DE3515805A1

DE3515805A1 - Rauschunterdrueckungssystem

Info

Publication number: DE3515805A1
Application number: DE19853515805
Authority: DE
Inventors: Shigeru Tokorozawa Saitama Kato
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1984-05-02
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1985-11-21
Also published as: US4683449A; GB2160394A; GB2160394B; GB8511037D0

Description

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Rauschunterdrückungssystem

Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Rauschunterdrückungssystem oder -schaltkreis zur Verwendung in einem Audiogerät.

Rauschunterdrückungskreise sind in breitem Einsatz zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses in Audiosystemen, beispielsweise in Kassettentonbandgeräten. In letzter Zeit sind Rauschunterdrückungskreise auch bei PCM-Systemen eingesetzt worden, die eine relativ kleine Zahl von Bits pro Abtastwert verwenden, wie beispielsweise im allgemeinen bei 8 mm-Videosystemen üblich, wo man ein gutes Signal/ Rausch-Verhältnis sonst nicht erzielen könnte.

Der Rauschunterdrückungskreis ist im Falle einer Verwendung in einem AM- oder FM-System nicht durch Bandbreitenbegrenzungen beeinträchtigt. Auch in einem Kassettentonbandgerät steht gewöhnlich eine ausreichende Bandbreite (0 bis 20 KHz) zur Verfügung, so daß keine nachteiligen Wirkungen entstehen.

Fig. 1 zeigt ein Rauschunterdrückungssystem eines Kompaktkassetten-Tonbandgerätes. Bei der Aufzeichnung eines Eingangssignals auf einem Aufzeichnungsmedium werden Signale niedrigen Pegels von einem Kompressor (Kodierer) 1 vor der Aufzeichnung angehoben. Bei der Wiedergabe werden die vom Aufzeichnungsmedium abgespielten Signale von einem Expander (Dekodierer) 3 expandiert, um die Verstärkung der vom Kompressor 1 angehobenen Teile herabzusetzen.

Fig. 2 zeigt einen Rauschunterdrückungskreis, der im Kompressor 1 und im Expander 3 verwendet wird. In dieser

Zeichnung erkennt man einen Differenzverstärker 4, einen Emphasiskreis 5, einen Verstärker 6 mit regelbarer Verstärkung, einen Emphasiskreis 7, einen Gewichtungskreis 8, einen Pegeldetektor 9 und einen Kompressions-ZExpansions-Schalter 10. Der Schalter 10 befindet sich im Kompressionsbetrieb im Einschaltzustand und im Expansionsbetrieb im Ausschaltzustand. In dem Rauschunterdrückungssystem dieses Aufbaus kann der Pegel der Signalkomponente einer gegebenen Frequenz, die an einem Eingangssignalanschluß 11 in Fig. 1 anliegt, so eingestellt werden, daß er den gleichen Pegel bei der Ausgabe an einem Ausgangssignalanschluß 12 hat, weil die Bandbreite des Signals durch das Übertragungssystem, in diesem Falle das Aufzeichnungsmedium 2, nicht, verringert wird.

Diese Wirkung ist in den Figuren 3A bis 3C dargestellt. Die Figuren 3A bis 3C zeigen den Spannungspegel der Signalkomponente der Frequenz f.. an entsprechenden Punkten a, b und c in Fig. 1. Die Signalkomponente mit einem Spannungspegel ν gemäß Fig. 3A wird auf einen Spannungspegel u durch den Kompressor angehoben, indem dieser auf einen gewissen Verstärkungsgrad eingestellt wird, bevor das Signal auf dem Aufzeichnungsmedium 2 aufgezeichnet wird. Bei der Wiedergabe wird das abgespielte Signal, das durch das Aufzeichnungsmedium 2 in der Bandbreite nicht verringert worden ist, dem Expander 3 zugeführt. In dem Expander 3 wird der Spannungspegel auf einen Pegel w herabgesetzt, bevor er dem Ausgangssignalanschluß 12 zugeführt wird.

