DE19963648A1 - Overdrive protection in signal processing unit involves damping or amplifying higher or lower signal amplitudes respectively if signal amplitude exceeded with signal amplitude increasing - Google Patents
Overdrive protection in signal processing unit involves damping or amplifying higher or lower signal amplitudes respectively if signal amplitude exceeded with signal amplitude increasingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übersteuerungsschutz eines Signals in mindestens einem Kanal einer Signalverarbei tungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for overload protection of a signal in at least one channel of a signal processing tion unit according to the preamble of claim 1.
Ein solches Verfahren zum Übersteuerungsschutz kommt bei spielsweise dann zum Einsatz, wenn in einem digitalen Audio system trotz Aussteuerungsregelung Übersteuerungen in der Signalverarbeitungskette durch die Einstellungen der klang beeinflussenden Filter, zum Beispiel der zur Einstellung der Tiefen-, Höhen-, bzw. Equalizer- und/oder Lautstärkenaussteue rung, verursacht werden.Such a method of overdrive protection comes along for example when used in digital audio system despite overdrive regulation overrides in the Signal processing chain through the settings of the sound influencing filters, for example those for setting the Depth, treble, or equalizer and / or volume control tion.
Im normalen Betriebsfall werden die Verstärkungs- und Dämp fungsfaktoren innerhalb der Signalverarbeitungskette in Abhän gigkeit von der Eingangssignalamplitude und den Einstellungen aller klangbeeinflussenden Filterstufen derart ausbalanciert, dass stets eine ausreichende Aussteuerungsreserve für die Signalverarbeitung zur Verfügung steht. In allen Fällen, in denen es nicht möglich ist, aufgrund der Signaleigenschaften und der vorgegebenen Klangeinstellungen diese Aussteuerungs reserve (Headroom) zur Verfügung zu stellen, besteht die Ge fahr einer Übersteuerung. Solch eine Übersteuerung führt zu starken nichtlinearen Verzerrungen und somit zu hohen Klirr faktoren.In normal operation, the amplification and damping factors within the signal processing chain in dependency of the input signal amplitude and the settings all filter levels that influence sound are balanced that there is always a sufficient headroom for the Signal processing is available. In all cases, in which is not possible due to the signal properties and the given sound settings this level Providing reserve (headroom) exists drive an override. Such an overload leads to strong nonlinear distortions and therefore too high distortion factors.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Amplitude des ver
arbeiteten Signals zu beschränken. Zur Beschränkung der
Signalamplitude auf einen vorgegebenen Höchstwert wird ein
Begrenzerverstärker vorgesehen. Solche Begrenzerverstärker
lassen sich in zwei Funktionsklassen einteilen:
It is known from the prior art to limit the amplitude of the processed signal. A limiter amplifier is provided to limit the signal amplitude to a predetermined maximum value. Such limiter amplifiers can be divided into two functional classes:
- 1. Begrenzerverstärker mit dynamisch einstellbarer amplituden unabhängiger Pegelabsenkung (oder in Ausnahmefällen Pegelanhe bung).1. Limiter amplifier with dynamically adjustable amplitudes independent level reduction (or in exceptional cases level increase exercise).
- 2. Begrenzerverstärker mit fest eingestellter amplitudenselek tiver Pegelanhebung/Pegelabsenkung, wobei in der Regel hohen Amplituden gedämpft und niedrige Signalamplituden angehoben werden.2. Limiter amplifier with a fixed amplitude selector tive level increase / decrease, usually high Damped amplitudes and low signal amplitudes increased become.
Ein Begrenzerverstärker nach Funktionsklasse 1 beschränkt die Ausgangsamplitude eines Signals durch entsprechende Absenkung des Gesamtverstärkungsfaktors im Falle sehr hoher Signalam plituden. Somit bestimmen beispielsweise große, nur kurzzeitig auftretende Signalamplituden die maximale Aussteuerung des digitalen Audiosystems. Da der Begrenzerverstärker den Gesamt verstärkungsfaktor reduziert, um eine Übersteuerung durch Signalspitzen zu vermeiden, werden leise Audiosignalpassagen mit kleinen Signalamplituden für eine gewisse Zeit noch leiser wiedergegeben. Nachteilig bei diesem Verfahren ist also die Tatsache, dass sich die Wiedergabelautstärke in Abhängigkeit vom Signalpegel ändert.A limiter amplifier according to function class 1 limits the Output amplitude of a signal by reducing it accordingly of the total gain in the case of very high signal am flounder. Thus, for example, determine large, only briefly occurring signal amplitudes the maximum modulation of the digital audio system. Because the limiter amplifier does the total amplification factor reduced to overdrive Avoiding signal peaks are quiet audio signal passages with small signal amplitudes even quieter for a certain time reproduced. The disadvantage of this method is that Fact that the playback volume is dependent changes from the signal level.
Bei einem Begrenzerverstärker der zweiten Funktionsklasse tritt dieser Nachteil der sich ändernden Wiedergabelautstärke in Abhängigkeit vom Signalpegel nicht auf. Ein Begrenzerver stärker mit fest eingestellter Pegelanhebung/Pegelabsenkung ist so dimensioniert, dass mittlere und hohe Signalamplituden "abgeschnitten" oder "verrundet" werden. Daher tritt selbst bei Signalamplituden mit vergleichsweise geringer Aussteuerung ein erhöhter Klirrfaktor auf.With a limiter amplifier of the second function class this disadvantage of changing playback volume occurs depending on the signal level. A delimiter stronger with fixed level increase / decrease is dimensioned so that medium and high signal amplitudes "cut off" or "rounded". Hence occurs itself with signal amplitudes with comparatively low modulation an increased distortion factor.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Übersteuerungsschutz in einer Signalverarbeitungseinheit bereitzustellen, bei dem die Dynamik, d. h. der Unterschied zwischen maximaler und minimaler Lautstärke, weitgehend erhal ten bleibt, ohne dass sich die Wiedergabelautstärke in Abhän gigkeit vom Signalpegel ändert, wenn kurzzeitig eine Über steuerung des digitalen (Audio-)Systems auftritt. Gleichzeitig soll im Übersteuerungsfall vermieden werden, dass der Ver stärker in den Sättigungsbereich geht und/oder dass solche Signalamplituden, welche gar nicht zu einer Übersteuerung geführt hätten, "abgeschnitten" werden. In beiden Fällen wird das Ziel verfolgt, einen hohen Klirrfaktor zu vermeiden.The invention is therefore based on the object of a method for overload protection in a signal processing unit provide where the dynamics, d. H. the difference between maximum and minimum volume, largely received remains without the playback volume depending frequency of the signal level changes if there is a short over control of the digital (audio) system occurs. At the same time In the event of oversteer, it should be avoided that the Ver goes more into the saturation range and / or that such Signal amplitudes, which do not lead to an overload would have been "cut off". In both cases the goal is to avoid a high distortion factor.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.According to the invention, this object is achieved by a method with the features of claim 1.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous designs and further developments are in the Subclaims specified.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Übersteuerungsschutz eines Eingangssignals in mindestens einem Kanal einer Signalver arbeitungseinheit basiert auf einer Pegelabsenkung durch einen Begrenzerverstärker bei einer drohenden Übersteuerung. Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, dass sich die aktuellen Einstellungen der Übertragungskennlinie des Begren zerverstärkers nach der eingestellten Signalstärke (Lautstärke), nach den Einstellungen (klangbeeinflussender) Filter und dem aktuellen Signalpegel auf der Über tragungsstrecke richten. Die Erfindung sieht vor, dass im normalen Betriebsfall, d. h. wenn keine Übersteuerung vor liegt, das in einem Signalprozessor verarbeitete Signal nicht verändert wird und erst wenn die Gefahr einer Übersteuerung besteht, die Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers der neuen Situation angepasst wird. Die von der eingestellten Signalstärke und den Einstellungen der Filter abhängige signa ladaptive und somit dynamische Einstellung der Übertragungs kennlinie des Begrenzerverstärkers zeichnet sich dadurch aus, dass beim Überschreiten einer Signalstärke und/oder Filterwerts und/oder einer Signalamplitude auf der Über tragungsstrecke (diese schließt den Signalprozessor mit ein) mit zunehmender Signalamplitude höhere Signalamplituden im Vergleich zu niedrigen Signalamplituden stärker gedämpft wer den. The method according to the overload protection of a Input signal in at least one channel of a signal ver work unit is based on a level reduction by a Limiter amplifier in the event of impending overload. The essential idea of the invention is that the current settings of the transmission characteristic of the limit amplifier according to the set signal strength (Volume), according to the settings (sound influencing) Filter and the current signal level on the over straighten line. The invention provides that in normal operation, d. H. if there is no override lies, the signal processed in a signal processor is not is changed and only when there is a risk of oversteer exists, the transfer characteristic of the limiter amplifier is adapted to the new situation. The set from the Signal strength and the settings of the filter dependent signa ladaptive and thus dynamic setting of the transmission Characteristic of the limiter amplifier is characterized by that when a signal strength is exceeded and / or Filter value and / or a signal amplitude on the over transmission path (this includes the signal processor) with increasing signal amplitude, higher signal amplitudes in More attenuated compared to low signal amplitudes the.
