DE102007021166A1

DE102007021166A1 - adaptive dynamic extension facilitating method for analog-to digital converter, involves supplying adapted digital channel signal with high analog preamplification, to common output, where preamplification is detected as overload-free

Info

Publication number: DE102007021166A1
Application number: DE102007021166A
Authority: DE
Inventors: Franz-Otto Dr.-Ing. Witte; Steffen Dipl.-Ing. Arendt; Wolfram Dr.rer.nat. Strepp
Original assignee: TECONCEPT GmbH
Current assignee: TECONCEPT GmbH
Priority date: 2007-05-05
Filing date: 2007-05-05
Publication date: 2008-11-20

Abstract

The method involves detecting operating conditions of channels in time-dependent manner, using a digital signal analysis unit (30). Digital channel signals are adapted using an adaptive digital signal forming unit, by regulating multiple characteristics for facilitating the adaptation of analog channel characteristics in a linear condition. The adapted digital channel signal is supplied with the high analog preamplification, to a digital common output using a signal combination unit (50), where the analog preamplification is detected as overload-free using.

Description

ÜbersichtOverview

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Erweiterung des Dynamikbereichs von Analog- zu Digitalumsetzern „A/D-Umsetzer" gemäß den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an improved method of extension the dynamic range of analog to digital converters "A / D converter" according to the preamble features of the claim 1.

Bei der Digitalisierung analoger Signale sind die technischen Leistungsmerkmale kostengünstig verfügbarer Analog- zu Digitalumsetzer oftmals nicht ausreichend, um den vollen Dynamikumfang des Analogsignals adäquat abzudecken. Insbesondere bei der Digitalisierung von Audiosignalen reicht der Dynamikbereich üblicher A/D-Umsetzer nicht aus, um den Dynamikumfang des menschlichen Gehörs abzubilden.at The digitalization of analog signals are the technical features cost-effective analog to digital converter often not sufficient to the full dynamic range of the analog signal adequately cover. Especially in digitization of audio signals, the dynamic range of conventional A / D converter ranges not enough to map the dynamic range of human hearing.

Aus diesem Grunde wird die Dynamik des analogen Audiosignals vor der Digitalisierung zur Anpassung an den A/D-Umsetzer eingeschränkt. Hierfür sind in der Tonstudiotechnik verschiedene Verfahren bekannt. Üblich ist zum Beispiel das „Einpegeln" der Vorverstärker, sodass bei dem maximal zu erwartenden Pegel des Audiosignals genau der maximale Eingangspegel des A/D-Umsetzers erreicht wird. Dies kann in stufenloser Form, zum Beispiel durch einen Amplitudensteller oder in Stufen durch Schalter erfolgen. Bei diesem Ansatz ist nachteilig, dass leise Passagen des Eingangssignals vom A/D-Umsetzer nicht mehr aufgelöst werden können. Weitere Verfahren sind Dynamikkompressions-Verfahren oder auch automatische Aussteuerungsregelungen. Diese Methoden sind im Detail in der Literatur, z. B. dem Buch „Handbuch der Tonstudiotechnik", Michael Dickreiter, K. G. Saur München 1997 , aufgeführt. Nachteilig an diesen Verfahren ist jedoch, dass der Dynamikbereich des Eingangssignals eingeschränkt wird.For this reason, the dynamics of the analog audio signal prior to digitization is limited to accommodate the A / D converter. For this purpose, various methods are known in audio engineering. For example, it is common to "tune in" the preamp so that the maximum level of the audio signal reaches exactly the maximum input level of the A / D converter, which can be stepless, for example, by an amplitude adjuster or in steps by switches In this approach, it is disadvantageous that quiet passages of the input signal from the A / D converter can no longer be resolved Other methods are dynamic compression methods or automatic modulation controls These methods are described in detail in the literature, eg the book "Handbuch der Tonstudiotechnik", Michael Dickreiter, KG Saur Munich 1997 listed. However, a disadvantage of this method is that the dynamic range of the input signal is limited.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren vor, bei dem die Dynamikerweiterung des A/D-Umsetzers dadurch erreicht wird, bei dem ein analoges Eingangssignal mit hoher Dynamik über zwei analoge Verstärker mit unterschiedlicher Signalverstärkung in Kanäle aufgespalten wird, wobei jedes der Kanalsignale eine geringere Dynamik aufweist als das Eingangssignal. Die analogen Kanalsignale werden über je einen A/D-Umsetzer digitalisiert. Nach der Digitalisierung liegen mehrere, ähnliche digitale Signale mit eingeschränkter Dynamik vor, die mithilfe des hier vorgestellten Verfahrens zu einem resultierenden Digitalsignal mit erweiterter Dynamik zusammengefasst werden, wobei die Art und Weise der Zusammenführung sich dynamisch an sich gegebenenfalls zeitlich ändernde Charakteristika der analogen Kanalsignale anpasst.The The present invention presents a method in which the dynamics extension of the A / D converter is achieved, in which an analog input signal with high dynamics via two analogue amplifiers with different signal amplification in channels is split, each of the channel signals a lower dynamics has as the input signal. The analog channel signals are over each digitized an A / D converter. After digitization lie several, similar digital signals with limited Dynamics before, using the method presented here to a resulting Digital signal can be summarized with extended dynamics, where the way of merging is dynamic possibly temporally changing characteristics of the analogue channel signals adapts.

Durch die eingeschränkte Dynamik der Kanalsignale können in diesen Übersteuerungen auftreten, bei denen die Pegel des Eingangssignals den linearen Bereich des Kanals übersteigen. Diese Übersteuerungen äußern sich durch Begrenzung der Signalamplituden an der höchsten positiven beziehungsweise niedrigsten negativen Maximalamplitude des Kanals.By the limited dynamics of the channel signals can occur in these overrides, where the levels of the input signal exceed the linear range of the channel. These overrides are expressed by Limiting the signal amplitudes at the highest positive or lowest negative maximum amplitude of the channel.

Die Zusammenführung der digitalisierten Kanalsignale beruht auf dem Prinzip, in den digitalisierten Kanalsignalen die unterschiedlichen Merkmale der Kanalsignale, zum Beispiel die unterschiedliche Verstärkung, zu kompensieren, sodass sich die digitalen Kanalsignale, soweit sie im linearen Bereich sind, einander weitestgehend gleichen. Zu diesem Zweck werden bei dem vorgestellten Verfahren nicht nur die Verstärkung, sondern weitere Kenngrößen der analogen Kanäle, wie Gleichspannungsoffsets oder Linearitätsabweichungen ermittelt und angewendet. Das hier beschriebene Verfahren beinhaltet insbesondere eine neuartige signalabhängige Steuerung, die zugleich sowohl für die Parameterschätzung, als auch für die störungsarme Rekombination der Kanalsignale betrifft.The Merging the digitized channel signals is based on the principle, in the digitized channel signals the different ones Characteristics of the channel signals, for example the different amplification, compensate, so that the digital channel signals, as far as they are in the linear range, are largely similar to each other. To For this purpose, not only the Reinforcement, but other characteristics of analog channels, such as DC offset or linearity deviations determined and applied. The method described here includes in particular a novel signal-dependent control, the same time both for parameter estimation and for the low-interference recombination of the channel signals concerns.

