DE3013344A1

DE3013344A1 - Vorrichtung und verfahren zur verstaerkungssteuerung von eingangssignalen

Info

Publication number: DE3013344A1
Application number: DE19803013344
Authority: DE
Inventors: Jerry Wayne Pate
Original assignee: E Systems Inc
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1979-05-01
Filing date: 1980-04-05
Publication date: 1980-11-13
Also published as: GB2048621B; JPS55147815A; BE883036A; JPS6210042B2; US4297527A; GB2048621A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren zur Einstellung der Verstärkung eines Verstärkers für die Steuerung der Amplitude eines Eingangssignals in einer Kommunikationsanlage.

Verstärkungssteuerungsschaltungen werden üblicherweise zur Einstellung der Amplitude eines Eingangssignals in zahlreichen Kommunikationsanlagen verwendet. Bei Sprachverarbeitungsanlagen befindet sich die Verstärkungssteuerungsschaltung für die Sprachsignale (VOGAD) im allgemeinen im analogen Audio-Eingangsteil der Anlage. Die VOGAD-Schaltung speichert die Amplitude der Sprachsignale des Eingangssignals und multipliziert dieses mit einem Verstärkungsfaktor, der die Sprachsignale auf einen für die weitere Sprachsignalverarbeitung gewünschten Amplitudenwert bringt.

Die bekannten Sprachverarbeitungsanlagen verwenden im allgemeinen einen Steuerknopf, der zum Sprechen zu drücken ist. In den VOGAD-Schaltungen wird eine Amplitudensteuerung in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerknopfes vorgenommen. Die VOGAD-Schaltung wird üblicherweise durch

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Drücken des, Steuerknopfes freigegeben. Es gibt aber auch Sprachverarbeitungsanlagen, die keinen derartigen Steuerknopf besitzen, obgleich sie in Umgebungen zum Einsatz kommen, die einen hohen Hintergrund-Störpegel aufweisen. Hierzu gehören beispielsweise Telefonanlagen oder Computerräume .

Es hat sich gezeigt, daß Hintergrundgeräusche und Änderungen der Amplituden der Eingangssignale das Verhalten von bekannten Sprachverstärkungsschaltungen nachteilig beeinflussen, indem diese die Eingangssignale häufig zu stark oder zu wenig stark verstärken, was zu einem Abweichen des Eingangssignals von seiner gewünschten Amplitude führt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sprachverstärkungsschaltung zu schaffen, die besser als bisher Sprachsignale von Hintergrundgeräuschen trennt und die die Eingangssignale lediglich in Abhängigkeit von der Amplitude der Sprachsignale verstärkt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Vorrichtung mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen. Danach dient ein Verstärker zur Aufnahme der Eingangssignale, während eine Einstellschaltung zur Steuerung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers dient. Eine Steuerschaltung wird von den Eingangssignalen angesteuert und

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trifft eine Unterscheidung zwischen den gewünschten Signalen und Hintergrundsignalen. Die Steuerschaltung steuert den Verstärkungsfaktor des Verstärkers derart, daß die gewünschte Signalamplitude erhalten wird.

In einer Ausführung der Erfindung weist die Verstärkungseinstellschaltung einen Vorverstärker zur Aufnahme der Eingangssignale auf. Der Vorverstärker besitzt eine Einstellschaltung zur Einstellung seines Verstärkungsfaktors. Ein Analog/Digital-Wandler ist dem Ausgang des Vorverstärkers nachgeschaltet und fragt die Eingangssignale ab, um sie in entsprechende Digitalsignale umzuformen, die mit dem Verstärkungsfaktor des Vorverstärkers multipliziert werden. Die Steuerschaltung wird von den digitalen Eingangssignalen angesteuert und steuert den Verstärkungsfaktor des Vorverstärkers derart, daß dessen Ausgangssignal innerhalb des Arbeitsbereichs des Analog/Digital-Wandlers liegt.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung dient eine Sprachverstarkungseinstellung in einer Sprachverarbeitungsschaltung zur Aufnahme von Eingangssignalen, die Sprachsignale und Rauschen enthalten. Ein Analog/Digital-Wandler dient zur Erzeugung eines digitalen Eingangssignals aus dem analogen Eingangssignal. Die digitalen Eingangssignale steuern eine Steuerschaltung an, in der der Mittelwert der absoluten Amplitude der Eingangssignale