Bei kurzzeitig auftretenden hohen Signalamplituden wird die Aussteuerung des Signals durch den Begrenzerverstärker ver ändert. Diese Aussteuerungsänderung wirkt sich allerdings nur auf hohe Signalamplituden aus. Die Signale kleiner und mitt lerer Amplituden sind von der Regelung nicht betroffen. Bei einem Audiosystem bedeutet dies, dass sich die Wiedergabelaut stärke für diese Signalpegel nicht ändert. Dies hat zur Folge, dass sich auch der Signal-/Rauschabstand nicht ändert. Die unveränderte Übertragung kleiner und mittlerer Signalpegel vermeidet vorteilhafterweise das Auftreten von Oberwellen, welche durch den Einsatz eines fest eingestellten Begrenzer verstärkers mit nichtlinearer Übertragungsfunktion auftreten. Für ein Audiosignal bedeutet dies, dass sich der Klirrfaktor für kleine und mittlere Signalamplituden nicht erhöht. Das System vermeidet somit eine Übersteuerung, ohne dass im norma len Betriebsfall auftretende Signalamplituden von der Regelung betroffen sind.In the case of briefly occurring high signal amplitudes, the Control of the signal by the limiter amplifier ver changes. However, this change in level only has an effect for high signal amplitudes. The signals are small and medium Lower amplitudes are not affected by the regulation. At In an audio system, this means that the playback is strength does not change for these signal levels. As a consequence, that the signal-to-noise ratio does not change. The unchanged transmission of small and medium signal levels advantageously avoids the occurrence of harmonics, which by using a fixed limiter amplifier with non-linear transfer function occur. For an audio signal, this means that the distortion factor not increased for small and medium signal amplitudes. The The system thus avoids overdriving without the need for normal len operating case occurring signal amplitudes from the control are affected.
So führt beispielsweise ein solcher verbesserter Übersteue rungsschutz in einer Signalverarbeitungseinheit für digitale Audiosignale zu einem wesentlich verbesserten Höreindruck. Insbesondere im Grenzbereich der Vollaussteuerung (0 dB Full scale) verhindert die Regelung eine als besonders störend empfundene nichtlineare Verzerrung des Audiosignals unter Beibehaltung der Dynamik und der Wiedergabelautstärke.For example, such an improved oversteer leads Protection in a signal processing unit for digital Audio signals for a significantly improved hearing impression. Especially in the limit range of full modulation (0 dB full scale) prevents the regulation from being particularly disruptive perceived nonlinear distortion of the audio signal under Maintaining dynamics and playback volume.
Besonders günstig ist es, die Regelung in einen digitalen Signalprozessor (DSP) zu integrieren. Da die Regelung in die sem Fall in Form eines Rechenprogramms, das heißt zum Beispiel mit Hilfe eines DSP-Algorithmuses, realisiert wird, ist der Implementierungsaufwand sehr gering.It is particularly cheap to change the scheme into a digital one Integrate signal processor (DSP). Since the scheme in the case in the form of a computer program, that is, for example with the help of a DSP algorithm, is the Very little implementation effort.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass der Begrenzerverstärker mit der amplitudenselektiven Dämpfung (Verstärkung) eine Über tragungskennlinie aufweist, die ausgehend von einem geraden Verlauf S-förmig oder gar stufenförmig veränderbar ist. Ins besondere ein stufenförmiger Verlauf der Übertragungskennlinie ermöglicht es, dass nur die Signalamplituden, die auch wirk lich zu einer Übersteuerung geführt hätten, gedämpft werden, während alle anderen Signalamplituden, die nicht zu einer Übersteuerung geführt hätten, unverändert übertragen werden. Bei einem solchen Kennlinienverlauf werden allerdings Oberwel len erzeugt, die beispielsweise ein Audiosignal derart beein flussen, dass sich der Höreindruck massiv verschlechtert. Ein S-förmiger oder mindestens annähernd S-förmiger Verlauf der Übertragungskennlinie stellt einen Kompromiß dar zwischen unveränderter Übertragung kleiner und mittlerer Signalamplitu den und Reduzierung des Oberwellenanteils bei hohen Signalam plituden.It has proven beneficial that the limiter amplifier with the amplitude selective attenuation (gain) an over has characteristic curve starting from a straight line Course is S-shaped or even step-like changeable. Ins especially a step-like course of the transmission characteristic allows only the signal amplitudes that are effective would have led to an overload, be dampened, while all other signal amplitudes that are not one Overdrive would have been transmitted unchanged. With such a characteristic curve, however, Oberwel len generated that affect such an audio signal that the hearing impression deteriorates massively. On S-shaped or at least approximately S-shaped course of the Transfer characteristic represents a compromise between unchanged transmission of small and medium signal amplitudes and reducing the harmonic content at high signal am flounder.
In der Praxis ist es vorteilhaft, dass der Begrenzerverstärker aus zwei Stufen besteht. Bei dieser zweistufigen Ausführung ist die erste Stufe zur amplitudenselektiven Verstärkung vor gesehen und die zweite Stufe zu einer konstanten Absenkung des gesamten Signals, unabhängig von der Amplitude des Signals. Dabei ist die Übertragungskennlinie der ersten Stufe so ausge bildet, dass kleine Signalamplituden des Eingangssignals ver stärkt werden, während große Amplituden des Eingangssignals nicht verstärkt werden und weitgehend unverändert bleiben. In Verbindung mit der zusätzlichen amplitudenunabhängigen Dämp fung der zweiten Stufe führt dies dazu, dass kleine Amplituden des Eingangssignals nahezu unverändert bleiben und nur große Amplituden des Eingangssignals, die zu einer Übersteuerung führen würden, dämpfbar sind.In practice it is advantageous that the limiter amplifier consists of two stages. In this two-stage version is the first stage for amplitude selective amplification seen and the second stage to a constant lowering of the entire signal, regardless of the amplitude of the signal. The transmission characteristic of the first stage is this way forms that small signal amplitudes of the input signal be strengthened while large amplitudes of the input signal not be reinforced and remain largely unchanged. In Connection with the additional amplitude-independent attenuator The second stage leads to small amplitudes of the input signal remain almost unchanged and only large ones Amplitudes of the input signal that lead to an overload would lead to damping.