Stand der TechnikState of the art

Verfahren zur Erweiterung der Dynamik durch Zusammenschaltung mehrerer Kanäle mit eingeschränkter Dynamik sind bekannt und zum Beispiel in US 5777569 und US 6104329 beschrieben. In diesen Patenten werden jedoch nur die analoge Verstärkung betreffenden Kanalparameter, berücksichtigt. Das Patent US5777569 legt ein Verfahren offen, bei dem Überblendkoeffizienten für die Zusammenführung rechnerisch ermittelt werden. Die Steuerung der Überblendung berücksichtigt keine Vorechos. Im Patent US 6104329 wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem durch Bandbegrenzung in den A/D Wandler Filtern erzeugten Vor- und Nachechos bei der Rekombination der Kanäle zwar berücksichtigt werden, die Umschaltung erfolgt zwischen den Kanälen erfolgt hier jedoch stufenlos. Diese Verfahren geben jedoch keine ausreichenden Kriterien für die Ermittlung und die Randbedingungen für die Ermittlung weiterer analoger Kanalparameter an, welche bei komplexen Signalen zu einer deutliche Verbesserung des Systemverhaltens führen. Weiterhin verwenden die angegebenen Verfahren als Regelgröße lediglich die Differenz zwischen Kanalsignalen und Referenzgrößen, während das hier vorgestellte Verfahren ohne Referenzgrößen arbeitet und lediglich die Differenz zwischen den Kanalsignalen als Regelgröße heranzieht.Methods for expanding the dynamics by interconnecting multiple channels with limited dynamics are known and, for example, in US 5777569 and US 6104329 described. In these patents, however, only the analog gain related channel parameters are considered. The patent US5777569 sets out a procedure in which blending coefficients for the merge are calculated. The control of the transition does not consider pre-echoes. In the patent US 6104329 is presented a method in which the band produced by band limiting in the A / D converter filters generated pre- and post-echoes are taken into account in the recombination of the channels, the switching takes place between the channels takes place here but infinitely. However, these methods do not provide sufficient criteria for the determination and the boundary conditions for the determination of further analog channel parameters, which lead to a significant improvement of the system behavior in the case of complex signals. Furthermore, the specified methods use as a controlled variable only the difference between channel signals and reference variables, while the method presented here operates without reference variables and only uses the difference between the channel signals as a controlled variable.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Ziel des Verfahrens ist es, die Umschaltung, bzw. das Überblenden zwischen den Kanalsignalen möglichst störungsfrei zu gestalten. Das störungsfreie Umschalten, beziehungsweise Überblenden zwischen Kanälen ist nur möglich, wenn sich die Pegel der betrachteten Signale in den zu schaltenden Kanälen im Linearbereich befinden, das heißt in der Schnittmenge der Eingangspegel, in der beide Kanäle weder über- noch untersteuert sind und wenn die betrachteten Kanalsignale keine merklichen Unterschiede aufweisen.The aim of the method is to make the switching, or the crossfading between the channel signals as trouble-free as possible. The disturbance Free switching or crossfading between channels is only possible if the levels of the signals under consideration are in the linear range in the channels to be switched, that is, in the intersection of the input levels in which both channels are neither over nor under control and if the considered channel signals have no noticeable differences.

Unterschiede zwischen den analogen Kanalsignalen können folgende Ursachen haben:

1. Statische oder langsam veränderliche Abweichungen, wie Gleichanteile der Signale oder Abweichungen der analogen Verstärkungsfaktoren von ihren Nominalwerten erzeugt werden.
2. Unterschiedliches dynamisches Verhalten in den Analogteilen der Kanäle. Hierunter fallen lineare Verzerrungen wie zum Beispiel Frequenzgangabweichungen und Laufzeitunterschiede sowie nichtlineare Verzerrungen wie zum Beispiel Linearitätsfehler.
3. Begrenzungseffekte, die durch Übersteuerung von einzelnen Kanälen entstehen. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, dass sich die Begrenzungseffekte durch Bandbegrenzungen in den analogen Vorstufen, und in den Digitalfiltern der Analog- zu Digitalumsetzer und die dadurch bedingten Vor- und Nachechos über einen deutlich längeren Zeitraum, als den der sichtbaren Übersteuerung, erstrecken kann.
4. Stochastische Effekte, die jedem analogen Kanalsignal einen unkorrelierten Rauschanteil hinzufügen.

Differences between the analog channel signals can be caused by:

1. Static or slowly varying deviations, such as equal parts of the signals or deviations of the analog amplification factors from their nominal values.
2. Different dynamic behavior in the analog parts of the channels. These include linear distortions such as frequency response deviations and propagation time differences as well as nonlinear distortions such as linearity errors.
3. Limiting effects caused by overloading of individual channels. It should be noted in particular that the limiting effects of band limitations in the analog precursors, and in the digital filters of the analog to digital converter and the consequent pre- and post-echoes can extend over a much longer period of time than the visible overdrive.
4. Stochastic effects that add an uncorrelated noise to each analog channel signal.

Im Weiteren beschränkt sich die Beschreibung der Übersichtlichkeit halber auf ein System mit 2 Kanälen.in the Furthermore, the description of clarity is limited half to a system with 2 channels.

Bei der hier vorgestellten Methode oder Vorrichtung werden die statischen und dynamischen Abweichungen zwischen den Kanalsignalen durch Regelungsvorgänge, bei denen die verbleibenden Abweichungen zwischen den Kanalsignalen als Regelgrößen dienen, minimiert. Als Regelgrößen, welche die Abweichungen zwischen den Kanälen beschreiben, können zum Beispiel die Differenzen der Signale oder hiervon abgeleitete Größen dienen, wie die Differenzen der Beträge der Signale oder die Differenzen der Signalquadrate (euklidische Norm). Diese Regelgrößen werden herangezogen, um verschiedene Kenngrößen für die Anpassung der Signale, vorzugsweise die des hoch verstärkten Signals so zu regeln, dass die Abweichung zwischen den Kanalsignalen minimiert wird.at The method or device presented here becomes the static one and dynamic deviations between the channel signals through control operations, where the remaining deviations between the channel signals serve as controlled variables, minimized. As controlled variables, which describe the deviations between the channels, For example, the differences of the signals or thereof derived quantities serve as the differences the amounts of the signals or the differences of the signal squares (Euclidean norm). These controlled variables are used, to different characteristics for the adjustment the signals, preferably those of the high-gain signal so that the deviation between the channel signals is minimized becomes.