In dem Rauschunterdrückungskreis nach Fig. 2 ist der Eingang am Pegeldetektor 9 während der Aufzeichnung der gleiche wie der Eingang an dem Pegeldetektor 9 während der Wiedergabe, wenn in dem Übertragungssystem keine Bandbreitenbegrenzung eintritt. Daher ist die Verstärkung des regelbaren Verstärkers 6 in beiden Fällen die gleiche und als Folge davon ist der Eingangssignalpegel ν der gleiche wie der Ausgangssignalpegel w.

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Ein PCM-Übertragungssystein hat eine Bandbreite von der
Hälfte der Abtastfrequenz. Beispielsweise hat ein 8 mm-Videosystem eine Audiobandbreite unter 15,73¹J KHz. Fig. 4A zeigt ein Rauschunterdrückungssystem zur Verwendung in
einem PCM-Übertragungssystem. In Fig. 4A erkennt man einen Kompressor 13, und ein PCM-Übertragungssystem 14, das aus
einem Tiefpaßfilter 15, einem Übertragungswandlersystem 16 und einem Tiefpaßfilter 17 besteht. Mit 18 ist ein Expander bezeichnet. Fig. 4B zeigt den Aufbau des Übertragungswandlersystems 16. In dieser Zeichnung erkennt man einen A/D-Wandler 19, ein digitales Aufzeichnungssystem 20, ein magnetisches Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem 21, ein digitales Wiedergabesystem 22 und einen D/A-Wandler 23-

Im Falle des nach Fig. 4A aufgebauten PCM-Systems 14 werden, da das System eine obere Grenzfrequenz des Audiodurchlaßbandes von f hat, bei Vorhandensein von Signalen am
Eingangssignalanschluß 24, die Frequenzkomponenten enthalten, die höher frequent als f sind, die Signalpegel der

Frequenzkomponenten unterhalb von f unter ihren Ursprungliehen Pegel vermindert, wenn sie am Ausgangssigna]anschluß 25 abgegeben werden. Diese Wirkung ist in den Figuren 5A bis 5D dargestellt. Die Figuren 5A bis 5D zeigen
den Spannungspegel von Signalkomponenten der Frequenzen T^ und f„ an entsprechenden Punkten a^!, b¹, c' und d' in Fig. 4A. Nachfolgend sei angenommen, daß die Frequenz f.. niedriger ist als die Grenzfrequenz f des Übertragungsbands des PCM-übertragungssystems 14, und daß die Frequenz f„ höher
ist als die Frequenz f .

Wie Fig. 5A zeigt, werden die Signalkomponenten der Frequenz f. mit dem Spannungspegel V₁ und die Signalkomponente der Frequenz f„ mit dem Spannungspegel V₂ auf die Spannungspegel u. bzw. Up, wie in Fig. 5B gezeigt, von dem

Kompressor 13 angehoben, bevor sie dem PCM-Übertragungssystem 14 zugeführt werden. Da das PCM-Übertragungssystem
14 eine Durchlaßbandbreite hat, die kleiner ist, als die

1 obere Grenzfrequenz f , wird nur die Signalkomponente der Frequenz f. durchgelassen, wie Fig. 5C zeigt. Die Signalkomponente der Frequenz f~ wird blockiert.

Im Falle, daß der Rauschunterdrückungskreis nach Fig. 2 in dem Kompressor 13 und im Expander 18 nach Fig. HA verwendet wird, unterscheidet sich der Eingang am Pegeldetektor während der Aufzeichnung vom Eingang am Pegeldetektor 9 während der Wiedergabe. Daher wird der Verstärkungsgrad des Verstärkers 6 ebenfalls verändert. Dementsprechend setzt der Expander 18 den Spannungspegel der Komponente der Frequenz f. auf den Pegel w- herab, indem ein Verstärkungsfaktor verwendet wird, der höher ist als jener, der dem Kompressor 13 zugeführt wird. Daher ist der Wert von V₁ größer als der von w., woraus der Nachteil erwächst, daß der Ausgangspegel der Signalkomponente der Frequenz f. im Vergleich zum Eingang aufgrund der Bandbreitenbegrenzung im Übertragungssystem herabgesetzt wird.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Fauschunterdrückungssystem anzugeben, das in der Lage ist, einen Ausgangssignalpegel auf der Größe eines Eingangssignalpegels aufrechtzuerhalten, selbst wenn das Audiogerät, in welchem das Rauschunterdrückungssystem Anwendung findet, ein PCM-übertragungssystem verringerter Bandbreite enthält.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein Kompressorkreis zur Verwendung in einem Rauschunterdrückungssystem, das mit einem in der Bandbreite begrenzten Übertragungssystem verbunden ist, ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Aufgrund der vorliegenden Erfindung wird das Eingangssignal ~um Pegeldetektor während der Aufzeichnung gleich dem Eingangssignal zum Pegeldetektor während der Wiedergabe gemacht.

