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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemaß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 23 33 524 bekannt.
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Zum Übertragen einer Zusatz information in einem Tonkanal ist es bekannt
(DE-OS 23 33 524), die Zusatz information frequenzmäßig versetzt gegenüber der Nutzinformation
zu übertragen, wodurch jedoch die Übertragungsbandbreite erhöht oder die Bandbreite
des linken oder rechten stereofonen Nutzsignals verringert wird. Für ein stereofones
Nutzsignal ist es ferner aus der gleichen Literaturstelle bekannt, beispielsweise
im Linkssignal einen Frequenzbereich auszusparen und darin die Zusatz information
zu übertragen. Empfangsseitig wird der ausgesparte Frequenzbereich durch den im
entsprechenden Frequenzbereich des Rechtssignals liegenden Anteil aufgefüllt. Falls
jedoch in dem ausgesparten Frequenzbereich die Links- oder Rechtssignale größere
Amplitudenunterschiede aufweisen, treten in dem aufgefüllten Frequenzbereich Signalverzerrungen
auf, welche sich sowohl auf die Klangfarbe als auch auf die Richtungsabbildung auswirken
können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Ubertragung
eines Zusatzsignals in einem stereofonen Nutzsignal ohne hörbare Beeinflussung des
Nutzsignals zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des-Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens gemäß
Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt: Fign. 1 und 7 schematische Schaltbilder von sendeseitigen
Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 1A den allgemeinen
Aufbau einer bei der Einrichtung nach Fig. 1 verwendeten Matrixschaltung; Fign.
2 und 8 schematische Schaltbilder von empfangsseitigen Einrichtungen zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 3 eine entsprechend dem erfindungsgemäßen
Verfahren vorgesehene Frequenzbelegung mit Seitensignal und Zusatzsignal in einem
stereofonen Tonkanal; Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Frequenzbelegung gemäß
Fig. 3 für das Zusatzsignal; Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer weiteren
Ausführungsform der sendeseitigen Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, welche gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 durch einen Kompressor
ergänzt ist, und Fig. 6 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform
der empfangsseitigen Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
welche
gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 2 durch einen Datendiskriminator ergänzt
ist.
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Die in Fig. 1 veranschaulichte Einrichtung zum sendeseitigen Einmischen
eines Zusatzsignals Z in ein stereofones Tonsignal, bestehend aus dem Links signal
L und dem Rechtssignal R, umfaßt einen Coder 30, der von einer Stereosignalquelle
10 über deren Ausgänge 11 und 12 gespeist wird. Die Coderausgänge 31, 32 führen
zu einer nicht näher definierten Strecke 50, beispielsweise einer Rundfunkübertragungsstrecke
(einschließlich Kabelübertragung) und/oder einem Tonaufzeichnungsgerät (Band, Platte).
Als Stereosignalquelle 10 kommt beispielsweise das Mischpult eines Tonstudios in
Betracht, ebenso ein Band- oder Plattenwiedergabegerät sowie ein Stereomikrofon
(einschließlich Kunstkopf).
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Der in Fig. 1 mit strichpunktierter Umrandung veranschaulichte Coder
30 enthält für jeden Signalausgang 11, 12 der Stereosignalquelle 10 eine Frequenzweiche
21/22 bzw.
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23/24, die jeweils aus einem Hochpaß 21 bzw. 24 und einem Tiefpaß
22 bzw. 23 besteht. Alle Filter 21 bis 24 weisen die gleiche Grenzfrequenz auf,
die im Falle des in Fig. 3 veranschaulichten, wirklichkeitsnahen Beispiels 100 Hz
beträgt.
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Die Ausgangssignale der Tiefpäße 22 und 23 sind mit tu (= niederfrequenter
bzw. unterer Anteil des Linkssignals L) bzw. mit Ru (= niederfrequenter bzw. unterer
Anteil des Rechtssignals R) bezeichnet, während die Ausgangssignale der Hochpäße
21 und 24 mit L0 (= restlicher bzw. oberer Anteil des Linkssignals L) bzw. mit Ro
(= restlicher bzw.
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oberer Anteil des Rechtssignals R) bezeichnet sind.
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Die Ausgangssignale L und R der Tiefpäße 22, 23 werden u u in einer
ersten Addierstufe 25 zu dem Summensignal (L + Ru) summiert und anschließend einer
Matrixschaltung 26 zugeführt, welcher ferner das einzumischende Zusatzsignal Z von
einer Zusatzsignalquelle 40 zugeführt wird. Der in Fig. 1A dargestellte, allgemeine
Aufbau der Matrixschaltung 26, wie er aus "Rundfunktechnische Mitteilungen", Jahrgang
25 (1981), Seite 159, Bild 2, bekannt ist, besteht aus den Matrixgliedern a, ß,
y und o, die eine Signalverknüpfung gemäß folgender Gleichungen bewirken: L = a(LU
+ Ru) + yZ ... (1) m R = t3(L + R ) + 6Z ... (2).