Die patentgemäße Regelung der analogen Kanalparameter ist dabei auf folgenden Voraussetzungen beziehungsweise Kriterien gekennzeichnet:

1. Die auszuregelnden analogen Kanalparameter sind zeitunabhängig oder sie verändern sich so langsam, dass Ihre Änderungsrate um Größenordnungen langsamer ist, als der Abtasttakt.
2. Jedem der Kanalsignale wird pro Abtasttakt einer der folgenden Zustände zugeordnet: a) Untersteuert: Das Kanalsignal wird vom Rauschen verdeckt. b) Linear: Das Kanalsignal ist im linearen Bereich des Kanals und ist unbeeinflusst von Übersteuerungsauswirkungen. c) Übersteuert: das Kanalsignal wird durch Auswirkungen einer Übersteuerung beeinflusst.
3. Die Regelung für die Kanalparameter wird als endlicher Automat betrachtet, der seine Zustände getaktet weiterschaltet.
4. Die Regelung für die Kanalparameter enthält als Eingangsgröße jeweils die Differenzen oder hiervon abgeleitete Größen. Alternativ können bei bestimmten Parametern, wie dem Gleichanteil auch Abweichung der Kanalsignale von Referenzwerten (in Falle der Gleichanteilsregelung) der Abweichung von der Nulllinie verwendet werden.
5. Die Zustände der Regelung werden synchron mit dem Abtasttakt der Kanalsignale weitergeschaltet, wobei nur die Abtasttakte für die Taktung der Regelung verwendet werden, bei denen sich die alle von der Regelung verwendeten Kanalsignale im Zustand „linear" befinden.
6. Die durch die Regelung ermittelten Kanalparameter bleiben während der für die Regelung nicht verwendeten Abtasttakte unverändert, werden aber auch dann, wenn die Regelung inaktiv ist, für die Kanalkompensationen verwendet.

The patented regulation of the analogue channel parameters is characterized by the following prerequisites or criteria:

1. The analog channel parameters to be adjusted are time-independent or they change so slowly that their rate of change is orders of magnitude slower than the sampling clock.
2. Each of the channel signals is assigned one of the following states per sample clock: a) Underdriven: The channel signal is obscured by the noise. b) Linear: The channel signal is in the linear region of the channel and is unaffected by overdrive effects. c) Overdriven: the channel signal is affected by the effects of override.
3. The control for the channel parameters is considered as a finite automaton, which advances its states clocked.
4. The control for the channel parameters contains as input variable in each case the differences or quantities derived therefrom. Alternatively, for certain parameters, such as the DC component, it is also possible to use deviation of the channel signals from reference values (in the case of DC component control) from the deviation from the zero line.
5. The control states are advanced in synchronism with the sample clock of the channel signals, using only the sample clocks for the control clock, in which the channel signals used by the control are all in the "linear" state.
6. The channel parameters determined by the control remain unchanged during the sampling clocks not used for the control, but are also used for the channel compensations when the control is inactive.

Die grundsätzliche Funktion der digitalen Komponenten des Verfahrens, welche die oben aufgeführten Randbedingungen erfüllt, ist in 3 dargestellt. Die digitalisierten Kanalsignale werden zunächst in einer Signalanalyseeinheit auf ihre Amplitude hin untersucht. Eine Signalamplitude, die betraglich oberhalb einer festgelegten Schwelle liegt, wird als „übersteuert" angesehen. Signalamplituden, die betraglich unterhalb einer betraglich festgelegten Schwelle liegen, werden als untersteuert gewertet.The basic function of the digital components of the method, which fulfills the boundary conditions listed above, is in 3 shown. The digitized channel signals are first examined for their amplitude in a signal analysis unit. A signal amplitude that is greater than a specified threshold is considered to be "overdriven." Signal amplitudes that are less than a specified threshold are considered underdriven.

Der Signalanalyseblock 30 weist zwei Eingänge und drei Ausgänge auf.The signal analysis block 30 has two inputs and three outputs.

Da durch Vorechos auch Abtastwerte vor der dem erkannten Übersteuerungsereignis gestört sind, ist es erforderlich, bereits eingelesene Werte entsprechend zu als gestört zu markieren, wobei vorteilhaft zusätzlich die zeitliche Entfernung zum Übersteuerungsereignis angegeben wird, da der Effekt der Störung mit wachsender Entfernung zum Übersteuerungsereignis abnimmt. Diese Markierung wird erreicht, indem jedes Kanalsignal über eine Verzögerungsleitung geführt wird, deren Verzögerungsdauer die maximale Dauer der zu erwartenden Vorechos überschreitet.There by pre-echoes also samples before the detected overdrive event are disturbed, it is necessary already read Values corresponding to marked as disturbed, with advantageous additionally the time distance to the override event is given as the effect of the disorder with increasing Distance to override event decreases. This mark is achieved by passing each channel signal over a delay line whose delay time is the maximum Duration of expected pre-echoes exceeds.

Jedem Kanalsignalpaar wird dabei eine Kennung zugeordnet, die einer Ausführungsform in einer dritten Verzögerungsleitung gleicher Länge abgelegt wird..Each Channel signal pair is assigned an identifier, the one embodiment in a third delay line of equal length is stored ..

Eine vorteilhafte Kennung ist ein ganzzahliger Wert K, mit folgender Codierung:

K = –1: Mindestens ein Kanalsignal ist untersteuert.
K = 0: Das Kanalsignalpaar befindet sich im linearen Bereich.
0 < K < CM: Das Kanalsignalpaar hat einen Abstand von CM-K zu einem erkannten Übersteuerungsereignis.
K > = CM: Mindestens ein Kanalsignal ist übersteuert oder signifikant durch eine Übersteuerung gestört.

An advantageous identifier is an integer value K, with the following coding:

K = -1: At least one channel signal is underdriven.
K = 0: The channel signal pair is in the linear range.
0 <K <CM: The channel signal pair has a distance from CM-K to a detected overdrive event.
K> = CM: At least one channel signal is overdriven or significantly disturbed by overload.

CM ist hierbei eine Konstante, die der Anzahl der durch Vor- bzw. Nachechos betroffenen Abtastwerte entspricht. Der Inhalt der Kennungskette wird bei jedem erkannten Übersteuerungsereignis entsprechend angepasst. Dabei wird dem einem übersteuerten Kanalpaar zugeordneten Element der dritten Verzögerungsleitung ein Wert größer oder gleich CM zugeordnet. Die zeitlich vor dem Übersteuerungsereignis liegenden Elemente der dritten Verzögerungsleitung werden jeweils mit einem um 1 verminderten Wert aufgefüllt, solange sich in der entsprechenden Zelle kein größerer Wert befindet. Der Inhalt der dritten Verzögerungsleitung für neu hinzugekommene Abtastwerte, die hinter einem ermittelten Übersteuerungsereignis liegen, werden jeweils mit einem um 1 verminderten Wert gefüllt, bis der Wert null erreicht ist.CM Here is a constant, the number of pre- or Nachechos corresponding samples. The content of the identification chain is corresponding to every detected override event customized. This is the one overdriven channel pair associated element of the third delay line Value greater than or equal to CM assigned. The time elements of the third element preceding the overdrive event Delay line are each reduced by one by one Value padded as long as located in the appropriate cell no greater value. The content of the third Delay line for newly added samples, which lie behind a determined overdrive event, are each filled with a value reduced by 1, until the value zero is reached.

In einer weiteren Ausführungsform wird lediglich die Kennung des ältesten gespeicherten Kanalsignalpaars unter Zuhilfenahme eines Zustandsautomaten mit verschiedenen Zählern berechnet.In In another embodiment, only the identifier of the oldest stored channel signal pair with the aid of of a state machine with different counters.

