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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Signalverarbeitungssystem, und genauer ein Signalverarbeitungssystem, das die Pegel von Eingangssignalen verändern kann, um Ausgangssignale zu erzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Signalverarbeitungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Digital-Analog-Wandler (DAC) wird häufig in einem Front-End vieler Signalverarbeitungseinrichtungen verwendet, um digitale Signale für eine nachfolgende Back-End-Signalverarbeitung in analoge Signale umzuwandeln. Deshalb spielt der DAC in dem Gebiet der Audiotechnik wegen der rasch voranschreitenden Entwicklung der Audio- und Videomedien eine wichtige Rolle.
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Das Audiosignal unterscheidet sich von einem gewöhnlichen übertragenen Signal. Die höchste Frequenz des Audiosignals ist ungefähr 20 KHz. Das Analysieren des Audiosignals ist einfacher als das Analysieren eines Hochfrequenzsignals. Deshalb ist für Audiosignale eine höhere Digitalisierungsgenauigkeit erforderlich. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird ein Sigma-Delta-Modulator eingesetzt.
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Ein herkömmlicher Sigma-Delta-Modulator umfasst einen Integrator, einen Quantisierer und einen Addierer. Der Integrator, der mit dem Quantisierer verbunden ist, empfängt und integriert ein Eingangssignal x und übermittelt dann ein integriertes Ergebnis an den Quantisierer. Der Quantisierer quantisiert das integrierte Ergebnis, um ein digitales Ausgangssignal S
out zu erzeugen, das über einen negativen Rückkopplungspfad weiter zum Signaleingangsanschluss gesandt wird. Nachdem es vom Addierer verarbeitet wurde, wird das digitale Ausgangssignal S
out zum Eingangsanschluss des Integrators gesandt. Da der Aufbau und die Funktionsweise des Integrators, des Quantisierers und des Addierers für einen Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt sind, wird eine weitere Beschreibung der Kürze wegen weggelassen. Es sei angemerkt, dass die Übertragungsfunktion des Sigma-Delta-Modulators als die folgende Gleichung gezeigt ist:
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In Gleichung (1) stellt x das Eingangssignal dar und Q stellt ein Quantisierungsrauschen dar.
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Gemäß Gleichung (1) ist der Integrator im Sigma-Delta-Modulator äquivalent zu einem Tiefpassfilter für das Eingangssignal und äquivalent zu einem Hochpassfilter für das Quantisierungsrauschen, wenn bei niedrigen Frequenzen gearbeitet wird. Deshalb ist das Ausgangssignal Sout bei niedrigen Frequenzen im Wesentlichen gleich dem Eingangssignal x und bei hohen Frequenzen gleich dem Quantisierungsrauschen. Außerdem wird vom Sigma-Delta-Modulator eine Überabtastungstechnik (bzw. Oversampling) angewandt. Wenn man annimmt, dass das Eingangssignal x ein Audiosignal mit einer niedrigen Frequenz ist, wird ein Abtasttakt mit einer höheren Frequenz verwendet, um das Eingangssignal x abzutasten, wodurch das oben erwähnte Quantisierungsrauschen über mehrere Frequenzkomponenten verteilt wird. Das Rauschspektrum wird somit verändert und ein Großteil des Quantisierungsrauschens wird über das Frequenzband der Signalmessung hinaus verschoben.