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m u u Die Matrixglieder a, ß, y und 6 sind lineare Netzwerke, die
teilweise (beispielsweise für a und 6) auch die Übertragungsfunktion 1 haben können.
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Das von der Quelle 40 erzeugte Zusatzsignal Z besitzt, wie aus Fig.
3 ersichtlich ist, eine im Vergleich zum Nutzsignal (= Seitensignal S) wesentlich
geringere Amplitude, beispielsweise eine um etwa 60 dB bezogen auf Vollaussteuerung
kleinere Amplitude. Ein Beispiel für die Frequenzbelegung des Zusatzsignals Z ist
in Fig. 4 dargestellt, auf die bei der Erörterung der Ausführungsbeispiele gemäß
Fign. 5 und 6 noch näher eingegangen werden soll.
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Die Matrixschaltung 26 führt mit ihrer Ausgangsleitung 27 zu einer
zweiten Addierstufe 29, welche das matrizierte Linkssignal Lm mit dem restlichen
bzw. oberen Anteil L0 des Linkssignals L addiert und das resultierende Summensignal
L + L dem Coderausgang 31 zuführt. Ferner führt 0 In die Matrixschaltung 26 mit
ihrer Ausgangsleitung 28 zu einer dritten Addierstufe 20, welche das matrizierte
Rechtssignal Rm mit dem restlichen bzw. oberen Anteil Ro des
Rechtssignals
R addiert und das resultierende Summensignal Ro + Rm dem Coderausgang 32 zuführt.
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Das über die Strecke 50 übertragene Signalpaar (Lo + Lm) und (Ro +
Rm) wird am Ausgang der Strecke 50 über jeweils zugeordnete Leitungen 51 bzw. 52
einem Decoder 70 zugeführt, der in Fig. 2 mit strichpunktierter Umrandung veranschaulicht
ist. Der Decoder 70 weist zwei Frequenzweichen 61/62 und 63/64 aus jeweils einem
Hochpaß 61 bzw.
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64 und einem Tiefpaß 62 bzw. 63 auf, wobei die für alle Filter 61
bis 64 gleiche Grenzfrequenz mit der Grenzfrequenz der coderseitigen Filter 21 bis
24 übereinstimmt.
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Die Filter 61 bis 64 trennen die eingangsseitigen Summensignale (Lo
+ Lm), (Ro + Rm) in die Signalkomponenten Lo, Lm, Ro, Rm auf, d.h., sie machen die
Wirkung der coderseitigen Addierstufen 29 und 20 rückgängig. Die matrizierten Links-
und Rechtssignale Lm, R an den Ausm gängen der Tiefpäße 62 und 63 werden einer Dematrixschaltung
65 zugeführt, welche bezüglich der coderseitigen Matrixschaltung 26 invers aufgebaut
ist, d.h., deren Wirkung rückgängig macht, wie im einzelnen in "Rundfunktechnische
Mitteilungen", 25. Jahrgang (1981), Seite 160, Gleichungen (3) und (4) angegeben
ist.
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Das dematrizierte Signal Lu + Ru auf der Ausgangsleitung 66 der Dematrixschaltung
65 wird den vierten und fünften Addierstufen 68 und 69 zugeführt, während das dematrizierte
Signal (= Zusatzsignal) Z auf der Ausgangsleitung 67 der Dematrixschaltung 65 unmittelbar
dem Decoderausgang 73 zur weiteren Signalverarbeitung (in Fig. 2 nicht weiter dargestellt)
zugeführt wird.
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Die vierte Addierstufe 68 addiert das Signal Lu + Ru mit dem restlichen
bzw. oberen Anteil L0 des Linkssignals L am Ausgang des Hochpaßes 61 und führt das
resultierende
Summensignal L + Ru dem Decoderausgang 71 zu. In
gleicher Weise addiert die fünfte Addierstufe 69 das Signal L + R u u mit dem restlichen
bzw. oberen Anteil R des Rechtssignals R am Ausgang des Hochpaßes 64 und führt das
resultierende Summensignal R + Lu dem Decoderausgang 72 zu. Der Umstand, daß an
den Decoderausgängen 71 und 72 neben dem Links-bzw. Rechts signal L bzw. R noch
deren niederfrequente Anteile (beispielsweise unterhalb 100 Hz) anliegen, bedeutet,
daß die Links- und Rechtssignale unterhalb der Grenzfrequenz der Filter 21 bis 24
bzw. 61 bis 64 identisch sind, was jedoch im stereofonen Hörbild vom Hörer nicht
wahrgenommen werden kann.
