DE3403321C2 - Schaltungsanordnung zur Aufbereitung eines elektrischen Informationssignals - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Obwohl viele Tonfrequenz- und Videosystembausteine heute nur noch einen vernachlässigbaren Rausch- und Verzerrungsbeitrag liefern, können einige Bauteile, insbesondere Frequenzmodula­ tions-Rundfunkempfangskanäle, digitale Kanäle sowie Tonfrequenz- und Video-Magnetband- Aufzeichnungs- und Wiedergabekanäle erhebliche Rauschbeiträge liefern, wenn sie als Teil eines Tonfrequenz- oder Video-Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems verwendet werden. Dieses Problem kann beispielsweise dadurch entstehen, daß jeder Aufzeichnungs- oder Sendekanal einen begrenzten Dynamikbereich aufweist.

Jeder Aufzeichnungs- oder Übertragungskanal weist einen maxi­ malen Signalpegel und einen minimalen Rauschpegel auf, wobei zwischen diesen Pegeln ein Signal ohne übermäßige Störung in Form von Verzerrungen oder Rauschen übertragen werden kann. Dieser Dynamikbereich oder das Fenster dieses Kanals ist typischerweise begrenzt, wobei sich die Größe dieses Dynamik­ bereiches als Funktion der Frequenz ändert. Das Medium des Kanals kann verschiedene Formen aufweisen, wie beispielsweise die Form eines Magnetbandes, wie dies bei Tonfrequenz- und Videoaufzeichnungen der Fall ist, oder die Form eines Funküber­ tragungskanals, wie dies bei der Übertragung von Rundfunk- und Fernsehsignalen der Fall ist. Beispielsweise ist der Dynamikbe­ reich eines typischen Tonfrequenz-Kassettenbandes auf 55 dB in dem Spektralbereich begrenzt, in dem der größte Teil der Programminformation enthalten ist, und wenn es erwünscht ist, ein Informationssignal mit einem dynamischen Bereich von 100 dB zu übertragen, so kann ein typisches im Handel erhältliches Monoband-Kompansions- (Kompressions-Expansions-) System zum Komprimieren des Informationssignals bei der Aufzeichnung auf dem Band verwendet werden, so daß ein erheblicher Teil des Informationssignals unterhalb des maximalen Signalpegels des Kanals und oberhalb des minimalen Rauschpegels des Kanals aufgezeichnet wird. Dies kann beispielsweise dadurch durchge­ führt werden, daß das Signal mit einem 2 : 1-Kompressionsverhält­ nis für das gesamte Spektrum komprimiert wird. Das komprimierte Programm wird dann in komplementärer Weise mit einem 1 : 2- Expansionsverhältnis expandiert, um das Signal in ursprünglicher Form wiederherzustellen, ohne daß ein erheblicher Verlust an Dynamikbereich auftritt.

Die grundlegende Lösung der Kompression des gesamten Informa­ tionssignals mit einem festen Kompressionsverhältnis in einem einzigen Frequenzband weist jedoch gewisse Nachteile auf. Wenn das Informationssignal beispielsweise im Tonfrequenzbereich liegt und das komprimierte Signal bei der Wiedergabe expandiert wird und die Tonfrequenzsignale in Abhängigkeit von dem expan­ dierten Signal durch Lautsprecher wiedergegeben werden, so unterscheidet das menschliche Ohr diese Tonfrequenzsignale auf der Basis von sowohl der Amplitude als auch der Frequenz. Wenn der Dynamikbereich eines Aufzeichnungskanals, wie beispielsweise eines Kassettentonbandes, als Funktion der Frequenz aufgetragen wird, so ist festzustellen, daß die obere Kurve, die das maxima­ le Signal darstellt, das auf dem Band aufgezeichnet werden kann, über den mittleren Frequenzbereich im wesentlichen eben ist, während die Kurve am unteren Ende des Spektrums (beispielsweise beginnend bei ungefähr 50 Hz zu bei niedrigeren Frequenzen hin) abfällt, und daß sich ein sehr starker Abfall am oberen Ende des Spektrums ergibt (beispielsweise beginnend bei ungefähr 2 kHz). Weiterhin beginnt bei typischen Tonbändern der Rauschpegel (die untere Kurve) bei irgendeiner relativ hohen Frequenz anzustei­ gen. Die Folge dieser Spektralanalyse besteht darin, daß das Fenster (d. h. die Differenz zwischen dem minimalen Rauschpegel und dem maximalen Signalpegel) über das Spektrum verschieden ist (d. h. es ist frequenzabhängig). Bei typischen Tonbändern ergibt der Kanal beispielsweise ein Fenster für den dynamischen Bereich von 55 dB bei 400 Hz, während lediglich 25 dB bei 15 kHz zur Verfügung stehen. Wenn daher ein Informationssignal mit einem Dynamikbereich von 100 dB auf dem Band mit einem Kompressions­ verhältnis von 2 : 1 aufgezeichnet wird, so kann die Information bei 400 Hz aufgezeichnet werden, weil bei dieser Frequenz ein Fenster von 55 dB vorhanden ist. Es geht jedoch ein erheblicher Informationsanteil in dem höheren Frequenzbereich bei 15 kHz verloren, weil hier lediglich ein Fenster von 25 dB zur Verfü­ gung steht. Mit Tonbandkassetten arbeitende Monobandsysteme, die ein festes 2 : 1-Kompressionsverhältnis über das gesamte Spektrum verwenden, schneiden daher in manchen Fällen starke höhere Frequenzen ab, so daß sich bei der Wiedergabe ein dumpfer Klang ergibt, während schwache Signale bei höheren Frequenzen dazu neigen, unter das Grundrauschen zu fallen, was zu einer Erschei­ nung führt, die als ′Atmen′ bekannt ist. Es wurden verschiedene Lösungen zur Beseitigung dieser Nachteile vorgeschlagen.

Ein im Handel erhältliches System, das als Dolby-B-System be­ kannt ist, beruht auf der Annahme, daß der größte Informations­ teil (d. h. Signalenergie) im Bereich von 20 Hz bis 800 Hz des Tonfrequenzsignals liegt und daß sich ein Abfall der Information oberhalb von 800 Hz ergibt. Entsprechend verwendet dieses System eine Verstärkung von Frequenzen zwischen 400 Hz und 1200 Hz. Das Ausmaß der Verstärkung ändert sich in Abhängigkeit von dem Pegel des Eingangssignals, wobei typischerweise eine maxima­ le Verstärkung von 10 dB vorgesehen ist. Damit wird während der Kompression, wenn der maximale übertragene oder aufgezeichnete Signalpegel bei hohen Frequenzen minus 10 dB beträgt, bei maxi­ maler Verstärkung der Pegel auf minus 20 dB gebracht. Bei hohen Frequenzen kann der hochfrequente Teil des Programmsignals je­ doch den maximalen Signalpegel des Aufzeichnungskanals des Bandes überschreiten, so daß eine Sättigung bei höheren Frequen­ zen auftritt, was zu einem dumpf klingenden Ton bei der Wieder­ gabe führt. Um dieses Problem zu beseitigen, muß ein größerer Teil des Informationssignals bei höheren Frequenzen unter den maximalen Signalpegel gebracht werden, damit ein größerer Teil der Information aufgezeichnet werden kann. Hierbei steht jedoch ein Verlust an zur Verfügung stehendem Dynamikbereich im mitt­ leren Bereich von Frequenzen einem entsprechenden Gewinn im Bereich höherer Frequenzen gegenüber. Damit kann das Dolby-B- System lediglich eine Vergrößerung des Dynamikbereichs von 10 dB bei hohen Frequenzen erreichen, während sich nur eine geringe oder keine Änderung des Dynamikbereichs bei niedrigen Frequenzen ergibt.

In den US-Patentschriften 4 101 849 und 4 136 314 sind Systeme zur Kompression und Expansion eines Signals während der Über­ tragung oder Aufzeichnung beschrieben. Das Informationssignal wird mit einer Hochfrequenzpreemphasis komprimiert. Während der Expansion wird das Signal in komplementärer Weise expandiert und einer Deemphasis unterworfen. Wie dies in diesen Patenten beschrieben ist, bedeutet der Ausdruck ′Preemphasis′ die Ände­ rung der Amplitude ausgewählter Frequenzkomponenten eines elek­ trischen Signals bezüglich der Amplitude von anderen Frequenz­ komponenten, um das Rauschen in nachfolgenden Punkten des Systems zu verringern. Die Änderung kann in einem negativen Sinn erfolgen, wobei die Amplituden ausgewählter Frequenzkomponenten verkleinert werden, oder die Änderung kann in positiver Richtung erfolgen, wobei die Amplituden ausgewählter Frequenzkomponenten vergrößert werden. In gleicher Weise bedeutet der Ausdruck ′Deemphasis′ die Änderung der ausgewählten Frequenzkomponenten des komprimierten Signals in entweder negativer oder positiver Richtung in komplementärer Weise zu der, mit der das ursprüng­ liche Signal geändert wurde. Bei dem vorstehend genannten bekannten System wird ein Steuersignal als Funktion des Verhält­ nisses der Energie in höher- und niedrigerfrequenten Teilen des Informationssignals dazu verwendet, die Größe der Signalpreem­ phasis vorzugsweise des höherfrequenten Teils des Informations­ signals während der Kompression zu steuern. In ähnlicher komple­ mentärer Weise wird das Informationssignal während der Expansion beim Empfang oder bei der Wiedergabe des Informationssignals durch ein ähnliches Steuersignal einer Deemphasis unterworfen.