Die am Ausgang des Signalanalyseblocks vorliegenden verzögerten Kanalsignale und das neu generierte korrespondierende Kennungssignal wird dann der Kenngrößenkompensation und Kenngrößenbestimmung 40 zugeführt. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden dabei nur die Kenngrößen eines Kanalsignals, vorzugsweise die des Kanalsignals mit der höheren Analogverstärkung kompensiert. Das zweite Kanalsignal wird lediglich verzögert, um die Kausalität der Kompensation im ersten Kanal sicherzustellen. Die Kenngrößen zur Kompensation der Kanalunterschiede werden rückgekoppelt aus der Differenz der Kanalsignale beziehungsweise aus davon abgeleiteten Größen ausgeregelt. Das Regelungsziel ist die Minimierung der Differenzen. Die Funktion und die Taktung der Regelung werden dabei durch das Kennungssignal 40.3 gesteuert. Unter Verwendung der oben beschriebenen Kennungscodierung wird die Kenngrößenregelung nur dann getaktet, wenn die Kennung den Wert 0 annimmt.The delayed channel signals present at the output of the signal analysis block and the newly generated corresponding identification signal then become the characteristic compensation and characteristic determination 40 fed. In a particularly advantageous embodiment, only the characteristics of a channel signal, preferably those of the channel signal are compensated with the higher analog gain. The second channel signal is only delayed to ensure the causality of the compensation in the first channel. The parameters for compensating the channel differences are feedback-controlled from the difference of the channel signals or from variables derived therefrom. The control objective is to minimize the differences. The function and the timing of the control are thereby by the identification signal 40.3 controlled. Using the identification coding described above, the characteristic control is only clocked if the identifier assumes the value 0.

In einer alternativen Ausführungsform wird die Wirkung der Regelung in Abhängigkeit von dem Wert der Kenngröße angepasst werden, sodass die Grundverstärkung der Regelungen bei Kanalpaaren direkt neben Übersteuerungsereignissen (große Kennungswerte) gegen null geht und mit zunehmendem Abstand gegen die Standardverstärkung geht.In an alternative embodiment, the effect of Control depending on the value of the characteristic adjusted so that the basic gain of the regulations for channel pairs directly next to overdrive events (large identification values) goes to zero and with increasing Distance goes against the standard gain.

Insbesondere für die Bestimmung des Gleichanteils eines Kanals ist es entscheidend, dass die Regelung nur dann arbeitet, wenn der betreffende Kanal sich im linearen Zustand befindet. Durch eine Limitierung, die ein Signal symmetrisch zur Nulllinie begrenzt, kann sich jedoch auch der Gleichanteil des Signals verschieben. Das heißt, dass eine Ermittlung oder auch die Kompensation des Gleichanteils eines Kanalsignals während einer Zeitperiode, die durch die Limitierung beeinflusst wird, nicht zulässig ist. Insbesondere üblicherweise in A/D Wandlern eingebauten digitalen DC-Filter, die unabhängig vom Übersteuerungszustand des Wandlers den mittleren Gleichanteil entfernen, arbeiten im Übersteuerungszustand fehlerhaft und können in der anschließenden Rekombination bei komplexen Kanalsignalen zu deutlichen Fehlern führen. Interessanterweise tritt dieser Effekt bei einfachen Testsignalen, wie einem symmetrischen Sinussignal nicht auf. Das Beispiel in 12 zeigt jedoch ein aus mehreren Kosinusschwingungen überlagertes Signal, dass einen deutlich höheren Ausschlag zu positiven Werten als zu negativen Werten aufweist. Es ist offensichtlich, dass bei symmetrischer Limitierung bei diesen Signalen mehr positive als negative Signalanteile „abgeschnitten" werden, wodurch sich die unzulässige Verschiebung des Gleichanteils ergibt.In particular, for the determination of the DC component of a channel, it is crucial that the control operates only when the channel in question is in the linear state. However, a limitation that limits a signal symmetrically to the zero line may also shift the DC component of the signal. That is, a determination or even the compensation of the DC component of a channel signal during a period of time, which is influenced by the limitation, is not allowed. In particular, digital DC filters usually incorporated in A / D converters, which remove the average DC component independently of the overdrive state of the converter, operate incorrectly in the overmodulation state and can lead to significant errors in the subsequent recombination in the case of complex channel signals. Interestingly, this effect does not occur with simple test signals, such as a balanced sinewave signal. The example in 12 however, shows a signal superimposed by several cosine oscillations, which has a much higher deflection to positive values than to negative values. It is obvious that with symmetrical limitation, more positive than negative signal components are "cut off" in these signals, which results in the impermissible shift of the DC component.

Der Ausgang des Block Signaladaption und Kanalparameterschätzung hat ebenfalls 3 Ausgangssignale, nämlich die angeglichenen Kanalsignale und das gegebenenfalls entsprechend den Kanalsignalen verzögerte Kennungssignal.Of the Output of the block signal adaptation and channel parameter estimation also has 3 output signals, namely the adjusted Channel signals and possibly delayed according to the channel signals Identification signal.

Diese werden dem Signalkombinationsblock 50 zugeführt, in dem die angeglichenen Signale in Abhängigkeit vom Kennungssignal zusammengeführt werden. Dabei wird bei Kennungen kleiner oder gleich Null das erste Kanalsignal (das mit der höheren korrespondierenden Analogverstärkung) auf den Ausgang geschaltet. Bei einem Kennungswert > = CM wird das zweite Kanalsignal auf den Ausgang geschaltet. Bei Kennungswerten 0 < K < CM wird eine gewichtete Kombination der beiden Kanalsignale auf den Ausgang geschaltet, wobei die Summe der Wichtungen sich zu „1" addieren muss. Die Kennungswerte agieren in dieser Ausführungsform als Indizes auf eine Umwandlungstabelle mit ladbaren Koeffizienten. Hierbei wird vorteilhaft nur ein Wichtungsfaktor geladen, der Komplementäre wird durch Subtraktion von 1 ermittelt.These become the signal combination block 50 fed, in which the aligned signals are combined in response to the identification signal. In the case of identifiers of less than or equal to zero, the first channel signal (the one with the corresponding higher analog gain) is switched to the output. With an identification value> = CM, the second channel signal is switched to the output. For tag values 0 <K <CM, a weighted combination of the two channel signals is switched to the output, where the sum of the weights must add to "1." The tag values in this embodiment act as indexes on a loadable conversion table only one weighting factor is loaded, the complementarity is determined by subtracting 1.

Das hier für den Fall von zwei Kanälen vorgestellte Verfahren ist, kann in gleicher Weise auf mehrere Kanäle angewendet werden.The presented here in the case of two channels Method is, can in the same way on multiple channels be applied.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert.embodiments The invention will be explained below with reference to drawings.