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Hinsichtlich des DAC muss das Eingangssignal x von einem Multiplizierer mit einer vorbestimmten Verstärkung verstärkt werden, bevor das Eingangssignal x in den Sigma-Delta-Modulator eingegeben wird. Der DAC umfasst einen Upsampling-Schaltkreis (d.h. Schaltkreis mit höherer Abtastrate), einen Multiplizierer, eine Verstärkungssteuerung und einen Sigma-Delta-Modulator. Der Upsampling-Schaltkreis führt eine Überabtastungsoperation (Oversampling) durch, um die Abtastfrequenz anzuheben und die Verstärkungssteuerung weist dem Multiplizierer die vorbestimmte Verstärkung zu, so dass das empfangene Signal des Multiplizierers dementsprechend verstärkt wird. Der Multiplizierer ist mit dem nachfolgenden Upsampling-Schaltkreis verbunden. Da die Abtastfrequenz niedriger ist, bevor der Upsampling-Schaltkreis die Überabtastungsoperation durchführt, kann der Multiplizierer durch Addierer und Verschieber implementiert werden. Wenn jedoch viele Eingangssignale mit unterschiedlichen Abtastfrequenzen vor dem Upsampling verstärkt werden sollen, ist eine Vielzahl von Multiplizierern erforderlich. Wenn die Signalverstärkung nach der Operation des Upsampling-Schaltkreises durchgeführt wird, sind, auch wenn nur ein Multiplizierer erforderlich ist, Addierer und Verschieber nicht anwendbar, da die Signalverstärkung aufgrund der erhöhten Abtastfrequenz des Signals mit höherer Abtastrate nicht länger innerhalb eines Abtastzyklus' durchgeführt werden kann.
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DE 37 89 481 T2 offenbart eine Schaltung zur Skalierung bitserieller Signale durch konstante Multiplikationsfaktoren, die beispielsweise für die Lautstärkeregelung in einem digitalen Audiosignal-Wiedergabesystem verwendet werden kann. Die Schaltung umfasst eine Kaskadenverbindung eines Grobmultiplikators / -teilers zum Ändern der Werte digitaler Signale in Schritten von 6 dB und eines Feinmultiplikators / Teilers zum Ändern der Werte von digitale Werte logarithmisch in im Wesentlichen gleichen Schritten von weniger als 6 dB pro Schritt. Der Grobmultiplikator / Teiler multipliziert das digitale Signal selektiv mit Potenzen von 2. Der Feinvervielfacher / Teiler ist eine Skalierungsschaltung, die das digitale Signal mit vorbestimmten Werten multipliziert, deren aufsteigende / absteigende Folge eine im wesentlichen logarithmische Folge bildet.
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DE 101 63 350 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Ausgangssignals als mathematische Funktion eines digitalen Eingangssignals sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung enthält eine Pegeländerungsvorrichtung, die den Eingang verstärkt oder dämpft. Das Signal (XLOG (k)) erzeugt ein erstes Zwischensignal (A), das in einen komprimierten Argumentbereich der mathematischen Funktion fällt, und ein Korrektursignal (shiftLOG), das von der Verstärkung oder Dämpfung des Eingangssignals (XLOG (k)) abhängt. Tabellarische Funktionswerte der mathematischen Funktion werden an oder zwischen Indizes in einer Speichervorrichtung (
11) gespeichert. Die tabellierten Funktionswerte (
B1) werden in Abhängigkeit vom ersten Zwischensignal (A) aus der Speichervorrichtung (
11) gelesen, und ein zweites Zwischensignal (B) wird in Abhängigkeit von den gelesenen tabellarischen Funktionswerten (
B1) erzeugt. Das Korrektursignal (shiftLOG) wird in einem Subtrahierer (
12) vom zweiten Zwischensignal (B) subtrahiert, um das digitale Ausgangssignal YLOG (k) / K) zu erhalten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist deshalb eine der Aufgaben der beanspruchten Erfindung, eine weitere Signalverarbeitungsschaltung bereitzustellen, die Signalpegel unter Verwendung eines Verschiebers, einer Verweistabelle und einer einfachen Logikschaltung verändern kann, um somit eine Signalverstärkung zu erzielen und das oben erwähnte Problem zu lösen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Signalverarbeitungssystem zum Ändern eines Pegels eines Eingangssignals, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, in Anspruch 1 offenbart.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Signalverarbeitungsverfahren zum Ändern eines Pegels eines Eingangssignals, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, in Anspruch 7 offenbart.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Signalverarbeitungssystems und -verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben
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Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden ohne Zweifel für diejenigen mit allgemeiner Kenntnis auf dem Gebiet nach dem Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels, das in den verschiedenen Figuren und Zeichnungen dargestellt wird, offensichtlich werden.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm eines Signalverarbeitungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine schematische Darstellung, die ein Ausführungsbeispiel eines in 1 gezeigten Pegeleinstellers zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Es sei auf 1 Bezug genommen. 1 ist ein Blockdiagramm eines Signalverarbeitungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Signalverarbeitungssystem 100 einen Upsampling-Schaltkreis 105 (einen Schaltkreis mit erhöhter Abtastrate), einen Verschieber 110, einen Sigma-Delta-Modulator 115, einen Pegeleinsteller 120 und eine Verstärkungssteuerung 125. Der Sigma-Delta-Modulator 115 umfasst einen Addierer 130, einen Integrator 135 und einen Quantisierer 140.