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In dem Kompressorkreis ist ein Tiefpaßfilter angeordnet, das ein Durchlaßband hat, das dem Übertragungsband des Übertragungssystems entspricht, wobei der Eingangssignalpegel zum Pegeldetektor des Rauschunterdrückungskreises während der Aufzeichnung derselbe wie jener während der Wiedergabe ist.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt: 10

Fig. 1 ein Rauschunterdrückungssystem, das ein übertragungssystem ohne Bandbreitenbegrenzungen enthält;

Fig. 2 einen Rauschunterdrückungskreis zur Verwendung in dem Rauschunterdrückungssystem nach Fig. 1;

Fig. 3 die Signalkomponenten an verschiedenen Punkten

des Rauschunterdrückungskreises nach Fig. 2; 20

Fig. U ein Rauschunterdrückungssystem, das mit einem PCM-Übertragungssystem verwendet wird;

Fig. 5 die Signalkomponenten an verschiedenen Punkten in dem Rauschunterdrückungssystem nach Fig. 4;

Fig. 6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Rauschunterdrückungssystems nach der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 7 die Signalkomponenten an verschiedenen Punkten in dem Rauschunterdrückungssystem nach Fig. 6;

Fig. 8 einen Kompressor eines Rauschunterdrückungskreises gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9A bis 9D die Signalkomponenten an verschieden Punkten in dem Beispiel nach Fig. 8, und

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kompressors eines Rauschunterdrückungskreises nach der Erfindung.

Eine in Fig. 6 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben. Wie Fig. 6 zeigt, ist ein Tiefpaßfilter 26 vorgesehen, das ein Durchlaßband aufweist, das dem Übertragungsband des PCM-Übertragungssystems 14 in den Stufen vor einem Kompressor 13 des Rauschunterdrükkungssystems nach Fig. 4A entspricht. Durch dieses Tiefpaßfilter 26 wird der Eingangssignalpegel an einem Eingangssignalanschluß 24 gleich dem Ausgangssignalpegel an einem Aus^angssignalanschluß 25 gemacht.

Dieser Vorgang ist in den Figuren 7A bis 7D dargestellt. Die Figuren 7A bis 7D zeigen den Spannungspegel der Signalkomponenten der Frequenzen f.. und f~ an den Punkten a¹', b^tT, c¹' und d¹¹ in Fig. 6. Ähnlich zu dem in den Figuren 5A bis 5D dargestellten Fall sei angenommen, daß die Frequenz f.. niedriger ist, als die obere Grenzfrequenz f des Durchlaßbandes des PCM-Übertragungssystems und daß die Frequenz f_ höher als die Frequenz f ist. Die Signalkomponente der Frequenz f.. mit dem Spannungspegel v- und die Signalkomponente der Frequenz f„ mit dem Spannungspegel v~ werden, wie Fig. 7A zeigt, dem Tiefpaßfilter 26 zugeführt. Das Tiefpaßfilter 26 blockiert die Signalkomponente der Frequenz f „, wie Fig. 7E zeigt, und nur die Signalkomponente der Frequenz f₁ erreicht den Kompressor 13. Im Kompressor 13 wird der Spannungspegel vom Pegel V₁ auf den Pegel u-^f angehoben, bevor das Signal dem PCM-Übertragungssystem 14 zugeführt wird. Da die Signalkomponente der Frequenz f_?