Zeichnungendrawings

1 Gesamtübersicht der adaptiven Dynamikerweiterung. 1 Overview of Adaptive Dynamics Extension.

2 Struktur des digitalen Teils der adaptiven Dynamikerweiterung 2 Structure of the digital part of the adaptive dynamics extension

3 Struktur der digitalen Signalanalyse 3 Structure of digital signal analysis

4 Verlauf der Signalkennungsdaten 4 History of the signal identification data

5 Signalfluss bei Parameterschätzung und Signalformung 5 Signal flow in parameter estimation and signal shaping

6 Detail der Parameterschätzung und adaptiven Signalformung 6 Detail of parameter estimation and adaptive signal shaping

7 Einfaches Ausführungsbeispiel der adaptiven Parameterschätzung und Signalformung 7 Simple Embodiment of Adaptive Parameter Estimation and Signaling

8 DC Fehler durch symmetrische Limitierung 8th DC error due to symmetric limitation

9 Steuerungsprinzip für graduelles Überblenden zwischen den Kanälen. 9 Control principle for gradual crossfading between the channels.

10 Symmetrische Ausführung der Überblend-Koeffizienten. 10 Symmetrical execution of the cross-fading coefficients.

11 Werteverlauf für Überblendkoeffizienten 11 Value curve for cross-fading coefficients

12 Pegelverlauf eines Signals mit erhöhter Dynamik 12 Level curve of a signal with increased dynamics

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der adaptiven Dynamikerweiterungsvorrichtung für den zweikanaligen Fall. Ein gemeinsames Eingangssignal x(t), das zum Beispiel von einem Mikrophon abgegeben wird, besitzt eine sehr hohe Dynamik, welche die erzielbare Dynamik der nachfolgenden analogen Baugruppen und insbesondere die der eingesetzten A/D-Umsetzer übersteigt. Das Signal x(t) wird an die Eingangsklemme 10.1 der hoch verstärkenden Verstärkerbaugruppe 10 geführt. Der Ausgang 10.2 des hoch verstärkenden Verstärkers wird mit dem Eingang des Analog- zu Digital Umsetzers 15 verbunden. Die Dynamik dieses Zweiges ist zu hohen Pegeln hin begrenzt, was zur Folge hat, dass das Signal xh(t) bei hohen Pegeln übersteuert wird. Die Verstärkerstufe 10 ist so auszulegen, dass ihr Übersteuern nicht auf den Eingang 10.1 zurückwirkt. 1 shows the basic structure of the adaptive dynamic extension device for the two-channel case. A common input signal x (t), which is emitted for example by a microphone, has a very high dynamics, which exceeds the achievable dynamics of the subsequent analog modules and in particular those of the A / D converter used. The signal x (t) is sent to the input terminal 10.1 the high gain amplifier board 10 guided. The exit 10.2 of the high gain amplifier goes to the input of the analogue to digital converter 15 connected. The dynamics of this branch are limited to high levels, with the result that the signal xh (t) is overdriven at high levels. The amplifier stage 10 is to be interpreted that oversteer not on the entrance 10.1 reacts.

Das Signal x(t) wird weiterhin einer zweiten Eingangsklemme 20.1 einer niedrig verstärkenden Verstärkerstufe 20 zugeführt. Diese Verstärkerstufe ist so ausgelegt, dass beim maximalen Pegel des Eingangssignals x(t), das am Ausgang 20.2 liegende Signal xl(t) nicht übersteuert wird. Das Signal xl(t) wird an einen zweiten A/D-Umsetzer 25 angeschlossen. Bei kleinen Pegeln des Eingangssignals x(t) ist der Pegel von xl(t) so gering, dass er den minimal zulässigen Pegel am Eingang 25.1 des zweiten A/D-Umsetzers unterschreitet.The signal x (t) continues to be a second input terminal 20.1 a low gain amplifier stage 20 fed. This amplifier stage is designed so that at the maximum level of the input signal x (t), that at the output 20.2 lying signal xl (t) is not overridden. The signal xl (t) is sent to a second A / D converter 25 connected. At low levels of the input signal x (t), the level of xl (t) is so low that it is the minimum allowable level at the input 25.1 falls below the second A / D converter.

Für die Funktion der Dynamikerweiterung ist es vorteilhaft, dass beide A/D-Umsetzer 15 und 25 möglichst ähnliche Charakteristika aufweisen und dass deren Abtastungen für beide Kanäle zu möglichst exakt übereinstimmenden Zeitpunkten erfolgen. Dies ist zum Beispiel durch die Verwendung eines stereo A/D-Umsetzers gegeben. Die Ausgangssignale beider A/D-Umsetzer werden als Digitalsignale xh(n) für den hochverstärkenden Kanal und xl(n) für den niedrig verstärkenden Kanal dem digitalen Teil der adaptiven Dynamikerweiterung zugeführt.For the function of dynamic expansion, it is advantageous that both A / D converters 15 and 25 have similar characteristics as possible and that their scans for both channels are made to coincide as exactly as possible times. This is for example given by the use of a stereo A / D converter. The output signals of both A / D converters are supplied as digital signals xh (n) for the high-gain channel and xl (n) for the low-gain channel to the digital portion of the adaptive dynamics extension.

2 zeigt den prinzipiellen Aufbau des digitalen Teils der adaptiven Dynamikerweiterung 100. Die beiden digitalen Eingangssignale gelangen zunächst an die Eingänge 30.1 und 30.2 des Signalanalyseblocks 30. Die Aufgabe der Signalanalyse ist es, ein eventuelles Übersteuern des hoch verstärkenden Kanals zu detektieren und in Abhängigkeit hiervon Steuerinformationen für die nachfolgenden Verarbeitungsstufen zu generieren. Am Ausgang 30.3 liegt das unveränderte aber verzögerte erste Eingangssignal von Eingang 30.1 an. Am Ausgang 30.4 das unveränderte, aber verzögerte zweite Eingangssignal von Eingang 30.2 an. 2 shows the basic structure of the digital part of the adaptive dynamics extension 100 , The two digital input signals first reach the inputs 30.1 and 30.2 of the signal analysis block 30 , The task of the signal analysis is to detect a possible oversteering of the high-gain channel and to generate control information for the subsequent processing stages in dependence thereon. At the exit 30.3 is the unchanged but delayed first input signal from input 30.1 at. At the exit 30.4 the unchanged but delayed second input signal from input 30.2 at.

Der Ausgänge 30.5 liefert zu den ersten beiden verzögerten Digitalsignalen synchron mit jedem neuen Abtasttakt ein drittes Digitalsignal mit Steuerinformationen.The outputs 30.5 provides a third digital signal with control information to the first two delayed digital signals in synchronism with each new sample clock.

Der nachfolgende Block „Parameterschätzung und Kanaladaption" 40 enthält Funktionsblöcke, welche die Aufgabe haben, die Ausgangssignale 40.5 und 40.6 einander anzugleichen. Der Ausgang 40.7 liefert wiederum ein zeitlich synchrones drittes Steuersignal. Die abschließende Signalkombinationseinheit 50 führt die beiden an den Eingängen 50.1 und 50.3 liegenden Signale unter Berücksichtigung der an Eingang 50.2 anliegenden Steuerinformation zu einem Signal mit einer erhöhten Dynamik zusammen.The following block "Parameter estimation and channel adaptation" 40 contains function blocks, which have the task, the output signals 40.5 and 40.6 to match each other. The exit 40.7 in turn supplies a time-synchronous third control signal. The final signal combination unit 50 Lead the two at the entrances 50.1 and 50.3 lying signals taking into account the input 50.2 applied control information to a signal with increased dynamics together.