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über eine vorgegebene Zeitspanne festgestellt wird. Der maximale Absolutwert der Amplituden der Eingangssignale wird während der Abfrageperiode außerdem von einem Mikrocomputer ermittelt. Ein bestimmter Einstellzyklus weist eine Anzahl von Abfrageperioden auf. Während des Einstellzyklus werden die mittlere absolute Amplitude und die maximale absolute Amplitude für jede Abfrageperiode des Einstellzyklus bestimmt. Es wird ein Vergleich vorgenommen, um herauszufinden, welche der maximalen Amplituden eines Einstellzyklus am größten ist und ferner um festzustellen, in welcher Abfrageperiode die größte maximale Amplitude auftritt. Ferner wird ein gleitender Mittelwert der mittleren absoluten Amplituden über ein Gleitintervall ermittelt. Dieser Gleitmittelwert dient zur Bestimmung der Rauschschwelle. Die Verstärkungseinstellung weist ferner einen Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zur Verstärkung des analogen Eingangssignals auf. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers wird in Abhängigkeit vom mittleren absoluten Amplitudenwert derjenigen Periode eingestellt, in der der größte maximale Amplitudenwert auftrat. Die Steuerschaltung stellt den Verstärkungsfaktor des Verstärkers jedoch nur dann ein, wenn zuvor festgestellt worden ist, daß der größte maximale Amplitudenabsolutwert eines Einstellzyklus größer als die Rauschschwelle ist. Die Verstärkung des Verstärkers wird daher in Abhängigkeit von den Amplituden der Sprachsignale der analogen Eingangssignale eingestellt.

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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sprachverarbeitungsschaltung VOGAD außerdem eine Eingangs-Bereichseinstellung zur Abfrage bestimmter Frequenzen, zur Verstärkung sowie zur Speicherung der analogen Eingangssignale auf. Die Verstärkung der Eingangs-Bereichseinstellung ist über eine Anzahl von vorgegebenen Verstärkungswerten verstellbar. Der Analog/Digital-Wandler ist an den Ausgang der Bereichseinstellung angeschlossen und liefert digitale Eingangssignale aus den analogen Eingangssignalen, welche mit dem Verstärkungsfaktor der Eingangs-Bereichseinstellung multipliziert sind. Die Steuerschaltung bewirkt eine Steuerung der Verstärkung der Eingangs-Bereichseinstellung, wodurch deren Ausgangssignale innerhalb des Arbeitsbereichs des Analog/Digital-Wandlers liegen.

Vorzugsweise wird die Frequenz der Eingangssignale von der Steuerschaltung derart angezeigt, daß die Anzahl der positiven und negativen Nulldurchgänge innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls gezählt werden. Die Frequenz der Eingangssignale wird für eine Anzahl vorgegebener Zeitintervalle während eines Einstellzyklus mehrmals abgefragt. Eine Verstärkungseinstellung des Verstärkers erfolgt nur dann während eines Einstellzyklus, wenn die Frequenz der analogen Eingangssignale innerhalb bestimmter Frequenzgrenzen liegt. Wenn eine vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender Frequenzabfragen eines

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einzigen Einstellzyklus innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches liegt, dann kann die Steuerschaltung die Verstärkung des Verstärkers einstellen. Andernfalls wird die Steuerschaltung an einer Verstärkungseinstellung des Verstärkers gehindert.