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Es sei angemerkt, dass das Signalverarbeitungssystem 300, neben der Sigma-Delta-Modulation, auch die oben erwähnte Signalverstärkungsfunktion unter Verwendung des Verschiebers 110, des Pegeleinstellers 120 und der Verstärkungssteuerung 125 durchführen kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Verschieber 110 mit dem vorangehenden Upsampling-Schaltkreis 105 verbunden und wird verwendet, um ein digitales Eingangssignal Sin zu empfangen und ein erstes Einstellsignal S1 zu erzeugen. Der Pegeleinsteller 120 ist auf dem Rückkopplungspfad des Sigma-Delta-Modulators 115 angeordnet, um ein zweites Einstellsignal S2 gemäß dem Ausgangssignal Sout vom Sigma-Delta-Modulator 115 zu erzeugen. Der Sigma-Delta-Modulator 115 erzeugt das Ausgangssignal Sout gemäß dem ersten Einstellsignal S1 und dem zweiten Einstellsignal S2, das vom Pegeleinsteller 120 zurückgeführt wird. Außerdem wird die Verstärkungssteuerung 125 verwendet, um dem Veschieber 110 und dem Pegeleinsteller 120 gemäß einer vorbestimmten Verstärkung zwei unterschiedliche Verstärkungen zuzuweisen.
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Es sei angenommen, dass das Eingangssignal Sin mit einer Verstärkung A verstärkt werden soll. Die Verstärkungssteuerung 125 weist dem Verschieber 110 und dem Pegeleinsteller 120 jeweils zwei unterschiedliche Verstärkungen A1 und A2 zu. Dann fährt der Verschieber 110 mit der Signalverstarkung unter Verwendung der Verstärkung A1 fort und der Pegeleinsteller 120 fährt mit der Signalverstärkung unter Verwendung der Verstärkung A2 fort. Zusätzlich ist die Verstärkung A in diesem Ausführungsbeispiel gleich dem Produkt der Verstärkungen A1 und A2. Deshalb wird das Eingangssignal Sin als durch den Verschieber 310 und den Pegeleinsteller 320 mit der Verstärkung A verstärkt betrachtet.
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Bezugnehmend auf die vom Verschieber 110 durchgeführte Signalverstärkung ist, wenn man ein digitales Signal als Beispiel nimmt, eine Linksverschiebung von einem Bit gleich der Verstärkung des digitalen Signals um 6dB, so dass der Verschieber 110 eine Verstärkungseinstellung gemäß einem Teil der Verstärkung A bereitstellt. Deshalb liefert der Pegeleinsteller 120 eine Verstärkungseinstellung gemäß dem restlichen Teil der Verstärkung A. Wenn z. B. ein Eingangssignal um 4,5dB verstärkt werden soll, verschiebt der Verschieber 110 das Eingangssignal Sin um ein Bit nach links, d. h. das Eingangssignal Sin wird um 6dB verstärkt, um das verstärkte erste Einstellsignal S1 zu erzeugen. Andererseits wird die Verstärkung des Ausgangssignals Sout durch den Pegeleinsteller 120 mit -1,5dB verstärkt, und das zweite Einstellsignal S2 wird erzeugt und zum. Eingangsanschluss zurückgeführt. Somit ist der Signalverstärkungsgrad für das gesamte Signalverarbeitungssystem 100 gleich 4,5dB.
