DE1900639B2 - Verfahren und anordnung zur kompression und/oder expansion des dynamischen bereichs eines eingangssignals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Schal-Hingsanordnungen zur Kompression und/oder Expansion des dynamischen Bereiches eines Eingangssignals, z. B. von Niederfrequenz-, Video- und anderen elektrischen Signalen, insbesondere in Entstörungseir.richtungen, wobei der Kompressor der die Störung einbringenden Einrichtung vor- und der Expander dieser nachgeschaltet ist. Der Expander kann jedoch auch selbständig zur Verbesserung der Qua-

Ι??ΐ ^w?,^rdei\^{welches vorher Beim} Expander kann also die weitere Schaltung Kcht kompri wurdej. Es gibt auch Anwendung*- dieselben Eingangssignale empfangen wie die Gefalle, in welchen sowohl die Expander als auch die radeaus-SchaltungT wobei sich das Expansionsge>etz Kompressoren selbständig verwendet werden können. zu _z = (1 - F ) ν ändert

Y¹I ^Etf7J -n^p^irf^^{11 Und Aus}- ^{5 Im} Kompressor kann der Eingang der weiteren

gestaltungen des m der FR-PS 14 89 418 beschrie- Schaltung an den Ausgang des Kompressors gelegt

Cf"⁶" ^,ItZ inde Schaltungsanordnung zur werden, wodurch sich das KompresLnsgesete zu

Storgerauschvem mderung. In dieser Patentschrift ist , = _{X + Fy oder v} = _x ι η -_F ) _ändert Ist

ein Geradeaus-Signalkanal beschrieben, zu dessen F =F soistz-x

Ausgangssign-clen, im Falle eines Kompressors, die io 'Demgemäß geht~'eine Schaltungsanordnung zur

u ^diese" ^subtrahiert pression von Nachrichtensignalen von einer Anord-

^srssrs ^ ^sH ^aufweist' ^welf^e

^^ ^{8 einer} °^{der mehreren weiteren}

ifLn ndir veSertrpSn?^ ti^kOmpn" ^Sch^™Z™ mit einer Vorrichtung, die die Ausgangsmiert) oder vermindert (expandiert) bei niederen Si- signale der Schaltungen derart vereinigt daß das

ÄS den SS Bd Ξ'"" K^{ChalUinS A}W*8Ssignal der erften Schaltung ζΤίJprLion ^?nPp!ln^ndSpÄ_a ■ ι J^{1 Ein}2^ane^s- ²⁰ angehoben wird, bei der ferner die weiteren Schal-

rrÄÄ^dr ' ^{als das}

si„TSherTi"; SL^VT^dlp *^s" ^Α»^Α- 'S Ä de, _ESü„7if diese SchaUung^nordhen ™bei taS^S 5" ^P'^lents,^chn" ^be- ™»S dadurch gekenniSiclmel, daß das Eingangs-

b net Sdtsrr ^Pate"^isch,^ri"^beschrie- s

benen Erfindung sind die Eingangssignale der weite- 30 1 ist

^re^^^alSlt^dun^S,^et^enF^Wu^{e die Ei}"8^anS^ssiS^{nale der} Eine Schaltungsanordnung zur Ausführung des

ΓTlZ Ϊ3 ρ ^einei ^KomP^{ressois und} Verfahrens durch Dynamikexpansion von Nachrich-

SnZ fr% hf\ ^Pa T ^{aUS den AUS}- ^tensignalen geht vorzugsweise von einer Anordnung

gangss gnalen der Subtrakervornchtung. Somit be- _mit einer ersten Schaltung aus, welche die Signale im

H IfZZ⁸Th l°^{TmX = (1 + Fi)l 35 Verh}ältnis zu den Eingangssignalen mit linearer Dy- und das_Expanaonsgesetz die Form _z = _y - F₂I, namik in ihrer vollen Bandbreite überträgt, und mit H KnnTnrpinrt * Ή A^ ~ ^Ein8fg^ignal einer oder mehreren weiteren Schaltungen mit einer des Kompressors, χ das Ausgangssignal des Korn- Vorrichtung, die die Ausgangssignale der Schaltungen pressen tew das Eingangssignal des Expanders, ₂ derart vereinigt, daß das Ausgangssignal der ersten das Ausgangssignal des Expanders und F₁ und F₂ 40 Schaltung zur Expansion vermindert wird, bei der Kennwerte der Kennlinien der weiteren Schaltungen ferner die weiteren Schaltungen eine Regelstufe auf-T S IS ι ^ExP^anderJ'»^d· Sowohl F₁ weisen, die das weitere Signal auf einen Bereich beals auch F haben die Form eines Multiplikators bei grenzt, der mindestens um eine Größenordnung niederen S.gnalpegeln und nehmen be, höheren kleiner ist als das Ausgangssignal der ersten Schal-Signalpegeln derart ab, daß die Ausgangssignale der 45 tung. Gemäß der Erfindung ist diese Schaltungs-^WI ^en Λΐ "ⁿ£ -^{Im wese}"^{thchen konsla}"t sind anordnung dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- oder in Abhängigkeit von * bzw. y.abnehmen. Für gangssignal der weiteren Schaltung von dem Eineinen komplementär arbeitenden Kompressor und gangssignal des Expanders abgeleitet is*.
Expander wird F₂ = F₁ und somit auch ζ = ν. In einer vollständigen Entstörungseinrichtung beKompressoren und Expander, welche nach den 50 sitzt der Expander vorzugsweise denselben Aufbau obigen Gesetzmäßigkeiten arbeiten, werden im wei- wie der Kompressor, obwohl dies nicht unbedingt für teren Verlauf als Einrichtungen des Typs 1 bezeich- alle Anwendungsfälle erforderlich ist. So kann ge^net· _{c a} , ,. ,. . _c , zeigt werden, daß Fehler, welche bei gleichzeitiger Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, Verfah- Verwendung beider Typen entstehen, relativ klein ren und Schaltungsanordnungen anzugeben, bei 55 sind, wenn die Maximalwerte von F, und F, klein denen die weiteren Schaltungen im Kompressor oder sind. Es können auch Kompressoren und Expander Expander mit ihren Eingängen in anderer, dem An- gebaut werden, welche einen Expander bzw einen wendungszweck angepaßter Weise, als in der oben Komnressor von einem der beiden Typen in einer angeführten Patentschrift angeschlossen sind, um da- Rückkopplungsschleife eines Verstärkers mit hohem durch Einrichtungen zu schaffen, die eine hohe Sta- 60 Vcrstärkungsgrad einschließen