Vorzugsweise enthält ein Einstellzyklus 12 Zeitintervalle, in denen die Frequenz der Eingangssignale festgestellt wird. Fällt die Frequenz der Eingangssignale in einen der ausgewählten Frequenzbereiche und zeigt die Anwesenheit von Sprachsignalen in drei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen des Einstellzyklus an, dann kann die Steuerschaltung den Verstärkungsfaktor des Verstärkers unter der Voraussetzung regeln, daß alle anderen Bedingungen in Ordnung sind. Anderenfalls wird die Steuerschaltung zur Einstellung des Verstärkungsfaktors gesperrt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steuerung der Amplituden von Eingangssignalen, die ein gewünschtes Signal sowie ein Hintergrundrauschen aufweisen. Die Eingangssignale werden gespeichert und innerhalb eines ersten Zeitintervalls wird ein Mittelwert ihrer absoluten Amplituden gebildet. Der maximale absolute Amplitudenwert der Eingangssignale wird ebenfalls während des ersten Zeitintervalls festgestellt. Ein zweites Zeitintervall, das auch als Einstellzyklus bezeichnet wird, weist

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eine Anzahl von ersten Zeitintervallen auf. Der Mittelwert der absoluten Amplituden der Eingangssignale wird im Einstellzyklus durch Mittelwertbildung der mittleren absoluten Amplitudenwerte der während des Einstellzyklus auftretenden ersten Zeitintervalle festgestellt. Die größten der maximalen absoluten Amplitudenwerte sowie das erste Zeitintervall, in dem diese auftraten, werden für jeden Einstellzyklus bestimmt. Mit Hilfe des mittleren absoluten Amplitudenwertes für einen Einstellzyklus wird ein Gleitmittelwert für eine Gleitperiode ermittelt. Ein Schwellenwert wird dadurch festgelegt, daß zu diesem Gleitmittelwert ein vorgegebener Wert addiert wird. Der größte maximale absolute Amplitudenwert wird mit dem Schwellenwert verglichen und wenn er größer als der Schwellenwert ist, dann ist dies ein Hinweis für das Vorhandensein des gewünschten Signals. Ferner wird die Frequenz der Eingangssignale aufgezeichnet, um festzustellen, ob die Eingangssignalfrequenz innerhalb bestimmter Frequenzgrenzen liegt, die die Anwesenheit des gewünschten Signals anzeigen. Hierauf wird die Verstärkung des Verstärkers derart eingestellt, daß die Amplitude des Eingangssignals der mittleren absoluten Amplitude entspricht, die in dem ersten Zeitintervall wie die größte maximale absolute Amplitude auftritt. Eine Einstellung des Verstärkungsfaktors erfolgt jedoch nur dann, wenn die größte maximale absolute Amplitude größer als der Schwellenwert ist und wenn die Eingangs-

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Signalfrequenz innerhalb vorgegebener Frequenzgrenzen liegt.

Im einzelnen umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung der Amplituden eines analogen Eingangssignals, welches Sprachsignale und Hintergrundrauschen aufweist, die folgenden Schritte: Umwandlung des analogen Eingangssignals in ein digitales Eingangssignal; digitales Verarbeiten des Eingangssignals zur Erkennung von Sprachsignalen bei gleichzeitiger Anwesenheit von Hintergrundrauschen; Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit von der Amplitude der Sprachsignale, sofern diese festgestellt wurden; und Einstellung der Verstärkung eines Verstärkers zur Regelung der Amplitude des Eingangssignals in Abhängigkeit von den Steuersignalen gemäß vorgegebener Einstellkriterien.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Blockschaltbildes;

Figur 2 ein Schemaschaltbild eines Analog/Digital-Wandlers, einer Eingangs-Bereichseinstellschaltung für den Analog/Ditigal-Wandler und einen Audiovertärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor, der durch eine Anzahl von Rückkopplungsschleifen gesteuert wird;

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Figur 3 ein Schemaschaltbild eines in dem Ausführungsbeispiel verwendeten Mikrocomputers;

Figur 4 ein Fließbild zur Darstellung der Arbeitsweise der Erfindung.

