DE60122123T2

DE60122123T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Geräuschspitzen

Info

Publication number: DE60122123T2
Application number: DE60122123T
Authority: DE
Inventors: Oscar Ballan
Original assignee: STMicroelectronics GmbH
Current assignee: STMicroelectronics GmbH
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: DE60122123D1; US20030062885A1; EP1271771A1; JP3847222B2; EP1271771B1; JP2003078490A; US6677812B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung für das Entfernen von Rauschspitzen von einem elektrischen Signal mit einer Wechselstromkomponente.
Elektrische Signale können Rauschspitzen aufweisen, die Störungen während der Verarbeitung oder Verwendung des elektrischen Signals verursachen. Ein Beispiel sind Rauschspitzen, die von einer Störung von Amplituden-modulierten (AM) Funksignalen durch die Elektronik eines Automotors eingeführt werden. Solche Rauschspitzen stören das Ausgangssignal von Lautsprechern, die mit einem AM-Autoradio zusammenwirken.
In vielen Anwendungen ist das Entfernen von Rauschspitzen wünschenswert.
US-A 4 965 800 offenbart einen digitalen Signalstörungsdetektor, der einen niedrigen Spannungsschwellenwert bzw. einen hohen Spannungsschwellenwert für das Unterscheiden von binär niedrigen Zuständen bzw. binär hohen Zuständen verwendet und einen Spitzendetektor für das Detektieren von durch Spitzen verursachten Signalstörungen aufweist. Es wird angenommen, dass typische Nicht-Spitzen-Impulse eine Impulszeit haben, die länger ist als eine Spitzen-Zeit. Der Spitzendetektor weist einen niedrigen Spannungsschwellenwert und einen hohen Spannungsschwellenwert für das Identifizieren des Zustands des Eingangssignals als niedrig oder hoch, eine Einrichtung für das Messen der kontinuierlichen Dauer in dem niedrigen oder dem hohen Zustand und für deren Vergleich mit der vorherbestimmten Spitzenzeit und eine Einrichtung für das Mitteilen des Auftretens einer Spitze, wenn die kontinuierliche Dauer des Signals im niedrigen Zustand oder im hohen Zustand kürzer ist als die Spitzenzeit, auf.
Der in US-A 4 965 800 offenbarte Spitzendetektor ist nicht in der Lage, auf Änderungen bezüglich der Stärke des Eingangssignals zu reagieren. Folglich könnte ein schwaches Eingangssignal falsch bewertet werden und könnte eine Spitze nicht detektiert werden.
Solche Probleme mögen im Fall der Verarbeitung von digitalen Eingangssi gnalen, die nur dahingehend unterschieden werden müssen, ob sie den niedrigen oder den hohen Zustand aufweisen, nicht so ernst sein. Das Problem ist jedoch viel ernster im Fall von Amplituden-modulierten analogen Signalen, z.B. AM-Funksignalen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Entfernung von Rauschspitzen von Signalen mit einer variablen Stärke, insbesondere von Amplituden-modulierten analogen Signalen.
Die Erfindung sieht ein Verfahren und eine Einrichtung für das Entfernen von Rauschspitzen vor, wie in den Ansprüchen 1 bzw. 12 dargelegt. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Unter einem ersten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren für das Bestimmen des momentanen Effektivwerts des Eingangssignals, das Tiefpass-Filtern des Eingangssignals, das Erzeugen eines variablen Versatzes, wobei der variable Versatz eine Funktion des momentanen Effektivwerts ist, das Bilden eines variablen Schwellenwerts dadurch, dass der variable Versatz dem Tiefpass-gefilterten Signal überlagert wird, das Vergleichen des Eingangssignals mit dem variablen Schwellenwert, das Erzeugen eines Spitzendetektionssignals, wenn das Eingangssignal den variablen Schwellenwert überschreitet, und das Ausblenden das Eingangssignals während des Auftretens des Spitzendetektionssignals vor.
Durch das Verwenden eines von dem momentanen Effektivwert des Eingangssignals abhängigen variablen Versatzes und durch das Bilden eines variablen Schwellenwerts, der dadurch erlangt wird, dass dem variablen Versatz eine Tiefpass-gefilterte Version des Eingangssignals überlagert wird, wird der Schwellenwert und somit die Spitzendetektionsleistungsfähigkeit an eine variierende Stärke des Eingangssignals angepasst. Der Schwellenwert folgt ungefähr der Amplitude des Eingangssignals mit einem gewissen Abstand davon, der in das Eingangssignal eingeführten Spitzen nicht folgt, da der variable Versatz nicht dem Eingangssignal selber überlagert wird, sondern dem Tiefpass-gefilterten Eingangssignal. Folglich können Spitzen, anders als bei der Verwendung eines nicht-variablen Schwellenwerts, sicher detektiert werden, unabhängig davon, ob die tatsächliche Stärke des Eingangssignals hoch oder niedrig ist.
Das Entfernen einer detektierten Rauschspitze wird durch das Ausblenden des Eingangssignals während des Auftretens des Spitzendetektionssignals erlangt.
Unter einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung eine Einrichtung für das Entfernen von Rauschspitzen von einem elektrischen Eingangssignal mit einer Wechselstromkomponente vor, aufweisend eine Einrichtung, die für das Bestimmen des momentanen Effektivwerts des Eingangssignals ausgebildet ist, ein Tiefpassfilter für das Tiefpass-Filtern des Eingangssignals, einen Offset-Generator, der für das Erzeugen eines variablen Versatzes als eine Funktion des momentanen Effektivwerts ausgebildet ist, eine Überlagerungseinrichtung, die für das Bilden eines variablen Schwellenwerts dadurch, dass der variable Versatz dem Tiefpass-gefilterten Signal überlagert wird, ausgebildet ist, eine Vergleichseinrichtung, die für das Vergleichen das Eingangssignals mit dem variablen Schwellenwert und für das Schaffen eines Spitzendetektionssignals, wenn das Eingangssignal den variablen Schwellenwert überschreitet, ausgebildet ist, und eine Ausblendeeinrichtung, die für das Ausblenden das Eingangssignals während des Auftretens des Spitzendetektionssignals ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Ausblendezeit von dem lokalen Scheitelwert abhängig gemacht. Dies berücksichtigt die Tatsache, dass der lokale Scheitelwert von dem Prozentsatz der Modulation des AM-Signals abhängt.