bilität aufweisen und im folgenden als Einrichtungen Die weitere Schaltung kann in sämtlichen Komeines neuen Typs 2 bezeichnet werden. pressoren und Expandern das gesamte Signalband er-Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren fassen, es wird jedoch in den meisten praktischen Ander oben beschriebenen Art das Zusatzsignal bei der wendungsfällen der weiteren Schaltung nur einen beExpansion von dem Eingangssignal und bei der 6₅ grenzten Teil des Gesamtfrequenzbandes behandeln Kompression von dem komprimierten Ausgangssignal Weiter können zwei oder mehr weitere Schaltungen abgeleitet und der Verstärkungsgrad der Kompressor- vorgesehen sein, welche selektiv mit verschiedenen schleife kleiner als 1 gewählt. Frequenzbändern arbeiten

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Der Hauptunterschied der Einrichtungen des bildet, daß die zusätzlichen Signale der beiden AnTyps 2 gegenüber jenen des Typs 1 besteht darin, daß Ordnungen praktisch identisch zueinander geformt a) in einem Kompressor, in welchem eine positive werden, so daß der Expander eine zum Kompressor Rückkopplungsschleife mit einer Verstärkung kleiner komplementäre Charakteristik hat.
als 1 vorgesehen ist, die Schaltung eine überaus hohe 5 Es kann vorteilhaft sein, zur Ersparnis von Schalt-Nyquiststabilität besitzt, b) im Expander eine ge- mitteln mit ein und derselben Schaltung entweder schlossene SchSeife nicht verwendet wird und somit eine Kompression oder Expansion zu halten. Die wiederum Stabilitätsprobleme vermieden werden. Es Schallungsanordnung ist dann so ausgebildet, daß ist somit möglich, einfache und billige Entstörein- sie Einrichtungen aufweist, die entweder eine Komrichtungen zu bauen, insbesondere für Videoeinrich- io pression oder eine Expansion dadurch bewirken, daß tungen, in welchen Stabilitätsprobleme wegen der die Größe des zusätzlichen Signals so eingestellt wird, großen Bandbreite von besonderer Bedeutung sind. daß das Ausgangssignal angehoben bzw. vermindert

Die Erfindung ist auch anwendbar auf lineare silla- wird.

bische Kompressoren und Expander für Benutzung Zur Veränderung der Kennlinien kann es zweck-

im Audiobereich. Zu diesem Zweck kann die weitere 15 mäßig sein, daß ein zusätzliches Signal im Falle des

Schaltung einen linearen Begrenzer enthalten. Kompressors von dem Eingangssignal des Kompres-

In manchen Fällen ist es zweckmäßig, daß auf den sors und im Falle des Expanders von dem Ausgangslinearen Begrenzer der weiteren Schaltung ein nicht- signal des Expanders abgeleitet ist.
linearer Begrenzer folgt, der die Störwellen in dem Weitere Maßnahmen zur Formung der Kennlinien Signal, das von der weiteren Schaltung beigesteuert ao können darin bestehen, daß die weitere Schaltung wird, begrenzt. Ein solcher nichtlinearer Begrenzer eine Anzahl von parallelgeschalteten Begrenzern inbeseitigt Impulsspitzen, die wegen der Ansprechzeit nerhalb eines Frequenzbereiches aufweist, die jeder des linearen Begrenzers auftreten können. einen verschiedenen Schwellwert für verschiedene Si-

Es kann fernerhin zweckmäßig sein, daß die wei- rmnlnepei h^be" r^-w rioR Ha«; A_mTOna«mnii Unteren Schaltungen frequenzselektive Filter enthalten. »5 destens eines der Begrenzer mit entgegengesetzten Dadurch ist es möglich, einzelne Frequenzbänder ge- Vorzeichen mit dem Ausgangssignal eines oder mehtrennt zu verarbeiten, so daß die Störgeräuschvermin- rerer weiterer Begrenzer ver<v -gi wird,
derung in dem einen Frequenzband durchgeführt wer- Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die den kann, selbst wenn ein großes Signal in dem an- Zeichnungen näher beschrieben. In diesen zeigen
deren Frequenzband vorhanden ist. 30 F i g. 1 und 2 Blockschaltbilder von Entstörein-