Das zusammengeführte Ausgangssignal an Ausgang 50.4 enthält in Abhängigkeit von der Steuerinformation an 50.2 die Abtastwerte von Eingang 50.1 oder die Abtastwerte von Eingang 50.3 oder eine Kombination beider Eingangssignale.The merged output signal to output 50.4 contains depending on the control information 50.2 the samples of input 50.1 or the samples of input 50.3 or a combination of both input signals.

3 zeigt eine Ausführungsform der Signalanalyseeinheit, welche eine Steuereinheit 31 und eine erste Verzögerungsleitungen 33 für das erste Digitalsignal, sowie eine zweite Verzögerungsleitung 35 für das zweite Digitalsignal enthält. 3 shows an embodiment of the signal analysis unit, which is a control unit 31 and a first delay line 33 for the first digital signal, as well as a second delay line 35 for the second digital signal.

In der Steuereinheit wird das hoch verstärkte Eingangssignal an 31.1 daraufhin untersucht, ob es betragsmäßig einen oberen Grenzwert überschreitet oder einen unteren Grenzwert unterschreitet. Das betragsmäßige Überschreiten des oberen Grenzwertes wird als „Übersteuern" bezeichnet. Das betragsmäßige Unterschreiten des unteren Grenzwertes wird als „Untersteuern" bezeichnet. Wenn für den hoch verstärkenden Kanal eine Übersteuerung detektiert wird, bedeutet dies, dass dieser Kanal aktuell unrichtige Abtastwerte enthält und demzufolge nicht für die Weiterverarbeitung verwendet werden kann. Das Übersteuerungsereignis wird durch Eintragen einer Steuerinformation in einer dritten Verzögerungsleitung 34 gespeichert. Wenn ein Übersteuerungsereignis detektiert wird, hat dies jedoch nicht auf den aktuellen Abtastwert Auswirkungen, sondern auch auf eine bestimmte Anzahl von vorhergehenden und nachfolgenden Abtastwerten. Die Anzahl der beeinflussten Abtastwerte hängt von den Ein- und Ausschwingzeiten der Bandbegrenzungsfilter in den analogen und digitalen Vorstufen inklusive der A/D-Umsetzer ab.In the control unit, the high-gain input signal is turned on 31.1 then checks whether it exceeds an upper limit in amount or falls below a lower limit. The exceeding of the upper limit in terms of amount is referred to as "oversteer." The undershooting of the lower limit value is referred to as "understeer". If overdriving is detected for the high gain channel, this means that this channel currently contains incorrect samples and therefore can not be used for further processing. The override event is characterized by entering control information in a third delay line 34 saved. However, if an override event is detected, it will not affect the current sample but will also affect a certain number of previous and subsequent samples. The number of samples affected depends on the settling and settling times of the band-limiting filters in the analog and digital pre-stages, including the A / D converters.

Der Einsatz der Verzögerungsleitungen ermöglicht es, auch der Übersteuerung vorhergehende Werte entsprechend markieren zu können. Bei jedem Übersteuerungsereignis wird die Markierung der vorhergehenden Abtastwerte angepasst. Die Markierung der der Übersteuerung folgenden Abtastwerte erfolgt sukzessive, wenn diese in den Fokus der Bearbeitung kommen und in Abhängigkeit von einer Zustandsvariablen in der Signalanalyseeinheit. So kann zum Beispiel bei der Detektion einer Übersteuerung die Zustandsvariable „Übersteuerungszähler" bei der Erkennung einer Übersteuerung auf einen Maximalwert „CM + O" (siehe 9) gesetzt werden, der für darauf folgende Werte dekrementiert wird, wenn keine erneute Übersteuerung detektiert wird.The use of the delay lines makes it possible to also mark the override previous values accordingly. For each override event, the mark of the previous samples is adjusted. The marking of the samples following the overmodulation takes place successively when they come into the focus of processing and in dependence on a state variable in the signal analysis unit. Thus, for example, in the detection of an override, the state variable "override counter" in the detection of an override to a maximum value "CM + O" (see 9 ), which is decremented for subsequent values if no override is detected.

4 zeigt für das Ausführungsbeispiel nach 3 den Verlauf der Signalkennungswerte in der dritten Verzögerungskette 34. Jedes Element der Verzögerungskette 34 korrespondiert mit gleich weit verzögerten Signalwerten in den Verzögerungsketten 33 und 35 nach 3. 4 shows for the embodiment according to 3 the course of the signal identification values in the third delay chain 34 , Each element of the delay chain 34 corresponds to equally delayed signal values in the delay chains 33 and 35 to 3 ,

Bei Übersteuerungserkennung (zum Beispiel der Erkennung von Übersteuerungsereignis 2 in 4b) wird die Kennzahl CM + O in das korrespondierende Element der „Steuerdatenverzögerungskette" 34 geschrieben. Frühere Kettenelemente werden mit jeweils um „1" verminderten Kennzahlen aufgefüllt und zwar solange, bis ein eventuell bereits vorhandener Inhalt der früheren Kettenelemente größer als der neu zu schreibende Wert ist oder bis der Anfang der Verzögerungskette erreicht ist. In 4b wird dies verdeutlicht, indem zunächst der Inhalt der Verzögerungskette um ein Element nach rechts verschoben wird. Dann wird der Inhalt das erste Element der Kette wegen des erkannten Übersteuerungsereignisses 2 mit dem Wert CM + O beschrieben. Die älteren Kettenelemente werden entsprechend angepasst, bis der gespeicherte Wert des Kettenelements einen höheren Wert als der neu zu schreibende Wert aufweist. Im vorliegenden Fall muss nur ein zusätzliches Element der Verzögerungskette angepasst werden.For override detection (for example, the detection of override event 2 in 4b ) the code CM + O is inserted in the corresponding element of the "control data delay chain" 34 written. Earlier chain elements are filled with key figures reduced by "1" until such time as any existing contents of the former chain elements are greater than the value to be rewritten or until the beginning of the delay chain has been reached 4b this is clarified by first shifting the contents of the delay chain one element to the right. Then the content becomes the first element of the chain because of the detected override event 2 described with the value CM + O. The older chain elements are adjusted accordingly until the stored value of the chain element has a higher value than the value to be rewritten. In the present case, only one additional element of the delay chain needs to be adjusted.

Die durch die Verzögerungskette dargestellte Funktionalität kann in einer weiteren Ausführungsform dadurch realisiert werden, dass lediglich das älteste Element der Verzögerungskette angepasst wird, wobei der Zustand des Systems durch Automaten mit mehreren Zählern gehalten wird.The functionality represented by the delay chain can be realized in a further embodiment be that only the oldest element of the delay chain is adjusted, with the state of the system by machine with held several meters.

