das in einem Signalprozessor verarbeitete Signal nicht verändert wird und erst wenn die Gefahr einer Übersteuerung besteht, die Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers der neuen Situation angepasst wird. Die von der eingestellten Signalstärke und den Einstellungen der Filter abhängige signaladaptive und somit dynamische Einstellung der Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers zeichnet sich dadurch aus, dass beim Überschreiten einer Signalstärke und/oder Filterwerts und/oder einer Signalamplitude auf der Übertragungsstrecke (diese schließt den Signalprozessor mit ein) mit zunehmender Signalamplitude höhere Signalamplituden im Vergleich zu niedrigen Signalamplituden stärker gedämpft werden.The method according to the invention for overmodulation protection of an input signal in at least one channel of a signal processing unit is based on a level reduction by a limiter amplifier in the event of imminent overdriving. The essential idea of the invention is that the current settings of the transfer characteristic of the limiter amplifier according to the set signal strength (volume), after the settings (sound-influencing) filter and the current signal level on the Übertra judge the route. The invention provides that in normal operating conditions, ie when there is no overload, the signal processed in a signal processor is not changed and only when there is the danger of overdriving, the transfer characteristic of the Begrenzerverstärkers the new situation is adjusted. The signal adaptive and thus dynamic adjustment of the transfer characteristic of the limiter amplifier, which depends on the set signal strength and the settings of the filters, is characterized in that when a signal strength and / or filter value and / or a signal amplitude on the transmission path is exceeded (this includes the signal processor) As the signal amplitude increases, higher signal amplitudes are attenuated more than low signal amplitudes.

Bei kurzzeitig auftretenden hohen Signalamplituden wird die Aussteuerung des Signals durch den Begrenzerverstärker verändert. Diese Aussteuerungsänderung wirkt sich allerdings nur auf hohe Signalamplituden aus. Die Signale kleiner und mittlerer Amplituden sind von der Regelung nicht betroffen. Bei einem Audiosystem bedeutet dies, dass sich die Wiedergabelautstärke für diese Signalpegel nicht ändert. Dies hat zur Folge, dass sich auch der Signal-/Rauschabstand nicht ändert. Die unveränderte Übertragung kleiner und mittlerer Signalpegel vermeidet vorteilhafterweise das Auftreten von Oberwellen, welche durch den Einsatz eines fest eingestellten Begrenzerverstärkers mit nichtlinearer Übertragungsfunktion auftreten. Für ein Audiosignal bedeutet dies, dass sich der Klirrfaktor für kleine und mittlere Signalamplituden nicht erhöht. Das System vermeidet somit eine Übersteuerung, ohne dass im normalen Betriebsfall auftretende Signalamplituden von der Regelung betroffen sind.at short-term high signal amplitudes is the modulation of the signal is changed by the limiter amplifier. This modulation change However, this only affects high signal amplitudes. The signals Small and medium amplitudes are not affected by the scheme. For an audio system, this means that the playback volume for this Signal level does not change. As a result, the signal-to-noise ratio does not change. The unchanged transmission Small and medium signal level advantageously avoids this Occurrence of harmonics caused by the use of a fixed limiter with non-linear transfer function occur. For an audio signal means that the harmonic distortion is small and mean signal amplitudes are not increased. The system thus avoids an override, without occurring during normal operation signal amplitudes of affected by the scheme.

So führt beispielsweise ein solcher verbesserter Übersteuerungsschutz in einer Signalverarbeitungseinheit für digitale Audiosignale zu einem wesentlich verbesserten Höreindruck. Insbesondere im Grenzbereich der Vollaussteuerung (0 dB Full scale) verhindert die Regelung eine als besonders störend empfundene nichtlineare Verzerrung des Audiosignals unter Beibehaltung der Dynamik und der Wiedergabelautstärke.So leads for example such improved overdrive protection in a signal processing unit for digital audio signals a much improved listening experience. Especially at the limit of full scale (0 dB full scale) the regulation a non-linear perceived as particularly disturbing Distortion of the audio signal while maintaining the dynamics and the Playback volume.

Um die Anordnung speziellen Anforderungen anzupassen, ist vorgesehen, dass die Rücknahme der dynamischen Dämpfung (Verstärkung) frei einstellbar ist. Es soll dabei möglich sein, die Rücknahme der dynamischen Dämpfung (Verstärkung) in einer oder mehreren Stufen oder stetig vorzunehmen. Die Rückstellzeit für die Rücknahme der dynamischen Dämpfung (Verstärkung) soll ebenfalls frei wählbar sein.Around to adapt the arrangement to special requirements is provided that the withdrawal the dynamic damping (Gain) is freely adjustable. It should be possible, the return the dynamic damping (Gain) in one or more stages or continuously. The reset time for the taking back the dynamic damping (Gain) should also be freely selectable be.

Besonders günstig ist es, die Regelung in einen digitalen Signalprozessor (DSP) zu integrieren. Da die Regelung in die sem Fall in Form eines Rechenprogramms, das heißt zum Beispiel mit Hilfe eines DSP-Algorithmuses, realisiert wird, ist der Implementierungsaufwand sehr gering.Especially Cheap is to turn the scheme into a digital signal processor (DSP) too integrate. Since the scheme in this case in the form of a computer program, this means For example, with the help of a DSP algorithm, is realized, the implementation effort is very low.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass der Begrenzerverstärker mit der amplitudenselektiven Dämpfung (Verstärkung) eine Übertragungskennlinie aufweist, die ausgehend von einem geraden Verlauf S-förmig oder gar stufenförmig veränderbar ist. Insbesondere ein stufenförmiger Verlauf der Übertragungskennlinie ermöglicht es, dass nur die Signalamplituden, die auch wirklich zu einer Übersteuerung geführt hätten, gedämpft werden, während alle anderen Signalamplituden, die nicht zu einer Übersteuerung geführt hätten, unverändert übertragen werden. Bei einem solchen Kennlinienverlauf werden allerdings Oberwellen erzeugt, die beispielsweise ein Audiosignal derart beeinflussen, dass sich der Höreindruck massiv verschlechtert. Ein S-förmiger oder mindestens annähernd S-förmiger Verlauf der Übertragungskennlinie stellt einen Kompromiß dar zwischen unveränderter Übertragung kleiner und mittlerer Signalamplituden und Reduzierung des Oberwellenanteils bei hohen Signalamplituden.It has been considered favorable proved that the limiting amplifier with the amplitude-selective attenuation (amplification) has a transfer characteristic, starting from a straight course S-shaped or even stepwise changeable is. In particular, a stepped History of the transfer characteristic makes it possible that only the signal amplitudes, which really too overdrive guided would have muted be while all other signal amplitudes that are not overdrive guided would have be transferred unchanged. In such a characteristic curve, however, harmonics generated, which for example influence an audio signal, that the listening impression massively deteriorated. An S-shaped or at least approximate S-shaped History of the transfer characteristic represents a compromise between unchanged transmission small and medium signal amplitudes and reduction of harmonic content at high signal amplitudes.