Man kann auch die kombinierten Ausgangsgrößen richtungen des Typs 1 und des Typs 2,
der weiteren Schaltungen durch einen weiteren nicht- F i g. 3 Übertragungskennlinien,
linearen Begrenzer begrenzen. Dieser wirkt auf die F i g. 4 ein Blockschaltbild von weiteren Schaltunkombinierten Signale der anderen Schaltungen ein gen für eine Niederfrequenzeinrichtung,
und beseitigt Signalspitzen, die sich aus den rest- 35 F i g. 5 einen Begrenzer für eine Videoeinrichtung, liehen Signalüberschreitungen der übrigen Begrenzer F i g. 6 und 7 Kurven, die sich auf die Formung ergeben können. der Kennlinien beziehen.

Der Signalkompressor oder Expander gemäß der Zu Beginn wird zunächst auf Kompressoren und

Erfindung kann auch derart ausgestaltet werden, daß Expander des Typs 1 eingegangen, wobei auf die

die weitere Schaltung ein Filter enthält, das in Ab- 40 Fig. 1 Bezug genommen wird, welche eine vollstän-

hängigkeit von dem Pegel eines Signals in dem Korn- dige Entstörungseinrichtung zeigt,

pressor oder Expander selbsttätig veränderbar ist, Im Kompressor erzeugt eine weitere Schaltung 10

um das Band, welches von dem Filter durchgelassen aus dem Eingangssignal eine bestimmte Signalkom-

wird, einzuengen und um hierdurch das Signal zu be- ponente, welche durch eine Addiervorrichtung 12

grenzen, welches von der weiteren Schaltung dem 45 zum Signal des Geradeauskanals addiert wird. Das

Bereich zugesetzt wird, der mindestens eine Größen- so erhaltene Ausgangssignal besitzt bei niederen Si-

ordnung kleiner ist als das Ausgangssignal der ersten gnalpegeln eine zunehmende Amplitude, d. h., es

Schaltung. Das Filter ermöglicht eine Kompression wird komprimiert. Die Übertragungsker.nlinie (d) des

oder Expansion in dem eingeengten Band, selbst Kompressors des Typs 1 ist in F i g. 3 gezeigt, und

wenn sie nicht mehr in dem Bereich stattfindet, der 50 zwar unter Verwendung einer logarithmischen odei

durch die Bandverengung ausgeschlossen ist. Dezibel-Skala. Das ansteigende und dann abfallend«

Es ist auch möglich, das Filter direkt mit einer Signal (b) von der Begrenzerschaltung wird zur Ge-Begrenzereinrichtung zu verbinden. Diese direkte radeaussignalkomponente (α) addiert, um das kom-Verbindung bewirkt, daß der Durchlaßbereich des prämierte Signal (d) zu erhalten, welches den AufFilters genügend eingeengt wird, um die Signale aus- 55 zeichnungs- oder Übertragungsschaltungen zugefühn zuschließen, welche das Ansprechen der Begren- wird. Gewünschtenfalls kann das Signal von der wei· zungsvorrichtung bewirken. teren Schaltung einem getrennten Aufzeichnungs·

Es kann ferner zweckmäßig sein, ein Filter zur oder Übertragungskanal zur nachfolgenden Verbin

Unterdrückung des Trägers in dem Filter vorzusehen. dung mit der Komponente des Geradeauskanals arr

Durch Unterdrückung des Trägers ist es möglich, daß 60 Empfangsende zugeführt werden,

die Störverminderung in Bereichen in der Nähe des Im Expander wird in der weiteren Schaltung eine

Trägers stattfindet, ohne daß der Träger bewirkt, daß identische Signalkomponente aus dem Ausgangssigna

das zusätzliche Signal begrenzt wird, welches die der Einrichtung durch den Zusatzkanal 14 erzeug

Störverminderung drosseln würde. und vom aufgezeichneten oder übertragenen Signa

Eine Anordnung zur Störunterdrückung, die von 65 durch die Subtrahiereinrichtung 16 subtrahiert. Die

dem Verfahren gemäß der Erfindung Gebrauch macht Ubertragungskennlinie (e) des Expanders ist in F i c.;

und eine Kompressoranordnung sowie eine Expan- gezeigt, d. h., es ergibt sich eine Verstärkung von 1

deranordnung enthält, wird zweckmäßig so ausge- bei höheren Signalpegeln und zur HerbeifüTirum

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einer Entstörung eine abnehmende Verstärkung bei gangssignal und das Ausgangssignal der weiteren

niederem Signalpegel. Schaltung nicht getrennt übertragen oder aufgezeich-

Ein Blockschaltbild einer vollständigen Entstör- net werden, wobei die Addiervorrichtung beim Ex-

einrichlung des Typs 2 ist in F i g. 2 dargestellt. Beim pander verdoppelt wird, um das komprimierte Signal

