NO128842B

NO128842B -

Info

Publication number: NO128842B
Application number: NO68971A
Authority: NO
Inventors: Dolby R Milton
Original assignee: Dolby R Milton
Priority date: 1968-01-10
Filing date: 1971-02-24
Publication date: 1974-01-14
Also published as: DE1900639A1; NL161006B; DE1900639B2; AT303122B; SE350379B; FR1600207A; BE726177A; SE366623B; DK140299C; JPS518768B1; NO126505B; JPS531602B1; JPS518767B1; CH501342A; GB1253031A; JPS518284B1; NL6900209A; SE367106B; NL161006C; DK140299B

Description

Signalkbmpressdr og/eller -ekspander. Signal compressor and/or expander.

Déh foreliggende oppfinnelse angår en signalkompressor eller -ekspander omfattende en hovedsighalvei til å formidle et inngangssignal med linearitet innen et dynamisk område, minst en tilleggssignalvei innrettet til å avlede et signal fra hovedveien i et frekvensbånd innen dét bånd som formidles av hovedveien, og til å begrense, signalet til en liten brøkdel av inngangssignalets maksimale amplitude, samt en kombinderende anordning i hovedveien til å kombinere det begrensede signal med signalet i hovedveien for å høyne dettes nivå i tilfellet av en kompressor og å senke det i tilfellet av en ekspander. The present invention relates to a signal compressor or expander comprising a main signal path for conveying an input signal with linearity within a dynamic range, at least one additional signal path arranged to divert a signal from the main path in a frequency band within the band conveyed by the main path, and to limit , the signal to a small fraction of the maximum amplitude of the input signal, and a combining device in the main path to combine the limited signal with the signal in the main path to raise its level in the case of a compressor and to lower it in the case of an expander.

Slike anordninger blir benyttet f; eks. for audio-, video- og andre eiéktriske signaler, særlig for undertrykkelse av forstyrrelser Such devices are used f; e.g. for audio, video and other electronic signals, especially for the suppression of disturbances

i støydempningsanordninger, idet kompressoren er koblet foran og ekspanderen efter den anordning som innfører forstyrrelsen. Ekspanderen kan in noise reduction devices, as the compressor is connected in front and the expander after the device that introduces the disturbance. The expander can

imidlertid også benyttes selvstendig til forbedring av kvaliteten av et signal som ikke er blitt komprimert på forhånd. Det finnes også anven-delsesformål hvor såvel ekspanderen som kompressoren kan benyttes selvstendig. however, it is also used independently to improve the quality of a signal that has not been compressed beforehand. There are also applications where both the expander and the compressor can be used independently.

Anordninger av denne art er kjent og er for eksempel beskrevet utførlig i søkerens britiske patentskrift nr. 1.120.541. I dette patentskrift er der beskrevet en direkte signalvei eller en hovedsignalvei til hvis utgangssignaler utgangssignalene fra en tillegssignalvei blir addert hvis det dreier seg om en kompressor, og subtrahert hvis det dreier seg om en ekspander. Herunder innfører tilleggsveien en forsterkning på eksemplvis 10 dB, men størrelsen til tilleggsveiens maksimale utgangssignal blir begrenset til en liten brøkdel av inngangssignalets maksimale amplitude. Dermed høyner (komprimerer) eller senker (ekspan-derer) tilleggsveiens forsterkning signalnivået vesentlig ved lave sig-nalvinåer. Ved høyere nivåer på inngangssignalene kan man se bort fra utgangssignalene fra tilleggsveien sammenlignet med utgangssignalene fra hovedveien, siden utgangssignalene til tilleggsveien, som anført foran, blir begrenset. Fordelen ved denne løsning er beskrevet nærmere i det angitte patentskrift, idet den store forvrengningsfrihet er av særlig betydning. Devices of this kind are known and are, for example, described in detail in the applicant's British patent document No. 1,120,541. This patent document describes a direct signal path or a main signal path to whose output signals the output signals from an additional signal path are added if it is a compressor, and subtracted if it is an expander. Below this, the additional path introduces a gain of, for example, 10 dB, but the size of the additional path's maximum output signal is limited to a small fraction of the input signal's maximum amplitude. Thus, the amplification of the additional path raises (compresses) or lowers (expands) the signal level significantly at low signal levels. At higher levels of the input signals, the output signals from the auxiliary path can be disregarded compared to the output signals from the main path, since the output signals of the auxiliary path, as stated above, will be limited. The advantage of this solution is described in more detail in the specified patent document, as the great freedom of distortion is of particular importance.

Ved den oppfinnelsen som beskrives i det nevnte patentskrift er inngangssignalene til tilleggsveien de samme som inngangssignalene til hovedveien i tilfellet av en kompressor og består i tilfellet av en ekspander av utgangssignalene fra den subtraherende anordning. Følgelig får uttrykket for kompresjonen formen y = (1 + F^)x og uttrykket for ekspansjonene formen z = y - F2Z' cl.v.s. z = y/(l + F2), hvor x er kompressorens inngangsnivå, y kompressorens utgangsnivå, henholdsvis ekspanderens inngangsnivå, z er ekspanderens utgangsnivå og F^ og F 2 er funksjoner som representerer karakteristikkene for tilleggsveien i henholdsvis kompressor gg ekspander. Både F^ og F2 har ved lave signalnivåer form av en multiplikator og avtar ved høyere signalnivåer på en slik måte at utgangssignalet fra tilleggsveien blir stort sett konstant eller en avtagende funksjon av henholdsvis x og y. For komplementært virkende kompressorer og ekspandere blir F^ = F^ og følgelig z = x. In the invention described in the aforementioned patent document, the input signals to the additional path are the same as the input signals to the main path in the case of a compressor and consist in the case of an expander of the output signals from the subtracting device. Consequently, the expression for the compression takes the form y = (1 + F^)x and the expression for the expansions takes the form z = y - F2Z' cl.v.s. z = y/(l + F2), where x is the compressor's input level, y the compressor's output level, respectively the expander's input level, z is the expander's output level and F^ and F 2 are functions that represent the characteristics of the additional path in compressor gg expander respectively. Both F^ and F2 take the form of a multiplier at low signal levels and decrease at higher signal levels in such a way that the output signal from the additional path becomes largely constant or a decreasing function of x and y respectively. For complementary acting compressors and expanders, F^ = F^ and consequently z = x.