In der Praxis ist es vorteilhaft, dass der Begrenzerverstärker aus zwei Stufen besteht. Bei dieser zweistufigen Ausführung ist die erste Stufe zur amplitudenselektiven Verstärkung vorgesehen und die zweite Stufe zu einer konstanten Absenkung des gesamten Signals, unabhängig von der Amplitude des Signals. Dabei ist die Übertragungskennlinie der ersten Stufe so ausgebildet, dass kleine Signalamplituden des Eingangssignals verstärkt werden, während große Amplituden des Eingangssignals nicht verstärkt werden und weitgehend unverändert bleiben. In Verbindung mit der zusätzlichen amplitudenunabhängigen Dämpfung der zweiten Stufe führt dies dazu, dass kleine Amplituden des Eingangssignals nahezu unverändert bleiben und nur große Amplituden des Eingangssignals, die zu einer Übersteuerung führen würden, dämpfbar sind.In In practice, it is advantageous that the Begrenzerverstärker off consists of two stages. In this two-stage design is provided the first stage for amplitude-selective amplification and the second Stage to a constant lowering of the entire signal, regardless of the amplitude of the signal. The transfer characteristic is the first Stage designed so that small signal amplitudes of the input signal reinforced be while size Amplitudes of the input signal are not amplified and remain largely unchanged. In conjunction with the additional amplitude independent damping the second stage leads this means that small amplitudes of the input signal remain almost unchanged and only big ones Amplitudes of the input signal, which would lead to an override, are attenuable.

Eine solche dynamische Adaption der Übertragungskennlinie eines Begrenzerverstärkers kann sowohl kanalselektiv als auch für mehrere Kanäle oder für alle Kanäle gemeinsam erfolgen. Bei einer kanalselektiven Adaption findet in jedem einzelnen Kanal eine optimale Anpassung der Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers auf die momentane Pegelaussteuerung statt. In der Regel genügt es jedoch, einen oder zwei Kanäle zu überwachen und die Adaption der Übertragungsfunktion des Begrenzerverstärkers in den anderen Kanälen diesem einen Kanal anzupassen.A such dynamic adaptation of the transfer characteristic a limiter amplifier can be both channel selective and for multiple channels or for all channels be done together. In a channel selective adaptation takes place in For each individual channel an optimal adaptation of the transfer characteristic of the limiter amplifier to the current level control instead. In general, however, it is sufficient one or two channels to monitor and the adaptation of the transfer function of the limiter amplifier in the other channels to adapt to this one channel.

Weiterhin sieht die Erfindung eine Wahlmöglichkeit vor, eine Pegeldetektion und damit die Adaption der Übertragungskennlinien der Begrenzerverstärker breitbandig oder frequenzselektiv durchzuführen. Diese Wahlmöglichkeit bietet den Vorteil, dass nur diejenigen Bereiche des Frequenzspektrums überwacht werden müssen, bei denen auch eine Übersteuerung erwartet wird. So liegt beispielsweise bei einem Audiosignal in der Praxis das Hauptaugenmerk auf dem Tieffrequenzenbereich des Signalspektrums, wo besonders hohe Amplituden zu erwarten sind. Dies ist beispielsweise bei einem Paukenschlag der Fall.Furthermore, the invention provides a choice, a level detection and thus the Adap tion of the transfer characteristics of the limiter amplifier broadband or frequency selective perform. This choice offers the advantage that only those areas of the frequency spectrum must be monitored, in which an override is expected. For example, in the case of an audio signal in practice, the main focus is on the low-frequency range of the signal spectrum, where particularly high amplitudes are to be expected. This is the case, for example, with a bang.

Auf der Übertragungs- und Signalverarbeitungsstrecke innerhalb eines Kanals gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, eine Signalaussteuerung zu kontrollieren und eine davon abgeleitete Korrektur der Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers durchzuführen.On the transmission and signal processing line within a channel, there is one Number of ways to control a signal output and one derived therefrom Correction of the transfer characteristic of the limiter amplifier.

Da eine gewisse Zeit erforderlich ist, um eine entsprechende Übertragungsfunktion des Begrenzerverstärkers zu ermitteln, bietet es sich an, ein überhöhtes Eingangssignal, das offensichtlich zu Übersteuerungen bei der Signalverarbeitung führt, bereits im Signaleingangsbereich zu erfassen. Hierzu ist ein erster Pegeldetektor zum Abgreifen des dem Signalprozessor zugeführten Eingangssignals vorgesehen, der beim Überschreiten einer vorgebbaren Amplitude des Eingangssignals die amplitudenselektive Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers so regelt, dass das Signal am Ausgang des Begrenzerverstärkers einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Der Pegeldetektor wird hierbei beispielsweise direkt auf der Übertragungsstrecke oder an einem Verzweigungspunkt angeordnet.There a certain amount of time is required to have an appropriate transfer function of the limiter amplifier It is advisable to detect an excessive input signal, which is obvious to overdrive in signal processing, already to be detected in the signal input area. This is a first Level detector for picking up the input signal supplied to the signal processor provided when crossing a predetermined amplitude of the input signal, the amplitude-selective damping (Gain) of the limiter amplifier so that the signal at the output of the limiter amplifier a does not exceed the specified value. The level detector is here, for example, directly on the transmission line or arranged at a branching point.

Eine Ausbildung des Pegeldetektors als Spitzenwertdetektor hat den Vorteil, dass ein solcher Pegeldetektor sehr einfach zu realisieren ist und dass eine Meßgröße unmittelbar zur Steuerung der Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers vor liegt.A Forming the level detector as a peak detector has the advantage that such a level detector is very easy to implement and that a measurand immediately for controlling the damping (Gain) of the limiter amplifier lies ahead.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, diesem Pegeldetektor eine erste Pegelvorhersageeinheit zuzuordnen, die in Form einer Abschätzung einer Signalverarbeitung im Signalprozessor ein Überschreiten einer vorgebbaren Amplitude eines Signals am Ausgang des Signalprozessors vorhersieht und die Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers so regelt, dass das Signal am Ausgang des Begrenzerverstärkers einen vorgegebenen Wert nicht mehr überschreitet. Eine "vorausschauende" Überwachung des Signals am Ausgang des Signalprozessors hat den Vorteil, dass genügend Zeit zur Ermittlung und Einstellung der entsprechenden Übertragungsfunktion des Begrenzerverstärkers vorhanden ist.When it has turned out to be particularly advantageous, this level detector assign a first level prediction unit, which takes the form of a appraisal Signal processing in the signal processor exceeded a predetermined Amplitude of a signal at the output of the signal processor and the damping (Gain) of the limiter amplifier so that the signal at the output of the limiter amplifier a does not exceed the specified value. A "predictive" monitoring of the signal at the output of the Signal processor has the advantage of having enough time to identify and Setting the corresponding transfer function the limiter amplifier available is.