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Die in den Fign. 5 und 6 dargestellten Erweiterungen der Grundschaltungen
nach Fign. 1 und 2 dienen zur Einmischung bzw. Verarbeitung des in Fig. 4 veranschaulichten
Zusatzsignals Z. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, umfaßt das Zusatzsignal Z einen
feststehenden Ton der Frequenz f 0 sowie zwei Töne der Frequenzen f und f die 2'
zwischen unteren und oberen, gestrichelt eingezeichneten Werten variiert werden,
und zwar abhängig von dem zu übertragenden Analogwert des zugeordneten Datums D1
bzw.
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D2 (vgl. Fig. 5), wobei der Analogwert der Frequenzdifferenz (fo 1
f1) bzw. (f2 - fo) entspricht. Beispielsweise wird für die Frequenz f0 der Wert
53 Hz, für die Frequenz f1 der Bereich 42 bis 48 Hz und für die Frequenz f2 der
Bereich 55 bis 61 Hz gewählt (Fig. 4).
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Ferner umfaßt das Zusatzsignal einen Ton der Frequenz f, welche unterhalb
des unteren Wertes (z.B. 42 Hz) der Frequenz f1 liegt und eine Verstärkung der durch
die Überlagerung der Frequenzen f0, f1 bzw. fot f2 hervorgerufenen Schwebungen bewirkt.
Hierdurch läßt sich die Hörbarkeit des Zusatzsignals Z noch stärker reduzieren.
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Zur Erzeugung des in Fig. 4 dargestellten Zusatzsignals Z umfaßt
die Zusatzsignalquelle 40 gemäß Fig. 5 eine analoge Datenquelle 41, deren zwei analoge
Ausgangsdaten D1 und D2 einem Zusatzsignalformer 42 zugeführt werden. rer Signalformer
42 wandelt die Daten D1 und D2 entsprechend deren Analogwerte in zugeordnete Frequenzen
f1 bzw. f2 um, wobei D1 der Frequenzdifferenz (fO - f1) und D2 der Frequenzdifferenz
<f2 - fo) zugeordnet ist.
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Zur empfangsseitigen Verarbeitung dieses Zusatzsignals Z ist der Decoderausgang
73 (Fig. 2) mit einem in Fig. 6 gestrichelt umrandeten Datendiskriminator 90 verbunden,
der die Frequenzdifferenzen in die Daten D1 und D2 rückwandelt. Der Diskriminator
90 weist hierzu drei AFC-Filter 91, 92, 93 auf, die eingangsseitig mit dem Decoderausgang
73 verbunden sind. Die Filter 91, 92, 93 sind auf die Frequenzen f1 bzw. f0 bzw.
f2 gemäß Fig. 4 abgestimmt, so daß an den Ausgängen der Filter 91, 92, 93 Töne mit
den entsprechenden Frequenzen anliegen. Die Ausgänge der Filter 91, 92 führen zu
einem Frequenz/Spannungsumsetzer 94, während die Ausgänge der Filter 92 und 93 zu
einem Frequenz/Spannungsumsetzer 95 führen.Der Umsetzer 94 bildet die Frequenzdifferenz
fo - f1 = f1 und wandelt diese Frequenzdifferenz in die Spannung U1 entsprechend
dem Analogwert des Datums D1 um. In dentsprechender Weise bildet der Umsetzer 95
die Frequenzdifferenz it - ~ f = 2 0 Af2 und wandelt diese Frequenzdifferenz in
die Spannung U2 entsprechend dem Analogwert des Datums D2 um.
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Da die Matrixschaltung 26 phasenabhängige Glieder cx, B, 6, y (Fig.
1A) aufweist, ist das Zusatzsignal Z gegenüber Gruppenlaufzeitunterschieden der
einzelnen stereofonen Kanäle empfindlich. Bei der Summen- und Differenzbildung in
der Dematrixschaltung 65 wird in diesem Falle das Nutzsignal nicht mehr vollständig
gegenüber dem Zu-
satzsignal unterdrückt, wodurch im Ergebnis das
Nutzsignal als Störung bezüglich des Zusatzsignals wirkt. Hinzu kommt, daß insbesondere
bei Tonbandgeräten als Strecke 50 der Rauschabstand des Zusatzsignals bei dem Pegel
von -60 dB bezogen auf Vollaussteuerung relativ gering ist, was die Auslesbarkeit
des Zusatzsignals noch weiter verschlechtern kann. Aus diesen Gründen ist es günstig,
zwischen dem Ausgang der Zusatzsignalquelle 40 und dem Zusatzsignaleingang der Matrixschaltung
26 (Fig. 1) einen Kompressor 80 vorzusehen, wie in Fig. 5 mit strichpunktierter
Umrandung veranschaulicht ist.
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Der Kompressor 80 ist im dargestellten Beispielsfalle gemäß Fig. 5
eingangsseitig mit Links- und Rechtssignalen L, R der Ausgänge 11, 12 der Stereosignalquelle
10 gekoppelt, welche in einer Addierstufe 81 summiert werden.