In der nachstehenden Figurenbeschreibung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Sprachverstärkers. Ein Audioeingangssignal wird an eine Eingangs-Bereichssteuerung 10 sowie an einen 16-Kanal-Verstärker 12 mit einstellbarer Verstärkung gelegt. Die Audioeingangssignale weisen Sprachanteile sowie Hintergrundrauschanteile auf. Unter Hintergrundrauschen werden alle Signalanteile verstanden, die nicht Teil der zu übertragenen Sprachsignale sind. Hierzu gehören Hintergrundgeräusche wie beispielsweise Türenschlagen, Schreibmaschinenlärm oder Nebengespräche.

Die Eingangs-Bereichssteuerung 10 fragt die Audioeingangssignale ab, verstärkt sie und speichert sie an ihrem Ausgang, so daß sie eine Abfrage- und Speicherfunktion besitzt. Die Ausgangssignale der Eingangs-Bereichssteuerung 10 werden an einen Analog/Digital-Wandler 14 gelegt, der ein digitales Ausgangssignal erzeugt, das dem Audioeingangssignal multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor der Eingangs-Bereichssteuerung 10 entspricht. Die digitalen Eingangssignale des Analog/Digital-Wandlers 14

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werden anschließend in einen Mikrocomputer 16 geführt, der als Steuerschaltung zur Steuerung des Verstärkungsfaktors in der Eingangs-Bereichssteuerung 10 sowie im Verstärker 12 verkleinert.

Der Mikrocomputer 16 ist derart programmiert, daß der Verstärkungsfaktor der Eingangs-Bereichssteuerung 10 und des Verstärkers 12 in Abhängigkeit von den digitalen Eingangssignalen gesteuert wird. Jedes digitale Eingangssignal wird in den Mikrocomputer 16 gefüttert und darin abgefragt, ob die Ausgabe der Eingangs-Bereichssteuerung 10 innerhalb der Betriebsgrenzen des Analog/Digital-Wandlers 14 liegt. Wird festgestellt, daß das Ausgangssignal zu klein ist, dann wird der Verstärkungsfaktor der Eingangs-Bereichssteuerung 10 vergrößert. Ist das Ausgangssignal zu groß, dann wird der Verstärkungsfaktor der Eingangs-Bereichssteuerung 10 verringert. Ist das Ausgangssignal zu groß und arbeitet die Eingangs-Bereichssteuerung 10 bereits mit dem kleinst möglichen Verstärkungsfaktor, dann wird angenommen, daß das Audioeingangssignal den Verstärker 12 übermäßig treibt. Daraufhin wird der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 12 verkleinert.

Der Mikrocomputer 16 ist zur Unterscheidung von Sprachsignalen gegenüber Hintergrundrauschen programmiert. Werden Sprachsignale festgestellt, dann wird die Spitzenamplitude dieser Sprachsignale herangezogen, um die richtige

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Verstärkung für den 16-Kanal-Verstärker 12 auszuwählen. Erkennt der Mikrocomputer 16 demnach Sprachsignale, dann wird ein Steuersignal an den Verstärker 12 geliefert, um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers auf den richtigen Wert für die einlaufenden Sprachsignale einzustellen. Die Audioausgabe des Verstärkers 12 umfaßt somit Sprachsignale, die für eine weitere Verarbeitung in einer Sprachverarbeitungsschaltung auf einen richtigen Wert gebracht worden sind. Die Funktionsweise der Eingangs-Bereichssteuerung 10, des Analog/Digital-Wandlers 14, des Mikrocomputers 16 und des Verstärkers 12 werden weiter unten in Einzelheiten erläutert.

Figur 2 zeigt die analogen Bauteile der Anordnung in Einzelheiten. Insbesondere sind die Eingangs-Bereichssteuerung 10, der Analog/Digital-Wandler 14 und der Verstärker 12 schematisch dargestellt.