Eine vorausschauende Signalanalyse wird dadurch ermöglicht, dass ein Zeitverzögerungsglied, zum Beispiel ein Signalspeicher, im Eingangsbereich auf der Übertragungsstrecke vor dem Signalprozessor vorgesehen ist. So kann beispielsweise während einer Zwischenspeicherung des Eingangssignals eine Simulation einer Signalverarbeitung dieses Eingangssignals auf der Übertragungsstrecke mit den momentanen Filtereinstellungen des Signalprozessors durchgeführt werden, bei der jede Übersteuerung angezeigt wird. Diese "vorausschauende" Übersteuerungserkennung kann dann dazu verwendet werden, das Maß der notwendigen amplitudenselektiven Dämpfungen (Verstärkungen) zur Vermeidung einer Übersteuerung einzustellen.A predictive signal analysis is made possible by a time delay element, for Example a signal memory, in the input area on the transmission line is provided in front of the signal processor. For example, during a Caching the input signal a simulation of signal processing this input signal on the transmission path be performed with the current filter settings of the signal processor, at every override is shown. This "predictive" override detection can then be used to measure the necessary amplitude-selective losses (Reinforcements) to avoid overdriving adjust.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist anstelle des ersten Pegeldetektors im Eingangsbereich oder zusätzlich zu diesem Pegeldetektor ein weiterer Pegeldetektor vorgesehen, der ein Überschreiten einer vorgebbaren Amplitude eines Signals am Ausgang des Signalprozessors anzeigt und die Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers so regelt, dass das Signal am Ausgang des Begrenzerverstärkers einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Zur Ermittlung einer Amplitude eines Signals am Ausgang des Signalprozessors sieht die Erfindung zwei Möglichkeiten vor.In a further embodiment of the invention is instead of the first level detector in the input area or in addition to this level detector another level detector provided, the a crossing a predetermined amplitude of a signal at the output of the signal processor indicating and damping (Gain) of the limiter amplifier so that the signal at the output of the limiter amplifier a does not exceed the specified value. To determine an amplitude of a signal at the output of the signal processor the invention sees two possibilities in front.

So sieht die Erfindung einen Pegeldetektor vor, der durch die Auswertung einer Sättigungseinheit des Signalprozessors ein Überschreiten einer vorgebbaren Amplitude des Signals am Ausgang des Signalprozessors detektiert und die amplitudenselektive Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers einstellt, so dass ein Signal am Ausgang des Begrenzerverstärkers einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.So the invention provides a level detector, by the evaluation a saturation unit the signal processor exceeded a predetermined amplitude of the signal at the output of the signal processor detected and the amplitude selective attenuation (amplification) of the limiter set so that a signal at the output of the Begrenzerverstärkers a does not exceed the specified value.

Alternativ oder zusätzlich zu diesem Pegeldetektor sieht eine erfindungsgemäße Erweiterung einen weiteren Pegeldetekor vor, der ein Signal am Ausgang des Signalprozessors zwischen den Signalprozessor und dem Begrenzerverstärker abgreift und der beim Überschreiten einer vorgebbaren Amplitude des Signals die Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers entsprechend wählt. Dieser Pegeldetektor ist vorteilhafterweise als Spitzenwertdetektor ausgebildet.alternative or additionally For this level detector, an extension according to the invention sees another one Level detection, which outputs a signal at the output of the signal processor between the signal processor and the Begrenzerverstärker picks and when crossing a predetermined amplitude of the signal corresponding to the transfer characteristic of the Begrenzerverstärkers chooses. This level detector is advantageously designed as a peak detector.

Ein sogenannter "Saturationsdetektor", der die Sättigungseinheit eines Signalprozessors aussteuert, hat gegenüber einem Spitzenwertdetektor den Vorteil einer wesentlich schnelleren Meßwerterfassung. Zur Kompensation der Dauer der Meßwerterfassung sieht die Erfindung vor, dass den Pegeldetektoren je ein Zeitverzögerungsglied zugeordnet wird, welches das Eingangssignal des Begrenzerverstärkers entsprechend der benötigten Zeit zur Pegeldetektion (welche vom verwendeten Pegeldetektor abhängt) und zur Einstellung der amplitudenselektiven Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers verzögert. Nur so ist garantiert, dass ein übersteuertes Signal auch entsprechend seiner Übersteuerung gedämpft wird.A so-called "saturation detector", which controls the saturation unit of a signal processor, has the advantage over a peak detector of a much faster data acquisition. To compensate for the duration of the measured value detection, the invention provides that the level detectors each time delay element is assigned, which the input signal of the Begrenzerverstärkers according to the required time for level detection (which depends on the level detector used) and for setting the amplitude selekti attenuation (gain) of the limiter amplifier delayed. This is the only way to guarantee that an overdriven signal will be attenuated according to its overload.

Um nicht für jedes momentan ankommende Signal die Einstellung der notwendigen Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers einstellen zu müssen, werden die Einstellungen für eine gewisse Zeit aufrechterhalten, solange nicht eine Übersteuerung eine neue Einstellung der amplitudenselektiven Dämpfung Verstärkung) des Begrenzerverstärkers erzwingt. Die Erfindung sieht daher vor, dem Begrenzerverstärker eine Rücksetzeinheit zuzuordnen, die für eine Rücknahme der dynamisch eingestellten amplitudenselektiven Dämpfung (Verstärkung) sorgt.Around not for every momentarily arriving signal the adjustment of the necessary Damping (amplification) of the limiter to have to adjust will be the settings for maintained a certain amount of time, as long as not an override a new setting of the amplitude selective damping amplification) of the limiter forces. The invention therefore provides, the Begrenzerverstärker a Reset unit to allocate for a return the dynamically adjusted amplitude-selective damping (amplification) ensures.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:One embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described below described in more detail. Show it:

1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles eines Kanals einer Signalverarbeitungseinheit, 1 a block diagram of a first embodiment of a channel of a signal processing unit,

2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kanals einer Signalverarbeitungseinheit, 2 a block diagram of a second embodiment of a channel of a signal processing unit,

Die 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kanals einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinheit. Es zeigt einen Signaleingang 1, dem ein Eingangssignal E zugeführt wird. Das Eingangssignal E ist in dem Beispiel ein digitales Audiosignal. An den Signaleingang 1 schließt sich eine Übertragungsstrecke 3 an, die ausgangsseitig mit dem Signalausgang 6 verbunden ist.The 1 shows a block diagram of a first embodiment of a channel of a signal processing unit according to the invention. It shows a signal input 1 to which an input signal E is supplied. The input signal E is a digital audio signal in the example. To the signal input 1 closes a transmission path 3 on the output side with the signal output 6 connected is.

Eingangsseitig ist auf der Übertragungsstrecke 3 ein Signalprozessor 4 angeordnet. Diesem wird das Eingangssignal E' = E zugeführt. Am Ausgang des Signalprozessors 4 liegt das Signal A' an. Dieses Signal A' wird einem Begrenzerverstärker 35 als Eingangssignal E'' = A' zugeführt. Der Ausgang des Begrenzer verstärkers 35 bildet gleichzeitig den Signalausgang 6 der Signalverarbeitungseinheit. Hier wird das Ausgangssignal A = A'' abgegriffen.Input side is on the transmission link 3 a signal processor 4 arranged. This is the input signal E '= E supplied. At the output of the signal processor 4 is the signal A 'on. This signal A 'becomes a limiter amplifier 35 supplied as input signal E '' = A '. The output of the limiter amplifier 35 at the same time forms the signal output 6 the signal processing unit. Here the output signal A = A "is tapped.