Die Verwendung eines Steuersignals, das als Funktion des Ver­ hältnisses der Signalenergie in den hoch- und niederfrequenten Teilen des Programmsignals abgeleitet wird, weist den Vorteil auf, daß die Preemphasis unabhängig von den Pegeleinstellbe­ dingungen zwischen den Kompressions- und Expansionssystemen gesteuert wird. Ein derartiges System nutzt einen Übertragungs- oder Aufzeichnungskanal, dessen Dynamikbereich frequenzabhängig ist, nicht immer in der wirkungsvollsten Weise aus. Beispiels­ weise wird ein einen niedrigen Pegel aufweisendes Informations­ signal, dessen größter Energieanteil im höheren Frequenzbereich liegt, als ein Informationssignal nahe an der Sättigung ausge­ wählt, weil das Verhältnis von hoher zu niedriger Signalenergie groß ist und sich damit ein Steuersignal ergibt, das eine größere negative Preemphasis erzeugt, als dies erforderlich ist. Weiterhin ergibt die Verwendung eines adaptiven Bewertungsfil­ ters, wie es beispielsweise in den US-Patentschriften 4 101 849 und 4 136 314 beschrieben ist, nicht notwendigerweise eine Anpassung an den Frequenzgang des Aufzeichnungs- oder Wieder­ gabekanals, insbesondere dann, wenn der maximale Signalpegel abnimmt und das Grundrauschen mit zunehmender Frequenz ansteigt.

Aus der US-PS 4 363 007 ist weiterhin eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei der ein Informations­ signal lediglich zur Rauschunterdrückung über ein Filter, das höhere Frequenzen dämpft, und einen Verstärker einer steuerbaren Filtereinrichtung zugeführt wird, deren Grenzfrequenz durch ein Steuersignal änderbar ist, das aus dem Energieinhalt des Informationssignals bei höheren Frequenzen abgeleitet ist. Das Ausgangssignal der Filtereinrichtung wird dem Eingang einer weiteren Filterschaltung zugeführt, die lediglich die Verstärkung bei tieferen Frequenzen in Abhängigkeit von einem zweiten Steuersignal steuert, das von dem Energieinhalt des Informationssignals bei tieferen Frequenzen abhängt. Hierbei ergeben sich jedoch erhebliche Probleme bei der Anpassung der Preemphasis und der Verstärkung des Informationssignals über dessen gesamte Bandbreite, so daß eine Verfälschung des Infor­ mationssignals auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanord­ nung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein Kanal mit einem frequenzabhängigen Dynamikbereich in wirkungsvoller Weise ohne Verfälschung des Informationssignals ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vermeidet die Nachteile der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnungen und ergibt eine verbesserte Ausnutzung eines Kanals mit einem frequenzab­ hängigen Dynamikbereich, ohne daß sich Schwierigkeiten der Anpassung der auf die einzelnen Spektalbereiche ausgeübten Preempasis und Verstärkung ergeben.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird der Spitzen­ signalpegel, der in einem einen frequenzabhängigen Dynamikbe­ reich aufweisenden Aufzeichnungs- oder Übertragungskanal aufge­ zeichnet oder übertragen wird, so weit wie möglich an den maxi­ malen Signalpegel des Aufzeichnungs- oder Übertragungskanals angepaßt, so daß dieses Signal gerade unterhalb der Kurve für den maximalen Signalpegel aufgezeichnet oder übertragen werden kann.

Weiterhin werden niedrige Signalpegel, die aufgezeichnet oder übertragen werden, oberhalb des Grundrauschens des Kanals ge­ halten. Gleichzeitig wird eine Verringerung der niederfrequenten Signalanteile bei Spitzensignalpegeln erreicht, so daß sich eine sehr enge Anpassung an die maximalen Signalpegel ergibt.

Hierbei wird auch eine Verringerung der höherfrequenten Signal­ anteile bei Spitzensignalpegeln erzielt, so daß sich eine weiter verbesserte Anpassung an den maximalen Signalpegel des Kanals ergibt, wobei gleichzeitig eine Verstärkung der höherfrequenten Signalanteile bei niedrigen Signalpegeln erzielt wird, so daß auch eine verbesserte Anpassung an den minimalen Rauschpegel des Kanals erzielt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind Filterein­ richtungen in dem Signalpfad angeordnet, um die auf einen Teil des elektrischen Signals innerhalb eines ersten ausgewählten Spektralbereichs innerhalb der Bandbreite des Informationssig­ nals aufgeprägte Verstärkung zu ändern. Diese Verstärkung ändert sich in Abhängigkeit von einem ersten Steuersignal. Es sind Einrichtungen zur Erzeugung des ersten Steuersignals in Abhän­ gigkeit von der Signalenergie des elektrischen Signals im wesentlichen innerhalb zumindest eines Teils dieses ersten Spektralbereichs vorgesehen. Die Schaltungsanordnung schließt weiterhin steuerbare Verstärkungseinrichtungen ein, die mit den Filtereinrichtungen verbunden sind, um die auf das Informations­ signal aufgeprägte Signalverstärkung im wesentlichen über die gesamte vorgegebene Bandbreite zu ändern, wobei sich die Signalverstärkung in Abhängigkeit von einem zweiten Steuersignal ändert, wobei weiterhin Einrichtungen zur Erzeugung des zweiten Steuersignals in Abhängigkeit von der Signalenergie des Infor­ mationssignals im wesentlichen innerhalb zumindest eines Teils des zweiten Spektralbereichs vorgesehen sind.

Die ersten und zweiten Steuersignale werden in der als Kompressor wirkenden ersten Reihenschaltung von dem mit dem Eingang des Kanals verbundenen Ausgang derart abgeleitet, daß der geringere Dynamitbereich des Kanals für den ersten Spektralbereich durch eine entsprechende Verringerung der Verstärkung der Filtereinrichtungen berücksichtigt wird. Die Verstärkereinrichtungen der Reihenschaltungen werden ausschließlich durch ein Steuersignal gesteueurt, das von dem zweiten Spektralbereich abgeleitet wird, für den der größere Dynamikbereich zur Verfügung steht. Dadurch ergibt sich eine bessere Anpassung des zu übertragenden Informationssignals an den geringeren Dynamikbereich im ersten Spektralbereich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte graphische Darstellung des Frequenzganges eines typischen Tonband­ kassetten-Aufzeichnungskanals,

Fig. 2 eine vereinfachte graphische Darstellung des sich ändernden Frequenzganges eines bekannten Rauschverringerungssystems,

Fig. 3 eine vereinfachte graphische Darstellung einer typischen Signalaufzeichnung in dem Kanal ge­ mäß Fig. 1, wobei zwei bekannte Lösungen für die Rauschverringerung gezeigt sind,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform eines Teils der Schaltungsanordnung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform eines weiteren Teils der Schaltungsanordnung,

Fig. 6 eine teilweise in Form eines Blockschaltbildes und teilweise in Form eines Schaltbildes aus­ geführte Darstellung eines Teils der bevorzugten Ausführungsform des Eingangsteils der Schaltungsanordnung,

Fig. 7 eine teilweise in Form eines Blockschaltbildes und teilweise in Form eines Schaltbildes ausgeführte Darstellung des Schaltungsteils zur Erzeugung der Steuersigale der Eingangs- und Ausgangsteile nach den Fig. 6 und 8,

Fig. 8 eine teilweise als Blockschaltbild und teil­ weise als Schaltbild ausgeführte Darstellung eines Teils der bevorzugten Ausführungsform des Ausgangsteils,

Fig. 9 eine vereinfachte graphische Darstellung des Frequenzganges der bevorzugten Ausführungsform des bevorzugten Hochfrequenzpegel-Preemphasis- Filters nach Fig. 7 in 10 dB/Teiler,

Fig. 10 eine vereinfachte graphische Darstellung des Frequenzganges der bevorzugten Ausführungsform des Niederfrequenzpegel-Formungsfilters nach Fig. 7 mit 10 dB/Teiler,

Fig. 11 eine vereinfachte graphische Darstellung des Frequenzganges der bevorzugten des veränderlichen Filters des Eingangsteils nach Fig. 4.