Kompressorer og ekspandere som virker i overensstemmelse med de forannevnte uttrykk, vil i det følgende bli betegnet som "type 1". Compressors and expanders that work in accordance with the aforementioned expressions will be referred to in the following as "type 1".

Ifølge den foreliggende oppfinnelse blir tilleggsveien i. kompressoren eller ekspanderen tilkoblet med siné innganger på annen måte enn beskrevet i det forannenvte patentskrift. Ved ekspanderen kan tilleggsveien motta de samme inngangssignaler som hovedveien hvorved ekspansjons-ligningen forandrer seg til z = (1 - According to the present invention, the additional path in the compressor or expander is connected with its inputs in a different way than described in the aforementioned patent document. At the expander, the additional path can receive the same input signals as the main path, whereby the expansion equation changes to z = (1 -

I kompressoren blir tilleggsveiens inngang koblet til kompress sorens utgang, hvorved uttrykket for kompresjonen forandres til y = x + F^y eller y = x/(1 - F^)• Dersom F^ = F^, blir z = x. In the compressor, the input of the additional path is connected to the output of the compressor, whereby the expression for the compression changes to y = x + F^y or y = x/(1 - F^)• If F^ = F^, z = x.

Kompressorer og ekspandere som arbeider efter denne nye lovmessig-het, blir i det følgende betegnet som anordninger av type 2. I en kom-plett støydempningsanordning med kompressor og ekspander er disse fortrinnsvis av samme type, d.v.s. enten begge av type 1 eller begge av type 2, skjønt dette ikke er ubetinget nødvendig for alle tilfeller. Således kan det for eksempel vises at feil som oppstår ved samtidig benyttelse av typene 1 og 2, er forholdsvis små når maksimalverdiene for F^ og F2 er lave. Der kan også bygges kompressorer eller ekspandere som selv i sin tur inneholder en ekspander resp. en kompressor i til-bakekoblingssløyfen til en forsterker med høy forsterkningsgrad. Compressors and expanders that work according to this new legality are hereinafter referred to as devices of type 2. In a complete noise reduction device with compressor and expander, these are preferably of the same type, i.e. either both of type 1 or both of type 2, although this is not absolutely necessary in all cases. Thus, for example, it can be shown that errors that occur when using types 1 and 2 at the same time are relatively small when the maximum values for F^ and F2 are low. Compressors or expanders can also be built there, which in turn contain an expander or a compressor in the feedback loop of a high-gain amplifier.

I alle kompressorer og ekspandere kan man la tilleggsveien behandle hele signalbåndet, men ved de fleste praktiske anvendelser vil man la tilleggsveien bare behandle signalet i en begrenset del av det samlede signalbånd. Videre kan to eller flere signalveier på kjent måte anordnes for selektivt å behandle forskjellige frekvensbånd, som beskrevet i det nevnte patentskrift. In all compressors and expanders, the additional path can be allowed to process the entire signal band, but in most practical applications, the additional path will only be allowed to process the signal in a limited part of the overall signal band. Furthermore, two or more signal paths can be arranged in a known manner to selectively process different frequency bands, as described in the aforementioned patent document.

Hovedforskjellen ved anordningene av type 2 sammenlignet med dem av type 1 består f.eks. i følgende: a) i en kompressor hvor der benyttes en posistiv tilbakekoblingsvei med forsterkning mindre enn 1, får kretsen en meget høy Nyquist-stabilitet The main difference in the devices of type 2 compared to those of type 1 consists, for example, of in the following: a) in a compressor where a positive feedback path with gain less than 1 is used, the circuit obtains a very high Nyquist stability

og and

b) i ekspanderen benyttes ingen lukket sløyfe, og stabilitetsproblemer blir følgelig unngått. Det er således mulig å fremstille enkle og bil-lige støydempere, særlig for videosignaler, hvor stabilitetsproblemer er av særlig betydning på grunn av den store båndbredde. Et eksempel på en forenklet videoekspander av type 2, som f.eks. kan benyttes i en fjernsynsmottager for hjemmebruk, er behandlet i det følgende. b) no closed loop is used in the expander, and stability problems are consequently avoided. It is thus possible to produce simple and inexpensive noise attenuators, especially for video signals, where stability problems are of particular importance due to the large bandwidth. An example of a simplified video expander of type 2, which e.g. can be used in a television receiver for home use, is dealt with in the following.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe en forbedret krets med en kompressor og/eller en ekspander. The purpose of the invention is to provide an improved circuit with a compressor and/or an expander.

Kretsen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at tilleggsveiens inngang er koblet til den kombinérende anordnings utgangsside i tilfellet av en kompressor og til den kombinerende anordnings inngangsside i tilfellet av en ekspander, og at tilleggsveien innbefatter et filter inneholdende en impedans som er innrettet til å variere som reaksjon på amplituden av signalnivået i kompressoren, resp. ekspanderen for å innsnevre filterets gjennemslipningsbånd og derved undertrykke signaler som overskrider en bestemt amplitude. The circuit according to the invention is characterized in that the input of the additional path is connected to the output side of the combining device in the case of a compressor and to the input side of the combining device in the case of an expander, and that the additional path includes a filter containing an impedance which is arranged to vary in response to the amplitude of the signal level in the compressor, resp. the expander to narrow the filter's cut-off band and thereby suppress signals that exceed a certain amplitude.