Das am Signaleingang 1 anliegende Eingangssignal E wird an einem ersten Verzweigungspunkt 12 von einem ersten Pegeldetektor 7 abgegriffen. Der erste Pegeldetektor 7 ist über eine Datenleitung mit einem Rechenwerk 14 verbunden. Über diese Datenleitung wird dem Rechenwerk 14 die Signalamplitude g_PL1 am Signaleingang E mitgeteilt. Der Signalprozessor 4 ist über eine Datenleitung mit einer Sättigungseinheit 17 verbunden. Diese Sättigungseinheit 17 ist ebenfalls über eine Datenleitung mit einem zweiten Pegeldetektor 8 verbunden. Dieser Pegeldetektor 8 wiederum ist mit einer Datenleitung mit dem Rechenwerk 14 verbunden. Über diese Datenleitungen wird dem Rechenwerk 14 die momentane Signalamplitude g_SP innerhalb einzelner Stufen des Signalprozessors 4 oder am Ausgang des Signalprozessors 4 mitgeteilt.The at the signal input 1 applied input signal E is at a first branch point 12 from a first level detector 7 tapped. The first level detector 7 is via a data line with an arithmetic unit 14 connected. About this data line is the calculator 14 the signal amplitude g _PL1 communicated to the signal input E. The signal processor 4 is via a data line with a saturation unit 17 connected. This saturation unit 17 is also via a data line with a second level detector 8th connected. This level detector 8th In turn, there is a data line with the calculator 14 connected. About these data lines is the calculator 14 the instantaneous signal amplitude g _SP within individual stages of the signal processor 4 or at the output of the signal processor 4 communicated.

Ein dritter Pegeldetektor 9 greift an einem zweiten Verzweigungspunkt 13 das Signal A' vom Ausgang des Signalprozessors 4 ab. Der dritte Pegeldetektor 9 ist wie die Pegeldetektoren 7 und 8 über eine Datenleitung mit dem Rechenwerk 14 verbunden. Über diese Datenleitung wird vom Pegeldetektor 9 die momentane Amplitude g_PL2 des Signals A' am Ausgang des Signalprozessors 4 übertragen.A third level detector 9 engages at a second branch point 13 the signal A 'from the output of the signal processor 4 from. The third level detector 9 is like the level detectors 7 and 8th via a data line with the calculator 14 connected. This data line is used by the level detector 9 the instantaneous amplitude g _{PL2 of} the signal A 'at the output of the signal processor 4 transfer.

Weiterhin wird dem Rechenwerk 14 der Wert der momentanen Lautstärkeneinstellung g_Vol übermittelt. Eine weitere Eingangsgröße des Rechenwerks 14 ist die Versorgungsspannung U_Batt.Furthermore, the calculator 14 the value of the current volume setting g _vol transmitted. Another input of the calculator 14 is the supply voltage U _Batt .

Das Rechenwerk 14 stellt dem Signalprozessor 4 über eine Datenleitung Werte für die momentanen Filtereinstellungen g_F zur Klangeinstellung zur Verfügung. In der 1 ist hierfür eine Parametriereinheit 23 vorgesehen, die diese Filtereinstellungen g_F dem Signalprozessor 4 über eine Datenleitung zur Verfügung stellt.The calculator 14 represents the signal processor 4 Values for the current filter settings g _F for sound adjustment are available via a data line. In the 1 this is a parameterization unit 23 provided that these filter settings g _F the signal processor 4 provides via a data line.

Das Rechenwerk 14 stellt über eine Datenleitung einer Kontrolleinrichtung 36 die Einstellungen g₃ für den Begrenzerverstärker 35 zur Verfügung.The calculator 14 provides via a data line to a control device 36 the settings g ₃ for the limiter amplifier 35 to disposal.

Der erste Pegeldetektor 7 im Signaleingangsbereich detektiert, ob das Eingangssignal E in Verbindung mit den Einstellungen der klangbeeinflussenden Filter und der Lautstärkeneinstellung (im Rahmen einer dynamischen Regelung der Aussteuerungsreserve) schon so hoch ist, dass es offensichtlich zur Übersteuerung führt. Ist dies der Fall, so sorgt das Rechenwerk 14 dafür, dass die Einstellung g₃ des Begrenzerverstärkers 35 so gewählt wird, dass die hohen Signalamplituden im Vergleich zu den niedrigen Signalamplituden stärker gedämpft werden. Die Dämpfung der hohen Signalamplituden wird idealerweise so gewählt, dass eine Übersteuerung des Signals A am Signalausgang 6 vermieden wird. Die Regelung, d. h. die Signalisierung einer Übersteuerung durch den ersten Pegeldetektor 7 an das Rechenwerk 14 und die Einstellung der Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers 35 durch die Kontrolleinrichtung 36 arbeitet als Vorwärtsregelung, d. h. als Steuerung.The first level detector 7 detected in the signal input range, whether the input signal E in connection with the settings of the sound-influencing filters and the volume adjustment (in the context of a dynamic control of the headroom) is already so high that it obviously leads to overdriving. If this is the case, then the calculator provides 14 that the setting g _{3 of} the limiter amplifier 35 is chosen so that the high signal amplitudes are more attenuated compared to the low signal amplitudes. The attenuation of the high signal amplitudes is ideally chosen so that an override of the signal A at the signal output 6 is avoided. The regulation, ie the signaling of an override by the first level detector 7 to the calculator 14 and the setting of the transfer characteristic of the limiter amplifier 35 through the control device 36 works as forward control, ie as a controller.

Das Signal E' = E durchläuft die pegelbeeinflussende Audioverarbeitung im Signalprozessor 4. Zu dieser pegelbeeinflussenden Audioverarbeitung gehört beispielsweise die Einstellung der klangbeeinflussenden Filter g_F, wie zum Beispiel zur Einstellung der Höhen-, der Tiefen- und/oder der Equalizeraussteuerung. Eine Übersteuerung des Signals S' innerhalb des Signalprozessors 4 oder eine Übersteuerung des Signals A' am Ausgang des Signalprozessors 4 wird einer Sättigungseinheit 17 des Signalprozessors 4 angezeigt.The signal E '= E passes through the level-affecting audio processing in the signal processor 4 , To this level-influencing audio processing includes, for example, the setting of the sound-influencing filter g _F , such as for adjustment the treble, bass and / or equalizer controls. An override of the signal S 'within the signal processor 4 or an override of the signal A 'at the output of the signal processor 4 becomes a saturation unit 17 the signal processor 4 displayed.

Diese Statusanzeige wertet der zweite Pegeldetektor 8 aus und signalisiert die Übersteuerung dem Rechenwerk 14. Das Rechenwerk 14 veranlasst eine entsprechende Einstellung g₃ des Begrenzerverstärkers 35 durch die Kontrolleinrichtung 36.This status display is evaluated by the second level detector 8th and signals the overload to the calculator 14 , The calculator 14 causes a corresponding setting g _{3 of} the limiter amplifier 35 through the control device 36 ,

Am Ausgang des Signalprozessors 4 ist eine Pegeldetektion durch einen dritten Pegeldetektor 9 vorgesehen. Dieser dritte Pegeldetektor 9 arbeitet wie der erste Pegeldetektor 7 als Spitzenwertdetektor. Der dritte Pegeldetektor signalisiert eine Übersteuerung des Signals A' dem Rechenwerk 14. Das Rechenwerk 14 wiederum signalisiert nach Feststellung der Übersteuerung der Kontrolleinrichtung 36 einen Wert für die Einstellung g₃ der Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers 35.At the output of the signal processor 4 is a level detection by a third level detector 9 intended. This third level detector 9 works like the first level detector 7 as a peak detector. The third level detector signals an override of the signal A 'the arithmetic unit 14 , The calculator 14 again signals after detection of the override of the control device 36 a value for the setting g _{3 of} the transfer characteristic of the limiter amplifier 35 ,