Eine solche dynamische Adaption der Übertragungskennlinie eines Begrenzerverstärkers kann sowohl kanalselektiv als auch für mehrere Kanäle oder für alle Kanäle gemeinsam erfolgen. Bei einer kanalselektiven Adaption findet in jedem einzelnen Kanal eine optimale Anpassung der Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers auf die momentane Pegelaussteuerung statt. In der Regel genügt es jedoch, einen oder zwei Kanäle zu überwachen und die Adaption der Übertragungsfunktion des Begrenzerverstärkers in den anderen Kanälen diesem einen Kanal anzupassen.Such a dynamic adaptation of the transmission characteristic A limiter amplifier can be channel-selective as well for several channels or for all channels together. With a channel-selective adaptation takes place in each individual Channel an optimal adjustment of the transmission characteristic of the Limiter amplifier to the current level control instead of. As a rule, however, it is sufficient to use one or two channels to monitor and adapt the transfer function of the Limiter amplifier in the other channels of this one channel adapt.
Weiterhin sieht die Erfindung eine Wahlmöglichkeit vor, eine Pegeldetektion und damit die Adaption der Übertragungskenn linien der Begrenzerverstärker breitbandig oder frequenzselek tiv durchzuführen. Diese Wahlmöglichkeit bietet den Vorteil, dass nur diejenigen Bereiche des Frequenzspektrums überwacht werden müssen, bei denen auch eine Übersteuerung erwartet wird. So liegt beispielsweise bei einem Audiosignal in der Praxis das Hauptaugenmerk auf dem Tieffrequenzenbereich des Signalspektrums, wo besonders hohe Amplituden zu erwarten sind. Dies ist beispielsweise bei einem Paukenschlag der Fall.Furthermore, the invention provides an option, one Level detection and thus the adaptation of the transmission code lines of limiter amplifiers broadband or frequency selec to be carried out effectively. This option offers the advantage that only monitors those areas of the frequency spectrum must be expected, where an oversteer is also expected becomes. For example, in the case of an audio signal Practice the main focus on the low frequency range of the Signal spectrum where particularly high amplitudes can be expected are. This is the case, for example, with a bang.
Auf der Übertragungs- und Signalverarbeitungsstrecke innerhalb eines Kanals gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, eine Si gnalaussteuerung zu kontrollieren und eine davon abgeleitete Korrektur der Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers durchzuführen.On the transmission and signal processing line within a channel there are a number of ways to Si control signal control and a derived Correction of the transmission characteristic of the limiter amplifier perform.
Da eine gewisse Zeit erforderlich ist, um eine entsprechende Übertragungsfunktion des Begrenzerverstärkers zu ermitteln, bietet es sich an, ein überhöhtes Eingangssignal, das offen sichtlich zu Übersteuerungen bei der Signalverarbeitung führt, bereits im Signaleingangsbereich zu erfassen. Hierzu ist ein erster Pegeldetektor zum Abgreifen des dem Signalprozessor zugeführten Eingangssignals vorgesehen, der beim Überschreiten einer vorgebbaren Amplitude des Eingangssignals die amplitu denselektive Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers so regelt, dass das Signal am Ausgang des Begrenzerverstärkers einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Der Pegeldetektor wird hierbei beispielsweise direkt auf der Übertragungsstrecke oder an einem Verzweigungspunkt angeordnet.Because a certain amount of time is required to find an appropriate one To determine the transfer function of the limiter amplifier, lends itself to an inflated input signal that is open obviously leads to overrides in signal processing, to be recorded in the signal input area. This is a first level detector for tapping the signal processor supplied input signal provided when exceeded the amplitude of a predeterminable amplitude of the input signal Selective damping (gain) of the limiter amplifier regulates so that the signal at the output of the limiter amplifier does not exceed a predetermined value. The level detector is here, for example, directly on the transmission link or located at a branch point.
Eine Ausbildung des Pegeldetektors als Spitzenwertdetektor hat den Vorteil, dass ein solcher Pegeldetektor sehr einfach zu realisieren ist und dass eine Meßgröße unmittelbar zur Steue rung der Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers vor liegt.Has trained the level detector as a peak detector the advantage that such a level detector is very simple is to be realized and that a measurand is directly related to the control damping (gain) of the limiter amplifier lies.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, diesem Pegeldetektor eine erste Pegelvorhersageeinheit zuzuordnen, die in Form einer Abschätzung einer Signalverarbeitung im Signalprozessor ein Überschreiten einer vorgebbaren Amplitude eines Signals am Ausgang des Signalprozessors vorhersieht und die Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers so regelt, dass das Signal am Ausgang des Begrenzerverstärkers einen vorgegebenen Wert nicht mehr überschreitet. Eine "vorausschau ende" Überwachung des Signals am Ausgang des Signalprozessors hat den Vorteil, dass genügend Zeit zur Ermittlung und Ein stellung der entsprechenden Übertragungsfunktion des Begren zerverstärkers vorhanden ist.This has proven to be particularly advantageous Assign a first level prediction unit to the level detector, which in the form of an estimate of signal processing in the Signal processor an exceeding a predetermined amplitude a signal at the output of the signal processor and controls the attenuation (gain) of the limiter amplifier that the signal at the output of the limiter amplifier no longer exceeds the specified value. A "look ahead end "Monitoring the signal at the output of the signal processor has the advantage that there is enough time to identify and enter the corresponding transfer function of the limit amplifier is present.
Eine vorausschauende Signalanalyse wird dadurch ermöglicht, dass ein Zeitverzögerungsglied, zum Beispiel ein Signalspei cher, im Eingangsbereich auf der Übertragungsstrecke vor dem Signalprozessor vorgesehen ist. So kann beispielsweise während einer Zwischenspeicherung des Eingangssignals eine Simulation einer Signalverarbeitung dieses Eingangssignals auf der Über tragungsstrecke mit den momentanen Filtereinstellungen des Signalprozessors durchgeführt werden, bei der jede Übersteue rung angezeigt wird. Diese "vorausschauende" Übersteuerungs erkennung kann dann dazu verwendet werden, das Maß der notwen digen amplitudenselektiven Dämpfungen (Verstärkungen) zur Vermeidung einer Übersteuerung einzustellen.Predictive signal analysis is made possible by that a time delay element, for example a signal storage cher, in the entrance area on the transmission line before Signal processor is provided. For example, during a buffering of the input signal a simulation a signal processing of this input signal on the over transmission distance with the current filter settings of the Signal processor are carried out with any oversteer is displayed. This "predictive" override Detection can then be used to measure the level of need sigen amplitude-selective attenuations (gains) for Avoid setting an overload.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist anstelle des ersten Pegeldetektors im Eingangsbereich oder zusätzlich zu diesem Pegeldetektor ein weiterer Pegeldetektor vorgesehen, der ein Überschreiten einer vorgebbaren Amplitude eines Si gnals am Ausgang des Signalprozessors anzeigt und die Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers so regelt, dass das Signal am Ausgang des Begrenzerverstärkers einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Zur Ermittlung einer Amplitude eines Signals am Ausgang des Signalprozessors sieht die Erfindung zwei Möglichkeiten vor.In a further embodiment according to the invention, instead of of the first level detector in the entrance area or additionally a further level detector is provided for this level detector, which exceeds a predeterminable amplitude of an Si gnals at the output of the signal processor displays and the attenuation (Gain) of the limiter amplifier regulates so that the Signal at the output of the limiter amplifier a predetermined Value does not exceed. To determine an amplitude of a The invention sees signals at the output of the signal processor two options.
So sieht die Erfindung einen Pegeldetektor vor, der durch die Auswertung einer Sättigungseinheit des Signalprozessors ein Überschreiten einer vorgebbaren Amplitude des Signals am Aus gang des Signalprozessors detektiert und die amplitudenselek tive Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers ein stellt, so dass ein Signal am Ausgang des Begrenzerverstärkers einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.Thus, the invention provides a level detector, which by Evaluation of a saturation unit of the signal processor Exceeding a predefinable amplitude of the signal at the off gear of the signal processor is detected and the amplitude select active damping (gain) of the limiter amplifier provides so that a signal at the output of the limiter amplifier does not exceed a predetermined value.