schon durch das Tiefpaßfilter 26 blockiert worden ist, wird die Signalkomponente der Frequenz f.. mit angehobenem Pegel U₁', wie in Fig. 7C dargestellt, vom PCM-Übertragungssy-

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stem I¹J abgegeben und dem Expander 18 zugeführt. Die Frequenz f. der Signalkomponente, die dem Kompressor 13 zugeführt wird, ist gleich der Frequenz f.. der Signalkc rr.poner,-te, die dem Expander 18 zugeführt wird. Wenn daher der Rauschunterdrückungskreis nach Fig. 2 in dem Kompressor 13 und dem Expander 18 verwendet wird, dann ist der Eingang am Pegeldetektor 9 während der Aufzeichnung gleich dem Eingang am Pegeldetektor 9 während der Wiedergabe und daher ist auch die Verstärkung am Verstärker 6 in beiden Fällen gleich. Der Expander 18 setzt daher den Spannungspegel auf den Pegel W₁' herab, wie durch den Verstärkungsgrad des Kompressors 13 bestimmt. Durch die Anordnung des Tiefpaßfilters 26 wird daher der Spannungspegel v- des Eingangssignals dem Spannungspegel w-' des Ausgangssignals gleichgemacht.

In dem obenbeschriebenen Beispiel ist ein PCM-übertragungssystem verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein PCM-Übertragungssystem beschränkt und es dürfte daher als augenscheinlich anzusehen sein, daß die vorliegende Erfindung auch auf jedes Übertragungssystem mit begrenzter Bandbreite anwendbar ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Tiefpaßfilter in der Stufe vor dem Kompressor vorgesehen, und das Durchlaßband des Filters entspricht dem Übertragungsband des bandbegrenzten Übertragungssystems. Als Folge davon ist die Verstärkung des Verstärkers des Rauschunterdrückungskreises während der Aufzeichnung gleich jener während der Wiedergabe und es ist daher möglich, den Ausgangssignalpegel des Rauschunterdrückungssystems gleich dem Eingangssignalpegel zu halten.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform bezieht sich auf einen Rauschunterdrückungskreis, der in dem Kompressor des Aufzeichnungssystems angeordnet ist. In Fig. 8 erkennt man

einen Differenzverstärker 27, einen Emphasiskreis 28, einen Verstärker 29 mit regelbarer Verstärkung, einen Emphasiskreis 30, ein Tiefpaßfilter 31, einen Gewichtungskreis 32 und einen Pegeldetektor 33- Ein Eingangssignal wird einem Eingangsanschluß 3^ zugeführt, und ein komprimiertes Signal wird von einem Ausgangsanschluß 35 abgegeben. Das Durchlaßband des Tiefpaßfilters 31 ist so eingestellt, daß es dem Übertragungsband des PCM-Übertragungssystems entspricht. Dieser Kompressor kann in dem Rausch-Unterdrückungssystem nach Fig. 1 als der Kompressor 1 eingesetzt werden.

In den Figuren 9A bis 9D sind die Spannungspegel dargestellt, die die Signalkomponenten der Frequenzen f.. und fp an den Punkten a, b, c und d in dem System nach Fig. 1 haben, wenn der Kompressor 1 mit dem Schaltkreis nach Fig. 8 ausgerüstet ist. Es sei angenommen, daß die Frequenz f.. niedriger als die obere Grenzfrequenz f des PCM-übertragungssystems ist (dargestellt durch das Aufzeichnungsmedium), und daß die Frequenz f~ höher als die Frequenz f ist. Die Signalkomponente der Frequenz f.. mit dem Spannungspegel v. und die Signalkomponente der Frequenz fp mit dem Spannungspegel v_? sind wie in Fig. 9A dargestellt. Das Tiefpaßfilter 31 des Rauschunterdrückungskreises in Fig. 6, im Kompressor 1 verwendet, schneidet Signalkomponenten der Frequenzen oberhalb f ab, während die Komponenten der Frequenzen unterhalb f dem Pegeldetektor 33 zugeführt werden. Da der Verstärker 29 nur Signalkomponenten der Frequenzen unterhalb f verstärkt, wird der .Ausgang des Kompressors 1 daher auf einen Wert u« ' bezüglich der Signalkomponente der Frequenz f* angehoben, wie Fig. 9B zeigt. In dem PCM-übertragungssystem wird nur die Signalkomponente der Frequenz f~ blockiert und es wird nur die Signalkomponente der Frequenz f.. dem Expander 3 zugeführt, wie in Fig. 9C gezeigt ist. Im Falle, wo der Rauschunterdrückungskreis nach Fig. 2 für den Expander 38 verwendet wird, ist der Pegel der Signalkomponente der Fre-