Signalisieren die Pegeldetektoren 7, 8 und/oder 9, dass keine Übersteuerung des Audiosignals am Ausgang des Signalprozessors 4 zu erwarten ist, so sorgt eine Rücksetzeinheit 18 für eine kontinuierliche oder stufenweise Rücknahme der dynamischen amplitudenselektiven Dämpfung des Signals E'' durch den Begrenzerverstärker 35.Signal the level detectors 7 . 8th and or 9 in that no overdriving of the audio signal at the output of the signal processor 4 is expected, so ensures a reset unit 18 for a continuous or stepwise withdrawal of the dynamic amplitude-selective attenuation of the signal E "by the limiter amplifier 35 ,

2 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kanals einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinheit. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine Integration des erfindungsgemäßen Verfahrens in eine Signalverarbeitungseinheit zur dynamischen Regelung der Aussteuerungsreserve (dynamic headroom management: DHM). Diese Regelung ist in der Regel in einem digitalen Signalprozessor (DSP) integriert. Die Regelung erfolgt in diesem Fall in Form eines Rechenprogramms, d. h. zum Beispiel mit Hilfe eines DSP-Algorithmuses. 2 shows a block diagram of a second embodiment of a channel of a signal processing unit according to the invention. This embodiment shows an integration of the method according to the invention into a signal processing unit for the dynamic control of dynamic headroom management (DHM). This regulation is usually integrated in a digital signal processor (DSP). The regulation takes place in this case in the form of a computer program, ie for example with the aid of a DSP algorithm.

Ein solches DHM-Verfahren sorgt dafür, dass die Gesamtaussteuerung des Verstärkers verbessert wird. Zusätzlich sorgt die Regelung dafür, dass schwache Eingangssignale verstärkt werden können ohne dass es zu einer Übersteuerung der Endstufe kommt, wenn das Eingangssignal hohe Signalamplituden enthält. Diese günstigen Eigenschaften werden dadurch erreicht, dass das Eingangssignal ständig überwacht wird und dass Verstärkungs- und Dämpfungsfaktoren auf der Übertragungsstrecke dynamisch eingestellt werden.One Such DHM method ensures that the overall level of the amplifier is improved. additionally the scheme ensures that weak input signals amplified can be without causing overdriving the power amplifier comes when the input signal has high signal amplitudes contains. This cheap Properties are achieved by constantly monitoring the input signal and that reinforcement and attenuation factor on the transmission line be set dynamically.

In allen Fällen, in denen es nicht möglich ist, aufgrund der Signaleigenschaften und der vorgegebenen Klangeinstellungen diese Aussteuerungsreserve zur Verfügung zu stellen, besteht die Gefahr einer Übersteuerung, die wiederum zu starken nichtlinearen Verzerrungen und somit zu hohen Klirrfaktoren führt. Daher ist es günstig, das erfindungsgemäße Verfahren in dieses DHM-Verfahren zu integrieren. Die Übertragungscharakteristika des Begrenzerverstärkers 35 werden diesem Verfahren angepasst.In all cases in which it is not possible to provide this headroom due to the signal characteristics and the preset sound settings, there is a risk of overloading, which in turn leads to strong nonlinear distortions and thus to high harmonic distortion. It is therefore advantageous to integrate the process according to the invention into this DHM process. The transmission characteristics of the limiter amplifier 35 will be adapted to this procedure.

Die 2 zeigt ein Blockschaltbild einer solchen Anordnung. Es zeigt einen Signaleingang 1*, dem ein analoges Audiosignal als Eingangssignal E* zugeführt wird. Dieses Eingangssignal E* wird in einem Vorverstärker 30 verstärkt und einem Analog-Digital-Umsetzer 25 zugeführt und liegt an dessen Ausgang als digitales Signal E vor.The 2 shows a block diagram of such an arrangement. It shows a signal input 1* to which an analog audio signal is supplied as input E *. This input E * is in a preamplifier 30 amplified and an analog-to-digital converter 25 supplied and is at the output as a digital signal E before.

Alternativ dazu kann ein digitales Eingangssignal auch direkt dem Signaleingang 1 als Eingangssignal E zugeführt werden.Alternatively, a digital input signal may also be applied directly to the signal input 1 be supplied as input signal E.

An den Signaleingang 1 schließt sich eine Übertragungsstrecke 3 an, die ausgangsseitig mit einem Lautsprecher 38 verbunden ist.To the signal input 1 closes a transmission path 3 on the output side with a speaker 38 connected is.

Eingangsseitig ist auf der Übertragungsstrecke 3 eine Pegelabsenkungseinheit 2 angeordnet. Diese Pegelabsenkungseinheit 2 ist mit einem Eingang eines Signalprozessors 4 verbunden, dem ein Eingangssignal E' zugeführt wird. Am Ausgang des Signalprozessors 4 liegt das Signal A' an. Dieses Ausgangssignal A' wird der Pegelanhebungseinheit 5 zugeführt. Am Ausgang der Pegelanhebungseinheit liegt der Eingang des Begrenzerverstärkers 35, dem das Signal E'' zugeführt wird. Das am Ausgang des Begrenzerverstärkers 35 vorliegende Signal A'' wird einem Digital-Analog-Umsetzer 26 zugeführt. Das am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzer 26 vorliegende Signal wird einem veränderbaren Dämpfungsglied 31 zugeführt, danach einem Dämpfungsglied 32 mit vorgegebener Dämpfung und einem Endverstärker 33. Am Ausgang des Endverstärkers 33 liegt das Ausgangssignal A*, welches dem Lautsprecher 38 zugeführt wird.Input side is on the transmission link 3 a level reduction unit 2 arranged. This level reduction unit 2 is with an input of a signal processor 4 connected to which an input signal E 'is supplied. At the output of the signal processor 4 is the signal A 'on. This output signal A 'becomes the level emphasis unit 5 fed. At the output of the level-raising unit is the input of the Begrenzerverstärkers 35 to which the signal E "is supplied. That at the output of the limiter amplifier 35 present signal A '' is a digital-to-analog converter 26 fed. That at the output of the digital-to-analog converter 26 This signal is a variable attenuator 31 fed, then an attenuator 32 with predetermined attenuation and a power amplifier 33 , At the output of the power amplifier 33 is the output signal A *, which is the speaker 38 is supplied.

Ein analoges Eingangssignal E*, das im Vorverstärker 30 verstärkt und im Analog-Digital-Umsetzer 25 in ein digitales Eingangssignal E umgewandelt wird, wird durch einen ersten Pegeldetektor 7, der an einem ersten Verzweigungspunkt 12 anliegt, detektiert. Beim Unterschreiten einer Signalschwelle wird ein automatischer Verstärkungsmechanismus in Gang gesetzt, welcher in der Fachwelt unter dem Namen "Automatic Gain Control" bekannt ist. Bei dieser Prozedur wird vom Pegeldetektor 7 das Unterschreiten der Signalschwelle der sogenannten AGC(Automatic Gain Control)-Einheit angezeigt. Diese AGC-Einheit signalisiert dem Vorverstärker 30, dass dieser die analoge Verstärkung g_AD erhöhen soll. Der Vorteil einer solchen automatischen Verstärkungskontrolle liegt darin, dass das Quantisierungsrauschen auf der digitalen Signalstrecke reduziert wird. Ist dieses AGC-Modul 28 implementiert, so erfolgt diese AGC-Regelung gleichzeitig zur dynamischen Regelung der Aussteuerungsreserve (DHM).An analog input signal E *, in the preamplifier 30 amplified and in analog-to-digital converter 25 is converted into a digital input signal E, by a first level detector 7 at a first branch point 12 is present, detected. When falling below a signal threshold, an automatic amplification mechanism is set in motion, which is known in the art under the name "Automatic Gain Control". This procedure is used by the level detector 7 the falling below the signal threshold of the so-called AGC (Automatic Gain Control) unit displayed. This AGC unit signals the preamplifier 30 that this should increase the analog gain g _AD . The advantage of such an automatic gain control is that the quantization gray is reduced on the digital signal path. Is this AGC module 28 implemented, this AGC control takes place simultaneously for the dynamic control of the headroom reserve (DHM).