Expander des Typs 2 bildet der Zusatzkanal 14 kei- 5 zu erzeugen.

nen Bestandteil einer geschlossenen Schleife. Der Durch den symmetrischen Aufbau der Kompresso-

Eingang der weiteren Schaltung wird direkt an den ren und Expander wird ein glatter Übergang von der

Aufzeichnungs- oder Übertragungskanal angeschlos- Kompression zur Expansion ermöglicht, indem man

sen, und die "Xusgangssignale des Kanals werden ein- sowohl Addier- als auch Subtrahiervorrichtungen im

fach vom Signal der Geradeausschaltung durch die io Hauptkanal anordnet und einen einstellbaren Anteil

Subtrahiereinrichtung 16 subtrahiert. Diese einfache des Ausgangssignals der weiteren Schaltung selektiv

Ausführung ergibt eine äußerst billig herstellbare den Addier- oder Subtrahiervorrichtungen zuführt.

Schaltung, welche vielseitig anwendbar ist. Bei einer vollständigen Entstöreinrichtung sind die

Der Kompressor ist zum Expander komplementär Ausgangssignale der Einrichtung identisch mit den

ausgeführt. Der Eingang der weiteren Schaltung 10 15 Eingangssignalen, da die Signalkomponente der wei-

wird an den Ausgang des Kompressors angeschlos- teren Schaltung in allen Einrichtungen zunächst zum

sen, wobei das Ausgangsnetzwerk mit der Addiervor- Signal der Hauptschaltung addiert und dann von die-

richtung 12 verbunden ist. Die weitere Schaltung be- sem subtrahiert wird. Obwohl die Einrichtung keine

findet sich somit innerhalb einer positiven Rückkopp- Wirkung auf die Signaldynamik oder den Frequenz-

lungsschleife. Da die Verstärkung der offenen Schleife 20 gang, abgesehen von den besonderen Kennlinien der

jedoch kleiner als 1 ist, besteht keine Neigung zu beiden identischen weiteren Schaltungen, ausübt, ist

Schwingungen. Ferner ist es nicht erforderlich,"den es notwendig, geeignete Kennlinien zu wählen, um

Amplituden-Phasengang der Schleife außerhalb des eine gute Entstörung zu erhalten.

Durchlaßbereiches zurechtzuschneiden, wie dies bei Für kommerzielle Niederfrequenzentstöreinrich-

p,.„__t,_fl_crr, ^_c<; -j-,·,-,,; ] potwendif¹ ist. 25 trnpcn ergeben die vier als Zusatzkanäle bezeichne-

_i.. oicscioe Komt.ressions- und Expansionsüber- ten weiteren Schaltungen in Fig. 4 gute Ergebnisse, tragungskennlinie bei Einrichtungen des Typs 2 wie wobei folgende Frequenzbänder erfaßt werden: SO Hz bef jenen des Typs 1 zu erhalten, ist es notwendig, Tiefpaß, 80 Hz bis 3 kHz Bandpaß, 3 kHz Hochpaß geringfügig abweichend verlaufende Übertragungs- und 9 kHz Hochpaß. Dem Filter 18 sind identische kennlinien für die weitere Schaltung zu verwenden. 30 Linearbegrenzer 20 nachgeschaltei, deren Übertra-Somit bezieht sich die Kurve (c) in F i g. 3 eher auf gungskennlinien ähnlich jenen in F i g. 3 (b) sind. Einrichtungen des Typs 2 als die Kurve (d). Es wer- Jeder Begrenzer wird durch ein gleichgerichtetes und den ein höherer Schwellwert und eine etwas flachere geglättetes Regelsignal geregelt, welches aus dem Kennlinie verwendet. Diese Kurven sind nur für den Eingangs- und/oder Ausgangssignal des Begrenzers eingeschwungenen Zustand anwendbar, und es müs- 35 erhalten wird, wobei eine solche Vereinigung die gesen ähnliche Einstellungen für die dynamischen wünschte ansteigende und dann nach abwärts ausKennlinien vorgenommen werden, wobei längere laufende Kennlinie ergibt. Nichtlineare Begrenzer 22 Zeitkonstanten im Glättungskreis für das Regelsignal (Dioden-Clipperschaltungen) sind den linearen Bein der Einrichtung des Typs 2 verwendet werden grenzern nachgeschaltet, welche die Aufgabe haben, müssen. 40 die Amplitudensprünge zu begrenzen, welche wäh-

Aus dem Typ 1 und 2 zusammengesetzte Einrich- rend der Einschwingzeit (1 msec) des Begrenzers auf-

tungen können hergestellt werden, indem man als treten. Die Ausgangssignale der vier Bänder werden

Eingangssignale einen beliebigen Anteil der Eingangs- dann in einer Addiervorrichtung 24 vereinigt, welchei

und Ausgangssignale der Einrichtung verwende?. ein anderer nichtlinearer Begrenzer 26 nachgeschal-