I det følgende vil utførelseseksempler på koblingsanordningen ifølge oppfinnelsen bli beskrevet under henvisning til tegningen. Fig. 1 er et blokkskjema for støydempningsanordninger av den kjente type 1. Fig. 2 er et blokkskjema for støydempningsanordninger av type 2 ifølge oppfinnelsen. In the following, embodiments of the coupling device according to the invention will be described with reference to the drawing. Fig. 1 is a block diagram for noise reduction devices of the known type 1. Fig. 2 is a block diagram for noise reduction devices of type 2 according to the invention.

Fig. 3 viser overføringskarakteristikker. Fig. 3 shows transfer characteristics.

Fig. 4 viser en begrenser for tilleggsveien ved en anordning av type 2 for en videoanordning. Fig. 5 viser en videoekspander av type 2 i forenklet utførelse. Fig. 6 viser en modifisert utførelsesform av ekspanderen ifølge fig. 5. Fig. 4 shows a limiter for the additional path in a device of type 2 for a video device. Fig. 5 shows a video expander of type 2 in a simplified version. Fig. 6 shows a modified embodiment of the expander according to fig. 5.

Fig. 7 og 8 viser to diagrammer med karakteristikker. Fig. 7 and 8 show two diagrams with characteristics.

Av praktiske grunner vil der først bli gitt en beskrivelse av kompressorer og ekspandere av den kjente type 1, idet det henvises til fig. 1, som viser en fullstendig støydempningsanordning, d.v.s. en såkalt "kompander". For practical reasons, a description of compressors and expanders of the known type 1 will first be given, referring to fig. 1, which shows a complete noise reduction device, i.e. a so-called "compander".

I kompressoren avleder en tilleggsvei 10 en særskilt signalkomponent for inngangssignalet, og komponenten i tilleggsveien blir ved hjelp av en additiv blander 12 tilføyet det direkte signal. Utgangssignalet får således ved lave nivåer økende amplitude, d.v.s. at det kom-primere^. Overføringskarakteristikken for en kompressor av type 1 er vist ved (d) på fig. 3 i logaritmisk målestokk eller desibelskala. Det stigende og nedadbøyende signal (fc) er fra begrenserkretsen addert til den direkte komponent (a) for å danne det komprimerte signal (d) som tilføres opptegnings- eller sendekretsene. Hvis det ønskes, kan signalet fra tilleggsveien tilføres en særskilt opptegnings- eller overfør-ingssignalvei for siden å kombineres med den direkte komponent ved mot-tagningsenden. In the compressor, an additional path 10 diverts a separate signal component for the input signal, and the component in the additional path is added to the direct signal by means of an additive mixer 12. The output signal thus gets increasing amplitude at low levels, i.e. that it com-prime^. The transfer characteristic of a type 1 compressor is shown at (d) in fig. 3 in logarithmic scale or decibel scale. The rising and falling signal (fc) is from the limiter circuit added to the direct component (a) to form the compressed signal (d) which is supplied to the recording or transmitting circuits. If desired, the signal from the additional path can be supplied to a separate recording or transmission signal path in order to be combined with the direct component at the receiving end.

I ekspanderen blir en tilleggsvei-signalkomponent maken til den nevnte avledet fra anleggets utgangssignal ved hjelp av tilleggsveien 14 og subtrahert fra det opptegnede eller overførte signal ved hjelp av en subtraktiv blander 16. Symbolene (+) og (-) angir at det dreier seg om en utgang fra tilleggsveien, som blir subtrahert fra hovedveien. Ekspanderens overføringskarakteristikk er vist ved (e) på fig. 3 og gir, som det ses, en forsterkning omtrent lik 1 ved høye nivåer og avtagende ved lave nivåer for å bevirke støyreduksjon. In the expander, an additional path signal component similar to the one mentioned is derived from the plant's output signal by means of the additional path 14 and subtracted from the recorded or transmitted signal by means of a subtractive mixer 16. The symbols (+) and (-) indicate that it is an output from the additional road, which is subtracted from the main road. The transfer characteristic of the expander is shown at (e) in fig. 3 and gives, as can be seen, a gain approximately equal to 1 at high levels and decreasing at low levels to effect noise reduction.

Et blokkskjema for en fullstendig støydempningsanordning av type 2 er vist i fig. 2. Man ser tydelig en likhet med anordningen av type 1. Ved ekspanderen av type 2 utgjør imidlertid ikke tilleggsveien 14 noen del av en lukket sløyfe. Inngangen til tilleggsveien er koblet direkte til opptegnings- eller overføringssignalveien, og signalveiens utgangssignaler blir subtrahert fra signalet i den direkte signalvei ved hjelp av en subtraksjonsanordning 16. Denne enkle utforming gir en kobling som faller meget billig og er allsidig anvendelig. A block diagram of a complete noise reduction device of type 2 is shown in fig. 2. One can clearly see a similarity with the device of type 1. However, with the expander of type 2, the additional path 14 does not form any part of a closed loop. The input of the additional path is connected directly to the recording or transmission signal path, and the signal path's output signals are subtracted from the signal in the direct signal path by means of a subtraction device 16. This simple design provides a connection that is very cheap and versatile.

Kompressoren har komplementær utførelse. Inngangssignalet til tilleggsveien 10 tas fra kompressorens utgang, og det kombinerte utgangssignal tilføres den additive blander 12. Tilleggsveien inneholdes således i en positiv tilbakekoblingssløyfe. Da imidlertid forsterkningen i den åpne sløyfe er mindre enn 1, finnes der ingen tilbøyelighet til svingning. Enn videre blir det undøvendig å tilpasse sløyfens amplitude-faseavhengighet utenfor gjennemslipningsbåndét slik det er tilfellet ved ekspandere av type 1. The compressor has a complementary design. The input signal to the additional path 10 is taken from the output of the compressor, and the combined output signal is supplied to the additive mixer 12. The additional path is thus contained in a positive feedback loop. However, since the gain in the open loop is less than 1, there is no tendency to oscillate. Furthermore, it becomes unnecessary to adapt the loop's amplitude-phase dependence outside the cut-through band, as is the case with type 1 expanders.