Wie dies aus Fig. 1 zu erkennen ist, weist ein typischer Aufzeichnungs- oder Übertragungskanal einen begrenzten Dynamikbereich auf. Die Fig. 1 zeigt als Beispiel den Frequenzgang eines Kassettentonbandes. Wie bei jedem Auf­ zeichnungs- oder Übertragungskanal weist dieser eine den maximalen Signalpegel darstellende Kurve A auf, die den Spitzensignalpegel bei jeder Frequenz darstellt. Wenn die Amplitude irgendeines Teils des Informationssignals den maximalen Signalpegel überschreitet, so tritt eine Sätti­ gung auf und der Teil wird abgeschnitten und damit ver­ zerrt. Wie dies gezeigt ist, weisen Kassettentonbänder typischerweise Kurven für den maximalen Signalpegel auf, die bei niedrigen Frequenzen (unterhalb von ungefähr 20 Hz bis 50 Hz) abfallen und die graduell bei hohen Fre­ quenzen abfallen (beginnend bei ungefähr 3 kHz). Die Kurve B zeigt den Rauschspektrumpegel eines typischen Kassettentonbandes, der üblicherweise graduell, beginnend bei 400 Hz ansteigt und mit der Frequenz weiter größer wird. Irgendwelche Signalpegel des Informationssignals, die unter die Kurve B fallen, fallen unter das Grundrauschen, so daß sie bei der Wiedergabe verlorengehen. Wenn es da­ her erwünscht ist, die Integrität des ursprünglichen Sig­ nals beizubehalten, so müssen die dynamischen Pegel des Informationssignals, das über den Kanal übertragen oder auf diesem aufgezeichnet wird, innerhalb des Fensters liegen, das zwischen dem maximalen Pegel und dem Rauschspektrum liegt, oder dieses Informationssignal muß vor der Aufzeich­ nung oder Übertragung so modifiziert werden, daß es in dieses Fenster fällt. Es ist zu erkennen, daß dieses Fen­ ster bei höheren Frequenzen kleiner wird. Für typische Kassettentonbänder ergibt sich beispielsweise ein Fenster von 25 dB bei 15 kHz, was weniger als die Hälfte des Fen­ sters von 55 dB bei 400 Hz ist.

Es wurden verschiedene Lösungen zur Preemphasis des Signals durch Modifikation des Hochfre­ quenzteils des Informationssignals während der Kompression und zur Deemphasis dieses Hochfrequenzteils des Informationssignals während der Expansion in komplementärer Wei­ se bei der Wiedergabe des Signals vorgeschlagen.

Eine derartige Lösung wird bei dem Dolby-3-System verwen­ det, das im Handel von der Firma Dolby Laboratories, San Francisco, erhältlich ist. Bei diesem System wird die Signal­ energie zwischen 400 Hz und 1200 Hz verstärkt, wobei das Ausmaß der Verstärkung von dem Eingangssignal abhängt und die maxi­ male Verstärkung 10 dB beträgt. Dies ist in den verein­ fachten Darstellungen nach Fig. 2 gezeigt, in der sich der Frequenzgang des bekannten Systems zwischen der Kurve C und D in Abhängigkeit von dem Pegel des Eingangssignals ändert, wobei der Pegel, bei dem die maximale Kurve C horizontal wird, bei 1200 Hz liegt.

Wenn für ein typisches Informationssignal jedoch das Spitzenmusik­ spektrum zusammen mit der 10-dB-Maximalverstärkung aufgetragen wird, so ergibt sich eine Kurve, die etwa der Kurve E nach Fig. 3 entsprechen dürfte. Wie dies gezeigt ist, würde ein gewisser Anteil des höherfrequenten Signalanteils den maximalen Pegel des Tonbandes überschreiten, der durch die Kurve A in Fig. 3 dargestellt ist, so daß sich eine Sättigung ergibt. Diese höherfrequenten Signalanteile, die über dem maximalen Signalpegel liegen, gehen verloren, wie dies durch den punktierten Bereich F angedeutet ist. Unter Verwendung des Dolby-B-Systems ist es daher erforderlich, den Eingangspegel so weit zu verringern, wie dies durch die Kurve G gezeigt ist, um eine Sättigung zu vermeiden und um die höherfrequenten Signalanteile während des Kompressionsvorganges unverändert zu lassen. Es ist daher er­ forderlich, den Eingangspegel um 10 dB zu verringern, um die 10-dB-Verstärkung insgesamt zu erzielen. Dies heißt mit anderen Worten, daß es erforderlich ist, 10 dB an Ge­ samtsignalpegel zu opfern, um die 10-dB-Maximalverstärkung oder -Maximalanhebung in dem höherfrequenten Bereich des Signals zu erzielen. Dies stellt eine wenig wir­ kungsvolle Ausnutzung des frequenzabhängigen Kanals des Kassettentonbandes dar.

Auch das adaptive Signalbewertungssystem nach den US- Patentschriften 41 01 849 und 41 36 314 nutzt unter bestimmten Bedingungen auch nicht immer den Aufzeichnungs- oder Übertragungskanal wirkungsvoll aus. Beispielsweise kann die Signalenergie eines Informationssignals der Kurve H nach Fig. 3 ähneln, wobei der größte Teil der Signalenergie in dem höherfrequenten Bereich liegt, d. h. oberhalb von 800 Hz. Weil das Steuersignal zur Steuerung der Größe der Preemphasis vorzugsweise von einem Verhältnis der Signalenergie in dem höheren Frequenzbe­ reich bezüglich der Signalenergie in dem niedrigeren Fre­ quenzbereich abgeleitet wird, würde das Steuersignal dem System anzeigen, daß die Informationssignalpegel nahe an der Sättigung liegen, obwohl dies nicht tatsächlich der Fall ist. Daher wird der hochfrequente Teil des Signals ver­ ringert, was dazu führt, daß der höherfrequente Teil des Signals näher an dem Grundrauschen B liegt.

Bei der im folgenden beschriebenen Ausführungsform der Schaltungsanordnung wird ein verbessertes adaptives Kompressor-Expandersystem dadurch geschaffen, daß die Signalenergie in einen ersten höherfrequenten Spektralbereich bei der Kompression als Funktion der vorhandenen höherfrequenten Signalenergie einer Preemphasis unterworfen wird und daß dieses Signal in komplementärer Weise beim Empfang oder bei der Wiedergabe einer Demphasis unterworfen wird.

Die im folgenden beschriebene Ausführungsform der Schaltungsanordnung verwendet komplementäre Nachlauffilter, die in komplementärer Weise die Signalenergie des über­ tragenen oder aufgezeichneten Signals in dem höherfrequenten Bereich ändern. Geeignete Einrichtungen werden zur Messung der Signalenergie in dem höherfrequenten Bereich des Informationssignals verwendet, um diese Filter so anzu­ steuern, daß sie den höherfrequenten Bereich des Signals dämpfen oder anheben, wobei eine komplementäre Behandlung dieses höherfrequenten Bereichs während des Expansionsvor­ ganges erfolgt.

In den Zeichnungen und insbesondere in den Fig. 4 und 5 sind die jeweiligen Kompressor- und Expanderteile der Schaltungsanordnung gezeigt, die eine bessere Ausnutzung des Kanals ermöglichen, auf dem oder über den das Informationssignal aufgezeichnet oder übertragen wird, wobei sich insbesondere eine genauere Anpassung der erwarteten Spitzensignalpegel des übertra­ genen oder aufgezeichneten Signals an den maximalen Signal­ pegel eines frequenzabängigen, eine sich ändernde Höhe aufweisenden Kanalfensters während der Kompression eines Informationssignals in diesem Kanal ergibt. Der Kompressor- oder Eingangsteil nach Fig. 4 schließt einen Eingangsanschluß 10 zum Empfang des Informationssignals Ein ein, das aufge­ zeichnet oder übertragen werden soll. Der Eingangsteil schließt allgemein adaptive Signalbewertungsfilter 12 ein, die vorzugsweise eine Preemphasis eines höherfrequenten Signalanteils des Informationssignals Ein ergeben. Das Ausmaß der Preemphasis ist eine Funktion der Signalenergie, die in dem höherfrequenten Teil des Informationssignals gemessen wird. Der Expander- oder Ausgangsteil nach Fig. 5 weist ebenfalls ein Nachlauffilter 12A zur Erzielung einer komplementären Deemphasis des codierten Signals Ein auf, das dem Ein­ gangsanschluß 10A während des Empfangs oder der Wiedergabe zugeführt wird.