Somit kann ein verallgemeinerter Kompressor oder 45 tet ist, um zwecks Verminderung von Uberschwin-Expander angesehen werden als eine erste Addier- gungen die Amplitudensprünge abzukappen. Das gevorrichtung im Hauptkanal, als eine weitere Addier- zeigte Netzwerk sieht eine Signalkomponente des Zuvorrichtung, welche einen vorgegebenen Signalanteil satzbandes vor. welche eine Verminderung von Störsowohl zum Eingangs- als auch zum Ausgangssignal Signalen in Form von Rumpeln, Summen, Echo der ersten Addiervorrichtung addiert, sowie als eine 50 Übersprechen und Zischen ermöglicht,
weitere Schaltung, welche mit ihrem Eingang an die In einer Videoentstöreinrichtung wird auf der weitere Addiervorrichtung angeschlossen ist. Die linear abhängigen Phasen-Frequenzeanq von Video Ausgangssignale der weiteren Schaltung werden an aufzeichnungs- und Übertragungseinrichtungen Be die erste Addiervorrichtung, und zwar im Falle eines dacht genommen. Aus diesem Grunde ist es möglich Kompressors ohne Umkehr und im Falle eines Ex- 55 relativ einfache nichtlineare Begrenzer mit Dioden zi panders mit Umkehr angelegt, um eine subtraktive verwenden. Ein Beispiel für eine solche Filter- unc Zusammensetzung zu erhalten. Begrenzerschaltung ist in Fig. 5 gezeigt, welche vor

In einer Einrichtung des Typs 2 oder in einem einer Quelle niederer Impedanz getrieben wird. Füi

kombinierten Typ 1 -2 kann die Addiervorrichtung niedere Signalpegel sind die Dioden 30 nichtleitend

des Kompressors nicht einfach entfernt und beim Ex- 60 wobei die Signale mit voller Amplitude durchgelassei

pander verwendet werden, wie dies bei Einrichtungen werden, abgesehen von den Hochpaßkennlinien dei

des Typs 1 möglich ist, wenn das ungeänderte Signal Widerstandes R und des Kondensators C. Aber fü

und das Ausgangssignal der weiteren Schaltung dem große Sprungsignale leiten die Dioden und laden dei

Expander über getrennte Kanäle zugeführt werden. Kondensator schnell auf, so daß Signale mit niederen

Bei Einrichtungen des Typs 2 und des Typs 1-2 sind 65 Pegel mit minimaler Totzeit durchgelassen werden

die Addiervorrichtungen für das Formen des Ein- Die Ausgangssignale des Begrenzers können mit dei

gangssignals der weiteren Schaltung wesentlich. Ausgangssignalen der weiteren Begrenzer vereinig

Nichtsdestoweniger können das ungeänderte Ein- werden, welche verschiedene Frequenzbereiche er

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fassen, wie dies bereits vorher bei der Niederfrequenz- möglich, ein brauchbares kombiniertes Ausgangseinrichtung beschrieben wurde, signal bei einer nach abwärts auslaufenden Kenn-

Das oben beschriebene Verfahren zur Festlegung linie zu erhalten.

des Verlaufes der Kompressions- und Expansions- Die F i g. 7 (a) zeigt in diesem Zusammenhang die

kennlinie mit einem einzigen Begrenzer kann auch 5 Verwendung von zwei voneinander abweichenden auf mehrere parallelgeschaltete Begrenzer (in einem Begrenzungsschwellwerten. Für Eingangssignale mit gegebenen Frequenzband oder in ineinander über- großer Amplitude liefern die beiden Begrenzerschallappenden Bändern) ausgedehnt werden, wobei diese tungen, wie ersichtlich, abgeflachte Ausgangssignale, voneinander abweichende Schwellwerte und/oder ver- Der Ausgangswert (α) wird mit einem geeigneten schieden hohe Signalpegel besitzen. Auf diese Weise io Faktor (k) multipliziert, und der Ausgangswert {b) werden die gewünschten Übertragungskennlinien mit wird dann subtrahiert. Bei höheren Eingangssignalverschiedenen Formen erhalten, wobei die meisten pegeln ist das Ergebnis Null, wogegen bei niederen Vorteile der Ausführungsform mit einem einzigen Signalpegeln ein normaler Ausgangswert erhalten Begrenzer erhalten bleiben, d. h. große Genauigkeit, wird.

geringe Verzerrung, niederer Rauschpegel und gerin- 15 F i g. 7 (b) zeigt die komplementäre Ausführung, in ges Überschwingen. welcher beide Begrenzer denselben Schwellwert be-

Zur Erklärung der Grundzüge der Erfindung sind sitzen, wobei jedoch ein Begrenzer mit verminderter in F i g. 6 Kennlinien gezeigt, die sich auf einen Verstärkung betrieben wird. Für Eingangssignale mit Kompressor des Typs 1 mit drei Begrenzern beziehen, großer Amplitude werden, wie ersichtlich, die Ausweiche in einer einzigen weiteren Schaltung parallel 20 gangssignale der beiden Begrenzer abgeflacht, d. h., geschaltet sind. die beiden Ausgangssignale werden im wesentlichen

Die Kennlinie der Geradeaus-Schaltung ist mit (α) gleich sein. Bei niederen Pegeln werden jedoch die und die Kennlinien der drei Begrenzer sind mit (fr), Ausgangssignale im Ausmaß der Differenz der ange- (d) und (e) bezeichnet, welche auf Grund der ver- legten Signalpegel abweichen. Wenn die Ausgangsschiedenartigen Schwellwerte gegeneinander verscho- 25 signale subtraktiv miteinander verbunden sind, wird ben sind. An Stelle der Summenkennlinie (c) bei die erforderliche ansteigende und nach abwärts auseinem einzigen Begrenzer wird hier die Summenkenn- laufende Kennlinie erhalten.