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quenz f., die dem Pegeldetektor 29 zugeführt wird, der gleiche wie jener der Eingangssignalkomponente der Frequenz f₁, die dem Pegeldetektor 33 in Fig. 8 zugeführt wird, und daher ist die Verstärkung des Verstärkers 29 in Fig. 8 während der Aufnahme die gleiche wie die des Verstärkers 6 in Fig. 2 während der Wiedergabe, und der Spannungspegel wird auf den Pegel W₁ ¹ reduziert, der der gleiche wie der Eingangssignalpegel v- ist. Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dieser Rauschunterdrückungskreis, der für den Kompressor verwendet wird, besteht aus einem regelbaren Verstärker 39, einem Tiefpaßfilter 40 und einem Pegeldetektor 41. Das Eingangssignal wird einem Eingangsanschluß 42 zugeführt und das komprimierte Signal wird an einem Ausgangsanschluß 43 abgegeben. Das Durchlaßband des Tiefpaßfilters 40 ist in Übereinstimmung mit dem Übertragungsband des PCM-übertragungssystems gewählt.

Gemäß dieser Ausführung empfängt, in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 8, der Verstärker 39 Signalkomponenten der Frequenzen unterhalb der oberen Grenzfrequenz f des PCM-übertragungssystems, und er ist daher in der Lage, den Pegel des Ausgangssignals des Rauschunterdrückungssystems auf dem Pegel des Eingangssignals zu halten.

Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Tiefpaßfilter in der Stufe vor dem Pegeldetektor im Rauschunterdrückungskreis, der für den Kompressor verwendet wird, vorgesehen, und das Durchlaßband des Tiefpaßfilters ist in Übereinstimmung mit dem Übertragungsband des Übertragungssystems gewählt. Dementsprechend ist die Verstärkung des Verstärkers während der Aufzeichnung die gleiche wie jene während der Wiedergabe, und daher ist der Pegel des Ausgangssignals des Rauschunterdrückungssystems gleich dem Pegel des Eingangssignals. Die begrenzte Bandbreite des Übertragungssystems beeinträchtigt daher nicht die Wirksamkeit des Rauschunterdrückungssystems.

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Claims

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1. Rauschunterdrückungssystem mit einem Kompressor, einem übertragungssystem begrenzter Bandbreite, das ein komprimiertes Signal von dem Kompressor enthält, und

einem Expander zum Expandieren des von dem Übertragungs-25

system abgegebenen Signals, dadurch gekennzeichnet , daß ein Tiefpaßfilter (26, 31, 40) vor dem Kompressor (13) vorgesehen ist, das ein Übertragungsband aufweist, das dem Übertragungsband des Übertragungssystems entspricht.

2. Kompressorkreis für ein Rauschunterdrückungssystem, der mit einem bandbreitenbegrenzten Übertragungssystem verbunden ist, mit einem regelbaren Verstärker, einem Pegeldetektor zum Ermitteln des Pegels eines Ausgangssig-

nals des Verstärkers und zum Regeln der Verstärkung des Verstärkers in Abhängigkeit, gekennzeichnet

durch ein Tiefpaßfilter (31), das ein Durchlaßband auf- ^

¹ weist, das dem Übertragungsband des Übertragungssystems entspricht und vor dem Pegeldetektor (33) angeordnet ist.