Alternativ oder zusätzlich zu diesem Pegeldetektor sieht eine erfindungsgemäße Erweiterung einen weiteren Pegeldetekor vor, der ein Signal am Ausgang des Signalprozessors zwischen den Signalprozessor und dem Begrenzerverstärker abgreift und der beim Überschreiten einer vorgebbaren Amplitude des Signals die Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers entsprechend wählt. Dieser Pegeldetektor ist vorteilhafterweise als Spit zenwertdetektor ausgebildet.As an alternative or in addition to this level detector, one sees extension according to the invention provides a further level decor, which is a signal at the output of the signal processor between the Taps signal processor and the limiter amplifier and the when a predeterminable amplitude of the signal is exceeded Transmission characteristic of the limiter amplifier accordingly chooses. This level detector is advantageously a spit zenwert detector trained.
Ein sogenannter "Saturationsdetektor", der die Sättigungsein heit eines Signalprozessors aussteuert, hat gegenüber einem Spitzenwertdetektor den Vorteil einer wesentlich schnelleren Meßwerterfassung. Zur Kompensation der Dauer der Meßwerterfas sung sieht die Erfindung vor, dass den Pegeldetektoren je ein Zeitverzögerungsglied zugeordnet wird, welches das Eingangs signal des Begrenzerverstärkers entsprechend der benötigten Zeit zur Pegeldetektion (welche vom verwendeten Pegeldetektor abhängt) und zur Einstellung der amplitudenselektiven Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers verzögert. Nur so ist garantiert, dass ein übersteuertes Signal auch entsprechend seiner Übersteuerung gedämpft wird.A so-called "saturation detector", which is the saturation control of a signal processor, has one Peak detector the advantage of a much faster Measured value acquisition. To compensate for the duration of the measured value acquisition solution provides the invention that the level detectors each Time delay element is assigned, which the input signal of the limiter amplifier according to the required Time for level detection (which from the level detector used depends) and for setting the amplitude-selective damping (Gain) of the limiter amplifier delayed. The only way is guarantees that an overdriven signal is also appropriate its overdrive is damped.
Um nicht für jedes momentan ankommende Signal die Einstellung der notwendigen Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstär kers einstellen zu müssen, werden die Einstellungen für eine gewisse Zeit aufrechterhalten, solange nicht eine Übersteue rung eine neue Einstellung der amplitudenselektiven Dämpfung (Verstärkung) des Begrenzerverstärkers erzwingt. Die Erfindung sieht daher vor, dem Begrenzerverstärker eine Rücksetzeinheit zuzuordnen, die für eine Rücknahme der dynamisch eingestellten amplitudenselektiven Dämpfung (Verstärkung) sorgt.Not the setting for every signal currently arriving the necessary damping (gain) of the limiter gain kers, the settings for a maintain for some time as long as not oversteer a new setting for amplitude-selective attenuation (Gain) of the limiter amplifier. The invention therefore provides for the limiter amplifier to have a reset unit assign that for a withdrawal of the dynamically set amplitude-selective damping (gain) ensures.
Um die Anordnung speziellen Anforderungen anzupassen, ist vorgesehen, dass die Rücknahme der dynamischen Dämpfung (Ver stärkung) frei einstellbar ist. Es soll dabei möglich sein, die Rücknahme der dynamischen Dämpfung (Verstärkung) in einer oder mehreren Stufen oder stetig vorzunehmen. Die Rückstell zeit für die Rücknahme der dynamischen Dämpfung (Verstärkung) soll ebenfalls frei wählbar sein.To adapt the arrangement to special requirements provided that the withdrawal of dynamic damping (Ver strengthening) is freely adjustable. It should be possible the reduction of dynamic damping (amplification) in one or several stages or continuously. The reset time for withdrawal of dynamic damping (gain) should also be freely selectable.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zei gen:An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail below. It shows gene:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispie les eines Kanals einer Signalverarbeitungseinheit, Fig. 1 is a block diagram of a first Ausführungsbeispie les a channel of a signal processing unit,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbei spiels eines Kanals einer Signalverarbeitungsein heit. Fig. 2 is a block diagram of a second exemplary embodiment of a channel of a signal processing unit.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausfüh rungsbeispiels eines Kanals einer erfindungsgemäßen Signalver arbeitungseinheit. Es zeigt einen Signaleingang 1, dem ein Eingangssignal E zugeführt wird. Das Eingangssignal E ist in dem Beispiel ein digitales Audiosignal. An den Signaleingang 1 schließt sich eine Übertragungsstrecke 3 an, die ausgangs seitig mit dem Signalausgang 6 verbunden ist. Fig. 1 shows a block diagram of a first exemplary embodiment of a channel of a signal processing unit according to the invention. It shows a signal input 1 to which an input signal E is fed. In the example, the input signal E is a digital audio signal. To the signal input 1, a transmission path 3 connects to the output side is connected to the signal output. 6
Eingangsseitig ist auf der Übertragungsstrecke 3 ein Signal prozessor 4 angeordnet. Diesem wird das Eingangssignal E' = E zugeführt. Am Ausgang des Signalprozessors 4 liegt das Signal A' an. Dieses Signal A' wird einem Begrenzerverstärker 35 als Eingangssignal E" = A' zugeführt. Der Ausgang des Begrenzer verstärkers 35 bildet gleichzeitig den Signalausgang 6 der Signalverarbeitungseinheit. Hier wird das Ausgangssignal A = A" abgegriffen.On the input side, a signal processor 4 is arranged on the transmission link 3 . The input signal E '= E is fed to this. Signal A 'is present at the output of signal processor 4 . This signal A 'is fed to a limiter amplifier 35 as input signal E "= A'. The output of the limiter amplifier 35 also forms the signal output 6 of the signal processing unit. Here, the output signal A = A" is tapped.
Das am Signaleingang 1 anliegende Eingangssignal E wird an einem ersten Verzweigungspunkt 12 von einem ersten Pegeldetek tor 7 abgegriffen. Der erste Pegeldetektor 7 ist über eine Datenleitung mit einem Rechenwerk 14 verbunden. Über diese Datenleitung wird dem Rechenwerk 14 die Signalamplitude gPL1 am Signaleingang E mitgeteilt. Der Signalprozessor 4 ist über eine Datenleitung mit einer Sättigungseinheit 17 verbunden. Diese Sättigungseinheit 17 ist ebenfalls über eine Datenlei tung mit einem zweiten Pegeldetektor 8 verbunden. Dieser Pe geldetektor 8 wiederum ist mit einer Datenleitung mit dem Rechenwerk 14 verbunden. Über diese Datenleitungen wird dem Rechenwerk 14 die momentane Signalamplitude gSP innerhalb ein zelner Stufen des Signalprozessors 4 oder am Ausgang des Si gnalprozessors 4 mitgeteilt.The input signal E present at signal input 1 is tapped at a first branch point 12 by a first level detector 7 . The first level detector 7 is connected to an arithmetic unit 14 via a data line. The arithmetic logic unit 14 is informed of the signal amplitude g PL1 at the signal input E via this data line. The signal processor 4 is connected to a saturation unit 17 via a data line. This saturation unit 17 is also connected to a second level detector 8 via a data line. This Pe detector 8 is in turn connected to the data processing unit 14 by a data line. This data lines to the arithmetic unit 14 is notified of the instantaneous signal amplitude g SP within a of individual stages of the signal processor 4 or the output of the Si gnalprozessors. 4
Ein dritter Pegeldetektor 9 greift an einem zweiten Verzwei gungspunkt 13 das Signal A' vom Ausgang des Signalprozessors 4 ab. Der dritte Pegeldetektor 9 ist wie die Pegeldetektoren 7 und 8 über eine Datenleitung mit dem Rechenwerk 14 verbunden. Über diese Datenleitung wird vom Pegeldetektor 9 die momentane Amplitude gPL2 des Signals A' am Ausgang des Signalprozessors 4 übertragen.A third level detector 9 accesses the signal A 'from the output of the signal processor 4 at a second branching point 13 . The third level detector 9 , like the level detectors 7 and 8, is connected to the arithmetic unit 14 via a data line. The instantaneous amplitude g PL2 of the signal A 'at the output of the signal processor 4 is transmitted via this data line by the level detector 9 .