linie (/) erhalten. Jedem Liniearbegrenzer kann ein In der obengenannten französischen Patentschrift

nichtlinearer Begrenzer (Clipperschaltung) mit einem sind Fälle beschrieben, in welchen es nicht möglich entsprechenden Schwellwert nachgeschaltet werden, 30 ist, direkt mit einem Signal zu arbeiten, sondern nur wobei einem anderen gleichartigen Begrenzer das mit einem Trägersignal, auf welches ein Signal aufvereinigte Zusatzsignal zugeführt wird, wie dies in moduliert ist. Es wurden Anwendungsmöglichkeiten F i g. 4 gezeigt ist, so daß nur geringe Überschwin- für Farbfernsehgeräte und Instrumente besprochen, gungen auftreten. doch sind die Grundzüge bei allen Trägersignal-Ein-

Der Verlauf der Summenkennlinie kann durch 35 richtungen im allgemeinen anwendbar.
Auswahl der Form, der Lage und der Anzahl der In einigen Anwendungsfällen, so etwa für Nieder-

Begrenzerkennlinien entsprechend ausgewählt wer- frequenzsignale, sollten "Linearbegrenzer verwendet den und erforderlichenfalls auch durch subtraktive werden, doch in anderen Fällen sind auch nichtline-Verbindung der Ausgänge von einem oder mehreren are Begrenzer anwendbar. Dort, wo die Zeitkonstan-Begrenzern an Stelle einer additiven Verbindung, 40 ten der Begrenzer sehr niedrig gehalten oder beseitigt wodurch eine kombinierte Einrichtung mit einem werden müssen, muß die Begrenzung im wesentlichen Kompressor des Typs 1 und einem Expander des nichtlinear erfolgen.

Typs 2 erhalten wird. Ausgenommen bei unterdrückten Trägersignalen

Für den allgemeinen Fall, daß die Einrichtungen ist es erforderlich, ein Trägersperrfilter am Eingang mehrere Begrenzer oder mehrere weitere Schaltungen 45 der weiteren Schaltung zu verwenden. Werden menbesitzen, kann ein vorgegebener Begrenzer unabhän- rere weitere Schaltungen verwendet, kann das Trägergig angeschlossen werden, um in einem Kompressor Sperrfilter am verbundenen Eingang sämtlicher weite- oder Expander des Typs 1 oder 2 zu arbeiten, wobei rer Schaltungen angeordnet werden.
der zugeordnete Filter mit einem anderen Begrenzer Die bei Trägerkompressoren und -expandern vergeteilt sein kann oder unabhängig in einem identi- 50 wendeten weiteren Schaltungen sind analog jenen sehen, überlappenden oder abweichenden Frequenz- welche oben beschrieben wurden. Ist der Träger einband arbeiten kann. mal unterdrückt, können die Seitenbänder auf ver· Es wurden bisher allgemein Verfahren zur For- schiedene Weise behandelt werden. Wird eine einzig« mung der Kennlinie bei Verwendung mehrerer Be- weitere Schaltung und kein Filter verwendet, ergib grenzer beschrieben. Bei Anwendung auf Video- 55 sich eine Breitbandkompression oder -expansion signale ist es von Vorteil, auf die Begrenzerschaltung Alternativ können mehrere weitere Schaltungen ver in Fig. 5 und auf die Übertragungskennlinien in wendet werden, von denen jede ein Filter besitzt Fig. 7 Bezug zu nehmen, welche zur Verdeutlichung welches auf einen gegebenen Seitenbandfrequenz der Subtraktion unter Verwendung eines linearen bereich abgestimmt ist, wodurch sich eine Korn Maßstabes dargestellt sind. 60 pression oder Expansion in den Modulationssignal Wenn zwei Begrenzer der in Fig. 5 gezeigten A_rt frequenzbereichen entsprechend den verwendet« zueinander parallel unter gleichen Bedingungen be- Filterfrequenzen ergibt.

trieben und deren Ausgangssignale subtraktiv mitein- Um eine Verzerrung bei Doppelseitenband-Träger

ander verbunden werden, heben sich diese gegenseitig systemen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, Filter zi auf. Werden jedoch die Betriebsbedingungen des 6₅ verwenden, welche die Seitenbänder symmetrisch ii einen Begrenzers in entsprechender Weise geändert jeder weiteren Schaltung behandeln In der Praxi (etwa hinsichtlich des Begrenzerschwellwertes, der kann dies durch die gemeinsame Verwendung voi Art der Dioden oder der Signalverstärkung) ist es Bandpaß- und Bandsperrfiltem erreicht werden, wo