5 beschreibt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der adaptiven Parameterschätzung und Kanaladaption 40. Das erste digitale Signal xh(n) wird über ein adaptives Übertragungssystem 41 zum Ausgang 40.5 geleitet. Das zweite digitale Signal wird über einen Verzögerungsblock 42 zum Ausgang 40.6 geleitet. Der Block 42 stellt typischerweise eine Signalverzögerung dar, und kompensiert die mittlere Signallaufzeit des Blockes 41, um die Kausalität des Systems zu gewährleisten, wenn nur die Kenngrößen eines der Kanäle geregelt werden. Dazu muss die hier realisierte Verzögerungszeit größer sein, als der maximal zu erwartende Unterschied der Signallaufzeiten in beiden Kanälen. 5 describes a particularly advantageous embodiment of the adaptive parameter estimation and channel adaptation 40 , The first digital signal xh (n) is transmitted via an adaptive transmission system 41 to the exit 40.5 directed. The second digital signal is via a delay block 42 to the exit 40.6 directed. The block 42 typically represents a signal delay, and compensates for the average signal delay of the block 41 In order to ensure the causality of the system, if only the characteristics of one of the channels are regulated. For this purpose, the delay time realized here must be greater than the maximum expected difference in signal propagation times in both channels.

Die Ausgangssignale der Übertragungssysteme 41 und 42 werden einer Vergleichseinheit 45 zugeführt, in der beide Ausgangssignale verglichen werden. Die Vergleich basiert dabei auf der Differenz der Signale, beziehungsweise auf abgeleiteten Signalen, wie der Differenz der Beträge oder Betragsquadrate. Die Vergleichsergebnisse werden dem adaptiven Übertragungsblock 41 zugeführt und beeinflussen dort die Anpassung der Übertragungsfunktion dieses Blockes dergestalt, dass die Ausgangssignale an 41.2 und 42.2 einander weitestgehend angeglichen werden. Das heißt insbesondere, dass die unterschiedlichen Eigenschaften der analogen Kanäle kompensiert werden. Die Kompensation erfolgt durch Einregeln von Modellparametern des Kompensationskanals. Der digitale Wertebereich des im Block 41 angepassten Ausgangssignals an Klemme 41.2 ist so zu dimensionieren, dass durch die Abschwächung keine relevanten Signalinformationen durch das Quantisierungseffekte verdeckt werden. Das dritte Digitalsignal wird über je einen Signalverzögerungsblock geführt, der der mittleren Signalverzögerung des Parameteradaptionsblockes entspricht. Da im allgemeinen Fall davon ausgegangen werden muss, dass sowohl das erste, als auch das zweite Signal unterschiedliche analoge Laufzeiten aufweisen, deren Unterschiede kompensiert werden müssen, wird das zweite Digitalsignal um eine feste Zeit verzögert, wobei die Verzögerungszeit größer als der größte zu erwartende Laufzeitunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Digitalsignal ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass im Parameteradaptionsblock 41 nur positive Laufzeiten auftreten. Zur Aufrechterhaltung der zeitlichen Synchronität zwischen dem Dritten und den beiden ersten Digitalsignalen ist das dritte Digitalsignal entsprechend dem Zweiten zu verzögern. Das dritte Digitalsignal an Ausgang 43.2 steuert die Parameterschätzung in der Weise, dass diese nur stattfindet, wenn das dritte Digitalsignal einen Wert ungleich null aufweist.The output signals of the transmission systems 41 and 42 become a comparison unit 45 supplied, in which both output signals are compared. The comparison is based on the difference of the signals, or on derived signals, such as the difference of the amounts or squares. The comparison results become the adaptive transmission block 41 fed there and influence the adaptation of the transfer function of this block such that the output signals to 41.2 and 42.2 be aligned as far as possible. This means in particular that the different properties of the analog channels are compensated. Compensation takes place by adjusting model parameters of the compensation channel. The digital value range of the block 41 adapted output signal to terminal 41.2 is to be dimensioned so that the attenuation does not obscure any relevant signal information due to the quantization effects. The third digital signal is routed via a respective signal delay block corresponding to the mean signal delay of the parameter adaptation block speaks. Since it must be assumed in the general case that both the first and the second signal have different analogue transit times whose differences must be compensated, the second digital signal is delayed by a fixed time, the delay time being greater than the largest expected delay difference between the first and the second digital signal. This measure ensures that the parameter adaptation block 41 only positive maturities occur. In order to maintain the temporal synchronicity between the third and the first two digital signals, the third digital signal is to be delayed according to the second one. The third digital signal at output 43.2 controls the parameter estimation such that it takes place only when the third digital signal has a nonzero value.

6 zeigt den Aufbau von der Parameterschätzung und Adaption für mehrere Kanalkenngrößen etwas detaillierter, wobei insbesondere die Parametersteuerung über mehrere Teilsignale an die Eingänge 41.4a bis 41.4n geführt werden. 6 shows the structure of the parameter estimation and adaptation for several channel characteristics in more detail, in particular the parameter control over several partial signals to the inputs 41.4a to 41.4n be guided.

7 zeigt eine einfache Ausführungsvariante der adaptiven Übertragungseinheit 41 und des Signalvergleichers 45. Hier wird das Differenzsignal zweier Kanäle einem Integrator mit der Integrationskonstanten KO zugeführt. Solange der Mittelwert des Eingangsdifferenzsignals 42.2 einen Wert ungleich 0 hat, liegt eine Offset-Abweichung zwischen beiden Kanälen vor, die nach einer Einschwingphase ausgeregelt sein wird. Die Differenz der Eingangssignalbeträge gelangt dann zu einem weiteren Integrator mit der Integrationskonstante KV, der das Kernstück der Verstärkungsanpassung darstellt. Unter der Voraussetzung, dass die Offsetabweichungen ausgeregelt sind, führt die KV-Regelung zur Anpassung der Gesamtverstärkung des hoch verstärkenden Kanals an die des niedrig verstärkenden Kanals. Das hier vorgestellte einfache Regelprinzip kann auf weitere Kenngrößen wie Gruppenlaufzeit, Frequenzgang etc. erweitert werden, wie in 6 dargestellt ist. Die Adaptionsparameter müssen nicht notwendigerweise zu einer linearen Übertragungsfunktion führen, sondern können auch zur Kompensation von Linearitätsfehlern eingesetzt werden. 7 shows a simple embodiment of the adaptive transmission unit 41 and the signal comparator 45 , Here, the difference signal of two channels is fed to an integrator with the integration constant KO. As long as the mean value of the input difference signal 42.2 has a value not equal to 0, there is an offset deviation between the two channels, which will be compensated after a transient phase. The difference of the input signal amounts then passes to another integrator with the integration constant KV, which represents the core of the gain adjustment. Assuming that the offset deviations are balanced, the KV control will adjust the overall gain of the high gain channel to that of the low gain channel. The simple control principle presented here can be extended to other parameters such as group delay, frequency response, etc., as in 6 is shown. The adaptation parameters do not necessarily have to lead to a linear transfer function, but can also be used to compensate for linearity errors.