For å oppnå de samme kompressor- eller ekspander»overføringskarak-teristikker i anlegg av type 2 som i anlegg av type 1 er det nødvendig å bruke en litt avvikende form av tilleggsveiens overføringskarakteri-stikk. Således gjelder for systemet av type 2 kurve (c) på fig. 3 istedenfor kurve (b). Der benyttes en høyere terskel og eh noe flatere karakteristikk. Disse kurver gjelder bare for egenskapene i stabil til-stand, og lignende justeringer må foretas i de dynamiske karakteristikker, idet der benyttes lengre tidskonstanter i styresignalglattekobling-en i systemet av type 2. In order to achieve the same "compressor" or "expander" transmission characteristics in installations of type 2 as in installations of type 1, it is necessary to use a slightly different form of the transmission characteristics of the additional road. Thus, for the system of type 2, curve (c) in fig. 3 instead of curve (b). A higher threshold is used and, er, a somewhat flatter characteristic. These curves only apply to the characteristics in steady state, and similar adjustments must be made in the dynamic characteristics, as longer time constants are used in the control signal smooth coupling in the system of type 2.

Ved kompressorer henholdsvis ekspandere som er sammensatt av typene 1 og 2, kan de aktuelle inngangssignaler til tilleggsveiene frem-bringes ved multiplikasjon av hovedveienes inngangs- resp. utgangssignal med en vilkårlig faktor. In the case of compressors or expanders which are composed of types 1 and 2, the relevant input signals to the additional paths can be produced by multiplying the main paths' input or output signal by an arbitrary factor.

I en innretning av type 2 eller den kombinerte" type 1-2 kan kompressorens addisjonsanordning ikke rett og slett fjernes og plaseres ved ekspanderen, slik det er mulig ved innretninger av type 1 når det uforandrede signal og utgangssignalet fra tilleggsveien skal overføres til ekspanderen over adskilte veier.I innretninger av type 2 eller type 1 - 2 er addisjonsanordningen viktig for å danne inngangssignalet til tilleggsveien. Allikevel kan det uforandrede inngangssignal og utgangssignalet fra tilleggsveien stadig overføres eller opptegnes separat. Herunder er der anordnet en annen addisjonsanordning ved ekspanderen for å danne det komprimerte signal av det uforandrede signal og av det signal som fås fra tillegsveien, og som blir mottatt eller tilbakeført separat. In a device of type 2 or the "combined" type 1-2, the compressor's addition device cannot simply be removed and placed at the expander, as is possible with devices of type 1 when the unchanged signal and the output signal from the additional path are to be transferred to the expander via separate paths. In devices of type 2 or type 1 - 2, the addition device is important to form the input signal to the additional path. Even so, the unchanged input signal and the output signal from the additional path can still be transmitted or recorded separately. Below, another addition device is arranged at the expander to form the compressed signal of the unchanged signal and of the signal obtained from the additional path, and which is received or returned separately.

Videokompressorer og -ekspandere av type 1 er allerede beskrevet i det forannevnte patentskrift. Videoanordninger av type 2 følger lignende lovmessigheter og består av en eller flere begrensere av den art som er vist på fig. 4, sammen med en kombinerende krets. Det er mulig å ordne om opplegget for ekspandere av type 2 ifølge fig. 2 på en slik måte at der fås en kobling som i praksis blir meget enklere. En slik ekspander, som er vist på fig. 5, blir billig nok til å kunne bygges inn f.eks. i fjernsynsmottagere til husbruk med sikte på å redusere bredtbåndstøy og fantombilder. Innretningen drives fortrinnsvis av en kilde med- lav impedans, men ved passende proporsjonering av strømkrets-komponentene har man imidlertid oppnådd tilfredsstillende resultater ved å bruke en fjernsynmottagers video-utgangstrinn som driver. Innretning-ens utgang blir da koblet direkte til billedrørets styreelement. Video compressors and expanders of type 1 have already been described in the aforementioned patent document. Video devices of type 2 follow similar laws and consist of one or more limiters of the type shown in fig. 4, together with a combining circuit. It is possible to rearrange the arrangement for expanders of type 2 according to fig. 2 in such a way that a connection is obtained which in practice becomes much simpler. Such an expander, which is shown in fig. 5, will be cheap enough to be built in, e.g. in television receivers for household use with the aim of reducing broadband noise and phantom images. The device is preferably powered by a low-impedance source, but with suitable proportioning of the circuit components, satisfactory results have been achieved by using a television receiver's video output stage as a driver. The device's output is then connected directly to the picture tube's control element.

Som det fremgår, tilsvarer kretsen i fig. 5 blokkskjemaet til ekspanderen ifølge fig. 2 og inneholder en invertert form av begrenseren ifølge fig. 4. Ved denne utførelsesform skjer der en frekvensdiskrimi-nering, en begrensning og en subtraksjon av tilleggsveienes komponent fra den direkte veis signal. As can be seen, the circuit in fig. 5 the block diagram of the expander according to fig. 2 and contains an inverted form of the limiter according to fig. 4. In this embodiment, there is a frequency discrimination, a limitation and a subtraction of the component of the additional paths from the direct path signal.

Av det følgende avsnitt vil det fremgå at lavpassfilteret dannes av motstandene R^ og R_ samt kondensatoren C, idet diodene bevirker begrensningen. Motstandene R. og R2 tjener herunder som addisjonsanordning som avleder egnede deler av det signal som går gjennem den direkte vei fra inngangsklemmen og adderer dem til det begrensede signal som mottas over diode-filter-kombinasjonen. From the following section, it will appear that the low-pass filter is formed by the resistors R^ and R_ and the capacitor C, the diodes effecting the limitation. The resistors R. and R.sub.2 serve below as an addition device that diverts suitable parts of the signal that passes through the direct path from the input terminal and adds them to the limited signal that is received via the diode-filter combination.