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bei beide bei der Trägerfrequenz jedoch mit entspre- entfernt und eine symmetrische, nichtlineare Schalchenden Differenzen in den Bandbreiten zentriert lung in Serie zum Parallelresonanzkreis eingeiügi. sind. Diese nichtlineare Schaltung besitzt eine niedere Im-In einer einfachen Trägerentstörungseinrichtung, pedanz bis zu einer vorgegebenen angelegten Spanweiche für Niederfrequenzsignale geeignet ist, kann 5 nung, über welcher der Strom im wesentlichen kondas Trägersperrfilter so ausgewählt werden, daß es stant bleibt. Es können auch Konstantstromdioden die Seitenbänder der niederen und mittleren Nieder- oder Transistoren mit entsprechender Kollektorkennfrequenzen zusätzlich zum Träger dämpft. Eine Ent- linie in diesem Zusammenhang verwendet werden, störung wird dadurch hauptsächlich bei hohen Nie- Ein Trägersaugkreis kann wahlweise parallel zum derfrequenzen wirksam, wodurch ein Zischen ver- io Widerstand R angeschlossen werden,
hindert wird. Verwendet man eine weitere Schaltung Kompressoren und Expander können auch unabmit einem engeren Sperrfilter, wird die Entstörung hängig voneinander zur Änderung von verschiedenen auch auf den tieferen Niederfrequenzbereich ausge- Signalen verwendet werden. Ein Kompressor mit dehnt. Die Wirkungen der weiteren Schaltungen wer- einer weiteren Schaltung mit vollbesetztem Band kann den bei Seitenbandfrequenzen, welche den höheren 15 zur Verminderung des dynamischen Bereiches eines Niederfrequenzen entsprechen, addiert, jedoch wird Niederfrequenzsignals herangezogen werden. Werden nur die erste weitere Schaltung arbeiten, wenn die verschiedene weitere Schaltungen mit verschiedenen zweite durch die Seitenbänder von hohem Signal- Frequenzbereichen verwendet, ist es möglich, eine pegel gesperrt ist, welche den mittleren Niederfre- eigene dynamische Ausgleichskennlinie zu schaffen, quenzen entsprechen. ao Expander mit voll besetztem Band sind auf ähnln der obengenannten französischen Patentschrift liehe Weise zur Expandierung von Signalen brauchsind Begrenzerschaltungen für NF- und Videosignale bar und insbesondere zur Verminderung von Hinterbeschrieben, bei welchen die Begrenzung durch auto- grundgeräuschen bei Fehlen von Signalen oder bei mansche Änderung des Frequenzganges des Filters Signalen von niederem Pegel. Expander, welche in erreicht wird, um den Durchlaßbereich zu ändern, 35 einer oder mehreren weiteren Schaltungen Filter verwenn die Ausgangssignale des Filters über einen be- wenden, ermöglichen es, die Hintergrundgeräusche stimmten Pegel ansteigen. Ähnliches ist möglich bei bei Anwesenheit von Signalen zu vermindern. Bei-Trägersignal-Kompressoren und -expandern. In Ka- spielsweise kann ein solcher Expander zur Verminnälen, in weichen die Phase erhalten bleibt, kann der derung des Zischens bei allen 78-Upm-Schallplatten beschriebene nichtlineare Weg bei Farbhilfsträgern 30 verwendet werden, wobei sie subjektiv weniger mit verwendet werden. Für Niederfrequenzsignale sollte dem Nutzsignal interferieren, als dies bei herkömmder Filter linear arbeiten, und in einer praktisch aus- liehen Filterverfahren der Fall ist.
führbaren Schallung kann der allgemeine Aufbau Bei Verwendung von Expandern zur Vermindegemäß Fig. 5 verwendet werden, mit der Ausnahme, rung von diskreten Frequenzgeräuschen werden daß ein Parallelresonanz-Trägersperrkreis den Kon- 35 Bandpaßfilter in getrennten weiteren Schaltungen für densator ersetzt und daß ein regelbares Widerstands- jede Interferenz verwendet, wobei jeder Begrenzer element, etwa ein Feldeffekttransistor parallel zum eine entsprechende Schwellwerteinstellung besitzt. Widerstand R hinzugefügt und diesem eine gleichge- Pfeifen oder Harmonische aus dem Netz in Niederrichtete und geglättete Regelspannung zugeführt wird. frequenzsignalen und interferierende Hochfrequenzen Die Schaltung arbeitet linear, ausgenommen während 40 in Videosignalen können beispielsweise auf diese plötzlicher Amplitudensprünge in den Seitenbändern, Weise bei minimaler Beeinflussung des Nutzsignals welche den NF-Amplitudensprüngen entsprechen und vermindert werden. Wenn ein Signal bei einer der bewirken, daß die Dioden während der Einschwing- Störfrequenzen auftritt, wird die Entstörung augenzeit des Begrenzers leitend sind. In einer praktisch blicklich gesperrt, jedoch wird die Interferenz dann ausgeführten Schaltung werden die Clipperdioden an 45 wirkungsvoll vom Signal abgeschirmt,
einem rückwärtigen Punkt der Schaltung angeordnet, In der obigen Beschreibung wurde der Anordnung welcher nach dem Verstärkungsbereich des Begren- der Verstärker wenig Beachtung geschenkt. Dies ist zersignals liegt. Ein Saugkreis kann wahlweise par- jedoch größtenteils eine Angelegenheit des Entwurfes, allel zu den Dioden angeschlossen werden. Bei Einrichtungen des Typs 2 sind Verstärker theoin einer anderen für Trägersignale geeigneten Aus- 5° retisch nicht erforderlich, aber selbst in Einrichtungen führungsform der Schaltung gemäß F i g. 5 wird der des Typs 1 wird ein gewisser Grad an Kompression Kondensator C durch eine parallel abgestimmte Trä- oder Expansion auch ohne Verstärkung in der weigersperrschaltung ersetzt, und die Dioden 30 werden teren Schaltung erreicht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