Die Eingangs-Bereichssteuerung 10 weist einen Schalter 18 mit vier Vorverstärkern 20, 24, 26 und 28 auf, die beispielsweise von der Firma Harris unter der Bezeichnung HA1-2405-5 erhältlich sind. Die Ausgänge dieser Vorverstärker sind alle an einen Mischverstärker 30 angeschlossen, dessen Ausgang widerum an einem Mikrofarad-Kondensator 32 liegt. Der Kondensator 32 hält die Ausgangsspannung des Mischverstärkers 30, die eine Ausgabe der Eingangs-Bereichssteuerung 10 darstellt.

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Die Verstärkung der Vorverstärker 20, 24, 26 und 28 wird von Rückkopplungsleitungen 34, 36, 38 und 40 gesteuert. Die Rückkopplungsschleife 34 zum Vorverstärker 20 enthält einen 32 kOhm Widerstand 42. Die Rückkopplungsschleife 36 zum Vorverstärker 24 enthält eine Reihenschaltung des Widerstandes 42 mit einem 4 kOhm Widerstand 44. Die Rückkopplungsschleife 38 zum Vorverstärker 26 weist die Reihenschaltung der Widerstände 42 und 44 mit einem 2 kOhm Widerstand 46 auf. Schließlich weist die Rückkopplungsschleife 40 zum Vorverstärker 28 die Reihenschaltung der Widerstände 42, 44 und 46 mit einem 1 kOhm Widerstand 48 auf; sie ist außerdem über einen 1 kOhm Widerstand 50 geerdet. In dieser Anordnung besitzt der Vorverstärker 20 einen Verstärkungsfaktor von 5, der Vorverstärker 24 einen Verstärkungsfaktor von 10, der Vorverstärker 26 einen Verstärkungsfaktor von 20 und der Vorverstärker 28 einen Verstärkungsfaktor von 40. Der elektronische Schalter 18 gibt wahlweise einen der Vorverstärker 20, 24, 26 oder 28 eine bestimmte Zeit lang frei, um das Audioeingangssignal abzufragen. Das Audioeingangssignal wird dem Eingang jedes dieser Vorverstärker über eine Leitung 52 zugeführt. Durch Ansteuerung eines der vier Vorverstärker kann der Schalter 18 somit einen bestimmten Verstärkungsfaktor in der Eingangs-Bereichssteuerung 10 auswählen.

Der Verstärkungsfaktor der Bereichssteuerung 10 wird vom Mikrocomputer 16 über Steuerleitungen 54 und 56 gesteu-

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ert. Die auf den Leitungen 54 und 56 auftretenden Spannungen bestimmen, welcher der Vorverstärker 20, 24, 26 oder 28 durch den elektronischen Schalter 18 freigegeben wird.

Über eine Steuerleitung 58 wird dem Schalter 18 außerdem ein Ende-der-Umwandlung Signal zugeführt. Das Ende- der-Umwandlung Signal zeigt an, daß der Analog-Digital-Wandler 14 einen Umwandlungsvorgang abgeschlossen hat. In Abhängigkeit von dem Ende-der-Umwandlung Signal auf der Leitung 58 wird der Schalter 18 freigegeben und das auf der Leitung 52 auftretende Audioeingangssignal erneut abgefragt. Die auf der Leitung 52 aufgefundene Spannung wird verstärkt und auf dem Kondensator 32 gespeichert.

Das Ausgangssignal der Eingangs-Bereichssteuerung 10 entspricht dem Audioeingangssignal multipliziert mit der ausgewählten Verstärkung der Bereichssteuerung 10. Diese Ausgabe wird über eine Leitung 60 in den Analog/Digital-Wandler geführt, der daraus ein 8bit Datenwort bildet. Ein bevorzugter A/D-Wandler wird von der Firma National Semiconductor unter der Bezeichnung ADC 0800 PD angeboten. Die Vorverstärker 20, 24, 26 und 28 dienen dazu, die Audioeingangssignale vor dem Anlegen an den A/D-Wandler 14 zu verstärken. Sie bewirken somit eine Vorverstärkung und werden daher gemeinsam als Vorverstärker bezeichnet. Die Ausgaben des Analog/Digital-Wandlers 14 werden über

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acht Ausgangsleitungen 62 dem Mikrocomputer 16 eingegeben. Auf einer Leitung 64 erhält der Analog/Digital-Wandler 14 einen Startbefehl, während ihm über eine Leitung 66 ein Taktsignal zugeführt wird. Das Ende-der-Umwandlung Signal wird über eine Leitung 58 auf eine Leitung 68 gelegt und zeigt an, daß der Wandler 14 einen Umsetzvoi— gang abgeschlossen hat.