For en støydempning på 10 dB er R^ = 2,16 R^- Størrelsen av C blir valgt slik at en overdreven belastning av kilden ved de høyeste frekvenser blir unngått, idet den samlede størrelse av motstandene R^ og R£, som virker sammen med C, velges slik at der fås en grensefrekvens på omtrent 500 kHz, som gir en betydelig støydempning ved vanlige videosignaler. For a noise attenuation of 10 dB, R^ = 2.16 R^- The size of C is chosen so that excessive loading of the source at the highest frequencies is avoided, the combined size of the resistances R^ and R£, acting together with C, is chosen so that a cut-off frequency of approximately 500 kHz is obtained, which provides significant noise reduction for normal video signals.

Kretsen i fig. 6 er fremkommet ved omdisponering av kretsen på fig. 5 og omfatter en ekspander av type 2 med en hovedvei 32, et til-leggsveifilter som består av kondensatoren C og motstanden R, begrenser-dioder 30 samt en subtraktiv kombinasjonsanordning bestående av en inverterende forsterker 34 og en addisjonsanordning 36. The circuit in fig. 6 is obtained by rearranging the circuit in fig. 5 and comprises an expander of type 2 with a main path 32, an additional path filter consisting of the capacitor C and the resistor R, limiting diodes 30 and a subtractive combination device consisting of an inverting amplifier 34 and an addition device 36.

Som første trinn i omdisponeringen blir kondensatoren U og mot--standen R omordnet og denne koblet parallelt med diodene 30. Ved denne endring blir fasen i forbindelsespunktet mellem kondensatoren C og motstanden R omvendtså den inverterende forsterker 34 kan utelates. Annet trinn i omdisponeringen består i at motstanden R i tillegg blir benyttet som addisjonsanordning 36. Av fig. 6 fremgår det at motstanden R er erstattet med to motstander R^ og R2 hvis samlede motstandsverdi tilsvarer størrelse av R. Det innbyrdes forhold mellem størrelsene av R^ og R2 er herunder valgt slik at utgangssignalet under diodenes 30 be-grensningsnivå består av de signalandeler som kreves på inngangen, d.v. s. av bidraget fra hovedveien og av signalet i forbindelsespunktet mellem R^ og C, d.v.s. av bidraget fra tilleggsveien. As a first step in the rearrangement, the capacitor U and the resistor R are rearranged and connected in parallel with the diodes 30. With this change, the phase at the connection point between the capacitor C and the resistor R is reversed so that the inverting amplifier 34 can be omitted. Another step in the rearrangement consists in the resistor R being additionally used as an addition device 36. From fig. 6, it appears that the resistor R has been replaced by two resistors R^ and R2 whose combined resistance value corresponds to the magnitude of R. The mutual relationship between the magnitudes of R^ and R2 is chosen below so that the output signal below the diodes' 30 limiting level consists of the signal components that required at the entrance, i.e. pp. of the contribution from the main road and of the signal at the connection point between R^ and C, i.e. of the contribution from the additional road.

For farvefjernsyn vil en parallell-resonanskrets til sperring av under-bærebølger kunne erstatte eller kobles i serie med C i fig. 5 og 6, med eller uten tillegg av en serieresonanskrets som danner felle og shunter diodene. Hvorledes slike kretser samvirker med -begrenseren for å gi optimal støyreduksjon er beskrevet i det nevnte patentskrift. For color television, a parallel resonant circuit for blocking sub-carrier waves could replace or be connected in series with C in fig. 5 and 6, with or without the addition of a series resonant circuit which forms a trap and shunts the diodes. How such circuits interact with the -limiter to provide optimal noise reduction is described in the aforementioned patent document.

Skjønt den beskrevne ekspander kan brukes til å behandle signaler som ikke er komprimert på forhånd, anvender man i en ideell situasjon en kompressor av den type som er vist på fig. 2, med en begrenser av den type som er vist i fig. 4. Det kan bemerkes at komprimerte video signaler, som i seg selv har en skarp og takket form, vanligvis uten bruk av ekspander kan jevnes til henimot normal form ved passende inn-stilling av reguleringsorganene på fjernsynmottageren. Man får således ikke noe alvorlig problem når det gjelder forenlighet ved skift fra sending av normale fjernsynssignaler til sending av komprimerte signaler. Although the described expander can be used to process signals that have not been compressed in advance, in an ideal situation one uses a compressor of the type shown in fig. 2, with a limiter of the type shown in fig. 4. It can be noted that compressed video signals, which in themselves have a sharp and jagged shape, usually without the use of an expander can be smoothed to a normal shape by suitable setting of the control devices on the television receiver. There is thus no serious problem with regard to compatibility when switching from the transmission of normal television signals to the transmission of compressed signals.

Forenklede ekspandere av type 2 kan også brukes til å glatte andre former for fluktuerende signaler, f.eks. slike man støter på ved nukleær instrumentering (som tellehastighets-målesignaler, videosignaler fra røngtenstråle-mikroanalysatorer eller andre statistisk avledede analoge signaler). Simplified type 2 expanders can also be used to smooth other forms of fluctuating signals, e.g. such as are encountered in nuclear instrumentation (such as count rate measurement signals, video signals from X-ray microanalyzers or other statistically derived analog signals).

Den ovenfor beskrevne fremgangsmåte til formning av kompresjons-og ekspansjonskurver med en enkelt begrenser kan utvides til å innbe-fatte driften av flere begrensere parallelt (i et gitt frekvensbånd eller i overlappende bånd), hver med forskjellig terskel og/eller forskjellig tilført signalnivå. På denne måte kan der bygges opp overfør-ingskarakteristikker med forskjellige ønskede former under bibehold av de fleste av fordelene ved den opprinnelige utformning med en enkelt begrenser, nemlig stor nøyaktighet, liten forvrengning, lavt støynivå og lite oversving. The above-described method for shaping compression and expansion curves with a single limiter can be extended to include the operation of several limiters in parallel (in a given frequency band or in an overlapping band), each with a different threshold and/or different supplied signal level. In this way, transfer characteristics can be built up with various desired shapes while retaining most of the advantages of the original design with a single limiter, namely high accuracy, low distortion, low noise and low overshoot.