Der erste Pegeldetektor 7 im Signaleingangsbereich detektiert ausserdem, ob das Eingangssignal E schon so hoch ist, dass es offensichtlich zur Übersteuerung führt. Die Signalamplitude am Signaleingang g_PL1 wird dem Rechenwerk 14 über eine Datenleitung übermittelt. Das Rechenwerk berechnet daraus die notwendige Pegelabsenkung g₁, welche der Pegelabsenkungseinheit 2 über eine Datenleitung übermittelt wird. Das gegebenenfalls abgesenkte Signal E' durchläuft daraufhin die pegelbeeinflussende Audioverarbeitung im Signalprozessor 4. Zu dieser pegelbeeinflussenden Audioverarbeitung gehört beispielsweise die Einstellung g_F der klangbeeinflussenden Filter zur Einstellung der Höhen, der Tiefen, der Equalizeraussteuerung und der Lautstärke.The first level detector 7 in the signal input area also detects whether the input signal E is already so high that it obviously leads to overdriving. The signal amplitude at the signal input g _PL1 is the arithmetic unit 14 transmitted via a data line. The calculator calculates from this the necessary level reduction g ₁ , which is the level reduction unit 2 is transmitted via a data line. The possibly lowered signal E 'then passes through the level-influencing audio processing in the signal processor 4 , This level-influencing audio processing includes, for example, the setting g _{F of} the sound-influencing filters for setting the treble, the bass, the equalizer output and the volume.

Eine mögliche Übersteuerung eines Signal S' innerhalb des Signalprozessors 4 wird einer Sättigungseinheit 17 des Signalprozessors 4 angezeigt. Diese Statusanzeige wertet der zweite Pegeldetektor 8 aus und signalisiert die Übersteuerung, d. h. die Signalamplitude g_SP im Signalprozessor 4, dem Rechenwerk 14. Das Rechenwerk 14 veranlasst nun eine Pegelabsenkung in der Pegelabsenkungseinheit 2 für das nächste Audiodatum. Im Gegensatz zur Vorwärtsregelung durch die erste Regelschleife, findet hier also erst nach der Feststellung einer tatsächlichen Übersteuerung in Form einer rückgekoppelten Regelung eine Pegelabsenkung am Eingang 1 statt.A possible override of a signal S 'within the signal processor 4 becomes a saturation unit 17 the signal processor 4 displayed. This status display is evaluated by the second level detector 8th and signals the overload, ie the signal amplitude g _SP in the signal processor 4 , the calculator 14 , The calculator 14 causes now a level reduction in the level reduction unit 2 for the next audio date. In contrast to the feedforward control by the first control loop, so here only after finding an actual override in the form of a feedback control, a level reduction at the entrance 1 instead of.

Es ist vorgesehen, dass das Rechenwerk 14 eine erkannte Übersteuerung beispielsweise einem Microcontroller signalisiert, der die Filtereinstellungen g_F (pegelbeeinflussende Parameter) in der Parametriereinheit 23 so ändert, dass im Signalprozessor 4 keine Übersteuerung des Audiosignals mehr stattfindet.It is envisaged that the calculator 14 a detected overdrive example, a microcontroller signals, the filter settings g _F (level-influencing parameters) in the parameterization 23 so changes that in the signal processor 4 no overdriving of the audio signal takes place anymore.

Die rückgekoppelte Regelung der Pegelabsenkung am Signaleingang 1, welche durch den zweiten Pegeldetektor 8 angezeigt wird, führt dazu, dass ein paar wenige Samples der digitalen Audioverarbeitung im Signalprozessor 4 tatsächlich übersteuert sind.The feedback control of the level reduction at the signal input 1 , which by the second level detector 8th is displayed causes a few samples of digital audio processing in the signal processor 4 actually overdriven.

Beide Regelgrundsätze, d. h. die Vorsatzregelung einer durch den ersten Pegeldetektor 7 angezeigten Übersteuerung, sowie die rückgekoppelte Regelung einer durch den Pegeldetektor 8 detektierten Übersteuerung, greifen nebeneinander parallel auf die gemeinsame Aussteuerungs- und Regelkontrolle im Rechenwerk 14 zu und bestimmen das Maß der dynamischen Pegelabsenkung g₁ in der Pegelabsenkungseinheit 2.Both rule principles, ie the intent control one by the first level detector 7 displayed override, as well as the feedback control of a through the level detector 8th Detected overdrive, grab side by side in parallel on the common modulation and control in the calculator 14 and determine the amount of dynamic gain reduction g ₁ in the level reduction unit 2 ,

Das Rechenwerk 14 veranlasst nun, dass jedes Signal A' in der Pegelanhebungseinheit 5 entsprechend seiner eingangsseitig erfahrenen Pegelabsenkung g₁ wieder mit der Pegelanhebung g₂ angehoben wird.The calculator 14 now causes each signal A 'in the level-raising unit 5 according to its input side experienced level reduction g _{1 is raised} again with the level increase g ₂ .

Die Aussteuerungsreserve (Headroom) g_H = g_PL2, welche bei der digitalen Signalverarbeitung erforderlich ist, um jegliche Übersteuerung zu vermeiden, kann nach Gleichung 1 berechnet werden zu gH = gPL1 + gSP + g1 (+ gVol). (1) The headroom g _H = g _PL2 required in digital signal processing to avoid any overshoot can be calculated from Equation 1 G H = g PL1 + g SP + g 1 (+ g Vol ). (1)

Hierbei bezeichnet g_Vol die Lautstärkeeinstellung, welche dem Rechenwerk 14 über eine Datenleitung zur Verfügung gestellt wird.Here g _vol denotes the volume setting, which the calculator 14 provided via a data line.

Solange g_H ≤ 0 dB ist, tritt keine Übersteuerung auf der digitalen Signalübertragungsstrecke auf, da alle Verstärkungs-/Dämpfungs-Parameter g_AD, g₁, g₂ und g_DA so ausbalanciert werden können, dass genügend Aussteuerungsreserve innerhalb der Signalverarbeitungskette vorhanden ist. Die Pegelabsenkung g₁ muß dabei stets so gewählt werden, dass g_PL1 + g₁ (+ g_vol) ≤ –g_SP ist.As long as g _H ≦ 0 dB, no clipping occurs on the digital signal transmission path, since all the gain / attenuation parameters g _AD , g ₁ , g ₂ and g _{DA can} be balanced so that there is sufficient headroom within the signal processing chain. The level reduction g ₁ must always be selected so that g _PL1 + g ₁ (+ g _vol ) ≤ -g _SP .