Die Filter 12 und 12A werden vorzugsweise in Verbindung mit Verstärkungssteuermodulen verwendet, um das Informations­ signal und das übertragene Signal während des Kompressions- bzw. Expansionsvorganges in komplementärer Weise zu komprimieren bzw. zu expandieren. Die Kompression und Expansion werden jeweils als eine Funktion der Signalenergie von zumindest einem Spektralbereich des übertragenen Signals durchgeführt. Entsprechend kann das Filter 12 mit einem allge­ mein mit 14 bezeichneten Kompressor verwendet werden, um ein Kompressorsystem (siehe Fig. 4) zur Kompression des Informationssignals Ein vor der Übertragung oder Aufzeichnung und zur Erzielung einer Preemphasis der Signalenergie in zumindest einem Spektralbereich des Informationssignals zu bilden. In gleicher Weise wird das Filter 12A mit einem allgemein mit 14A bezeichneten Expander verwendet, um ein Expansionssystem (siehe Fig. 5) zur Expansion und zur Erzielung einer Deemphasis des übertragenen Signals Ein zu bilden, das dem Systemeingangsanschluß 10A beim Empfang oder bei der Wiedergabe zugeführt wird.

Der Eingangsteil nach Fig. 4 weist einen Eingangspuffer und ein Bandpaßfilter 20 zur Begrenzung der Bandbreite des Informations­ signals auf, das durch den Eingangsteil hindurch übertragen wird. Allgemein ist die Bandbreite so ausgewählt, daß die gesamte Information durch den Eingangsteil hindurch übertragen wird. Das Ausgangssignal des Filters 20 wird dem Eingangsanschluß 22 des Verstär­ kungssteuermoduls 24 zugeführt. Das Steuermodul 24 weist einen Steueranschluß 26 auf, der zum Empfang eines Ver­ stärkungssteuersignals eingeschaltet ist, das weiter un­ ten näher erläutert wird. Allgemein ist dieses Modul so konstruiert, daß es den gesamten Spektralbereich des durch das Filter 20 hindurch übertragenen Signals in Ab­ hängigkeit von und als Funktion des Steuersignals kom­ primiert, das dem Steueranschluß 26 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Moduls 24 wird dem Eingangsanschluß 30 eines einstellbaren Filters 28 zugeführt. Das Filter 28
ist bei der hier beschriebenen Ausführungsform so ausgelegt, daß es eine Preemphasis des höherfrequenten Spektralbereichs des komprimierten Signals bewirkt, das vom Ausgang des Moduls 24 aus zugeführt wird. Die Größe der Preemphasis hängt von der in dem höherfrequenten Teil des Signals enthaltenen Spektralenergie ab und ist eine Funktion hiervon. Das Ausgangssignal des Filters 28 wird dem Ausgangsanschluß 34 des Eingangsteils zugeführt, um das zu übertragende Signal Eout zu liefern, und es wird weiterhin der Rückführungsschaltung des Eingangsteils zugeführt.

Die Rückführungsschaltung liefert die beiden Steuer­ signale an das Verstärkungssteuermodul 24 und das ein­ stellbare Filter 28. Die Rückführungsschaltung stellt vorzugsweise die Größe der Signalenergie in zwei Spektral­ bereichen der übertragenen Signale fest. Das dem Steuer­ anschluß 32 des Filters 28 zugeführte Steuersignal wird vorzugsweise von der Spektralenergie abgeleitet, die in dem höherfrequenten Spektralbereich des Signals enthalten ist. Im einzelnen wird das Ausgangssignal des Filters 28 gleichzeitig dem Eingang eines Hochfrequenz- Pegel-Preemphasisfilters 3E und dem Eingang eines Nieder­ frequenz-Pegelformungsfilters 38 zugeführt. Die Filter 36 und 38 sind vorzugsweise jeweils Bandpaßfilter, die so konstruiert sind, daß sie die gemessene Signalenergie in den beiden Spektralbereichen weiterleiten. Wenn die be­ schriebene Ausführungsform zur Verarbeitung von Tonfre­ quenzsignalen verwendet wird, so ist das Hochfrequenz- Pegel-Preemphasisfilter 36 ein Bandpaßfilter, das den größten Teil der Signalenergie zwischen ungefähr 2 kHz und 10 kHz weiterleitet, wobei der größte Teil des Kanal­ rauschens in diesem Bereich liegt. Das Niederfrequenz- Pegelformungsfilter ist ein Bandpaßfilter, das den größten Teil der Signalenergie zwischen ungefähr 50Hz und 5 kHz weiterleitet, wobei in diesem Bereich der größte Teil der Signalinformation enthalten ist. Die Filter 36 und 38 können jedoch auch so ausgelegt werden, daß sie andere Bandpaßbereiche übertragen. Beispielsweise können die Filter 36 und 38 Frequenzdurchlaßkurven aufweisen, die im wesentlichen zueinander invers sind, so daß die Signal­ energie in dem durch das Filter 20 bestimmten Frequenz­ band, die nicht durch das eine der Filter 36 und 38 über­ tragen wird, durch das andere dieser Filter 36 und 38 übertragen wird.

Die Ausgangssignale der Filter 36 und 38 werden den Ein­ gängen jeweiliger Pegeldetektoren 40 und 42 zugeführt. Diese Pegeldetektoren liefern jeweils ein Gleichspan­ nungsausgangssignal als Funktion der Signalenergie, die an ihrem Eingang gemessen wird. Das Gleichspannungsaus­ gangssignal kann beispielsweise eine Funktion des Effek­ tivwertes, des Mittelwertes oder der Spitzenwerte der Signalenergie sein, die momentan gemessen wird, wobei Effektivwert-Meßtechniken bevorzugt werden. Damit ist das Ausgangssignal jedes Pegeldetektors 40 und 42 ein Maß des Pegels oder der Amplitude der Signalenergie des übertra­ genen Signals innerhalb des Grenzbereiches des jeweiligen Filters, das das Eingangssignal liefert. Weil das Filter 36 lediglich relativ höherfrequente Energie durchläßt, kann das Ausgangssignal des Pegeldetektors 40 zur Steue­ rung des einstellbaren Filters 28 dadurch verwendet wer­ den, daß das Ausgangssignal des Detektors 40 mit dem Steueranschluß 32 des Filters 28 verbunden wird.

Der Ausgang des Pegeldetektors 42 ist mit dem Steueran­ schluß 26 des Verstärkungssteuermoduls 24 verbunden, um eine Kompression über im wesentlichen die gesamte Band­ breite des von dem Filter 20 übertragenen Signals auf der Grundlage der Signalenergie in dem niederfrequenten Band zu bewirken, das von dem Niederfrequenzfilter 38 durch­ gelassen wird.

Der Expander- oder Ausgangsteil nach Fig. 5 schließt allgemein die gleichen Elemente wie der Eingangsteil nach Fig. 4 ein, die jedoch modifiziert und in anderer Weise derart angeordnet sind, daß sich eine Frequenzbewertungsfunktion ergibt, die im wesentlichen das Komplement der Bewertungsfunktion des Eingangsteils nach Fig. 4 ist. Entsprechend ist der Eingangsanschluß 10A so ausgebildet, daß er das übertragene Signal Ein empfängt, und er ist mit dem Ein­ gangsanschluß des Eingangspuffers und Bandpaßfilters 20A verbunden. Das letztere ist im wesentlichen identisch zum Filter 20 nach Fig. 4. Der Ausgang des Filters 20A ist mit dem Eingangsanschluß 30A eines einstellbaren Filters 28A verbunden. Der Ausgang des Filters 28A ist mit dem Eingangsanschluß 22A des Verstärkungssteuermoduls 24A verbunden, dessen Ausgang mit dem Ausgangsanschluß 34A des Ausgangsteils verbunden ist, um das expandierte Signal Eout zu liefern. Die den Steueranschlüssen 32A und 26A zugeführten Steuersignale werden durch eine Vorwärts­ steuerschaltung geliefert, die im wesentlichen zur Rück­ führungsschaltung des Eingangsteils nach Fig. 4 identisch ist. Die Vorwärtssteuerschaltung wird dadurch gebildet, daß der Ausgang des Filters 20A mit dem Eingang der Filter 36A und 38A verbunden ist. Diese Filter sind im we­ sentlichen hinsichtlich ihrer Übertragungseigenschaften identisch zu den entsprechenden Filtern 36 und 38 des Eingangsteils. Die Ausgänge der Filter 36A und 38A sind jeweils mit den Eingängen von Detektoren 40A und 42A ver­ bunden. Der Ausgang des Detektors 40A ist mit dem Steuer­ anschluß 32A des einstellbaren Filters 28A verbunden.