Der 16-Kanal-Verstärker 12 weist einen Operationsverstärker 70, beispielsweise einen Typ 3403 der Firma Fairchild und einen Elektronikschalter 72, beispielsweise einen Typ DG-605 BR der Firma Siliconix, auf. Der Ausgang des Verstärkers 70 ist an den Eingang des Schalters 72 angeschlossen, während der Eingang des Verstärkers 70 über 16 verschiedene Widerstandspfade 74 mit dem Schalter 72 verbunden ist. Der Schalter 72 verbindet den Ausgang des Verstärkers 70 über einen der 16 Widerstandspfade 74 mit seinem Eingang. Auf diese Weise wählt der Schalter 72 die Verstärkung des Verstärkers 70 aus.

In jedem der 16 Widerstandspfade 74 liegt ein anderer Widerstand zur Einstellung der Verstärkung im Verstärker 70. Vorzugsweise sind die Widerstände so ausgewählt, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 70 in 1dB Schritten von OdB bis 15dB ansteigt. Die Widerstände sind dazu derart ausgewählt, daß sie die nachfolgenden Vertärkungen

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ergeben: 1,0; 1,1; 1,26; 1,33; 1,50; 1,78; 1,96; 2,16; 2,55; 3,14; 3,55; 3,92; 4,30; 4,70 und 5,29.

Der Schalter 72 wird über vier Steuerleitungen 75 gesteuert, die an den Mikrocomputer 16 angeschlossen sind. Auf ihnen wird ein 4bit Datenwort vom Mikrocomputer 16 übertragen, um einen der sechzehn unterschiedlichen Widerstandspfade 74 anzusteuern. Der Mikrocomputer 16 wählt somit die Rückkopplungsschleife für den Verstärker 70 aus und steuert damit dessen Verstärkungsfaktor.

Das Audioeingangssignal wird über eine Leitung 76 an den Verstärker 70 gelegt. Die Ausgabe des Verstärkers 70 entspricht dem Audioeingangssignal multipliziert mit dem vom Mikrocomputer 16 ausgewählten Verstärkungsfaktor. Diese Ausgabe des Verstärkers 70 wird über eine Leitung 78 in eine Kommunikationsanlage, beispielsweise einen Sprachprozessor, übertragen.

Figur 3 zeigt ein Schemaschaltbild des in der Anordnung verwendeten Mikrocomputers 16 mit einer 8085 Zentraleinheit 90, die an einen 8755A Festwertspeicher (ROM) 92 und an einen 8156 wahlfreien Zugriffsspeicher (RAM) 94 angeschlossen ist. Der ROM 92 und der RAM 94 werden von der Firma Intel Corporation hergestellt. Der Mikrocomputer 16 ist grundsätzlich wie ein 8085 Minimalsystem angeschlossen, das auf den Seiten 2 bis 22 des MCS-85 TM Users

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Manual vom Januar 1978 der Firma Intel Corporation beschrieben ist. Die Verdrahtung zwischen dem Prozessor 90, dem ROM 92 und dem RAM 94 sind ebenfalls im Users Manual beschrieben.

Dem RAM 94 wird ein 8bit Datenwort auf den Leitungen 62 eingegeben, welches ein digitales Eingangssignal entsprechend dem mit dem Verstärkungsfaktor der Eingangs-Bereichssteuerung 10 multiplizierten Audioeingangssignal entspricht. Leitungen 75 verbinden den RAM 94 und den elektronischen Schalter 72 zur Steuerung des Verstärkungsfaktors des in Figur 2 dargestellten Verstärkers 70. In ähnlicher Weise verbinden die Leitungen 54 und 56 den RAM 94 mit dem in Figur 2 dargestellten Schalter 18. Das Ende-der-Umwandlung Signal wird dem RAM 94 über die Leitung 58 zugeführt, während die Zufuhr der Taktimpulse über die Leitung 66 erfolgt. Der Startbefehl wird dem RAM 94 über die Leitung 64 eingegeben.