19 OO Patentansprüche: \J

1. Verfahren zur Kompression und/oder Expansion des dynamischen Bereiches eines Eingangssignals, bei dem ein erstes Signal mit linearer Dynamik gegenüber dem Eingangssignal zur Kompression durch ein Zusatzsignal erhöht bzw. zur Expansion erniedrigt wird, das in seiner Amplitude auf einen Bereich begrenzt ist, der mindestens um eine Größenordnung kleiner ist als der Pegel des ersten Signals, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzsignal bei der Expansion von dem Eingangssignal und bei der Kompression von dem komprimierten Ausgangssignal abgeleitet wird und daß der Verstärkungsgrad der Kompressorschleife kleiner als 1 ist.

2. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 durch Dynamik-Kompression von Nachrichtensignalen mit einer ersten Schaltung, welche die Signale im Verhältnis zu den Eingangssignalen mit linearer Dynamik in ihrer vollen Bandbreite überträgt und mit einer oder mehreren weiteren Schaltungen mit einer Vorrichtung, die die Ausgangssignale der Schaltungen derart vereinigt, daß das Ausgangssignal der ersten Schaltung zur Kompression angehoben wird, bei der ferner die weiteren Schaltungen eine Regelstufe aufweisen, die das weitere Signal auf einen Bereich begrenzt, der mindestens um eine Größenordnung kleiner als das Ausgangssignal der ersten Schaltung ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal der weiteren Schaltung (14) von dem Ausgangssignal des Kompressors abgeleitet ist und daß der Verstärkungsfaktor der Kompressorsignalschleife kleiner als 1 ist.

3. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 durch Dynamik-Expansion von Nachrichtensignalen mit einer ersten Schaltung, welche die Signale im Verhältnis zu den Eingangssignalen mit linearer Dynamik in ihrer vollen Bandbreite überträgt, und mit einer oder mehreren weiteren Schaltungen mit einer Vorrichtung, die die Ausgangssignale der Schaltungen derart vereinigt, daß das Ausgangssignal der ersten Schaltung zur Expansion vermindert wird, bei der ferner die weiteren Schaltungen eine Regelstufe aufweisen, die das weitere Signal auf einen Bereich begrenzt, der mindestens um eine Größenordnung kleiner ist als das Ausgangssignal der ersten Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal der weiteren Schaltung von dem Eingangssignal des Expanders abgeleitet ist.

4. Signalkompressor oder -expander nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schaltung einen linearen Begrenzer (20) enthält.

5. Signalkompressor oder -expander nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den linearen Begrenzer (20) der weiteren Schaltung ein nichtlinearer Begrenzer (22) folgt, der die Störwelien in dem Signal, das von der weiteren Schaltung beigesteuert wird, begrenzt.

6. Signalkompressor oder -expander nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Schaltungen frequenzselektive Filter enthalten (Fig. 4).

7. Signalkompressor oder -expander nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet; daß die kombinierten Ausgangsgrößen der weiteren Schaltungen durch einen weiteren nichtlinearen Begrenzer (26) begrenzt werden (Fig. 4).

8. Signalkompressor oder -expander nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schaltung ein Filter enthält, das in Abhängigkeit von dem Pegel eines Signals in dem Kompressor oder Expander selbsttätig veränderbar ist, um das Band, welches von dem Filter durchgelassen wird, einzuengen und um hierdurch das Signal zu begrenzen, welches von der weiteren Schaltung dem Bereich zugesetzt wird, der mindestens eine Größenordnung kleiner ist als das Ausgangssignal der ersten Schaltung (Fig. 5).

9. Signalkompressor oder -expander nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter direkt mit einer Begrenzereinrichtung (30) verbunden ist.

10. Signalkompressor oder -expander nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Filter zur Unterdrückung des Trägers enthält.

11. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Kompressoranordnung und einer Expanderanordnung zur Störunterdrückung, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Signale der beiden Anordnungen praktisch identisch zueinander geformt werden, so daß der Expander eine zum Kompressor komplementäre Charakteristik hat.

12. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen aufweist, die entweder eine Kompression oder Expansion dadurch bewirken, daß die Größe des zusätzlichen Signals so eingestellt wird, daß das Ausgangssignal angehoben bzw. vermindert wird.

13. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Signal im Falle des Kompressors von dem Eingangssignal des Kompressors und im Falle des Expanders von dem Ausgangssignal des Expanders abgeleitet ist.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schaltung eine Anzahl von parallelgeschalteten Begrenzern innerhalb eines Frequenzbereiches aufweist, die jeder einen verschiedenen Schwellwert für verschiedene Signalpegel haben (Fig. 8).

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal mindestens eines der Begrenzer mit entgegengesetztem Vorzeichen mit dem Ausgangssignal eines oder mehrerer weiterer Begrenzer vereinigt wird (Fig. 9).