Das Ausgangssignal des Detektors 40A bildet somit das Steuersignal zur Steuerung der auf den höherfrequenten Teil des durch das Filter 28A übertragenen Signals aufgeprägten Verstärkung, um die gewünschte Deemphasis während des Expansionsvorgangs zu erzielen. Diese Deemphasis ist das Komplement der Größe der Preemphasis während des Kompressions­ vorgangs. Der Ausgang des Detektors 42A ist mit dem Steueranschluß 26A des Verstärkungssteuermoduls 24A ver­ bunden. Das Ausgangssignal des Detektors 42A bildet damit das Steuersignal zur Steuerung der Signalverstärkung, die auf das der Deemphasis unterworfene Signal aufgeprägt wird, um die komplementäre Expansion während des Expansions­ vorgangs zu erzielen.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Eingangs- und Ausgangsteile nach den Fig. 4 und 5 werden ausführlicher anhand der Fig. 6 bis 8 erläutert. Wie dies insbesondere aus Fig. 6 zu erkennen ist, ist der Eingangsanschluß 10 des Systems mit dem Bandpaßfilter 20 verbunden, das die Bandbreite des dem Anschluß 10 zugeführten Informations­ signals begrenzt und eine Pufferung des Eingangsanschlusses 10 gegenüber dem übrigen Teil des Eingangsteils bewirkt. Wenn das Informationssignal ein Tonfrequenz­ signal ist, so ist das Bandpaßfilter 20 vorzugsweise so ausgelegt, daß es die gesamte Signalenergie zwischen un­ gefähr 20 Hz und 20 kHz durchläßt. Ein derartiges Filter ist in den US-Patentschriften 4 101 849 und 4 136 314 be­ schrieben, obwohl auch andere derartige Filter in der Technik bekannt sind. Das Ausgangssignal des Filters 20 ist mit einem Kondensator 100 verbunden, der seinerseits mit einem Widerstand 102 in Serie geschaltet ist. Der Widerstand 102 ist mit dem Eingangsanschluß 22 des Verstärkungssteuermoduls 24 verbunden. Das Modul 24 kom­ primiert allgemein ein seinem Eingang zugeführtes Signal mit einer einstellbaren Verstärkung, die eine Funktion des Steuersignals ist, das dem Steueranschluß 26 vom Ver­ bindungspunkt 206 nach Fig. 7 zugeführt wird. Das Modul 24 kann von irgendeinem Typ von Verstärkungssteuerschal­ tung zur Erzielung einer Kompression sein und es wird vorzugsweise ein spannungsgesteuerter Verstärker (VCA) von dem Typ verwendet, wie er in der US-Patentschrift 3 789 143 beschrieben ist. Es ist verständlich, daß auch andere Schaltungen zur Erzielung einer veränderlichen Verstärkung in Abhängigkeit von einem Befehls- oder Steuersignal bekannt sind. Beispielsweise könnte ein lichtempfindlicher Widerstand oder ein Feldeffekttransi­ stor oder ein Element eines Spannungsteilers oder ein be­ kannter Analogmultiplizierer unter Verwendung symmetri­ scher Halbleiterteile oder dergleichen verwendet werden. Der bevorzugte spannungsgesteuerte Verstärker dient zur Steuerung der Verstärkung, die auf das Eingangssignal aufgeprägt wird, proportional zu dem Pegel des Steuersig­ nals am Verbindungspunkt 206, wenn dieser Pegel in Decibel ausgedrückt ist. Der spannungsgesteuerte Verstär­ ker liefert damit eine Kompression, bei der die Ausgangs­ pegel zu den Eingangspegeln in Decibel in einem im we­ sentlichen konstanten Verhältnis zueinander stehen, das kleiner als Eins ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist dieser spannungsgesteuerte Verstärker so eingestellt, daß er ein Kompressionsverhältnis von 2 : 1 ergibt. Der Ausgang des Moduls 24 ist mit dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 104 verbunden, dessen nicht-invertieren­ der Eingang mit der Systemerde verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 104 ist über einen Gegenkopplungs­ kondensator 106 und einen Gegenkopplungswiderstand 108 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbun­ den. Der Ausgang des Verstärkers 104 ist weiterhin mit dem Eingangsanschluß 30 des einstellbaren Filters 28 ver­ bunden.

Das steuerbare Filter 28 weist vorzugsweise einen Ein­ gangsanschluß 30 auf, der mit einem Kondensator 110 ver­ bunden ist, der seinerseits mit einem Widerstand 112 und einem Kondensator 114 verbunden ist. Der Widerstand 112 und der Kondensator 114 sind miteinander und mit einem Widerstand 116 verbunden. Der letztere Widerstand ist seinerseits mit dem Eingangsanschluß 118 eines Verstär­ kungssteuermoduls 120 verbunden. Das Verstärkungssteuer­ modul 120 ist vorzugsweise identisch zu dem Modul 24 und ist daher vorzugsweise ein spannungsgesteuerter Verstär­ ker von dem in der US-Patentschrift 3 789 143 beschriebe­ nen Typ. Entsprechend empfängt das Modul 120 ein Steuer­ signal am Steuersignalanschluß 32 vom Verbindungspunkt 188 nach Fig. 7, wobei die Schaltung nach Fig. 7 weiter unten ausführlicher erläutert wird. Das Modul 120 ist vorzugsweise so eingestellt, daß es das gleiche Kom­ pressionsverhältnis wie das Modul 24 ergibt, d. h. ein bevorzugtes Kompressionsverhältnis von 2 : 1. Wie dies noch näher verständlich wird, enthält das Eingangssignal am Eingangsanschluß 118 jedoch im wesentlichen lediglich die Signalenergie in einem höherfrequenten Teil des Eingangssig­ nals. Vorzugsweise ist dieser höherfrequente Teil die Sig­ nalenergie oberhalb von 2000 Hz, obwohl dieser Wert nicht bindend ist. Der Ausgang des Moduls 120 ist mit dem in­ vertierenden Eingang eines Verstärkers 122 verbunden, dessen nicht-invertierender Eingang mit Systemerde verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 122 ist über einen Gegenkopplungswiderstand 124 und über einen Kon­ densator 126 mit dem invertierenden Eingang dieses Ver­ stärkers verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 122 ist weiterhin mit einem Kondensator 128 und einem Widerstand 130 verbunden. Der Kondensator 128 und der Widerstand 130 sind miteinander und mit einem Widerstand 132 verbunden. Der letztere ist seinerseits über einen Widerstand 134 mit dem Eingangsanschluß 30 des Filters verbunden. Der Widerstand 132 ist weiterhin mit dem invertierenden Ein­ gang eines Verstärkers 136 verbunden, dessen nicht-inver­ tierender Eingang mit Systemerde verbunden ist. Der Aus­ gang des Verstärkers 136 ist mit seinem invertierenden Eingang über die in Serie geschalteten Widerstände 138 und 140 verbunden. Ein Gegenkopplungskondensator 142 ist parallel zwischen dem Ausgang des Verstärkers 136 und dem durch die Widerstände 138 und 140 gebildeten Verbin­ dungspunkt angeschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 136 ist weiterhin über einen Kondensator 144 mit dem Wider­ stand 146 verbunden. Dieser ist seinerseits über einen Widerstand 148 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 116 und dem Eingangsanschluß 118 des Moduls 120 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen dem Wider­ ständen 146 und 148 ist mit einem Kondensator 150 verbun­ den, der seinerseits über einen Widerstand 152 mit Systemerde verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 136 ist direkt mit dem Systemausgangsanschluß 34 verbunden, um das zu übertragende Signal Eout zu liefern. Dieser Ausgangs­ anschluß ist mit dem Eingangsanschluß 160 des Rückfüh­ rungsdetektorpfades der Schaltung nach Fig. 7 ver­ bunden.

Gemäß Fig. 7 ist der Eingangsanschluß 160 mit dem Eingang eines Hochfrequenz-Pegel-Preemphasisfilters 36 und mit dem Eingang eines Niederfrequenz-Pegelformungsfilters 38 verbunden. Im einzelnen ist der Anschluß 160 mit einem Kondensator 162 des Filters 36 verbunden. Der Kondensator 162 ist seinerseits mit einem Kondensator 164 verbunden, der seinerseits mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Verstärkers 166 und über einen Widerstand 168 mit Systemerde verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 166 ist direkt mit seinem invertierenden Eingang und über einen Gegenkopplungswiderstand 170 mit dem Verbindungs­ punkt zwischen den Kondensatoren 162 und 164 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 166 ist weiterhin über einen Kondensator 172 mit einem Widerstand 174 verbunden. Der letztere ist seinerseits über einen Kondensator 176 mit Systemerde und über einen Widerstand 178 mit dem Eingang eines Pegeldetektors 40 verbunden. Der Pegeldetektor 40 ist vorzugsweise ein Effektivwert-Pegeldetektor, wie er beispielsweise in der US-PS 3 789 143 beschrieben ist. Der bevorzugte Effektivwert-Detektor liefert insbesondere ein Gleichspannungs-Ausgangssignal, das logarithmisch auf den momentanen Effektivwert des Signals bezogen ist, der seinem Eingang vom Ausgang des Filters 36 aus zugeführt wird. Es ist zu erkennen, daß, obwohl ein Effektivwert- Pegeldetektor bevorzugt wird, auch andere Detektoren ver­ wendet werden können, wie beispielsweise ein den Mittel­ wert oder einen Spitzenwert liefernder Detektor. Der Aus­ gang des Detektors 40 ist mit einem Widerstand 180 ver­ bunden, der seinerseits über einen Kondensator 182 mit Systemerde verbunden ist. Der Widerstand 180 ist weiter­ hin über einen Widerstand 184 mit dem Schleifer eines Potentiometers 186 verbunden, dessen übrige Anschlüsse in geeigneter Weise mit positiven und negativen Potential­ quellen verbunden sind. Der durch den Widerstand 180, den Kondensator 182 und den Widerstand 184 gebildete Verbin­ dungspunkt ist mit dem Steueranschluß 32 des Moduls 120 des steuerbaren Filters 28 nach Fig. 6 verbunden.