Der Versatzschwellenwert ist niedriger für niedrige Scheitelwerte (d.h. niedrige Modulation) und höher für hohe lokale Scheitelwerte (d.h. hohe Modulation). Angenommen, dass eine Spitze eine von der Form und der Stärke des Eingangssignals abhängige Form hat, ist die Zeitperiode, während der eine detektierte Spitze über (im Fall von positiv gerichteten Spitzen) oder unter (im Fall von negativ gerichteten Spitzen) dem Eingangssignal ist, länger für ein schwaches Eingangssignal und kürzer für ein starkes Eingangssignal. Diese Wirkung kann dadurch berücksichtigt werden, dass die Ausblendezeit von der tatsächlichen Stärke des Eingangssignals abhängig gemacht wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der ausgeblendete Teil des Eingangssignals durch ein interpoliertes Ersatzsignal ersetzt, wobei das interpolierte Signal erlangt wird, indem der letzte Eingangssignalwert vor der Ausblendezeit und der erste Eingangssignalwert nach der Ausblendezeit genommen werden und eine diese beiden Eingangssignalwerte verbindende Rampe gebildet wird.
Wenn nur positive Spitzen zu erwarten sind, wird nur ein hoher variabler Schwellenwert durch das Addieren eines positiven variablen Versatzes zu dem Eingangssignal und durch das Schaffen des Spitzendetektionssignals, wenn das Eingangssignal über dem variablen hohen Schwellenwert ist, gebildet. Wenn nur negative Spitzen zu erwarten sind, wird nur ein niedriger variabler Schwellenwert durch das Subtrahieren eines negativen variablen Versatzes von dem Eingangssignal und durch das Schaffen des Spitzendetektionssignals, wenn das Eingangssignal unter dem variablen niedrigen Schwellenwert ist, gebildet. Wenn positive und negative Spitzen zu erwarten sind, wird sowohl ein hoher variabler Schwellenwert als auch ein niedriger variabler Schwellenwert gebildet und wird das Spitzendetektionssignal geschaffen, wenn das Eingangssignal über dem hohen variablen Schwellenwert oder unter dem niedrigen variablen Schwellenwert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Eingangssignal in eine Sequenz von Impulsen digitalisiert, die in Blöcke eingeteilt ist, von denen jeder eine vorherbestimmte Anzahl von Impulsen, z.B. 128 Impulse, hat. In dieser Ausführungsform wird der tatsächliche Effektivwert von jedem Block mittels der folgenden Formel berechnet:
Da es für übliche Mikroprozessoren schwierig und zeitaufwendig ist, Quadratwurzeln zu berechnen, wird die Verarbeitung entsprechend der folgenden Formel ausgeführt:
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Sequenz von Impulsen durch eine digitale Verzögerungsleitung mit Anzapfungen für das Abgreifen von Impulsen übertragen, die die Verzögerungsleitung durchlaufen. Auf das Auftreten eines Spitzendetektionssignals hin werden die vor dem Anfang und nach dem Ende der Ausblendezeit auftretenden Impulse von der Verzögerungsleitung abgenommen und wird der ausgeblendete Teil der Eingangssignalimpulse durch Impulse ersetzt, die mittels einer Interpolation zwischen den vor dem Anfang und nach dem Ende der Ausblendezeit auftretenden Impulse erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung kann für das Entfernen von Spitzen von einem demodulierten Signal, das durch die Amplituden-Demodulation eines Amplitudenmodulierten Signals erhalten wird, insbesondere für das Entfernen von Spitzen von einem AM-Audiosignal, z.B. von einem AM-Funksignal, wo Spitzen zum Beispiel von der Elektronik eines Automotors eingeführt werden, verwendet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung für das Entfernen von Rauschspitzen von einem Funk-AM-Signal wird das ZF-AM-Signal (Zwischenfrequenzsignal des AM-Funksignals) einem Spitzendetektorpfad zugeführt und wird das demodulierte AM-Audiosignal einem Spitzenbeseitigungspfad der Erfindung zugeführt. In dem Spitzendetektionspfad wird ein Hüllsignal von der Einhüllenden des Amplitudenmodulierten Signals erzeugt, werden der momentane Effektivwert und ein tatsächlicher Scheitelwert des Hüllsignals berechnet, wird das Hüllsignal Tiefpassgefiltert, wird der variable Versatz als eine Funktion des momentanen Effektivwerts und des tatsächlichen Scheitelwerts erzeugt, wird ein variabler Schwellenwert dadurch gebildet, dass der variable Versatz dem Tiefpass-gefilterten Hüllsignal überlagert wird, wird das Hüllsignal mit dem variablen Schwellenwert verglichen und wird ein Spitzendetektionssignal geschaffen, wenn das Hüllsignal den variablen Schwellenwert überschreitet. In dem Spitzenbeseitigungspfad wird das demodulierte Signal während des Auftretens eines Spitzendetektionssignals ausgeblendet und wird der ausgeblendete Teil des demodulierten Signals durch ein interpoliertes Signal ersetzt.
Da der variable Versatz eine Funktion des momentanen Effektivwerts und des tatsächlichen Scheitelwerts des Hüllsignals ist und da der variable Schwellenwert dadurch gebildet wird, dass der auf diese Art erhaltene variable Versatz dem Tiefpass-gefilterten Hüllsignal überlagert wird, wird der Schwellenwert einerseits von der Signalstärke und der Signalamplitude abhängig gemacht und folgt andererseits die Einhüllende des Amplituden-modulierten Signals mit einem gewissen Abstand, ohne den Spitzen zu folgen.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Ausblendezeit von dem tatsächlichen Scheitelwert abhängig gemacht. Dies berücksichtigt die Tatsache, dass der Scheitelwert einer Spitze unabhängig von dem Scheitelwert des modulierten Signals ist, so dass die Zeit, in der das Hüllsignal von einer Spitze maskiert wird, länger für niedrige Scheitelwerte der Einhüllenden ist und kürzer für hohe Scheitelwerte der Einhüllenden ist.