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Wie oben erwähnt, wurde das digitale Eingangssignal Sin durch den Upsampling-Schaltkreis 105 überabgetastet, was bedeutet, dass das Eingangssignal Sin danach mehr Bits aufweist, z. B. 16 z. B. 4 Bits, nachdem es innerhalb des Sigma-Delta-Modulators 115 vom Quantisierer 140 verarbeitet wurde. Es sei angemerkt, dass der Pegeleinsteller 120 in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit dem Ausgangssigal Sout mit weniger Bits verwendet wird, so dass die Operation des Pegeleinstellers 120 durch die höhere Abtastfrequenz für das Ausgangssignals Sout nicht beschränkt wird.
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Zum Beispiel ist es wegen der niedrigen erforderlichen Abtastfrequenz für das Ausgangssignal Sout einfach, den Arbeitsvorgang des Addierers innerhalb eines Abtastzyklus' zu vollenden, und es ist möglich, den Pegeleinsteller 120 unter Verwendung eines Multiplizierers oder eines Addierers zu implementieren. Diese alternativen Möglichkeiten folgen ebenfalls dem Geist der vorliegenden Erfindung.
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Es sei auf 2 Bezug genommen. 2 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des in 1 gezeigten Pegeleinstellers 120. Der in 2 gezeigte Pegeleinsteller 120 umfasst ein Umwandlungsmodul 121 und eine Verweistabelle 122. Die Verweistabelle 122 speichert das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal Sout, der Verstärkung A2 und dem zweiten Einstellsignal S2. Deshalb kann das Umwandlungsmodul 121 das korrespondierende zweite Einstellsignal S2 durch lediglich das Überprüfen der Verweistabelle 122 gemäß dem empfangenen Ausgangssignal Sout und der Verstärkung A2 ausgeben.
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Zum Beispiel weist das oben erwähnte Ausgangssignal Sout 4 Bits auf, und somit gibt es 16 Kombinationen für das Ausgangssignal Sout. Es sei angenommen, dass die Verstärkung A2 auf eine dieser vier Verstärkungen festgelegt werden kann: 0dB, -1,5dB, - 3dB, und -4,5dB. Dadurch gibt es insgesamt 64 Kombinationen für das zweite Einstellsignal S2. Es ist offensichtlich, dass alle diese Kombinationen im voraus in der Verweistabelle 122 nicht sehr groß ist. Das Umwandlungsmodul 121 muss deshalb nur die Verweistabelle 122 überprüfen, um das gewünschte zweite Einstellsignal S2 einfach und richtig auszugeben.
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Weiterhin ist die Auslegung des Umwandlungsmoduls 121 für die Fachleute auf dem Gebiet nicht schwierig. In praktischen Anwendungen kann das Umwandlungsmodul 121 durch Verwendung von Logikschaltungen, z. B. Multiplexern, implementiert werden. Das Umwandlungsmodul 121 kann auch durch Prozessoren implementiert werden, wobei auf das empfangene Ausgangssignal Sout und die Verstärkung A2 Bezug genommen wird, um das gewünschte zweite Einstellsignal S2 auszugeben. Diese alternativen Möglichkeiten folgen ebenfalls dem Geist der vorliegenden Erfindung.
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Es sei angemerkt, dass die Position des Verschiebers 110 im oben genannten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt ist. Mit anderen Worten kann der Verschieber 110 an anderen Positionen in dem in 1 gezeigten Signalverarbeitungssystem 100 angeordnet sein; zum Beispiel kann der Verschieber 110 in anderen Ausführungsbeispielen vor dem Upsampling-Schaltkreis 105 angeordnet sein, was ebenfalls dem Geist der vorliegenden Erfindung folgt.
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Im Vergleich zum Stand der Technik kann im oben erwähnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Ziel der Verstärkungssteuerung durch nur einen Verschieber, eine Verweistabelle und eine Logikschaltung erreicht werden. Offensichtlich können die Kosten der Verstärkungssteuerung stark verringert werden.