Weiterhin wird dem Rechenwerk 14 der Wert der momentanen Laut stärkeneinstellung gVol übermittelt. Eine weitere Eingangsgröße des Rechenwerks 14 ist die Versorgungsspannung UBatt.Furthermore, the value of the current volume setting g vol is transmitted to the arithmetic unit 14 . Another input variable of the arithmetic unit 14 is the supply voltage U Batt .
Das Rechenwerk 14 stellt dem Signalprozessor 4 über eine Da tenleitung Werte für die momentanen Filtereinstellungen gF zur Klangeinstellung zur Verfügung. In der Fig. 1 ist hierfür eine Parametriereinheit 23 vorgesehen, die diese Filterein stellungen gF dem Signalprozessor 4 über eine Datenleitung zur Verfügung stellt. The arithmetic unit 14 provides the signal processor 4 with values for the current filter settings g F for sound adjustment via a data line. In Fig. 1 thereof a parameterization unit 23 is provided, the positions of these filter inlet g F to the signal processor 4 sets of a data line available.
Das Rechenwerk 14 stellt über eine Datenleitung einer Kon trolleinrichtung 36 die Einstellungen g3 für den Begrenzerver stärker 35 zur Verfügung.The arithmetic logic unit 14 provides the settings g 3 for the delimiter server 35 via a data line of a control device 36 .
Der erste Pegeldetektor 7 im Signaleingangsbereich detektiert, ob das Eingangssignal E in Verbindung mit den Einstellungen der klangbeeinflussenden Filter und der Lautstärkeneinstellung (im Rahmen einer dynamischen Regelung der Aussteuerungsreser ve) schon so hoch ist, dass es offensichtlich zur Übersteue rung führt. Ist dies der Fall, so sorgt das Rechenwerk 14 dafür, dass die Einstellung g3 des Begrenzerverstärkers 35 so gewählt wird, dass die hohen Signalamplituden im Vergleich zu den niedrigen Signalamplituden stärker gedämpft werden. Die Dämpfung der hohen Signalamplituden wird idealerweise so ge wählt, dass eine Übersteuerung des Signals A am Signalausgang 6 vermieden wird. Die Regelung, d. h. die Signalisierung einer Übersteuerung durch den ersten Pegeldetektor 7 an das Rechen werk 14 und die Einstellung der Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers 35 durch die Kontrolleinrichtung 36 ar beitet als Vorwärtsregelung, d. h. als Steuerung.The first level detector 7 in the signal input range detects whether the input signal E in connection with the settings of the sound influencing filter and the volume setting (as part of a dynamic regulation of the modulation reserve) is already so high that it obviously leads to oversteering. If this is the case, the arithmetic logic unit 14 ensures that the setting g 3 of the limiter amplifier 35 is selected such that the high signal amplitudes are damped more than the low signal amplitudes. The damping of the high signal amplitudes is ideally chosen so that an overload of the signal A at the signal output 6 is avoided. The control, ie the signaling of an override by the first level detector 7 to the arithmetic unit 14 and the setting of the transmission characteristic of the limiter amplifier 35 by the control device 36 ar works as a forward control, ie as a controller.
Das Signal E' = E durchläuft die pegelbeeinflussende Audiover arbeitung im Signalprozessor 4. Zu dieser pegelbeeinflussenden Audioverarbeitung gehört beispielsweise die Einstellung der klangbeeinflussenden Filter gF, wie zum Beispiel zur Einstel lung der Höhen-, der Tiefen- und/oder der Equalizeraussteue rung. Eine Übersteuerung des Signals S' innerhalb des Signal prozessors 4 oder eine Übersteuerung des Signals A' am Ausgang des Signalprozessors 4 wird einer Sättigungseinheit 17 des Signalprozessors 4 angezeigt.The signal E '= E passes through the level-influencing audio processing in the signal processor 4 . This level-influencing audio processing includes, for example, the setting of the sound-influencing filters g F , for example for setting the treble, bass and / or equalizer control. An overload of the signal S 'within the signal processor 4 or an overload of the signal A' at the output of the signal processor 4 is displayed to a saturation unit 17 of the signal processor 4 .
Diese Statusanzeige wertet der zweite Pegeldetektor 8 aus und signalisiert die Übersteuerung dem Rechenwerk 14. Das Rechen werk 14 veranlasst eine entsprechende Einstellung g3 des Be grenzerverstärkers 35 durch die Kontrolleinrichtung 36. The second level detector 8 evaluates this status display and signals the overload to the arithmetic logic unit 14 . The arithmetic unit 14 causes a corresponding setting g 3 of the limiter amplifier 35 by the control device 36 .
Am Ausgang des Signalprozessors 4 ist eine Pegeldetektion durch einen dritten Pegeldetektor 9 vorgesehen. Dieser dritte Pegeldetektor 9 arbeitet wie der erste Pegeldetektor 7 als Spitzenwertdetektor. Der dritte Pegeldetektor signalisiert eine Übersteuerung des Signals A' dem Rechenwerk 14. Das Re chenwerk 14 wiederum signalisiert nach Feststellung der Über steuerung der Kontrolleinrichtung 36 einen Wert für die Ein stellung g3 der Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers 35.A level detection by a third level detector 9 is provided at the output of the signal processor 4 . This third level detector 9 works like the first level detector 7 as a peak value detector. The third level detector signals an overload of the signal A 'to the arithmetic logic unit 14 . The re calculator 14 in turn signals after detection of the over-control of the control device 36 a value for a setting g 3 of the transmission characteristic of the limiter amplifier 35 .
Signalisieren die Pegeldetektoren 7, 8 und/oder 9, dass keine Übersteuerung des Audiosignals am Ausgang des Signalprozessors 4 zu erwarten ist, so sorgt eine Rücksetzeinheit 18 für eine kontinuierliche oder stufenweise Rücknahme der dynamischen amplitudenselektiven Dämpfung des Signals E" durch den Be grenzerverstärker 35.If the level detectors 7 , 8 and / or 9 signal that no overloading of the audio signal at the output of the signal processor 4 is to be expected, then a reset unit 18 ensures a continuous or gradual reduction in the dynamic amplitude-selective attenuation of the signal E "by the limiting amplifier 35 .
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungs beispiels eines Kanals einer erfindungsgemäßen Signalverarbei tungseinheit. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine Integra tion des erfindungsgemäßen Verfahrens in eine Signalverarbei tungseinheit zur dynamischen Regelung der Aussteuerungsreserve (dynamic headroom management: DHM). Diese Regelung ist in der Regel in einem digitalen Signalprozessor (DSP) integriert. Die Regelung erfolgt in diesem Fall in Form eines Rechenprogramms, d. h. zum Beispiel mit Hilfe eines DSP-Algorithmuses. Fig. 2 shows a block diagram of a second embodiment example of a channel of a signal processing unit according to the invention. This exemplary embodiment shows an integration of the method according to the invention into a signal processing unit for dynamic control of the modulation reserve (dynamic headroom management: DHM). This regulation is usually integrated in a digital signal processor (DSP). In this case, the regulation takes place in the form of a computer program, ie, for example, with the aid of a DSP algorithm.