Es gibt weitere Anwendungen für die Erfindung neben dem oben erwähnten Entfernen der Spitzen von einem AM-Funksignal: Kratzer oder Staubpartikel auf LP-Vinyl-Schallplatten verursachen Spitzen in dem elektrischen Audiosignal, das von dem Tonarm eines LP-Plattenspielers erhalten wird, die als Klicken gehört werden. Solche Spitzen können mittels der vorliegenden Erfindung entfernt werden.
Sensoren für das Steuern von Festplattenlaufwerken erzeugen Ausgangssignale, die durch Rauschen, wie z.B. Spitzen gestört werden können. Solche Spitzen können auch durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung entfernt werden, da sich der normale Spitzenfrequenzbereich von dem Frequenzbereich des Sensorkopfsignals unterscheidet.
Vorzüge und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen vollständiger ersichtlich werden.
1 zeigt ein schwaches Eingangssignal mit einer Störspitze;
2 zeigt ein starkes Eingangssignal mit der gleichen Störspitze;
3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Spitzendetektions- und Spitzenbeseitigungsschaltungsanordnung der momentanen Erfindung;
4 zeigt ein Amplituden-moduliertes Signal und seine Einhüllende, hohe und niedrige variable Schwellenwerte, eine positive Spitze und eine negative Spitze;
5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Spitzendetektions- und Spitzenbeseitigungsschaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt einen Graphen, der die Abhängigkeiten der variablen Versätze und der Ausblendezeit von dem Effektivwert und dem Vp-Wert beschreibt;
7 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Spitzendetektions- und Spitzenbeseitigungsschaltungsanordnung der Erfindung;
8 zeigt

(a) ein AM-Signal mit Spitzen;
(b) Auslöseimpulse für den Beginn der Ausblendezeiten; und
(c) AM-Signale nach dem Entfernen von Spitzen und nach der Interpolation;

9 zeigt die gleichen Signale wie 8, jedoch mit höherer Auflösung bezüglich der Zeitachse;
10 zeigt an in 7 angezeigten Schaltungspunkten gemessene Signale; und
11 zeigt das Ergebnis von Rauschmessungen.
1 und 2 zeigen ein elektrisches Signal s, das eine Wechselstromkomponente hat und von einer Störspitze gestört wird, wobei das elektrische Signal s in 1 schwach und in 2 stark ist. Die Zeitperiode ti, während der die Spitze das elektrische Signal s überschreitet, ist für das schwache Signal in 1 länger und für das starke Signal in 2 kürzer.
3 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Spitzendetektionspfad (oberer Pfad) und einen Spitzenbeseitigungspfad (unterer Pfad) aufweist.
Ein Eingang IN, den der Spitzendetektionspfad und der Spitzenbeseitigungspfad gemeinsam haben, empfängt das elektrische Signal s.
Der Spitzendetektionspfad weist eine Effektivwertberechnungseinrichtung 11, einen Offset-Generator 13, ein Niedrigpassfilter 15, eine Summierschaltung 17 und einen Komparator 19 auf. Der Komparator 19 weist einen Signaleingang s und einen Schwellenwerteingang Ith auf. Die Effektivwertberechnungseinrichtung 11 leitet das Eingangssignal s an einen Eingang des Tiefpassfilters 15 und zu dem Signaleingang ls des Komparators 19 weiter. Die Effektivwertberechnungseinrichtung 11 berechnet von dem elektrischen Signal s einen momentanen Effektivwert, der einem Eingang des Offset-Generators 13 zugeführt wird, der einen variablen Versatz erzeugt, der von dem momentanen Effektivwert abhängig ist. Das Tiefpassfilter 15 hat eine derartige Filterkennlinie, dass die Wechselstromkomponente des elektrischen Signals s sich nicht wesentlich ändert, während die Spitzen wesentlich unterdrückt werden. Das von dem Tiefpassfilter 15 Tiefpass-gefilterte Signal und der variable Versatz von dem Offset-Generator 13 werden der Summierschaltung 17 zugeführt, wo das Tiefpass-gefilterte Signal und der variable Versatz zu einem variablen Schwellenwert okkumuliert werden, der dem Schwellenwerteingang Ith des Komparator 19 zugeführt wird. Der Komparator 19 vergleicht das unveränderte Signal s mit dem variablen Schwellenwert und gibt ein Spitzendetektionssignal aus, wenn das elektrische Signal s über dem variablen Schwellenwert ist.
Der Spitzenbeseitigungspfad weist eine Verzögerungsleitung 21, einen linearen Interpolator 23, einen Schalter 25 und ein Tiefpassfilter 27 auf. Die Verzögerungsleitung 21 empfängt das elektrische Signal s und leitet das Signal s an einen ersten Eingang SW i1 des Schalters 25 weiter. Ein Ausgang SWo des Schalters 25 ist mit einem Eingang des Tiefpassfilters 27 verbunden, dessen Ausgang den Ausgang OUT des Beseitigungspfads bildet.
Die Verzögerungsleitung 21 hat Anzapfungen (drei in der in 3 gezeigten Ausführungsform) für die Zuführung von Amplitudenwerten des zu verschiedenen Zeitpunkten auftretenden Signals s zu dem Interpolator 23. Der lineare Interpolator 23 empfängt ferner den momentanen Effektivwert von der Effektivwertberechnungseinrichtung 11 und das Spitzendetektionssignal spds von dem Komparator 19. Ein Ausgang des linearen Interpolators 23 ist mit einem zweiten Eingang SWi2 des Schalters 25 verbunden. Die Schaltzustände des Schalters 25 werden von dem Spitzendetektionssignal spds von dem Ausgang des Kompara tors 19 und von einem Ausgangssignal bte von dem Interpolator 23 gesteuert, der das Ende der Ausblendezeit signalisiert.