Ist g_H größer als 0 dB, dann muß die amplitudenselektive Dämpfung des Begrenzerverstärkers 35 entsprechend verändert werden, so dass ein Übersteuern der Leistungsendstufe 31, 32, 33, 38 vermieden wird.If g _{H is} greater than 0 dB, then the amplitude-selective attenuation of the limiter amplifier must 35 be changed accordingly, so that overdriving the power output stage 31 . 32 . 33 . 38 is avoided.

Solange die Aussteuerung (Headroom) g_H = g_PL2 kleiner oder gleich 0 dB ist, ist der Begrenzerverstärker normalerweise "ausgeschaltet". Dies bedeutet, dass die Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers 35 vollständig linear ist. Ist g_H = g_PL2 größer als 0 dB, d. h. tritt eine Übersteuerung auf, so wird diese dem Rechenwerk 14 angezeigt. Das Rechenwerk 14 übermittelt der Kontrolleinrichtung 36 des Begrenzerverstärkers 35, dass diese die Verstärkereinstellung g₃ ändert. Dies ist, wie im obigen Abschnitt gezeigt wurde, beispielsweise dann der Fall, wenn aufgrund der rückgekoppelten Regelung eine Übersteuerung weniger Samples auftritt. Der Begrenzerverstärker 35 weist jetzt einen S-förmigen oder mindestens annähernd S-förmigen Verlauf der Übertragungskennlinien auf.As long as the headroom g _H = g _{PL2 is} less than or equal to 0 dB, the limiter amplifier is normally "off". This means that the transfer characteristic of the limiter amplifier 35 is completely linear. If g _H = g _{PL2 is} greater than 0 dB, ie if an override occurs, this becomes the arithmetic unit 14 displayed. The calculator 14 transmitted to the control body 36 of the limiter amplifier 35 in that this changes the amplifier setting g ₃ . This is the case, for example, as shown in the above section, when, due to the feedback control, over-control of fewer samples occurs. The limiter amplifier 35 now has an S-shaped or at least approximately S-shaped course of the transfer characteristics.

Solange g_H größer als 0 dB ist, ist die nichtlineare Kennlinie des Begrenzerverstärkers 35 aktiv. Kleine Signalamplituden werden dabei nahezu unverändert übertragen, während große Signalamplituden auf Pegelwerte unter 0 dBFS begrenzt werden um jegliche Übersteuerung der Leistungsendstufe 31, 32, 33, 38 zu vermeiden. Es ist offensichtlich, dass nichtlineare Verzerrungen des Gesamtsystems mit zunehmender Aussteuerung g_H (solange g_H größer 0 dB ist) zunimmt. Solche nichtlinearen Verzerrungen des Systems können jedoch dahingehend kontrolliert werden, dass die Übertragungskennlinien des Begrenzerverstärker 35 im Hinblick auf psychoakustische Aspekte optimiert werden.As long as g _{H is} greater than 0 dB, the non-linear characteristic of the limiter amplifier is 35 active. Small signal amplitudes are transmitted almost unchanged, while large signal amplitudes are limited to level values below 0 dBFS to any overdriving the power amplifier 31 . 32 . 33 . 38 to avoid. It is obvious that nonlinear distortions of the overall system increase with increasing gain g _H (as long as g _{H is} greater than 0 dB). However, such non-linear distortions of the system can be to that extent be controlled that the transfer characteristics of the limiter amplifier 35 be optimized with regard to psychoacoustic aspects.

Aus 2 geht weiterhin hervor, dass das am Begrenzerverstarker 35 anliegende Ausgangssignal A'' wieder in ein analoges Signal umgesetzt wird, bevor es im Dämpfungsglied 31 wieder gedämpft wird. Das Rechenwerk 14 sorgt dafür, dass das Signal entsprechend seiner eingangsseitig erfahrenen Verstärkung g_AD wieder mit der analogen Dämpfung g_DA gedämpft wird.Out 2 goes on to show that this is the delimiter 35 applied output signal A '' is converted back into an analog signal before it in the attenuator 31 is dampened again. The calculator 14 ensures that the signal is again attenuated with the analog attenuation g _{DA in} accordance with its gain g _{AD which has} been experienced on the input side.

Das auf diese Weise gedämpfte Signal wird im Beispiel einem Dämpfungsglied 32 zugeführt, bei dem die Dämpfung g_att für eine Anpassung an die fest vorgegebene und konstante Verstärkung g_amp des Endverstärkers 33 sorgt.The signal attenuated in this way becomes an attenuator in the example 32 supplied, _wherein the attenuation g _att for an adaptation to the fixed and constant gain g _{amp of} the final amplifier 33 provides.

Die Gesamtlautstärke des Signals ergibt sich folglich dadurch, dass die Verstärkung bzw. Dämpfung sowohl im digitalen als auch im analogen Teil der Übertragungsstrecke 3 eingestellt wird. Die besten Signaleigenschaften ergeben sich dadurch, dass das analoge Eingangssignal E* soweit wie möglich vorverstärkt wird (Verstärkung g_DA) bevor das Signal in ein digitales Signal überführt wird. Bei Analogverstärkern 30 kann die Verstärkung zwischen 0 und 31 dB in 1 dB-Schritten verändert werden. Daher muß in der digitalen Pegelanhebungseinheit 5 und/oder im Dämpfungsglied 31 auch eine entsprechende Dämpfung g_DA eingestellt werden können. Zusätzlich muss die Lautstärkeneinstellung g_Vol mitberücksichtigt werden, welche im Signalprozessor 4, in der Pegelanhebungseinheit 5 oder im Dämpfungsglied (31) dem Signal beaufschlagt wird.The overall volume of the signal thus results from the fact that the gain or attenuation in both the digital and in the analog part of the transmission path 3 is set. The best signal properties result from the fact that the analog input signal E * is pre-amplified as far as possible (gain g _DA ) before the signal is converted into a digital signal. For analog amplifiers 30 The gain can be changed between 0 and 31 dB in 1 dB increments. Therefore, in the digital level emphasis unit 5 and / or in the attenuator 31 also a corresponding attenuation g _DA can be set. In addition, the volume setting g _Vol must be taken into account, which in the signal processor 4 , in the level raising unit 5 or in the attenuator ( 31 ) is applied to the signal.

Die fest eingestellte Dämpfung g_att des Dämpfungsglieds 32 beträgt im Beispiel –10 dB. Die fest vorgegebene Verstärkung g_amp des analogen Endverstärkers 33 beträgt im Ausführungsbeispiel 26 dB.The fixed damping g _{att of} the attenuator 32 in the example is -10 dB. The fixed gain g _{amp of} the analogue power amplifier 33 is 26 dB in the embodiment.