Ein solches DHM-Verfahren sorgt dafür, dass die Gesamt aussteuerung des Verstärkers verbessert wird. Zusätzlich sorgt die Regelung dafür, dass schwache Eingangssignale verstärkt werden können ohne dass es zu einer Übersteuerung der Endstufe kommt, wenn das Eingangssignal hohe Signalamplituden enthält. Diese günstigen Eigenschaften werden dadurch erreicht, dass das Eingangssignal ständig überwacht wird und dass Verstär kungs- und Dämpfungsfaktoren auf der Übertragungsstrecke dyna misch eingestellt werden. Such a DHM process ensures that the total modulation of the amplifier is improved. Additionally cares the regulation that weak input signals are amplified can be without overdriving the power amplifier comes when the input signal contains high signal amplitudes. These favorable properties are achieved in that the input signal is constantly monitored and that ampl tion and damping factors on the dyna transmission link be mixed.
In allen Fällen, in denen es nicht möglich ist, aufgrund der Signaleigenschaften und der vorgegebenen Klangeinstellungen diese Aussteuerungsreserve zur Verfügung zu stellen, besteht die Gefahr einer Übersteuerung, die wiederum zu starken nicht linearen Verzerrungen und somit zu hohen Klirrfaktoren führt. Daher ist es günstig, das erfindungsgemäße Verfahren in dieses DHM-Verfahren zu integrieren. Die Übertragungscharakteristika des Begrenzerverstärkers 35 werden diesem Verfahren angepasst.In all cases where it is not possible to make this modulation reserve available due to the signal properties and the specified sound settings, there is a risk of overdriving, which in turn leads to strong non-linear distortions and thus to high distortion factors. It is therefore favorable to integrate the method according to the invention into this DHM method. The transmission characteristics of the limiter amplifier 35 are adapted to this method.
Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer solchen Anordnung. Es zeigt einen Signaleingang 1*, dem ein analoges Audiosignal als Eingangssignal E* zugeführt wird. Dieses Eingangssignal E* wird in einem Vorverstärker 30 verstärkt und einem Analog- Digital-Umsetzer 25 zugeführt und liegt an dessen Ausgang als digitales Signal E vor. Fig. 2 shows a block diagram of such an arrangement. It shows a signal input 1 * to which an analog audio signal is supplied as an input signal E *. This input signal E * is amplified in a preamplifier 30 and fed to an analog-digital converter 25 and is present at its output as a digital signal E.
Alternativ dazu kann ein digitales Eingangssignal auch direkt dem Signaleingang 1 als Eingangssignal E zugeführt werden.Alternatively, a digital input signal can also be fed directly to signal input 1 as input signal E.
An den Signaleingang 1 schließt sich eine Übertragungsstrecke 3 an, die ausgangsseitig mit einem Lautsprecher 38 verbunden ist.A transmission path 3 connects to the signal input 1 and is connected on the output side to a loudspeaker 38 .
Eingangsseitig ist auf der Übertragungsstrecke 3 eine Pegelab senkungseinheit 2 angeordnet. Diese Pegelabsenkungseinheit 2 ist mit einem Eingang eines Signalprozessors 4 verbunden, dem ein Eingangssignal E' zugeführt wird. Am Ausgang des Signal prozessors 4 liegt das Signal A' an. Dieses Ausgangssignal A' wird der Pegelanhebungseinheit 5 zugeführt. Am Ausgang der Pegelanhebungseinheit liegt der Eingang des Begrenzerverstär kers 35, dem das Signal E" zugeführt wird. Das am Ausgang des Begrenzerverstärkers 35 vorliegende Signal A" wird einem Digital-Analog-Umsetzer 26 zugeführt. Das am Ausgang des Digi tal-Analog-Umsetzer 26 vorliegende Signal wird einem veränder baren Dämpfungsglied 31 zugeführt, danach einem Dämpfungsglied 32 mit vorgegebener Dämpfung und einem Endverstärker 33. Am Ausgang des Endverstärkers 33 liegt das Ausgangssignal A*, welches dem Lautsprecher 38 zugeführt wird.On the input side, a level reduction unit 2 is arranged on the transmission link 3 . This level reduction unit 2 is connected to an input of a signal processor 4 , to which an input signal E 'is supplied. At the output of the signal processor 4 , the signal A 'is present. This output signal A 'is fed to the level raising unit 5 . At the output of the level raising unit is the input of the limiter 35 , to which the signal E "is fed. The signal A" present at the output of the limiter 35 is fed to a digital-to-analog converter 26 . The present at the output of the Digi tal-analog converter 26 is supplied to a variable attenuator 31 , then an attenuator 32 with a predetermined attenuation and a power amplifier 33rd At the output of the power amplifier 33 there is the output signal A *, which is fed to the loudspeaker 38 .
Ein analoges Eingangssignal E*, das im Vorverstärker 30 ver stärkt und im Analog-Digital-Umsetzer 25 in ein digitales Eingangssignal E umgewandelt wird, wird durch einen ersten Pegeldetektor 7, der an einem ersten Verzweigungspunkt 12 anliegt, detektiert. Beim Unterschreiten einer Signalschwelle wird ein automatischer Verstärkungsmechanismus in Gang ge setzt, welcher in der Fachwelt unter dem Namen "Automatic Gain Control" bekannt ist. Bei dieser Prozedur wird vom Pegeldetek tor 7 das Unterschreiten der Signalschwelle der sogenannten AGC (Automatic Gain Control) -Einheit angezeigt. Diese AGC- Einheit signalisiert dem Vorverstärker 30, dass dieser die analoge Verstärkung gAD erhöhen soll. Der Vorteil einer solchen automatischen Verstärkungskontrolle liegt darin, dass das Quantisierungsrauschen auf der digitalen Signalstrecke redu ziert wird. Ist dieses AGC-Modul 28 implementiert, so erfolgt diese AGC-Regelung gleichzeitig zur dynamischen Regelung der Aussteuerungsreserve (DHM).An analog input signal E *, which amplifies ver in the preamplifier 30 and is converted into a digital input signal E in the analog-to-digital converter 25 , is detected by a first level detector 7 , which is present at a first branch point 12 . When falling below a signal threshold, an automatic amplification mechanism is set in motion, which is known in the technical field under the name "Automatic Gain Control". In this procedure, the level detector 7 indicates that the signal threshold of the so-called AGC (Automatic Gain Control) unit has been undershot. This AGC unit signals the preamplifier 30 that it should increase the analog gain g AD . The advantage of such an automatic gain control is that the quantization noise on the digital signal path is reduced. If this AGC module 28 is implemented, this AGC control takes place simultaneously with the dynamic control of the dynamic reserve (DHM).
Der erste Pegeldetektor 7 im Signaleingangsbereich detektiert ausserdem, ob das Eingangssignal E schon so hoch ist, dass es offensichtlich zur Übersteuerung führt. Die Signalamplitude am Signaleingang gPL1 wird dem Rechenwerk 14 über eine Datenlei tung übermittelt. Das Rechenwerk berechnet daraus die notwen dige Pegelabsenkung g1, welche der Pegelabsenkungseinheit 2 über eine Datenleitung übermittelt wird. Das gegebenenfalls abgesenkte Signal E' durchläuft daraufhin die pegelbeeinflus sende Audioverarbeitung im Signalprozessor 4. Zu dieser pegel beeinflussenden Audioverarbeitung gehört beispielsweise die Einstellung gF der klangbeeinflussenden Filter zur Einstellung der Höhen, der Tiefen, der Equalizeraussteuerung und der Laut stärke.The first level detector 7 in the signal input range also detects whether the input signal E is already so high that it obviously leads to overdriving. The signal amplitude at signal input g PL1 is transmitted to arithmetic logic unit 14 via a data line. From this, the arithmetic unit calculates the necessary level reduction g 1 , which is transmitted to the level reduction unit 2 via a data line. The possibly lowered signal E 'then runs through the level-influencing audio processing in the signal processor 4 . This level-influencing audio processing includes, for example, the setting g F of the sound-influencing filters for setting the highs, the lows, the equalizer level and the volume.