Der Anschluß 160 ist weiterhin mit einem Niederfrequenz- Formungsfilter 38 dadurch verbunden, daß der Anschluß 160 mit einem Kondensator 190 verbunden ist, der seinerseits mit einem Widerstand 192 verbunden ist. Der letztere ist über einen Kondensator 194 mit Systemerde und über einen Widerstand 196 mit dem Eingang eines Pegeldetektors 42 verbunden. Der Detektor 42 ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, identisch zum Detektor 40 und ist damit vorzugsweise ein Effektivwert-Pegeldetektor, wie er in der US-Patentschrift 3 789 143 beschrieben ist, obwohl die Zeitkonstanten der Detektoren 40 und 42 in unter­ schiedlicher Weise eingestellt sind, so daß der Detektor 40, der mit einer schnelleren Zeitkonstante versehen ist, schneller anspricht als der Detektor 42, weil sich die höherfrequente Signalenergie schneller ändert als die nieder­ frequente Signalenergie. Der Ausgang des Detektors 42 ist mit einem Widerstand 198 verbunden, der seinerseits über einen Kondensator 200 mit Systemerde und über einen Widerstand 202 mit dem Schleifer eines Potentiometers 204 verbunden ist. Die übrigen Anschlüsse des Potentiometers 204 sind in geeigneter Weise durch positive und negative Spannungen vorgespannt, wie dies in der Technik gut be­ kannt ist. Der durch den Widerstand 198, den Kondensator 200 und den Widerstand 202 gebildete Verbindungspunkt 206 ist mit dem Steueranschluß 26 des Moduls 24 nach Fig. 6 verbunden. Es ist zu erkennen, daß die relativen Signalpegel der Ausgänge der Detektoren 40 und 42 in ge­ nauer Weise durch die Einstellung der Potentiometer 186 und 204 voreingestellt werden können.

Die bevorzugte Ausführungsform des Ausgangsteils ist in Fig. 8 in Kombination mit der Detektorschaltung nach Fig. 7 gezeigt. Im einzelnen empfängt der Eingangsanschluß 10A das übertragene Signal Ein. Der Anschluß 10A ist mit dem Eingang des Eingangspuffers und Bandpaßfilters 20A ver­ bunden, das identisch zum Filter 20 des Eingangsteils ist und in Fig. 6 dargestellt ist. Der Ausgang des Bandpaß- Filters 20A ist mit dem Eingang 30A eines steuerbaren Filters 28A verbunden. Weil der gleiche Detektorpfad in dem Ausgangsteil und in dem Eingangsteil verwendet wird, jedoch lediglich als Vorwärtssteuerschaltung ver­ wendet wird, ist der Ausgang 20A mit dem Eingangsanschluß 160 des Detektorpfades nach Fig. 7 verbunden. Der Ein­ gangsanschluß 30A des Filters 28A ist mit einem Kondensa­ tor 220 verbunden. Der Kondensator 220 ist seinerseits über die Parallelschaltung eines Widerstandes 222 und eines Kondensators 224 mit einem Widerstand 226 verbun­ den. Der Widerstand 226 ist seinerseits mit dem Eingang 228 eines Moduls 230 verbunden. Das letztere ist iden­ tisch zu den Modulen 24 und 120 des Eingangsteils und bildet daher vorzugsweise einen spannungsgesteuerten Ver­ stärker der in der US-Patentschrift 3 789 143 beschrie­ benen Art, mit der Ausnahme, daß der Verstärker so einge­ stellt ist, daß er eine Expansion mit einem Expansions­ faktor liefert, der das exakte Komplement des Kom­ pressionsfaktors bildet, der mit Hilfe des Moduls 120 des Kompressorsystems nach den Fig. 6 und 7 erzielt wird.

Damit ist bei dem hier beschriebenen Ausgangsteil das Modul 230 so eingestellt, daß es ein Expansionsverhältnis von 1 : 2 ergibt. Der Steueranschluß 32A des Moduls 230 ist zum Empfang des Ausgangssignals vom Verbindungspunkt 188 der Vorwärtssteuer-Detektorpfadschaltung angeschaltet, die identisch zu der in Fig. 7 gezeigten Schaltung ist. Der Ausgang des Moduls 230 ist mit dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 232 verbunden, dessen nicht-invertie­ render Eingang mit Systemerde verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 232 ist über einen Gegenkopplungskonden­ sator 234 mit seinem invertierenden Eingang, über die in Serie geschalteten Widerstände 236 und 238 mit seinem in­ vertierenden Eingang und über einen Kondensator 240 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 236 und 238 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 232 ist wei­ terhin über einen Widerstand 242 mit dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 244 verbunden, dessen nicht-in­ vertierender Eingang mit Systemerde verbunden ist. Der invertierende Eingang des Verstärkers 244 ist weiterhin mit dem Ausgang des Filters 20A durch einen Tiefpaßfil­ terabschnitt verbunden, der Widerstände 246, 248 und 250 und einen Kondensator 252 einschließt. Im einzelnen ist der Ausgang des Filters 20A über einen Widerstand 246 mit dem Kondensator 252 verbunden, der seinerseits über den Widerstand 250 mit Systemerde verbunden ist. Der Verbin­ dungspunkt zwischen dem Widerstand 246 und dem Kondensa­ tor 252 ist über einen Widerstand 248 mit dem invertie­ renden Eingang des Verstärkers 244 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 244 ist über die in Serie geschalteten Widerstände 254 und 256 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 244 ist weiterhin über einen Kondensator 258 mit dem zwischen den Widerständen 254 und 256 gebildeten Verbin­ dungspunkt verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 244 ist weiterhin über einen Kondensator 260 mit einem Widerstand 262 verbunden, der seinerseits mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 226 und dem Eingangsanschluß 228 des Moduls 230 verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwi­ schen dem Ausgang des Verstärkers 244 und dem Kondensator 260 bildet den Ausgang des einstellbaren Filters, der mit einem Kondensator 264 verbunden ist. Der letztere ist seinerseits mit einem Widerstand 266 verbunden. Der Widerstand 266 ist mit dem Eingangsanschluß 22A des Mo­ duls 24A verbunden. Das Modul 24A ist identisch zu dem Verstärkungssteuermodul 230 und wird damit vorzugsweise durch einen spannungsgesteuerten Verstärker gebildet, wie er in der US-Patentschrift 3 789 143 beschrieben ist. Das Modul 24A ist so eingestellt, daß es eine Signalexpansion in komplementärer Weise zu der Signalkompression liefert, die das Modul 24 in dem Eingangsteil liefert, wobei vor­ zugsweise das gleiche Expansionsverhältnis wie beim Modul 230 gewählt ist, d. h. ein Expansionsverhältnis von 1 : 2. Der Steueranschluß 26A des Moduls 24A ist mit dem Verbin­ dungspunkt 206 des Detektorpfades für die Schaltung nach Fig. 7 verbunden. Der Ausgang des Moduls 24A ist mit dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 268 verbunden, dessen nicht-invertierender Eingang mit Systemerde verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 268 ist über einen Gegenkopplungswiderstand 270 mit dem invertierenden Eingang und über einen Kondensator 272 mit dem invertie­ renden Eingang verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 268 bildet den Ausgang des Ausgangsteils am Anschluß 34A, um das Ausgangssignal Eout zu liefern.