8a zeigt beispielhaft ein generiertes Signal, das aus einer Überlagerung von Cosinusschwingungen besteht. Während das nicht limitierte Signals noch mittelwertfrei ist, hat das Signal nach der symmetrischen Limitierung bei einem Betragswert von 5 einen Gleichspannungsoffset von –0.354. Dieses Beispiel belegt noch einmal anschaulich, dass einfache DC-Filter, die Übersteuerungszustände nicht berücksichtigen, während einer Übersteuerungsphase fehlerhaft arbeiten. 8a shows by way of example a generated signal consisting of a superposition of cosine oscillations. While the non-limited signal is still averaged, the signal has a DC offset of -0.354 at a magnitude of 5 after symmetric limitation. This example demonstrates once again that simple DC filters that do not take into account overdrive conditions are working incorrectly during an override phase.

9 zeigt ein Blockdiagramm der Signalkombinationseinheit 50. Über den Eingang 50.1 gelangt das ursprünglich hoch verstärkte erste Signal an einen digitalen Multiplizierer 54. Über Eingang 50.3 gelangt das ursprünglich niedrig verstärkte zweite Signal an einen zweiten Multiplizierer 55. Die Ausgangssignale beider Multiplizierer werden im Addierer 53 zu einem Signal mit hoher Dynamik zusammengeführt. Die Multiplizierer 54 und 55 werden durch die Steuereinheit 51 so angesteuert, dass die Summe beider Faktoren an 51.3 und 51.2 zusammen einen konstanten Wert, zum Beispiel eine normierte „1" ergibt. Durch das Steuersignal 50.2 können die Faktorpaare an 51.3 und 51.2 so gesteuert werden, dass sich störungsarme Überblendungen zwischen den beiden Datenpfaden ergeben, wie in 11 dargestellt. Die Ermittlung der Überblendfaktorpaare kann zum Beispiel durch eine Einblend-„Fade-In" und eine Ausblend-„Fade-Out" Tabelle erfolgen, wie in 10 dargestellt. 9 shows a block diagram of the signal combination unit 50 , About the entrance 50.1 the originally high-amplified first signal reaches a digital multiplier 54 , About entrance 50.3 the originally low-amplified second signal reaches a second multiplier 55 , The output signals of both multipliers are in the adder 53 merged into a signal with high dynamics. The multipliers 54 and 55 be through the control unit 51 so driven that the sum of both factors 51.3 and 51.2 together gives a constant value, for example a normalized "1." By the control signal 50.2 can the factor pairs 51.3 and 51.2 be controlled so that there are low-interference transitions between the two data paths, as in 11 shown. The fading factor pairs may be determined, for example, by a fade-in fade-out and a fade-out fade out table, as in FIG 10 shown.

Die Auswahl der Überblendfaktoren wird durch das dritte Digitalsignal gesteuert. Bei Kennungen kleiner als 0 wird das erste Digitalsignal immer mit 1 multipliziert und das zweite Digitalsignal mit 0. Bei Kennungen größer gleich CM wird das erste Digitalsignal mit 0 multipliziert und das Zweite mit 1. Bei Kennungswerten zwischen 1 und CM-1 werden die Faktoren aus einem Speicher 52 ausgelesen, wobei die dort gespeicherten Koeffizienten ladbar sind, um das Überblendprofil verschiedenen Anforderungsgebieten anpassen zu können.The selection of the crossfading factors is controlled by the third digital signal. For identifiers less than 0, the first digital signal is always multiplied by 1 and the second digital signal by 0. For identifiers greater than or equal to CM, the first digital signal is multiplied by 0 and the second multiplied by 1. For identifier values between 1 and CM-1, the factors become off a memory 52 read out, the stored there coefficients are loadable in order to adjust the cross-fade profile different requirement areas can.

12 zeigt einen beispielhaften Zeitverlauf des Eingangssignalpegels. Bei kleinen Signalamplituden wird der hochverstärkende Eingangskanal zum Ausgang geführt. Hierdurch können auch Signale, die nahe der Rauschgrenze (im als „hg" schraffierten Bereich) aufgelöst werden. Steigt der mittlere Pegel des Eingangssignals über eine bestimmte Schwelle, wird auf den niedriger verstärkenden Kanal umgeschaltet, bzw. übergeblendet, da der hoch verstärkende Kanal jetzt in die Übersteuerung (lg-Bereich) fahren würde. Bei Verwendung des niedrig verstärkenden Kanals verschwinden „leise" Signalanteile im Rauschen, was jedoch zum Beispiel bei Audiosignalen wegen der aus der Psychoakustik bekannten Verdeckungseffekte vom menschlichen Gehör nicht- oder nur schwach wahrgenommen werden kann. 12 shows an exemplary time course of the input signal level. At low signal amplitudes, the high-gain input channel is routed to the output. This will also resolve signals close to the noise floor (in the area hatched as "hg") When the average level of the input signal rises above a certain threshold, the low gain channel will be switched over as the high gain channel is now When using the low-gain channel, "quiet" signal components disappear in the noise, but this can not be perceived by human hearing, for example in the case of audio signals, because of the masking effects known from psychoacoustics.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5777569 [0007, 0007]
- US 6104329 [0007, 0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- "Handbuch der Tonstudiotechnik", Michael Dickreiter, KG Saur Munich 1997 [0003]

Claims

A method for adaptive dynamic expansion of an analog to digital converter using at least a first and a second channel signal, with the operating states overdrive, linear and understeer, in which a common analog input signal via at least 2 analog preamplifier with different gain each with an analog to digital converter with Reduced dynamics is supplied, characterized in that it has digital signal analysis means 30 , which is adapted to detect the operating states of the channels in a time-dependent manner, that it has adaptive digital signal shaping means, which are adapted to the digital channel signals by adjusting several characteristics to compensate for the analog channel properties in the linear state to each other, and that it via a Signal combination means, which is adapted to time-dependent supply at least the adapted digital channel signal, with the highest detected as overdrive-free analog preamplification, a total digital output.

The method of 1, wherein an additional Digital signal is generated, which each signal pair a multi-level Assigning state identifier, the number of distinguishable States greater than 2 and where the additional digital signal samples of the channel signals, the time both before and after a measured overdrive or Understeer event are located accordingly.

Method according to FIGS. 1 and 2, wherein the analog channel parameters at least one channel are not formed and the signal shaping for this channel through a delay line, which ensures the causality of the system is replaced.

Method according to 1 to 3, wherein the determination of the controlled variables for the digital signal shaping means 41 derived from differences between the channel signals.

The method of 1 to 4, wherein the analog channel characteristic parameter DC offset alternatively also without channel difference formation by comparison is corrected with the reference value zero.

Method according to 1 to 5, wherein the signal-dependent Switching between adapted input channels to the output signal is done by a gradual dissolve, with the crossfade by multiplication with tabulated Factors happen whose identifier is out of a by the signal analysis means powered, time-synchronized additional digital signal come.

Method according to FIGS. 1 to 5, wherein the adaptation parameters for the signal shaping means 40 Have default values that are stored in non-volatile memory and come from a previous adjustment.

Method according to 1 to 5, wherein the signal processing with hard-wired hardware.

Method according to 1 to 5, wherein the signal processing on a microprocessor or a digital signal processor in Firmware or software is implemented.