Eine mögliche Übersteuerung eines Signal S' innerhalb des Signalprozessors 4 wird einer Sättigungseinheit 17 des Signal prozessors 4 angezeigt. Diese Statusanzeige wertet der zweite Pegeldetektor 8 aus und signalisiert die Übersteuerung, d. h. die Signalamplitude gSP im Signalprozessor 4, dem Rechenwerk 14. Das Rechenwerk 14 veranlasst nun eine Pegelabsenkung in der Pegelabsenkungseinheit 2 für das nächste Audiodatum. Im Gegensatz zur Vorwärtsregelung durch die erste Regelschleife, findet hier also erst nach der Feststellung einer tatsächli chen Übersteuerung in Form einer rückgekoppelten Regelung eine Pegelablenkung am Eingang 1 statt.A possible override of a signal S 'within the signal processor 4 is displayed to a saturation unit 17 of the signal processor 4 . The second level detector 8 evaluates this status display and signals the overloading, ie the signal amplitude g SP in the signal processor 4 , to the arithmetic unit 14 . The arithmetic unit 14 now initiates a level reduction in the level reduction unit 2 for the next audio date. In contrast to the feedforward control by the first control loop, a level deflection at input 1 only takes place here after the detection of an actual overload in the form of a feedback control.
Es ist vorgesehen, dass das Rechenwerk 14 eine erkannte Über steuerung beispielsweise einem Microcontroller signalisiert, der die Filtereinstellungen gF (pegelbeeinflussende Parameter) in der Parametriereinheit 23 so ändert, dass im Signalprozes sor 4 keine Übersteuerung des Audiosignals mehr stattfindet.It is provided that the arithmetic logic unit 14 signals a detected over-control, for example to a microcontroller, which changes the filter settings g F (level-influencing parameters) in the parameterization unit 23 such that in the signal processor 4 there is no longer an over-control of the audio signal.
Die rückgekoppelte Regelung der Pegelabsenkung am Signalein gang 1, welche durch den zweiten Pegeldetektor 8 angezeigt wird, führt dazu, dass ein paar wenige Samples der digitalen Audioverarbeitung im Signalprozessor 4 tatsächlich übersteuert sind.The feedback control of the level reduction at the signal input 1 , which is indicated by the second level detector 8 , leads to the fact that a few samples of the digital audio processing in the signal processor 4 are actually overdriven.
Beide Regelgrundsätze, d. h. die Vorsatzregelung einer durch den ersten Pegeldetektor 7 angezeigten Übersteuerung, sowie die rückgekoppelte Regelung einer durch den Pegeldetektor 8 detektierten Übersteuerung, greifen nebeneinander parallel auf die gemeinsame Aussteuerungs- und Regelkontrolle im Rechenwerk 14 zu und bestimmen das Maß der dynamischen Pegelablenkung g1 in der Pegelabsenkungseinheit 2.Both control principles, that is to say the intentional control of an oversteer indicated by the first level detector 7 , and the feedback control of an oversteer detected by the level detector 8 , access the common modulation and control control in the arithmetic unit 14 in parallel and determine the measure of the dynamic level deflection g 1 in the level reduction unit 2 .
Das Rechenwerk 14 veranlasst nun, dass jedes Signal A' in der Pegelanhebungseinheit 5 entsprechend seiner eingangsseitig erfahrenen Pegelabsenkung g1 wieder mit der Pegelanhebung g2 angehoben wird.The arithmetic unit 14 now causes each signal A 'in the level raising unit 5 to be raised again with the level raising g 2 in accordance with its level drop g 1 experienced on the input side.
Die Aussteuerungsreserve (Headroom) gH = gPL2, welche bei der
digitalen Signalverarbeitung erforderlich ist, um jegliche
Übersteuerung zu vermeiden, kann nach Gleichung 1 berechnet
werden zu
The headroom g H = g PL2 , which is required in digital signal processing in order to avoid any overload, can be calculated according to equation 1
gH = gPL1 + gSP + g1 (+ gVol) (1).g H = g PL1 + g SP + g 1 (+ g vol ) (1).
Hierbei bezeichnet gVol die Lautstärkeeinstellung, welche dem Rechenwerk 14 über eine Datenleitung zur Verfügung gestellt wird.Here, g vol denotes the volume setting which is made available to the arithmetic unit 14 via a data line.
Solange gH ≦ 0 dB ist, tritt keine Übersteuerung auf der digi talen Signalübertragungsstrecke auf, da alle Verstärkungs- /Dämpfungs-Parameter gAD, g1, g2 und gDA so ausbalanciert werden können, dass genügend Aussteuerungsreserve innerhalb der Si gnalverarbeitungskette vorhanden ist. Die Pegelabsenkung g1 muß dabei stets so gewählt werden, dass gPL1 + g1 (+gVol) ≦ -gSP ist.As long as g H ≦ 0 dB, there is no overload on the digital signal transmission path, since all gain / attenuation parameters g AD , g 1 , g 2 and g DA can be balanced so that there is sufficient headroom within the signal processing chain is. The level reduction g 1 must always be selected so that g PL1 + g 1 (+ g vol ) ≦ -g SP .
Ist gH größer als 0 dB, dann muß die amplitudenselektive Dämp fung des Begrenzerverstärkers 35 entsprechend verändert wer den, so dass ein Übersteuern der Leistungsendstufe 31, 32, 33, 38 vermieden wird.If g H is greater than 0 dB, then the amplitude-selective damping of the limiter amplifier 35 must be changed accordingly, so that overdriving of the power output stage 31 , 32 , 33 , 38 is avoided.
Solange die Aussteuerung (Headroom) gH = gPL2 kleiner oder gleich 0 dB ist, ist der Begrenzerverstärker normalerweise "ausgeschaltet". Dies bedeutet, dass die Übertragungskennlinie des Begrenzerverstärkers 35 vollständig linear ist. Ist gH = gPL2 größer als 0 dB, d. h. tritt eine Übersteuerung auf, so wird diese dem Rechenwerk 14 angezeigt. Das Rechenwerk 14 übermittelt der Kontrolleinrichtung 36 des Begrenzerverstär kers 35, dass diese die Verstärkereinstellung g3 ändert. Dies ist, wie im obigen Abschnitt gezeigt wurde, beispielsweise dann der Fall, wenn aufgrund der rückgekoppelten Regelung eine Übersteuerung weniger Samples auftritt. Der Begrenzerverstär ker 35 weist jetzt einen S-förmigen oder mindestens annähernd S-förmigen Verlauf der Übertragungskennlinien auf.As long as the headroom g H = g PL2 is less than or equal to 0 dB, the limiter amplifier is normally "switched off". This means that the transmission characteristic of the limiter amplifier 35 is completely linear. If g H = g PL2 is greater than 0 dB, ie if an overload occurs, this is displayed to the arithmetic unit 14 . The arithmetic unit 14 transmits to the control device 36 of the limiter amplifier 35 that it changes the amplifier setting g 3 . As was shown in the section above, this is the case, for example, when the feedback control results in an overload of fewer samples. The limiter amplifier 35 now has an S-shaped or at least approximately S-shaped course of the transmission characteristics.