For å anskueliggjøre anordningens grunntrekk er der på fig. 7 vist karakteristikker for en kompressor av den kjente type 1 med tre begrensere parallellkoblet i en felles tilleggsvei. In order to illustrate the device's basic features, fig. 7 shows characteristics for a compressor of the known type 1 with three limiters connected in parallel in a common additional path.

Karakteristikken for den direkte vei er betegnet med (a), og karakteristikkene for de tre begrensere er betegnet med henholdsvis (b), (d) og (e) og er forskjøvet i forhold til hverandre på grunn av de forskjellige terskler. Istedenfor å få den resulterende karakteristikk som er betegnet med (c), som i tilfellet av bare én begrenser med karakteristikk (b), får man her en resulterende karakteristikk (f). Hver lineær begrenser kan altså etterfølges av en ikke-lineær begrenser (klip-per med passende terskel), mens en annen slik begrenser behandler det kombinerte tilleggssignal, slik at det opptrer meget lite oversving. The characteristic for the direct path is denoted by (a), and the characteristics for the three limiters are denoted by (b), (d) and (e) respectively and are shifted relative to each other due to the different thresholds. Instead of getting the resulting characteristic denoted by (c), as in the case of only one limiter with characteristic (b), one gets here a resulting characteristic (f). Each linear limiter can therefore be followed by a non-linear limiter (cuts with a suitable threshold), while another such limiter processes the combined additional signal, so that very little overshoot occurs.

Formen av de resulterende karakteristikker kan man regulere nøye ved valg av form, plasering og antall av begrenserkarakteristikkene, og om nødvendig, også ved å kombinere utgangssignalene fra en eller flere begrensere subtraktivt istedenfor additivt, hvilket gir et resultat som kan betraktes som en kombinasjon av en kompressor av type 1 og en ekspander av type 2. The shape of the resulting characteristics can be carefully regulated by choosing the shape, placement and number of the limiter characteristics, and if necessary, also by combining the output signals from one or more limiters subtractively instead of additively, which gives a result that can be considered a combination of a compressor of type 1 and an expander of type 2.

r. det generelle tilfelle av flere begrensere eller flere tilleggsvei-innretninger kan en av begrenserne virke uavhengig av de andre, idet den kan dele det tilhørende filter med en annen begrenser, eller filteret kan være selvstendig i et likt, et overlappende eller et forskjellig frekvensbånd. r. the general case of several limiters or several additional path devices, one of the limiters can act independently of the others, in that it can share the associated filter with another limiter, or the filter can be independent in the same, an overlapping or a different frequency band .

I videosystemer er de nevnte nedadbøyende begrenserkarakteristik-ker gunstig særlig for å redusere eller eliminere oversvingninger i kompressorens utgangssignal. Blir et sammensatt videosignal sendt gjennem en kompressor med begrensere med nedadbøyende karakteristikk, vil f.eks. synkroniseringspulsene ved utgangen bli frie for oversving, likedan som de ved inngangen. Et komprimert videosignal blir dermed sammenlignbart med et normalt signal, noe som letter behandling og over-føring. Dessuten blir et komprimert bilde nesten sammenlignbart med et normalt bilde. Når oversving er begrenset utelukkende til signaler med lavt nivå, fås et skarpt og hårdt bilde som ikke skiller fra et normalt bilde. In video systems, the aforementioned down-bending limiter characteristics are especially beneficial for reducing or eliminating overshoots in the compressor's output signal. If a composite video signal is sent through a compressor with limiters with downward bending characteristics, e.g. the synchronization pulses at the output become free of overshoot, just like those at the input. A compressed video signal thus becomes comparable to a normal signal, which facilitates processing and transmission. Also, a compressed image becomes almost comparable to a normal image. When overshoot is limited exclusively to low-level signals, a sharp and harsh image is obtained that is indistinguishable from a normal image.

Hittil har der vært beskrevet generelle fremgangsmåter til dannel-se av karakteristikken under anvendelse av flere begrensere. Når det gjelder anvendelsen for videoformål, vil det være til hjelp å henvise til begrenserkretsen på fig. 4 og til overføringskarakteristikkene på fig. 8, som er tegnet i lineær målestokk for å lette forståelsen av subfetaksjonsvirkningen. Up to now, general methods for forming the characteristic using several limiters have been described. As regards the application for video purposes, it will be helpful to refer to the limiter circuit of fig. 4 and to the transfer characteristics of FIG. 8, which is drawn on a linear scale to facilitate the understanding of the subfetation effect.

Hvis to begrensere av den type som er vist på fig. 4, drives parallelt under like forhold og deres utgangssignaler kombineres subtraktivt, vil de oppheve hverandre. Men hvis arbeidsbetingelsene for den ene begrenser endres passende (med hensyn til begrensningsterskel, diodetype, signalforsterkning), er det mulig å få et brukbart kombinert utgangssignal og samtidig oppnå den ønskede nedadbøyende overføringskarakteri-stikk. Fig. 8(a) viser anvendelsen av-to forskjellige begrensningstersk-ler i denne forbindelse. For inngangssignaler med høy amplitude gir de to begrenserkretser utgangssignaler som når bestemte nivåer som vist. Utgangssignalet a multipliseres med en passende faktor k, og utgangssig-naiet b blir så trukket fra. Ved høye inngangsnivåer blir resultatet null, mens der ved lave nivåer fås et normalt utgangssignal. Fig. 8(b) anskueliggjør det komplementære tilfelle, hvor begge begrensere har samme terskel, men hvor den ene begrenser drives med re-dusert forsterkning. For inngangssignaler med høy amplitude vil utgangssignalene fra de to forsterkere nå et bestemt nivå som vist, d.v.s. de vil være omtrent like. Ved lave nivåer vil imidlertid utgangssignalene avvike fra hverandre med en forskjell svarende til differansen mellem de tilførte signalnivåer. Når de to utgangssignaler kombineres subtraktivt, fås den ønskede stigende og nedadbøyende karakteristikk. If two limiters of the type shown in fig. 4, are operated in parallel under equal conditions and their output signals are subtractively combined, they will cancel each other out. However, if the operating conditions of one limiter are changed appropriately (with respect to limiting threshold, diode type, signal gain), it is possible to obtain a usable combined output signal and at the same time obtain the desired downward-bending transfer characteristic. Fig. 8(a) shows the application of two different limiting thresholds in this connection. For high amplitude input signals, the two limiter circuits provide output signals that reach specific levels as shown. The output signal a is multiplied by a suitable factor k, and the output signal b is then subtracted. At high input levels the result is zero, while at low levels a normal output signal is obtained. Fig. 8(b) illustrates the complementary case, where both limiters have the same threshold, but where one limiter is operated with reduced gain. For high amplitude input signals, the output signals from the two amplifiers will reach a certain level as shown, i.e. they will be about the same. At low levels, however, the output signals will deviate from each other by a difference corresponding to the difference between the supplied signal levels. When the two output signals are subtractively combined, the desired rising and falling characteristic is obtained.