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Das Summationssignal wird in einer Bewertungseinrichtung 82 einer
noch näher zu erläuternden Frequenzbewertung unterzogen. Anschließend wird in einem
Hüllkurvenformer 83 die Hüllkurve des bewerteten Summationssignals gewonnen. Die
Hüllkurve des bewerteten Summationssignals wird einem Amplitudenmodulator 84 zugeführt,
um das Zusatzsignal Z der Zusatzsignalquelle 40 in dessen Amplitude zu modulieren.
Das AM-modulierte Zusatzsignal Z' wird der Matrixschaltung 26 im Coder 30 anstelle
des Zusatzsignals Z zugeführt. Die erwähnte Frequenzbewertung des Summationssignals
erfolgt in der Weise, daß der Pegel des modulierten Zusatzsignals Z' abhängig von
den Verdeckungseigenschaften des Nutzsignals angehoben wird.
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Auf diese Weise läßt sich die Genauigkeit der Zusatzsignalübertragung
verbessern, ohne dabei die Hörschwelle des Zusatzsignals zu überschreiten.
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Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform der sendeseitigen
Einrichtung zur Durchführung des erfindungsge-
mäßen Verfahrens
umfaßt der Coder 30 eine Summen- und Differenzmatrixschaltung 33, welche aus dem
Links- und dem Rechtssignal L bzw. R das Summen- bzw. Monosignal M = L + R (Ausgang
34) und das Differenz- bzw. Seitensignal S = L - R (Ausgang 35) bildet. Das Seitensignal
S wird durch einen Hochpaß 36 nach unten hin begrenzt, wobei die Grenzfrequenz des
Hochpasses 36 in bevorzugter Weise etwa 100 Hz beträgt. Die oberen bzw. restlichen
Anteile (Lo-Ro) des Seitensignals S = L - R am Ausgang des Hochpasses36 werden in
einer Addierstufe 37 mit dem Zusatzsignal Z der Zusatzsignalquelle 40 (bzw. dem
Zusatzsignal Z' im Falle der Verwendung des Kompressors 80) summiert. Dieses Summensignal
wird zusammen mit dem Monosignal M einer Summen- und Differenzdematrixschaltung
38 zugeführt, welche invers bezüglich der Matrixschaltung 33 aufgebaut ist. Die
Dematrixschaltung 38 und die Addierstufe 37 bilden ihrerseits die strichpunktiert
angedeutete Matrixschaltung 39 zum Matrizieren des Zusatzsignals Z mit der Summe
der (im Monosignal M enthaltenen) niederfrequenten Anteile Ru, Lu des Rechts- und
des Linkssignals R bzw. L.
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Das am Ausgang 31 des Coders 30 auftretende Signal hat die Form L+R+(Lo-Ro+Z)=2Lo+Lu+Ru+Z=2L+Lm
; mit R Ro Ru und Lm=Lu+Ru+Z, wobei gemäß Gleichung (1) gilt: α = 1; y = 1.
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Das am Ausgang 32 des Coders 30 auftretende Signal hat die Form L+R-(L
-R +Z)=2R +L +R -Z=2R +R ; mit L-Lo=Lu und Rm=Lu+Ru-Z, wobei gemäß Gleichung (2)
gilt: ß = 1; 6 = -1.
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Bei der in Fig. 8 dargestellten, auf die übertragenen Signale gemäß
Fig. 7 angepaßten Ausführungsform der empfangsseitigen Einrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt der Decoder 70 eine Dematrixschaltung 65a
in Form einer Subtrahierstufe, deren invertierender Eingang (-) mit der das Signal
2Ro+Rm führenden Leitung 52 und derennichtinvertierender Eingang (+) mit der das
Signal 2L +L führenden Leitung 51 verbunden sind. Die Decodero m ausgänge 71, 72
sind unmittelbar mit den Leitungen 51 bzw.
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52 verbunden, da davon ausgegangen wird, daß das Zusatzsignal Z, welches
an den Decoderausgängen 71, 72 vorhanden ist, unhörbar ist. Mit der Dematrixschaltung
65a wird am Decoderausgang 73 ein Signal entsprechend folgender Gleichung gebildet:
(L+L +R-R +Z) - (L-Lo+R+R -Z) = = 2Lo-2Ro+2Z.
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In dem dem Ausgang 73 nachgeschalteten Datendiskriminator 90 (Fig.
6) werden die oberen bzw. restlichen Anteile 2Lo und 2R des Rechts- und des Linkssignals
L bzw. R 0 durch die AFC-Filter 91 bis 93 abgetrennt, so daß das Zusatzsignal 2Z
isoliert an den Ausgängen der AFC-Filter 91 bis 93 vorliegt.
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