Solange gH größer als 0 dB ist, ist die nichtlineare Kennlinie des Begrenzerverstärkers 35 aktiv. Kleine Signalamplituden werden dabei nahezu unverändert übertragen, während große Signalamplituden auf Pegelwerte unter 0 dBFS begrenzt werden um jegliche Übersteuerung der Leistungsendstufe 31, 32, 33, 38 zu vermeiden. Es ist offensichtlich, dass nichtlineare Verzer rungen des Gesamtsystems mit zunehmender Aussteuerung gH (so lange gH größer 0 dB ist) zunimmt. Solche nichtlinearen Verzer rungen des Systems können jedoch dahingehend kontrolliert werden, dass die Übertragungskennlinien des Begrenzerverstär ker 35 im Hinblick auf psychoakustische Aspekte optimiert werden.As long as g H is greater than 0 dB, the nonlinear characteristic of the limiter amplifier 35 is active. Small signal amplitudes are transmitted almost unchanged, while large signal amplitudes are limited to level values below 0 dBFS in order to avoid any overloading of the power output stage 31 , 32 , 33 , 38 . It is obvious that non-linear distortions of the overall system increase with increasing modulation g H (as long as g H is greater than 0 dB). Such nonlinear distortions of the system can, however, be checked in such a way that the transmission characteristics of the limiter amplifier 35 are optimized with regard to psychoacoustic aspects.
Aus Fig. 2 geht weiterhin hervor, dass das am Begrenzerver stärker 35 anliegende Ausgangssignal A" wieder in ein analo ges Signal umgesetzt wird, bevor es im Dämpfungsglied 31 wie der gedämpft wird. Das Rechenwerk 14 sorgt dafür, dass das Signal entsprechend seiner eingangsseitig erfahrenen Verstär kung gAD wieder mit der analogen Dämpfung gDA gedämpft wird.From Fig. 2, the calculating unit 14 continues to indicate that the signal present at Begrenzerver more 35 output signal A "is converted back into an analo ges signal before it as being attenuated in the damping member 31. Ensures that the signal experienced in accordance with its input side, Gain g AD is damped again with the analog damping gDA.
Das auf diese Weise gedämpfte Signal wird im Beispiel einem Dämpfungsglied 32 zugeführt, bei dem die Dämpfung gatt für eine Anpassung an die fest vorgegebene und konstante Verstärkung gamp des Endverstärkers 33 sorgt.The signal attenuated in this way is supplied in the example to an attenuator 32 , in which the attenuation g att ensures an adaptation to the fixed and constant amplification g amp of the power amplifier 33 .
Die Gesamtlautstärke des Signals ergibt sich folglich dadurch, dass die Verstärkung bzw. Dämpfung sowohl im digitalen als auch im analogen Teil der Übertragungsstrecke 3 eingestellt wird. Die besten Signaleigenschaften ergeben sich dadurch, dass das analoge Eingangssignal E* soweit wie möglich vorver stärkt wird (Verstärkung gDA) bevor das Signal in ein digitales Signal überführt wird. Bei Analogverstärkern 30 kann die Ver stärkung zwischen 0 und 31 dB in 1 dB-Schritten verändert werden. Daher muß in der digitalen Pegelanhebungseinheit 5 und/oder im Dämpfungsglied 31 auch eine entsprechende Dämpfung gDA eingestellt werden können. Zusätzlich muss die Lautstärken einstellung gVol mitberücksichtigt werden, welche im Signal prozessor 4, in der Pegelanhebungseinheit 5 oder im Dämpfungs glied (31) dem Signal beaufschlagt wird. The overall volume of the signal consequently results from the fact that the amplification or attenuation is set both in the digital and in the analog part of the transmission link 3 . The best signal properties result from the fact that the analog input signal E * is pre-amplified as far as possible (amplification g DA ) before the signal is converted into a digital signal. With analog amplifiers 30 , the gain can be changed between 0 and 31 dB in 1 dB steps. A corresponding attenuation g DA must therefore also be able to be set in the digital level raising unit 5 and / or in the attenuator 31 . In addition, the volume setting g Vol must also be taken into account, which is applied to the signal in the signal processor 4 , in the level-raising unit 5 or in the attenuator ( 31 ).
Die fest eingestellte Dämpfung gatt des Dämpfungsglieds 32 beträgt im Beispiel -10 dB. Die fest vorgegebene Verstärkung gamp des analogen Endverstärkers 33 beträgt im Ausführungsbei spiel 26 dB. The fixed attenuation g att of the attenuator 32 is -10 dB in the example. The fixed gain g amp of the analog power amplifier 33 is 26 dB in the exemplary embodiment.
11
* Signaleingang (Analog)
* Signal input (analog)
11
Signaleingang
Signal input
22nd
Pegelabsenkungseinheit
Level reduction unit
33rd
Übertragungsstrecke
Transmission link
44th
Signalprozessor
Signal processor
55
Pegelanhebungseinheit
Level raising unit
66
Signalausgang (Digital)
Signal output (digital)
77
erster Pegeldetektor
first level detector
88th
zweiter Pegeldetektor
second level detector
99
dritter Pegeldetektor
third level detector
1212th
erster Verzweigungspunkt
first branch point
1313
zweiter Verzweigungspunkt
second branch point
1414
Rechenwerk
Calculator
1717th
Sättigungseinheit
Saturation unit
1818th
Rücksetzeinheit
Reset unit
2323
Parametriereinheit
Parameterization unit
2525th
Analog-Digital-Umsetzer
Analog-to-digital converter
2626
Digital-Analog-Umsetzer
Digital-to-analog converter
2828
Automatic Gain Control (AGC)
Automatic Gain Control (AGC)
3030th
Vorverstärker
Preamplifier
3131
Dämpfungsglied (veränderbar)
Attenuator (changeable)
3232
Dämpfungsglied (fest)
Attenuator (fixed)
3333
Endverstärker (fest)
Power amplifier (fixed)
3535
Begrenzerverstärker (veränderbar)
Limiter amplifier (changeable)
3636
Kontrolleinrichtung
Control device
3838
Lautsprecher
E Eingangssignal (Digital)
A Ausgangssignal (Digital)
E' Eingangssignal Signalprozessor
A' Ausgangssignal Signalprozessor
S' Signal im Signalprozessor
A" Ausgangssignal Begrenzerverstärker
E" Eingangssignal Begrenzerverstärker
E* Eingangssignal (Analog)
A* Ausgangssignal (Analog)
gAD speaker
E input signal (digital)
A output signal (digital)
E 'Signal processor input signal
A 'Output signal signal processor
S 'signal in the signal processor
A "Output signal limiter amplifier
E "Input signal limiter amplifier
E * input signal (analog)
A * Output signal (analog)
g AD
Verstärkung analog
gDA Analog amplification
g DA
Dämpfung analog
gPL1 Analog damping
g PL1
Signalamplitude am Signaleingang
gSP Signal amplitude at the signal input
g SP
Signalamplitude im Signalprozessor
gF Signal amplitude in the signal processor
g F
Filtereinstellungen
gVol Filter settings
g vol
Lautstärkeneinstellung
g1 Volume adjustment
g 1
Pegelabsenkung
gatt Level reduction
g att
Dämpfung
g2 damping
g 2
Pegelanhebung
gamp Level increase
g amp
Verstärkung
g3 Reinforcement
g 3
Einstellung des Begrenzerverstärkers
gPL2 Setting the limiter amplifier
g PL2
Signalamplitude am Ausgang des Signalprozessors
gH Signal amplitude at the output of the signal processor
g H
Headroom
VBatt Headroom
V Batt
Versorgungsspannung
Supply voltage
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999163648 DE19963648B4 (en) | 1999-12-29 | 1999-12-29 | Overload protection in a signal processing unit |
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|---|---|---|---|
| DE1999163648 DE19963648B4 (en) | 1999-12-29 | 1999-12-29 | Overload protection in a signal processing unit |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19963648A1 true DE19963648A1 (en) | 2001-07-12 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19963648B4 (en) |
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