Die Ausführungsform von 3 ist nur für die Detektion und die Beseitigung von positiven Spitzen ausgebildet. Sie kann leicht für die Detektion und die Beseitigung von negativen Spitzen oder für die Detektion und die Beseitigung von sowohl positiven als auch negativen Spitzen modifiziert werden. Wenn sie für die Detektion und die Beseitigung von negativen Spitzen modifiziert werden soll, muss nur eine einzige Änderung bezüglich 3 gemacht werden, die darin besteht, dass der Versatz von dem Offset-Generator 13 nicht zu dem Tiefpass-gefilterten Signal von dem Tiefpassfilter 15 addiert wird, sondern davon subtrahiert wird, und dass sich der Signaleingang ls und der Schwellenwert Ith des Komparators 19 ändern.
Wenn die Ausführungsform von 3 für die Detektion und die Beseitigung von positiven und negativen Spitzen modifiziert werden soll, müssten ein zweiter Offset-Generator 13, ein zweites Tiefpassfilter 15, eine zweite Summierschaltung 17, ein zweiter Komparator 19 und ein Oder-Gate hinzugefügt werden, wie unten im Zusammenhang mit der in 5 gezeigten Ausführungsform gezeigt und erklärt.
Der Betrieb der Ausführungsform von 3 wird jetzt mit Bezug auf die 1 und 2 erklärt. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass das elektrische Signal s, nachdem es mittels des Tiefpassfilters 15 Tiefpass-gefiltert wurde, die gleiche Form hat, die das elektrische Signal s haben würde, wenn es keine Spitzen gäbe.
Die Effektivwertberechnungseinrichtung 11 berechnet momentane Effektivwerte rms (t) von dem Signalverlauf des elektrischen Signals s während tatsächlicher Zeitperioden einer vorherbestimmten Zeitdauer. Der Offset-Generator 13 erzeugt hohe Versatzwerte für hohe momentane Effektivwerte und erzeugt niedrige Versatzwerte für niedrige Effektivwerte. Aus diesem Grund wird der Abstand des variablen Schwellenwerts th von dem elektrischen Signal s in 1 kleiner gezeigt und in 2 größer gezeigt.
Wenn keine Spitze detektiert wird, ist der Schalter 25 in dem Zustand, in dem sein Ausgang SWo mit seinem Eingang SWi1 verbunden ist, so dass das elektrische Signal nach dem Durchlaufen der Verzögerungsleitung 21 über den Schalter 25 dem Tiefpassfilter 27 und dann dem Ausgang OUT zugeführt wird.
Wenn das Eingangssignal s, das die Spitze aufweist, den variablen Schwellenwert th überschreitet und der Komparator 19 ein Spitzendetektionssignal spds ausgibt, wird der Schalter 25 in den Zustand umgeschaltet, in dem SWo mit SWi2 verbunden ist, so dass das Ausgangssignal des linearen Interpolators 23 dem Tiefpassfilter 27 und dann dem Ausgang OUT zugeführt wird.
Der lineare Interpolator 23 hat mehrere Funktionen. Zuerst erzeugt der Interpolator 23 eine Ausblendezeit tb als eine Funktion des von der Effektivwertberechnungseinrichtung 11 empfangenen momentanen Effektivwerts. Die von dem Interpolator 23 erzeugte Ausblendezeit tb ist länger für ein schwaches elektrisches Signal s, d.h. für niedrigere momentane Effektivwerte, und ist kürzer für ein starkes elektrisches Signal s, d.h. für höhere Effektivwerte, da die Zeit, in der die Spitze das Signal s übersteigt, desto länger ist, je schwächer das Signal s ist. Zweitens steuert der Interpolator 23 den Schalter 25, um am Ende der Ausblendezeit tb in den Zustand zurückzufallen, in dem SWo mit SWi1 verbunden ist. Drittens wählt der Interpolator 23 aus der Verzögerungsleitung 21 den tatsächlichen Amplitudenwert des Signals s, der mit dem Zeitpunkt direkt vor dem Anfang der Ausblendezeit tb in Beziehung steht, und den tatsächlichen Amplitudenwert des Signals s, der mit dem Zeitpunkt direkt nach dem Ende der Ausblendezeit tb in Beziehung steht. Auf der Basis dieser zwei ausgewählten Amplitudenwerte erzeugt der Interpolator 23 einen interpolierten Abschnitt des Signals und ersetzt die detektierte Spitze durch den Interpolationssignalabschnitt, was zu einer Beseitigung der Spitze von dem elektrischen Signal s führt.
Die Verwendung der Erfindung für die Beseitigung von Rauschspitzen von AM-Funksignalen wird jetzt mit Bezug auf die 4 bis 11 erklärt.
4 beschreibt eine ZF (Zwischenfrequenz) eines AM-Funksignals, eine Einhüllende e des ZF-AM-Signals, einen niedrigen Schwellenwert th-lo, einen hohen Schwellenwert th-hi, einen Effektivwert, eine positive Spitze und eine negative Spitze. Der Einfachheit halber wird in 4 angenommen, dass der Effektivwert sich während der in 4 gezeigten Zeit nicht ändert und dass die Abstände von th-lo und th-hi von e deshalb während der in 4 gezeigten Zeit konstant sind.
Eine Ausführungsform der Erfindung für Spitzendetektion und Spitzenbeseitigung in Verbindung mit einem AM-Funksignal wird in 5 gezeigt. Es wird angenommen, dass sowohl positive Spitzen als auch negative Spitzen auftreten können, so dass sowohl ein positiver variabler Schwellenwert als auch ein negativer variabler Schwellenwert erzeugt werden, wie in 4 gezeigt.
In der Ausführungsform von 5 empfängt der Spitzendetektionspfad das AM-ZF-Signal, während der Spitzenbeseitigungspfad das demodulierte AM-Audiosignal empfängt. Das AM-ZF-Signal wird einem Hüllkurvenfolger 31 zugeführt, der ein Hüllsignal e von der positiven Einhüllenden von AM-ZF erzeugt.