1*1*: Signaleingang (Analog)signal input (Analogous)
11: Signaleingangsignal input
22: PegelabsenkungseinheitLevel reduction unit
33: Übertragungsstrecketransmission path
44: Signalprozessorsignal processor
55: PegelanhebungseinheitLevel boost unit
66: Signalausgang (Digital)signal output (Digital)
77: erster Pegeldetektorfirst level detector
88th: zweiter Pegeldetektorsecond level detector
99: dritter Pegeldetektorthird level detector
1212: erster Verzweigungspunktfirst branching point
1313: zweiter Verzweigungspunktsecond branching point
1414: Rechenwerkcalculator
1717: Sättigungseinheitsaturation unit
1818: RücksetzeinheitReset unit
2323: Parametriereinheitparameterization
2525: Analog-Digital-UmsetzerAnalog-to-digital converter
2626: Digital-Analog-UmsetzerDigital-to-analog converter
2828: Automatic Gain Control (AGC)Automatic Gain Control (AGC)
3030: Vorverstärkerpreamplifier
3131: Dämpfungsglied (veränderbar)attenuator (Changeable)
3232: Dämpfungsglied (fest)attenuator (firmly)
3333: Endverstärker (fest)Power amplifier (fixed)
3535: Begrenzerverstärker (veränderbar)Limiter amplifier (changeable)
3636: Kontrolleinrichtungcontrol device
3838: Lautsprecherspeaker
Ee: Eingangssignal (Digital)input (Digital)
AA: Ausgangssignal (Digital)output (Digital)
E'e ': Eingangssignal Signalprozessorinput signal processor
A'A ': Ausgangssignal Signalprozessoroutput signal processor
S'S ': Signal im Signalprozessorsignal in the signal processor
A''A '': Ausgangssignal Begrenzerverstärkeroutput limiter
E''E '': Eingangssignal Begrenzerverstärkerinput limiter
E*e *: Eingangssignal (Analog)input (Analogous)
A*A *: Ausgangssignal (Analog)output (Analogous)
g_AD g _AD: Verstärkung analogAmplification analog
g_DA g _DA: Dämpfung analogDamping analog
g_PL1 g _PL1: Signalamplitude am Signaleingangsignal amplitude at the signal input
g_SP g _SP: Signalamplitude im Signalprozessorsignal amplitude in the signal processor
g_F g _F: Filtereinstellungenfilter settings
g_Vol g _Vol: LautstärkeneinstellungVolume adjustment
g₁ g ₁: PegelabsenkungAttenuator
g_att g _att: Dämpfungdamping
g₂ g ₂: Pegelanhebunglevel increase
g_amp g _amp: Verstärkungreinforcement
g₃ g ₃: Einstellung des Begrenzerverstärkersattitude of the limiter amplifier
g_PL2 g _PL2: Signalamplitude am Ausgang des Signalprozessorssignal amplitude at the output of the signal processor
g_H g _H: Headroomheadroom
V_Batt V _Batt: Versorgungsspannungsupply voltage

Claims

Method for overdriving protection of an input signal (E) in at least one channel of a signal processing unit, on one between a signal input (E) 1 ) and a signal output ( 6 ) lying transmission path ( 3 ), wherein the input signal (E) in a signal processor ( 4 ) and stored in a limiter amplifier ( 35 ) is attenuated or amplified, wherein when a signal amplitude on the transmission path ( 3 ) with increasing signal amplitude higher (lower) signal amplitudes are more attenuable (amplifiable) compared to lower (higher) signal amplitudes and the amplitude-selective attenuation (amplification) of the limiting amplifier ( 35 ) depending on volume settings (g _Vol ) and / or filter settings (g _F ) is adjustable.

Signal processing unit with at least one channel, each channel having a signal input ( 1 ) for applying an input signal (E), a signal output ( 6 ) for picking up one on an over transmission line ( 3 ) between the signal input ( 1 ) and the signal output ( 6 ) transmitted output signal (A), one on the transmission line ( 3 ) arranged signal processor ( 4 ) and one between the signal processor ( 4 ) and the signal output ( 6 ) limiting amplifier ( 35 ), wherein at least one level detector ( 7 . 8th . 9 ) on the transmission line ( 3 ) is provided for monitoring a signal amplitude, and the attenuation (gain) of the limiter amplifier ( 35 ) when a signal amplitude on the transmission path is exceeded ( 3 ) is adjustable so that with increasing signal amplitude higher (lower) signal amplitudes are more attenuable (amplifiable) compared to lower (higher) signal amplitudes, wherein the amplitude-selective attenuation (gain) of the limiter amplifier ( 35 ) depending on volume settings (g _Vol ) and / or filter settings (g _F ) is adjustable.

Signal processing unit according to claim 2, characterized in that the limit amplifier ( 35 ) applied signal (E '') is a digital signal.

Signal processing unit according to claim 2 and 3, characterized in that the limiter amplifier ( 35 ) having the amplitude-selective attenuation (gain) has a transfer characteristic which, starting from a straight course, is at least approximately S-shaped or stepwise variable.

Signal processing unit according to one of claims 2 to 4, characterized in that the limiter amplifier ( 35 ) is designed so that the amplitude-selective attenuation (amplification) is channel-selective or mutually adjustable for several channels.

Signal processing unit according to one of claims 2 to 5, characterized in that the limiter amplifier ( 35 ) is designed so that the amplitude-selective attenuation (amplification) is frequency-selective or broadband.

Signal processing unit according to one of claims 2 to 6, characterized in that a first level detector ( 7 ) for picking up the signal processor ( 4 ) supplied input signal (E) is provided, which when exceeding a predetermined amplitude of the input signal (E), the attenuation (gain) of the Begrenzerverstärkers ( 35 ) so that the signal (A '') at the output of the limiter amplifier ( 35 ) does not exceed a predetermined value.

Signal processing unit according to claim 7, characterized in that the first level detector ( 7 ) in the signal input area at a first branch point ( 12 ) on the transmission line ( 3 ) between the signal input ( 1 ) and the signal processor ( 4 ) is arranged.

Signal processing unit according to claim 7, characterized in that the first level detector ( 7 ) in the signal input area on the transmission link ( 3 ) between the signal input ( 1 ) and the signal processor ( 4 ) is arranged.

Signal processing unit according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the first level detector ( 7 ) is designed as a peak detector.

Signal processing unit according to one of claims 7 to 10, characterized in that the first level detector ( 7 ) a first level prediction unit ( 10 ) in the form of an estimate of a signal processing in the signal processor ( 4 ) a possible exceeding of a predeterminable amplitude of a signal (E '') at the input of the limiter amplifier ( 35 ) and the attenuation (gain) of the limiter amplifier ( 35 ) controls so that the signal (A '') does not exceed a predetermined value.

Signal processing unit according to one of claims 2 to 11, characterized in that a second level detector ( 8th ) provided by the evaluation of a saturation unit ( 17 ) of the signal processor ( 4 ) exceeding a presettable amplitude of a signal (A ') at the output of the signal processor ( 4 ) and the attenuation (gain) of the limiter amplifier ( 35 ) so that the signal (A '') at the output of the limiter amplifier ( 35 ) does not exceed a predetermined value.

Signal processing unit according to one of claims 2 to 12, characterized in that a third level detector ( 9 ) is provided, which is a signal (A ') at the output of the signal processor ( 4 ) and, when a predeterminable amplitude of the signal (A ') is exceeded, the attenuation (gain) of the limiting amplifier ( 35 ) so that the signal (A '') at the output of the limiter amplifier ( 35 ) does not exceed a predetermined value.

Signal processing unit according to claim 13, characterized in that the third level detector ( 9 ) at the output of the signal processor ( 4 ) on the transmission line ( 3 ) is arranged.

Signal processing unit according to claim 13, characterized in that the third level detector ( 9 ) at the output of the signal processor ( 4 ) at a branching point ( 13 ) on the transmission line ( 3 ) is arranged.

Signal processing unit according to one of the preceding claims, characterized in that the limiter amplifier ( 35 ) for dynamic amplitude-selective damping (amplification) in a signal processing unit for dynamic control of the drive reserve (DHM) is integrated.