Im folgenden wird die Betriebsweise der Eingangs- und Ausgangsseite beschrieben. Ein Informationssignal Ein wird dem Eingangsanschluß 10 zugeführt, wenn es erwünscht ist, das Signal durch ein dynamisch begrenztes, frequenzabhän­ giges Kanalfenster wie beispielsweise gemäß Fig. 1 zu übertragen oder aufzuzeichnen. Wenn das Verstärkungs­ steuermodul 24 so eingestellt ist, daß es eine Signal­ kompression mit einem Verhältnis von 2 : 1 liefert, und das einstellbare Filter 28 eine Preemphasis bei einem Kom­ pressionsverhältnis von 2 : 1 liefert, dann kann das System dazu verwendet werden, ein Programmsignal von 100 dB auf einem Kassettentonband aufzuzeichnen, das einen Frequenz­ gang aufweist, der ähnlich dem nach Fig. 1 ist, ohne daß sich eine Verzerrung ergibt. Das Eingangssignal Ein wird zunächst in dem Filter 20 gefiltert und dann dem Ein­ gangsanschluß 22 des Verstärkungssteuermoduls 24 zuge­ führt. Die gesamte Signalenergie in der interessierenden Bandbreite wird von dem Filter 20 durchgelassen und in dem Modul 24 in Abhängigkeit von dem Steuersignal kompri­ miert, das von dem Verbindungspunkt 206 nach Fig. 7 zuge­ führt wird. Die Kompression erfolgt mit einem Kompres­ sionsverhältnis von 2 : 1, wobei die auf das Signal von dem Modul 24 auf geprägte Verstärkung sich in Abhängigkeit von dem Pegel ändert, der dem Steueranschluß 26 vom Pegelde­ tektor 42 zugeführt wird. Das komprimierte Signal wird dann über die durch den Verstärker 104 gebildete Ver­ stärkerstufe weitergeleitet und dem einstellbaren Filter 28 zugeführt. Dieses Filter ergibt eine Preemphasis, die eine Funktion der Signalenergie ist, die von dem Hochfre­ quenz-Pegel-Preemphasisfilter 36 des Detektorpfades nach Fig. 7 festgestellt wird. Die Größe der Preemphasis än­ dert sich derart, daß dann, wenn die festgestellte höherfrequente Energie niedrig ist, das Modul dieser Energie tatsächlich über das Grundrauschen des Kanals anhebt. Wenn andererseits die festgestellte höherfrequente Energie hoch ist und einen Pegel bei oder in der Nähe des oder oberhalb des maximalen Signalpegels des Kanals aufweist, so verringert das Modul 120 den höherfrequenten Teil des durch das Filter übertragenen Signals unter den maximalen Signal­ pegel des Kanals, um sicherzustellen, daß das Signal innerhalb der Kanalgrenzen bleibt, die durch das Kanal­ fenster festgelegt sind. Der vorstehende Vorgang wird er­ reicht, weil die niederfrequente Information (vorzugsweise unterhalb von ungefähr 800 Hz) an einer Übertragung zum Modul 120 gehindert ist und um dieses Modul herum über den Verstärker 136 übertragen wird. Im einzelnen wird lediglich die höherfrequente Energie (vorzugsweise be­ ginnend bei ungefähr 800 Hz) zum Modul 120 übertragen, und zwar aufgrund der Verwendung der Kondensatoren 110 und 144. Als Ergebnis prägt das Modul 120 eine Verstär­ kung auf dem höherfrequenten Teil des Signals oberhalb der bevorzugten Grenzfrequenz von ungefähr 800 Hz auf, das dem Eingangsanschluß 118 zugeführt wird, während gleich­ zeitig eine geringe Neigung des Spektrums unterhalb von ungefähr 800 Hz auftritt. Die aufgeprägte Verstärkung ist eine Funktion des Steuersignals, das dem Steueranschluß 32 von dem Verbindungspunkt 188 aus der Detektorschaltung nach Fig. 7 zugeführt wird. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Kompression des höherfrequenten Teils des Signals vorzugsweise mit einem Verhältnis von bis zu 2 : 1, um die erforderliche Premphasis zu erzielen. Weil das dem Steueranschluß 32 zugeführte Steuersignal von einem höherfrequenten Spektralbereich des durch den Eingangsteil übertragenen Informationssignals abgeleitet wird, ist die Größe der Hochfrequenz-Preemphasis in genauerer Weise eine Funktion der vorhandenen höherfrequenten Energie. Diese Kompression der höherfrequenten Energie wird im wesentlichen zu der Kom­ pression addiert, die sich in dem Modul 24 ergibt, so daß (1) eine größere Kompression in dem höherfrequenten Spektralbereich auftritt, d. h. ein 4 : 1-Kompressionsverhältnis, als im niederfrequenten Bereich, in dem ein Kompressionsverhältnis von 2 : 1 erzeugt wird, und (2) das Kompressionsverhältnis sich zwischen diesen Frequenzbereichen gleichförmig ändert. Entsprechend gut bekannter Techniken hat die Preemphasis die Wirkung einer Verstärkung (oder Anhebung) des höherfrequenten Teils eines Informationssignals, das eine ge­ ringe Energie im höherfrequenten Spektralbereich aufweist, während eine Dämpfung oder Verringerung des höherfrequenten Teils von Informationssignalen erfolgt, die eine hohe Energie in den höherfrequenten Beeichen aufweisen. Dies hat die Wirkung, daß eine niedrige Energie aufweisende höherfrequente Teile der Informationssignale angehoben werden, um diese Teile über das Grundrauschen des Kanals anzuheben, während Signale mit eine hohe Energie aufweisenden höherfrequenten Teilen ge­ dämpft werden, um sie unter den maximalen Signalpegel des Kanals zu bringen. Das zu übertragende Signal, das komprimiert und einer Preemphasis unterworfen wurde, wird damit am Ausgangsanschluß 34 geliefert, von wo aus dieses Signal dann über den frequenzabhängigen Kanal wie beispielsweise gemäß Fig. 1 übertragen oder auf diesem aufgezeichnet werden kann.

Es ist zu erkennen, daß das Ausgangssignal am Anschluß 34 am Anschluß 160 des Detektorpfades gemessen wird, in dem die höher- und niederfrequenten Bereiche durch Filter 36 und 38 voneinander getrennt werden. Ein Gleichspannungssignal, das dem momentanen Effektivwert am Ausgang jeder der Filter 36 und 38 entspricht, wird nach­ folgend durch die bevorzugten Pegeldetektoren 40 und 42 geliefert. Das von dem Detektor 40 gelieferte Ausgangs­ signal wird dem Verbindungspunkt 188 zugeführt, von wo aus es dann dem Steueranschluß 32 des Codiersystems zuge­ führt wird. In ähnlicher Weise wird ein Gleichspannungs­ ausgangssignal des Detektors 42, das vorzugsweise den mo­ mentanen Effektivwert des Ausgangssignals des Filters 38 darstellt, dem Steueranschluß 26 des Moduls 24 zuge­ führt. Es ist verständlich, daß durch die Verwendung eines Steuersignals, das proportional zur Größe der höher­ frequenten Signalenergie ist, eine maximale Ausnutzung des Dynamikbereichs des Kanals erzielt werden kann.

Wenn das übertragene Signal Ein, das von dem Übertragungs- oder Aufzeichnungskanal empfangen wird, expandiert wird, so arbeitet das Ausgangsteil in einer komplementären Weise zu der des Eingangsteils, um das übertragene Signal in der ursprünglichen Form wiederherzustellen, die es vor der Kompression hatte. Das übertragene Signal Ein wird beim Empfang oder bei der Wiedergabe dem Eingangsanschluß 10A zugeführt. Das Filter 20A entfernt irgendwelche unterhalb oder oberhalb der Bandbreite des Informationssignals liegende Störungen oder Rauschen, bevor dieses Signal dem Ein­ gangsanschluß 30A des steuerbaren Filters 28A zugeführt wird. Das steuerbare Filter 28A bewirkt eine Deemphasis des übertragenen Signals in einer Weise, die kom­ plementär zu der Preemphasis ist, die während des Kompressions­ vorgangs erzielt wurde. Im einzelnen wird der höherfre­ quente Teil des übertragenen Signals zum Eingangsanschluß 228 des Moduls 230 übertragen. Der höherfrequente Teil des Signals wird daher mit einem Verhältnis expandiert, das komplementär zum Kompressionsverhältnis des Moduls 120 ist. Entsprechend wird bei der bevorzugten Ausführungs­ form der höherfrequente Teil des Signals im wesentlichen mit einem maximalen Verhältnis von 1 : 2 expandiert. Die Größe der auf diesen Teil des Signals aufgeprägten Ver­ stärkung ändert sich in Abhängigkeit von dem Steuersig­ nal, das dem Steueranschluß 32A zugeführt und von dem Verbindungspunkt 188 des Pegeldetektorpfades nach Fig. 7 geliefert wird. Die Kondensatoren 220 und 260 verhindern, daß die niederfrequenten Teile des Signals dem Eingangs­ anschluß 228 des Moduls 230 zugeführt werden. Diese nie­ derfrequente Signalenergie wird über den Verstärker 244 geleitet. Der Ausgang des Filters wird dem Eingangsan­ schluß 22A des Moduls 24A zugeführt, das seinerseits das gesamte Signal wiederum mit einem Verhältnis expandiert, das komplementär zu dem Kompressionsverhältnis in dem ur­ sprünglichen Modul 24 des Eingangsteils nach Fig. 6 ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform expandiert das Modul 24A das Signal damit mit einem 1:2-Expansionsverhältnis. Die auf das Signal über das gesamte Spektrum der inter­ essierenden Bandbreite aufgeprägte Verstärkung ist damit eine Funktion des Steuersignals, das dem Anschluß 26A von dem Verbindungspunkt 206 nach Fig. 7 zugeführt wird. Der Ausgang des Moduls 24A wird über den Verstärker 268 dem Ausgang 34A zugeführt, wobei das Ausgangssignal Eout dem wiederhergestellten Signal Ein entspricht, das ursprüng­ lich dem Eingangsanschluß 10 des Eingangsteils zugeführt wurde.