Elemente in 5 mit der gleichen Funktion wie Elemente in 3 haben die gleichen Bezugszahlen wie in 3. Der Spitzendetektionspfad von 5 hat Elemente, die mit der Detektion von positiven Spitzen in Beziehung stehen, deren Bezugszeichen einen Buchstaben h (wie hoch) aufweisen, und Elemente, die mit der Detektion von negativen Spitzen in Beziehung stehen, deren Bezugszeichen einen Buchstaben l (von englisch ,low'; niedrig) aufweisen. Zum Beispiel haben die Offset-Generatoren für das Erzeugen eines variablen hohen Versatzes und für das Erzeugen eines variablen niedrigen Versatzes die Bezugszeichen 13h bzw. 13l. Der Spitzenbeseitigungspfad von 5 ist mit dem von 3 identisch.
Die Summierschaltung 17h von 5 addiert den variablen Versatz von dem Offset-Generator 13h zu dem von dem Tiefpassfilter 15h Tiefpass-gefilterten Signal, wie in 3, während die Summierschaltung 17l den niedrigen variablen Versatz von dem Offset-Generator 13l von dem Tiefpass-gefilterten Signal von dem Tiefpassfilter 15l subtrahiert. Die Schaltungsanordnung in 5 weist ein Oder-Gate 29 auf, das eine Oder-Funktion bezüglich der Ausgaben beider Komparatoren 19h und 19l ausführt.
Das Hüllfolgesignal e wird durch die Effektivwertberechnungseinrichtung 11 und durch eine Vp-Berechnungseinrichtung 33 geleitet, bevor es den Tiefpass-Fil tern 15h und 15l und den Signaleingängen Ish und Isl der Komparatoren 19h bzw. 19l zugeführt wird.
Die Vp-Berechnungseinrichtung 33 berechnet den tatsächlichen Scheitelwert Vp des Hüllfolgesignals e und führt den tatsächlichen Vp-Wert den zweiten Eingängen der Offset-Generatoren 13h und 13l und einem weiteren Eingang des linearen Interpolators 23 zu. Folglich werden der variable hohe Versatz und der variable niedrige Versatz und folglich der hohe Schwellenwert und der niedrige Schwellenwert und ferner die von dem Interpolator 23 erzeugte Ausblendezeit nicht nur von dem momentanen Effektivwert, sondern auch von dem tatsächlichen Vp-Wert des Hüllfolgesignals e abhängig gemacht.
Das Überschreiten eines der Schwellenwerte th-hi und th-lo von dem Hüllfolgesignal e bewirkt eine Impulsauslösung des Schalters 25, deren Dauer (Ausblendezeit t-out) von dem tatsächlichen Effektivwert und dem Vp-Wert abhängt, wie in 6 gezeigt. Gemäß 6 wird für Effektivwerte über einem vorherbestimmten Schwellenwert rms th ein hoher Versatz offs-hi (2), ein niedriger Versatz offs-lo (2) und eine Ausblendezeit t-out (2) erzeugt. Für Effektivwerte unter rms th und Vp-Werte, die über einem Vp-Schwellenwert Vp th sind, werden ein hoher Versatz offs-hi (1), ein niedriger Versatz offs-lo (1) und eine Ausblendezeit t-out (1) erzeugt. Für Effektivwerte unter rms th und Vp-Werte unter Vp the werden ein hoher Versatz offs-hi (0), ein niedriger Versatz offs-lo (0) und eine Ausblendezeit t-out (0) erzeugt.
In einer modifizierten Ausführungsform sind die Schwellenwerte rms th und Vp th nicht fixiert, sondern sind in Abhängigkeit von dem momentanen Effektivwert und/oder dem momentanen Vp-Wert variabel.
Die Wirkung dieses Modellierens ist folgende: für hohe Werte der Feldstärke (rms high) werden Werte (2) für Versatzschwellenwerte und Ausblendezeit gewählt. Für niedrige Werte der Feldstärke (rms low) werden Werte (1) oder (0) entsprechend dem Scheitelpegel Vp des AM-ZF-Signals gewählt, der mit der Modulationstiefe in Beziehung steht. Dies führt dazu, dass sich der AM-Rausch-Ausblende-Ablauf an die Qualität des empfangenen AM-Signals anpasst. Die Idee besteht darin, eine kurze Ausblendezeit und hohe Versätze für hohe Werte der Feldstärke und eine längere Ausblendezeit und niedrigere Versätze für niedrige Werte der Feldstärke zu haben.
Es gibt die folgenden Beziehungen: offs-hi(2) > offs-hi(1) > offs-hi(0) (3) offs-lo(2) > offs-lo(1) > offs-lo(0) (4) t-out(0) > t-out(1) > t-out(2) (5)
Ein Auslöseimpuls, der auf die Detektion einer Spitze hin auftritt, bewirkt das Umschalten des AM-Audiopfads in den Ausblendezustand und den interpolierenden Zustand. Am Ende der Ausblendezeit und somit der Interpolation wird der AM-Audiopfad zurück in den Nicht-Ausblendezustand geschaltet.
In einer in 7 gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird die Signalverarbeitung in dem Spitzendetektionspfad und dem Spitzenbeseitigungspfad auf einer digitalen Basis ausgeführt. Diese Ausführungsform weist alle Elemente von 5 und zusätzliche für die digitale Signalverarbeitung erforderlich Elemente auf. Elemente in 7, die Elementen in 5 entsprechen, haben die gleichen Bezugszeichen wie in 5.
Wie in 7 gezeigt, weist der Hüllkurvenfolger 31 eine Gleichrichtdiode auf, so dass nur das positive Hüllfolgesignal erzeugt wird. Das Hüllfolgesignal e wird einem ersten Analog/Digital-Wandler (ADC1) 34 zugeführt, der das Hüllfolgesignal e in eine Sequenz von Impulsen digitalisiert. Die Impulse von dem ADC1 werden von einem Tiefpassfilter 35 gefiltert, um jegliches Aliasing zu vermeiden. Das Tiefpass-gefilterte Signal wird einer digitalen Verzögerungsleitung (DLY3) 37 mit der Funktion der Elemente 11 und 33 von 5 zugeführt. Die in der Verzögerungsleitung 37 enthaltenen Abtastwerte werden verwendet, um zwei Werte zu berechnen, die proportional zu dem momentanen Effektivwert rms (t) und dem tatsächlichen Spitzenpegel Vp (t) des AM-ZF-Signals sind. Die Berechnung von Effektivwerten und Vp-Werten mittels einer Verzögerungsleitung ist dem Fachmann bekannt und braucht hier nicht detaillierter erklärt zu werden.