Über eine Sperrleitung 100 wird dem RAM 94 ein Sperrbefehl zugeführt. Der Sperrbefehl wird extern durch Drücken eines Handknopfes erzeugt. Wenn der Sperrbefehl ansteht, dann nimmt der Mikrocomputer 16 keine Einstellung der Verstärkung des Verstärkers 12 vor.

Dem Prozessor 90 wird über eine Leitung 102 ein Rückstellsignal eingegeben. Das Rückstellsignal wird von einer

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nicht dargestellten externen Quelle geliefert. Ein Rückstellknopf 104 dient außerdem zur Erzeugung eines Rückstellbefehls für den Prozessor 90 von Hand. Wenn das Rückstellsignal aufscheint, dann läuft der Prozessor 90 zum Programmanfang zurück und durchläuft dieses erneut.

Figur 4 zeigt in vereinfachter, üblicher Darstellung den Funktionsablauf der Anordnung. Im Block 110 erscheint der Titel, nämlich VOGAD. Der Block 112 enthält die Auslösung. Während dieses Schrittes werden alle Ein- und Ausgänge des Mikroprozessors sowie alle Variablen auf einen Anfangswert gesetzt. Im nächsten Schritt, der durch den Block 114 dargestellt ist, wird ein mikroprogrammierbarer Taktgeber abgefragt, um festzustellen, ob eine neue Analog/Digital-Umwandlung bereits vorgenommen werden kann. Der mikroprogrammierbare Taktgeber wird auf einen festen Zeitwert gesetzt und bestimmt die Abfragegeschwindigkeit für die Audioeingangssignale. Wenn eine neue Umwandlung aufgrund der verstrichenen Zeit vorgenommen werden soll, dann startet das Programm im Schritt 116 den Umwandlungstaktgeber erneut. Ist es jedoch noch nicht so weit, dann wird die Abfrage 114 solange wiederholt, bis die Antwort "JA" ist. In einer bevorzugten Ausführung ist die Abfragefrequenz 8000 Hertz. Nachdem ein Taktvorgang abgelaufen ist wird der Taktgeber im Schritt 116 erneut gestartet und es erfolgt bei 118 eine Abfrage, mit der sichergestellt werden soll, daß die Analog/Digital-Umwandlung

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abgeschlossen ist. Liegt das Ende-der-Umwandlungs Signal nicht vor, dann läuft das Programm weiter und prüft immer weiter, ob die Analog/Digital-Umwandlung abgeschlossen ist.

Ist die Antwort in der Abfrage 118 "JA", dann erfolgt im nächsten Schritt 120 eine Speicherung der digitalisierten Abfrage im RAM 94. Außerdem wird die Verstärkungseinstellung der Eingangs-Bereichssteuerung 10 für eine spätere Verwertung der Abfragesignale gespeichert.

Nach der Speicherung dieser Signale wird das abgefragte Signal im Block 122 daraufhin untersucht, ob eine Übersteuerung vorliegt. Ist die Signalprobe größer als ein vorgegebener Wert, dann erfolgt eine Untersuchung, ob die Eingangs-Bereichssteuerung 10 auf einen Minimalwert gesetzt ist. Dies erfolgt an der Stelle 124. Steht die Eingangs-Bereichssteuerung 10 nicht auf minimaler Verstärkung, dann wird ihr Verstärkungsfaktor im Schritt 126 um 1 vermindert und das Programm läuft über die Anschlußstellen 130 und 132 zum Eingang der Abfrage 114 zurück.