Es ist verständlich, daß die speziellen Kompressions- und Expansionsteile in spezieller Weise ausgelegt werden können, um mit einem speziellen Übertragungs- oder Auf­ zeichnungskanal verwendet zu werden.

Bei speziellen Werten der Bauteile der beschriebenen Schaltungen ähnelt der Frequenzgang des Hochfrequenzfilters 36 sowohl für den Eingangsteil als auch für den Ausgangsteil der Schaltungsanordnung dem Frequenzgang nach Fig. 9, während der Frequenzgang des Niederfrequenzfilters 38 sowohl für den Eingangsteil als auch für den Ausgangsteil dem Frequenzgang nach Fig. 10 ähnelt. Die Moduln 24 und 24A ergeben keine Preemphasis oder Deemphasis. Die Moduln 120 und 230 ergeben jedoch die jeweilige Preemphasis und Deemphasis in dem höherfrequenten Spektralbereich von ungefähr 800 Hz bis 20 kHz.

Die Preemphasis-Frequenzeigenschaften des einstellbaren Filters 28 des Eingangsteils ergeben einen leicht geneigten Frequenzgang bis zu ungefähr 800 Hz, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Die maximale Anhebung, die während des Kompressionsvorganges erzeugt wird, weist eine Rate von +12 dB/Oktave (das positive Vorzeichen zeigt eine Ver­ stärkung an) und eine maximale Absenkung mit einer Rate von ungefähr -6 dB/Oktave auf (wobei das negative Vorzeichen eine Dämpfung anzeigt). Die Deemphasis-Frequenz­ charakteristik des einstellbaren Filters 28A ergibt das exakte Komplement zu der des Filters 28. Während des Expansionsvorgangs liegt damit die maximale Anhebung bei einer Rate von +6 dB/Oktave, und die maximale Absenkung weist eine Rate von -12 dB/Oktave auf.

Die beschriebene Ausführungsform ergibt eine das Rauschen verringernde Schaltungsanordnung, bei der die adaptive Signalbewertung in einer Weise erfolgt, die eine Funktion der Energiepegel in dem höherfrequenten Teil des übertragenen Signals ist, so daß sich eine genauere Preemphasis ergibt, um den Übertragungs- oder Aufzeich­ nungskanal besser auszunutzen. Die Steuerfunktion der Schaltungsanordnung, die die Kompression oder Expansion über die ge­ samte Bandbreite des interessierenden Signals ergibt, wird von dem Verhältnis der Energiepegel im wesentlichen von einem Teil des Spektrums abgeleitet, so daß sich eine Kompression und Expansion über die gesamte Bandbreite er­ gibt. Die Preemphasis des höherfrequenten Teils des Signals, die während der Kompression durchgeführt wird, liegt vor­ zugsweise oberhalb von 800 Hz für eine Aufzeichnung auf einem Kassettentonband, weil in diesem Bereich der größte Rauschanteil liegt.

Es ist verständlich, daß verschiedene Abänderungen der beschriebenen Ausführungsformen der Eingangs- und Ausgangsteile durchgeführt werden können. Beispielsweise ist es zu erkennen, daß, während bei dem Eingangsteil nach Fig. 4 und dem Teil gemäß Fig. 6 das Filter 20, das Verstärkungs­ steuermodul 24 und das einstellbare Filter 28 in Serie geschaltet sind, es ohne weiteres möglich ist, die Ver­ bindung des Moduls 24 und des Filters 28 umzukehren. Ähn­ liches gilt für den Ausgangsteil nach Fig. 5 und den in Fig. 8 gezeigten Teil, bei dem das Filter 20A, das ein­ stellbare Filter 28A und das Verstärkermodul 24A in Serie geschaltet sind, weil auch hier das Filter 28A und das Modul 24A in umgekehrter Weise miteinander verbunden werden können. Auf diese Weise könnte eine Schaltungsanordnung so aufgebaut werden, daß sie wahlweise ein Signal komprimiert und expandiert, wobei die gleiche Verbindungsreihenfolge des Filters und des Moduls verwendet wird und ein Wahlschalter vorgesehen ist, um die Eingänge der Filter 36 und 38 einerseits mit dem Ausgangsanschluß der Schaltungsanordnung bei der Kompression des am Eingangsanschluß empfangenen In­ formationssignals und andererseits mit dem Eingangsanschluß der Schaltungsanordnung zu verbinden, wenn das am Ein­ gangsanschluß empfangene Informationssignal expandiert werden soll.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur Aufbereitung eines elektrischen Informationssignals mit vorgegebener Bandbreite für die Übertragung oder Aufzeichnung über oder auf einen Kanal und zur Wiedergewinnung des übertragenen oder aufgezeichneten Signals, wobei der Dynamikbereich des Kanals derart frequenzabhängig ist, daß der Dynamikbereich in einem ersten Spektralbereich innerhalb der Bandbreite des Informationssignals stärker begrenzt ist, als in einem anderen Spektralbereich innerhalb dieser Bandbreite, wobei die Schaltungsanordnung jeweils vor und nach dem Kanal anzuordnende, zueinander komplementäre Frequenz- und Verstärkungs-Charakteristiken aufweisende Reihenschaltungen aus je einer steuerbaren Filtereinrichtung (28, 28A) für den in dem ersten Spektralbereich liegenden Teil des Informationssignals in Abhängigkeit von einem ersten Steuer­ signal, das von ersten Einrichtungen (36, 40, 36A, 40A) in Abhängigkeit von der Signalenergie des Informationssignals im wesentlichen in einem Teil des ersten Spektralbereichs erzeugt wird, und aus je einer steuerbaren Verstärkereinrichtung (24, 24A) zur Verstärkung des Informationssignals in Abhängigkeit von einem zweiten Steuersignal einschließt, das von zweiten Einrichtungen (38, 42, 38A, 42A) in Abhängigkeit von der Signalenergie des Informa­ tionssignals im wesentlichen in einem Teil des anderen Spektralbereiches erzeugt wird, wobei die Eingangssignale der ersten und zweiten Einrichtungen am Ausgang bzw. Eingang der jeweiligen Reihenschaltung abgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstärkereinrichtungen (24, 24A) die Verstärkung des Informationssignals im wesentlichen über die gesamte vorgegebene Bandbreite bewirken, und daß in den beiden Filtereinrichtungen (28, 28A) in Abhängigkeit von dem ersten Steuersignal die Verstärkung derart gesteuert ist, daß der Dynamikbereich des Kanals in diesem ersten Spektralbereich nicht überschritten wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (36, 40, 36A, 40A) zur Erzeugung des ersten Steuersignals Einrichtungen (36, 36A) zur Messung der Signalenergie des Informationssignals oberhalb von ungefähr 2 kHz einschließen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (38, 42, 38A, 42A) zur Erzeugung des zweiten Steuersignals Einrichtungen (38, 38A) zur Feststellung der Signalenergie des Informationssignals unterhalb von ungefähr 5 kHz einschließen.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinrichtungen (24, 24A) jeweils einen spannungsgesteuerten Verstärker einschließen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den spannungsgesteuerten Verstärkern das Kompressions- bzw. Expansionsverhältnis 2 : 1 ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung der Steuersignale Detektoreinrichtungen (36, 36A, 40, 40A, 38, 38A, 42, 42A) zur Feststellung der Signalenergie innerhalb des zugehörigen Spektralbereichs einschließen.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen jeweils Einrichtungen (40, 40A, 42, 42A) zur Erzeugung eines Gleichspannungssignals als Funktion der entsprechenden festgestellten Signalenergie einschließen.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung der Gleichspannungssignale einen Effektivwertdetektor einschließen.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verstärkung der Filtereinrichtungen (28, 28A) zwischen einem Maximalwert von +12 dB/Oktave zu einem Minimum von -6 dB/Oktave ändert.