Diese zwei Werte werden verwendet, um den variablen hohen Versatzwert offs-hi und den variablen niedrigen Versatz-Wert offs-lo zu modifizieren, die verwendet werden, um den variablen hohen Schwellenwert th-hi und den variablen niedrigen Schwellenwert th-lo zu erzeugen, die sich um das Hüllfolgesignal e herum bewegen.
In der Ausführungsform von 7 wird ein einzelner Offset-Generator 13 verwendet und dessen Ausgabe wird beiden Summierschaltungen 17h und 17l zugeführt. Die Tiefpassfilter 15h und 15l sind in Modifizierung der Ausführungsform von 5, wo die Tiefpassfilter 15h und 15l den Summierschaltungen 17h bzw. 17l vorgeschaltet angeordnet sind, zwischen den jeweiligen Summierschaltungen 17h, 17l und den jeweiligen Komparatoren 19h, 19l angeordnet.
Ferner weist der AM-ZF-Pfad oder der Spitzendetektionspfad von 7 ein Hochpassfilter (HP) 38 auf, das mit dem Ausgang der ersten Verzögerungsleitung 37 verbunden ist, und eine automatische Verstärkungsregelung (AGC) 40, die das Signal von dem Hochpassfilter 38 als Antwort auf den momentanen Effektivwert steuert.
In dem AM-Audiopfad oder dem Spitzenbeseitigungspfad werden die Abtastwerte, die von einem zweiten Analog/Digital-Wandler (ADC0) 39 kommen, mittels einer zweiten Verzögerungsleitung (DLY2s) 41 und von einer dritten Verzögerungsleitung (DLY3) 43 verzögert. Die Verzögerungsleitung 43 ist dafür ausgebildet, eine Anzahl von Abtastwerten zu speichern, die der zu erwartenden Maximalausblendezeit entsprechen. Wie schon oben im Zusammenhang mit 5 erklärt, führt die Verzögerungsleitung 43 dem linearen Interpolator 23 den letzten "guten" Abtastwert vor der Ausblendezeit und den ersten "guten" Abtastwert nach der Ausblendezeit zu, so dass der lineare Interpolator 23 während der Ausblendezeit tb eine Sequenz von Abtastwerten interpolieren kann, die eine Rampe zwischen dem letzten guten Abtastwert vor der Ausblendezeit und dem ersten guten Abtastwert nach der Ausblendezeit bildet.
Wenn der Auslöseimpuls oder der Spitzendetektionsimpuls aktiv ist, wird eine lineare Interpolation zwischen dem letzten "guten" Abtastwert vor dem Auslöseimpuls und dem ersten "guten" Abtastwert nach der Ausblendezeit ausgeführt. Dem Schalter 25 folgt ein steiles Tiefpassfilter 27 (hierin Kopffilter genannt), das jedes von dem Umschalten eingeführte störende „Klicken" entfernt. Der entstehende Impulsstrom wird an einen digitalen Signalprozessor DSP0 weitergeleitet, der die Audioverarbeitung ausführt.
8 und 9 zeigen Signale, die an verschiedenen Stellen der AM-Rauschausblendeschaltung von 7 auftreten, wobei 9 die Signale mit einer höheren Auflösung als 8 zeigt. 8(a) und 9(a) zeigen das AM-ZF-Signal mit Spitzen. 8(b) und 9(b) zeigen Auslöseimpulse an dem Ausgang des Oder-Gates 21. 8(c) und 9(c) zeigen das AM-Audiosignal nach der Spitzenbeseitigung und der Interpolation während der Ausblendezeiten.
10 zeigt Signale an in 7 anzeigten Schaltungspunkten P1 bis P4, wobei das Signal bei P1 das Original-Audio-AM-Signal ist, das Signal bei P2 das mit Ausblendung versehene Audio-AM-Signal ist, das Signal bei P4 das AM-FZ-Hüllfolgesignal e ist und das Signal bei P3 das AM-ZF-Hüllfolgesignal nach der Digital-in-Analog-Wandlung mittels des ADC1 ist.
Der ADC1-Wandler 34 bewirkt auf Grund seiner eigenen Struktur eine Phasen-Inversion und eine Verzögerung (etwa 1 ms), weshalb die ursprünglich positiven Spitzen des Signals bei P4 bei P3 invertiert und um 1 ms verschoben sind.
11 zeigt Rauschmessungen. Die x-Linie zeigt ein rauschendes Signal ohne Rauschausblenden, die o-Linie zeigt ein rauschendes Signal mit Rauschausblenden und die kontinuierliche Linie (die unterste Linie) zeigt ein sauberes Signal, d.h. ein Signal ohne Rauschen. Es ist aus 11 zu ersehen, dass eine Implementierung der vorliegenden Erfindung, wie in 7 gezeigt, ein Signal bewirkt, das fast so frei von Rauschen ist wie das saubere Signal in einem niedrigeren Bereich der Feldstärke, was der Bereich ist, wo AM-Signale besonderes empfindlich gegenüber Rauschen und Rauschspitzen sind.
In einer Implementierung der Ausführungsform von 7 hat das Tiefpassfilter 35 eine Grenzfrequenz von 20 kHz, hat der Tiefpassfilterteil des Hüllkurvenfolgers 31 eine Grenzfrequenz von 28 kHz, und haben die Analog/Digital-Wandler 33 und 39 eine Abtastfrequenz von 48,5 kHz. Die Verzögerungsleitung 41 dient der Kompensation jeglicher Differenz in dem Verhalten der Analog/Digital-Wandler 33 und 39.