I det nevnte patentskrift er der beskrevet tilfeller hvor det ikke er mulig å arbeide direkte med et audio- eller videosignal, men bare med et bæresignal som signalet er modulert på. Der er beskrevet anvendel-sesmuligheter for farvefjernsynsapparater og instrumenter, men grunn-trekkene er anvendelige ved alle bæresignal-anordninger. In the aforementioned patent, cases are described where it is not possible to work directly with an audio or video signal, but only with a carrier signal on which the signal is modulated. Application possibilities for color television sets and instruments are described there, but the basic features are applicable to all carrier signal devices.

I noen anvendelsestilfeller, f.eks. for audiofrekvente signaler, kan der anvendes lineære begrensere, i andre tilfeller er imidlertid og-så ikke-lineære begrensere anvendelige. I tilfeller hvor begrensernes, tidskonstant må holdes meget små, må begrensningen hovedsakelig skje ikke-lineært. In some application cases, e.g. for audio frequency signals, linear limiters can be used, in other cases, however, non-linear limiters are also applicable. In cases where the time constant of the limiters must be kept very small, the limitation must mainly take place non-linearly.

Unntatt ved undertrykte bæresignaler er det nødvendig å benytte Except for suppressed carrier signals, it is necessary to use

et bærebølgc-sperrefilter på tilleggsveiens inngang. Benyttes flere tilleggsveier, kan dette filter anbringes ved den felles inngang til alle tilleggsveiene. a carrier c-stop filter on the input of the additional path. If several additional roads are used, this filter can be placed at the common entrance to all additional roads.

De tilleggsveier som brukes ved bærebølge-kompressorer og -ekspandere, er analoge med dem som har vært beskrevet foran. Når bærebøl-gen en gang er undertrykket, kan sidebåndene behandles for forskjellige måter. Forekommer der en eneste tilleggsvei og ikke noe filter, får man bredtbånd-kompresjon eller -ekspansjon. Alternativt kan man anvende flere tilleggsveier, hver med et filter avstemt på et gitt område av sidebåndfrekvensene, med derav følgende kompresjon eller ekspansjon i de modulasjonssignal-frekvensområder som svarer til de anvendte filter-frekvenser. The additional paths used in carrier wave compressors and expanders are analogous to those described above. Once the carrier gene is suppressed, the sidebands can be processed in different ways. If there is only one additional path and no filter, you get broadband compression or expansion. Alternatively, several additional paths can be used, each with a filter tuned to a given range of the sideband frequencies, with consequent compression or expansion in the modulation signal frequency ranges that correspond to the filter frequencies used.

For å unngå forvrengning ved bærebølgesystemer med dobbelt side-bånd er det å foretrekke å benytte filtre som behandler sidebåndene symmetrisk i hver tilleggsvei. I praksis kan man oppnå dette ved å anvende en kombinasjon av båndpass- og båndsperre-filtre,,begge sentrert på To avoid distortion in carrier wave systems with double sidebands, it is preferable to use filters that treat the sidebands symmetrically in each additional path. In practice, this can be achieved by using a combination of bandpass and bandstop filters, both centered on

bærefrekvensen, men med passende forskjeller i båndbredde. the carrier frequency, but with suitable differences in bandwidth.

I et enkelt bærebølge-støyreduksjonssystem som vil egne seg for audiosignaler, kan bærebølge-sperrefilteret velges for å dempe sidebåndene av de lave og midlere frekvenser foruten selve bærefrekvensen. Støy-reduksjonen vil dermed vesentlig bli effektiv ved de høye frekvenser for på gunstig måte å redusere hvisling. Benyttes en ytterligere tilleggsvei med et smalere sperrefilter, vil den støyreduserende virkning bli utvidet lenger ned i audiofrekvensområdet. Virkningene av tilleggsveiene adderer seg da ved de sidebåndfrekvenser som svarer til de høyere audiofrekvenser, men bare den første tilleggsvei vil virke når den annen blokkeres av sidebåndsignaler med høyt nivå svarende til de midlere In a simple carrier noise reduction system that would be suitable for audio signals, the carrier cutoff filter can be selected to attenuate the low and mid frequency sidebands in addition to the carrier frequency itself. The noise reduction will thus become significantly effective at the high frequencies in order to favorably reduce hissing. If a further additional path with a narrower blocking filter is used, the noise-reducing effect will be extended further down the audio frequency range. The effects of the additional paths then add up at the sideband frequencies corresponding to the higher audio frequencies, but only the first additional path will work when the other is blocked by high-level sideband signals corresponding to the average

audiofrekvenser. audio frequencies.