Claims

Verfahren zum Entfernen von Rauschspitzen von einem elektrischen Eingangssignal mit einer Wechselstrom-Komponente, umfassend die folgenden Schritte: Bestimmen des momentanen Effektivwerts des Eingangssignals; Tiefpass-Filtern des Eingangssignals; Erzeugung eines variablen Versatzes, wobei der variable Versatz eine Funktion des momentanen Effektivwerts ist; Bilden eines variablen Schwellenwerts durch Überlagerung des variablen Versatzes auf das Tiefpass-gefilterte Signal; Vergleichen des Eingangssignals mit dem variablen Schwellenwert; Bilden eines Spitzen-Detektionssignals, wenn das Eingangssignal den variablen Schwellenwert überschreitet; und Ausblenden des Eingangssignals während des Auftretens des Spitzen-Detektionssignals.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausblendezeit abhängig von dem momentanen Effektivwert gemacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend die weiteren Schritte: Speichern des Verlaufs des Eingangssignals, das während einer vorbestimmten Zeitperiode auftritt; Interpolieren eines Verlaufs des Eingangssignals während der Ausblendezeit aus den Werten des Eingangssignals, die vor dem Beginn und nach dem Ende der Ausblendezeit auftreten; Ersetzen des Eingangssignals mit dem interpolierten Verlauf.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Entfernen von positiven Spitzen von dem Eingangssignal, wobei ein hoher variabler Schwellenwert durch Addition eines positiven variablen Versatzes zu dem Eingangssignal gebildet wird, und das Spitzen-Detektionssignal gebildet wird, wenn das Eingangssignal über dem variablen hohen Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Entfernen von negativen Spitzen von dem Eingangssignal, wobei ein niedriger variabler Schwellenwert durch Subtraktion eines negativen variablen Versatzes von dem Eingangssignal gebildet wird, und das Spitzen-Detektionssignal gebildet wird, wenn das Eingangssignal unterhalb des variablen niedrigen Schwellenwerts ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Entfernen von positiven und negativen Spitzen von dem Eingangssignal, wobei ein hoher variabler Schwellenwert durch Addition eines positiven variablen Versatzes zu dem Eingangssignal gebildet wird und ein niedriger variabler Schwellenwert durch Subtraktion eines negativen variablen Versatzes von dem Eingangssignal gebildet wird, und das Spitzen-Detektionssignal gebildet wird, wenn das Eingangssignal über dem hohen variablen Schwellenwert oder unter dem niedrigen variablen Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte: Digitalisieren des Eingangssignals in eine Sequenz von Pulsen; Aufteilen der Sequenz von Pulsen in Blöcke, wobei jeder eine vorbestimmte Anzahl von Pulsen enthält; und Berechnen des momentanen Effektivwerts eines jeden Blocks.
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend die weiteren Schritte: Übertragen der Pulse durch eine digitale Verzögerungsleitung (21) mit Anzapfungen zum Abgreifen von Pulsen, welche die Verzögerungsleitung (21) durchlaufen; auf das Auftreten eines Spitzen-Detektionssignals hin, Abgreifen der Pulse aus der Verzögerungsleitung (21), die vor dem Anfang und nach dem Ende der Ausblendezeit auftreten; Interpolieren des Verlaufs des Eingangssignals während der Ausblendezeit aus den abgegriffenen Pulsen; und Ersetzen der Pulse, die sich aus dem Digitalisieren des Eingangssignals ergeben, mit Pulsen, die aus der Interpolation erhalten werden, während der Ausblendezeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Entfernen von Spitzen von einem demodulierten Signal, das durch Amplituden-Demodulation eines Amplituden-modulierten Signals erhalten wird, umfassend die Schritte: Erzeugung eines Hüllsignals von der Einhüllenden des Amplituden-modulierten Signals; Berechnen des momentanen Effektivwerts und eines tatsächlichen Scheitelwerts des Hüllsignals aus dem Hüllsignal; Tiefpass-Filern des Hüllsignals; Erzeugen des variablen Versatzes als eine Funktion des momentanen Effektivwerts und des tatsächlichen Scheitelwerts; Bilden eines variablen Schwellenwerts durch Überlagerung des variablen Versatzes auf das Tiefpass-gefilterte Hüllsignal; Vergleichen des Hüllsignals mit dem variablen Schwellenwert; Bilden eines Spitzen-Detektionssignals, wenn das Hüllsignal den variablen Schwellenwert überschreitet; Ausblenden des demodulierten Signals während des Auftretens des Spitzen-Detektionssignals.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Ausblendezeit abhängig von dem tatsächlichen Scheitelwert gemacht wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, umfassend den Schritt des Speicherns des Verlaufs des demodulierten Signals während einer vorbestimmten Zeitperiode; des Interpolierens eines Verlaufs des demodulierten Signals während der Ausblendezeit aus den Werten des Eingangssignals, die vor dem Anfang und nach dem Ende der Ausblendezeit auftreten; und des Ersetzens des eingegebenen demodulierten Signals mit dem interpolierten Verlauf während der Ausblendezeit.
Einrichtung zum Entfernen von Rauschspitzen von einem elektrischen Eingangssignal mit einer Wechselstromkomponente, umfassend: eine Einrichtung (11) ausgebildet für das Bestimmen des momentanen Effektivwerts des Eingangssignals; einen Tiefpassfilter (15) zum Tiefpass-Filtern des Eingangssignals; einen Offset-Generator (13) ausgebildet für das Erzeugen eines variablen Versatzes als eine Funktion des momentanen Effektivwerts; eine Überlagerungseinrichtung (17) ausgebildet für das Bilden eines variablen Schwellenwerts durch Überlagerung des variablen Versatzes auf das Tiefpass-gefilterte Signal; eine Vergleichseinrichtung (19), die geeignet ist für das Vergleichen des Eingangssignals mit dem variablen Schwellenwert und für das Bilden eines Spitzen-Detektionssignals, wenn das Eingangssignal den variablen Schwellenwert überschreitet; und eine Ausblendeeinrichtung (21, 23, 25) ausgebildet für das Ausblenden des Eingangssignals während des Auftretens des Spitzen-Detektionssignals.
Einrichtung nach Anspruch 12, ausgebildet für das Steuern der Ausblendezeit derart, dass sie abhängig von dem momentanen Effektivwert ist.
Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, umfassend: eine Speichereinrichtung (21) ausgebildet für das Speichern des Verlaufs des Eingangssignals während einer vorbestimmten Zeitperiode; eine Interpolationseinrichtung (23) ausgebildet für das Interpolieren eines Verlaufs des Eingangssignals während der Ausblendezeit aus den Werten des Eingangssignals, die vor dem Anfang und nach dem Ende der Ausblendezeit auftreten; eine Ersetzungseinrichtung (23, 25) ausgebildet für das Ersetzen des Eingangssignals mit dem interpolierten Verlauf.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 zum Entfernen von positiven Spitzen von dem Eingangssignal, umfassend eine Additionseinrichtung (17) ausgebildet für das Bilden eines hohen variablen Schwellenwerts durch Addition eines positiven variablen Versatzes zu dem Eingangssignal, wobei die Vergleichseinrichtung (19) ausgebildet ist für das Bilden des Spitzen-De tektionssignals, wenn das Eingangssignal über dem variablen hohen Schwellenwert ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15 zum Entfernen von negativen Spitzen von dem Eingangssignal, umfassend eine Substraktionseinrichtung ausgebildet für das Bilden eines niedrigen variablen Schwellenwerts durch Subtraktion eines negativen variablen Versatzes von dem Eingangssignal, wobei die Spitzen-Detektionseinrichtung ausgebildet ist für das Bilden des Spitzen-Detektionssignals, wenn das Eingangssignal unterhalb des variablen niedrigen Schwellenwerts ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16 zum Entfernen von positiven und negativen Spitzen von dem Eingangssignal, umfassend: eine Additionseinrichtung (17h) ausgebildet für das Bilden eines hohen variablen Schwellenwerts durch Addition eines positiven variablen Versatzes zu dem Eingangssignal; und eine Subtraktionsseinrichtung (17l) ausgebildet für das Bilden eines niedrigen variablen Schwellenwerts durch Subtraktion eines negativen variablen Versatzes von dem Eingangssignal; wobei die Vergleichseinrichtung (19h, 19l) ausgebildet ist für das Bilden des Spitzen-Detektionssignals, wenn das Eingangssignal oberhalb des variablen hohen Schwellenwerts oder unterhalb des niedrigen variablen Schwellenwerts ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, umfassend: eine Digitalisierungseinrichtung (31) ausgebildet für das Digitalisieren des Eingangssignals in eine Sequenz von Pulsen; eine Teilungseinrichtung ausgebildet für das Aufteilen der Sequenz von Pulsen in Blöcke jeweils mit einer vorbestimmten Anzahl von Pulsen; und eine Effektivwert-Berechnungseinrichtung (11) ausgebildet für das Berechnen des momentanen Effektivwerts eines jeden Blocks.
Einrichtung nach Anspruch 18, umfassend: eine digitale Verzögerungsleitungneinrichtung (21) zur Verzögerung der Pulse und mit Anzapfungen zum Abgreifen von Pulsen, welche die Verzögerungsleitungneinrichtung (21) durchlaufen; eine Pulsselektionseinrichtung, welche, auf das Auftreten eines Spitzen-Detektionssignals hin, jene abgegriffenen Pulse selektiert, die vor dem Anfang und nach dem Ende der Ausblendezeit auftreten; und eine Interpolationseinrichtung (23), welche den Verlauf des Eingangssignals während der Ausblendezeit aus den selektierten Pulsen interpoliert und die Pulse des Eingangssignals, die während der Ausblendezeit auftreten, mit Pulsen ersetzt, die aus der Interpolation erhalten werden.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19 zum Entfernen von Spitzen von einem demodulierten Signal, welches durch Amplituden-Demodulation eines Amplituden-modulierten Signals erhalten wird, umfassend: eine Hüllsignal-Erzeugungseinrichtung (31) ausgebildet für das Erzeugen eines Hüllsignals aus der Einhüllenden des Amplituden-modulierten Signals; eine Berechnungseinrichtung (11, 33) ausgebildet für das Berechnen des momentanen Effektivwerts und eines tatsächlichen Scheitelwerts des Hüllsignals aus dem Hüllsignal; eine Tiefpass-Filtereinrichtung (15) zum Tiefpassfiltern des Hüllsignals; eine Offset-Erzeugungseinrichtung (13), welche den variablen Versatz als eine Funktion des momentanen Effektivwerts und des tatsächlichen Scheitelwerts generiert; eine Schwellenwert-Erzeugungseinrichtung (17) ausgebildet für das Erzeugen eines variablen Schwellenwerts durch Überlagerung des variablen Versatzes auf das Tiefpass-gefilterte Hüllsignal; eine Vergleichseinrichtung (19), welche das Hüllsignal mit dem variablen Schwellenwert vergleicht und ein Spitzen-Detektionssignal bildet, wenn das Hüllsignal den variablen Schwellenwert überschreitet; und eine Ausblendeeinrichtung (21, 23, 25) ausgebildet zum Ausblenden des demodulierten Signals während des Auftretens des Spitzen-Detektionssignals.
Einrichtung nach Anspruch 20, ausgebildet für das Steuern der Ausblendezeit derart, dass sie abhängig von dem tatsächlichen Scheitelwert ist.
Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, umfassend: eine Speichereinrichtung (21) ausgebildet für das Speichern des Verlaufs des demodulierten Signals während einer vorbestimmten Zeitperiode; und eine Interpolationseinrichtung (23) ausgebildet für das Interpolieren eines Verlaufs des demodulierten Signals während der Ausblendezeit aus den Werten des Eingangssignals, die vor dem Anfang und nach dem Ende der Ausblendezeit auftreten, und für das Ersetzen des eingegebenen demodulierten Signals mit dem interpolierten Verlauf während der Ausblendezeit.