I det nevnte patentskrift er der beskrevet begrenserkretser for audio- og videosignaler hvor begrensningsvirkningen tilveiebringes ved at filterets reaksjon automatisk skifter for å redusere gjennemslipnings-båndet når filterets utgangssignal stiger over et visst nivå. En lignende virkning lar seg også realisere med bærebølgesignal-kompressorer og In the aforementioned patent, limiter circuits for audio and video signals are described, where the limiting effect is provided by the filter's reaction automatically changing to reduce the cut-through band when the filter's output signal rises above a certain level. A similar effect can also be realized with carrier wave signal compressors and

-ekspandere. For kanaler hvor fasen bevares, kan man benytte seg av det prinsipp med ikke-lineær forvrengning som er beskrevet for anvendelse - expand. For channels where the phase is preserved, one can make use of the principle of non-linear distortion described for application

med underbærebølger til farvefjernsyn. For audiosignaler bør filteret .. virke lineært, og i praktisk kobling kan man benytte den generelle anordning som er vist på fig. 4, når unntas at kapasiteten erstattes med en parallellresonanskrets til bærebølgesperring og der parallelt med motstanden R tilføyes et styrbart motstandselement, f.eks. en felt-effekt-transistor som får påtrykket en likerettet og glattet styrespen-ning. Koblingen arbeider lineært unntagen under plutselige støt av sidebåndsignaler med høy amplitude som tilsvarer audiotransientene med høy amplitude og bringer diodene til å lede i begrenserens innsvingnings-tidsrom. I en praktisk kobling vil klippediodene normalt bli plasert i et senere punkt i kretsen efter forsterkning av det begrensede signal. Hvis det ønskes, kan en seriefelle anordnes parallelt med diodene. with subcarriers for color television. For audio signals, the filter .. should act linearly, and in practical connection one can use the general arrangement shown in fig. 4, when it is excepted that the capacity is replaced with a parallel resonance circuit for carrier blocking and where a controllable resistance element is added in parallel with the resistance R, e.g. a field-effect transistor that is applied a rectified and smoothed control voltage. The circuit operates linearly except during sudden bursts of high-amplitude sideband signals corresponding to the high-amplitude audio transients and causing the diodes to conduct in the limiter's swing-in period. In a practical connection, the clipping diodes will normally be placed at a later point in the circuit after amplification of the limited signal. If desired, a series trap can be arranged in parallel with the diodes.

I en annen utformning av koblingen på fig. 4, egnet til bruk med bærebølgesignaler, blir kondensatoren C erstattet med en parallellavstemt bærebølge-sperfekrets' diodene 30 fjernet og en symmetrisk, ikke lineær koblingkrets innskutt i serie med den parallellavstemte krets. Denne ikke-lineære kobling har forholdsvis liten impedans °PP til en gitt påtrykt spenning, ovenfor hvilken strømmen forblir hovedsakelig konstant. Konstantstrømdioder eller transistorer med tilsvarende kollek-tor-karakteristikker kan f.eks. benyttes i denne forbindelse. En serieavstemt bærebølge-fellekrets kan, hvis det ønskes, anordnes parallelt med motstanden R. In another design of the coupling in fig. 4, suitable for use with carrier signals, the capacitor C is replaced by a parallel-tuned carrier-suppression circuit, the diodes 30 removed and a symmetrical, non-linear switching circuit inserted in series with the parallel-tuned circuit. This non-linear coupling has a relatively small impedance °PP to a given applied voltage, above which the current remains essentially constant. Constant current diodes or transistors with corresponding collector characteristics can e.g. are used in this connection. A series tuned carrier trap circuit can, if desired, be arranged in parallel with the resistor R.

Claims

1. Signal compressor or expander comprising a main signal path to convey an input signal with linearity within a dynamic range/ at least one additional signal path arranged to divert a signal from the main path in a frequency band within the band conveyed by the main path, and to limit the signal to a small fraction of the input signal's maximum amplitude, and a combining device in the main path to combine the limited signal with the signal in the main path to raise its level in the case of a compressor and to lower it in the case of an expander, characterized in that the additional path's (10 or 14) input is connected to the output side of the combining device (12) in to- . failed by a compressor and to the input side of the combining device (16) in the case of an expander, and that the additional path includes a filter (Fig. 5) containing an impedance which is arranged to vary in response to the amplitude of the signal level in the compressor, resp. the expander to narrow the filter's cut-off band and thereby suppress signals that exceed a certain amplitude.

2. Compressor or expander as specified in claim 1, characterized in that the additional path comprises a filter circuit (R, C) to which at least one limiting diode (30) is directly connected, which forms the said impedance.

3. Compressor or expander as specified in claim 1 or 2, characterized in that the filter comprises a parallel-tuned carrier wave rejection filter.

4. Expander as stated in claim 2, characterized in that the functions of filtering, limiting and subtractive combination of signals are combined in a connection comprising two resistors (R^, R,,) which are connected in series between an input terminal and the one terminal on a capacity (C), or a parallel-tuned circuit", or such a circuit in series with a capacity, the other terminal of which is connected to a common input and output terminal, and further comprises a diode limiting device (30) connected in parallel with the resistors as well as an output terminal connected to the connection point of the resistors.

5. Signal compressor or expander as stated in claim ^characterized in that the additional path includes a plurality of parallel-connected limiters to obtain said limiting signal, each with a different limiting threshold and/or a different applied signal level.

6. Compressor or expander as specified in claim 5, characterized in that there is a plurality of additional paths, at least one of which contains a plurality of limiters, each of which works independently with a compression or expansion function and has an associated filter, which is shared with another limiter or is separate, in an identical, overlapping or different frequency band.

7.. Compressor or expander as stated in claim 5, character r^i-s e r t in that the output signals from all the limiters are combined additively.

8. Compressor or expander as specified in claim 5, characterized in that the output signal from one or more of the limiters is subtractively combined with the output signal from the other limiters.

9. Compressor or expander as stated in one of the claims 5 - & characterized by a further combining device for combining the output signals from the limiters to deliver the said limited signal, and a non-linear limiter which follows the further combining device and lies before the first combining device.