Steht die Eingangs-Bereichssteuerung 10 hingegen auf minimaler Verstärkung, so wird angenommen, daß der Verstärker 112 übersteuert wird. Dies ergibt aus der mit "JA" beantworteten Abfrage 124, die zur Abfrage 128 führt, in der

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ein Sperrsignal daraufhin überprüft wird, ob die Verstärkungseinstellung des Verstärkers unzulässig ist. Ist dies der Fall, so wird die Verstärkung des Verstärkers 12 im Block 134 um 1 verringert.. Ist die Antwort auf die Abfrage 128 ja, dann folgt ein Wartezustand 136, um sicherzustellen, daß das empfangene Audiosignal nicht aufgrund einer plötzlichen Signalspitze verringert wird. Nach dem Wartezustand läuft das Programm wieder zur Abfrage 114, was durch den Kreis 138 mit der Anschlußstelle A angedeutet ist.

Ergibt die Abfrage an der Stelle 122 die Antwort "NEIN", ist also der Analog/Digital-Wandler 14 nicht übersteuert, dann erfolgt eine Untersuchung, ob eine genügende Anzahl von Proben genommen wurde. Diese Untersuchung erfolgt in der Abfrage 140. Ist die Antwort "JA", dann läuft das Programm gemäß den Kreisen 142 und 144 in den Schritt 146. Ist die Antwort hingegen "NEIN", dann läuft das Programm gemäß den Anschlußstellen 138 und 132 zur Abfragestelle 114 zurück und die Signalprobenuntersuch'/ng läuft weiter.

Sind hingegen eine ausreichende Anzahl von Proben genommen worden, dann wird im Schritt 146 zunächst der Absolutwert jeder genommenen Probe festgestellt und jede Signalprobe wird zur Bildung einer normierten Zahl basierend

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auf der Verstärkungseinstellung der Eingangs-Bereichssteuerung 10 skaliert. Jede Signalprobe wird außerdem daraufhin untersucht, ob sie größer als eine während der jeweiligen Einstellperiode genommene vorhergehende Probe ist. Ist dies der Fall, dann wird sie der jeweils neueste größte maximale Probenwert. Der neue maximale Probenwert und sein Mittelwert werden aufgezeichnet. Folgt einem negativen Signal ein positives Signal, dann wird ein Nulldurchgang gezält. Jede skalierte Signalprobe wird zur Erzeugung einer Zahl aufsummiert, die zur Feststellung des Mittelwertes der jeweils vorliegenden Signalprobenperiode dient. Nach dem Durchlaufen der im Schritt 146 vorgesehenen Verfahrensabläufe aller drei Signalproben wird ein Probennahmenzähler erneut gestartet und eine Sperrleitung wird im Abfrageschritt 148 nach einem Sperrsignal befragt. Liegt das Sperrsignal vor, dann hält das Programm in der Abfragestelle 148 solange, bis dieses Sperrsignal verschwindet.

Ist das Sperrsignal nicht vorhanden, dann wird die jeweilige Einstellperiodenprobe entskaliert, um die Verstärkung der Eingangs-Bereichssteuerung 10 im Schritt 150 zu kompensieren. Als nächstes wird eine Signalspitze daraufhin untersucht, ob sie kleiner als ein vorgegebener Wert ist, wobei dieser Wert zum Hinweis dafür dient, daß das Audioeingangssignal für eine richtige Analyse zu schwach ist. Ist das festgestellte Signal zu klein, dann wird die

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Verstärkung der Eingangs-Bereichssteuerung 10 vergrößert. Ist der Verstärkungsfaktor in der Bereichssteuerung 10 bereits auf den maximalen Wert gesetzt, dann läuft das Programm durch die Schritte 152, 154 und 156 weiter.

Als nächstes berechnet der Computer einen Probenmittelwert aus den aufgenommenen Proben, der als T-Probe bezeichnet wird. Vorzugsweise werden 32 Signalproben mit einer Frequenz von 8000 Hertz, also jeweils alle 125 Mikrosekunden aufgenommen. Jede Signalprobe wird entsprechend dem Verstärkungsfaktor der Eingangs-Bereichssteuerung 10 skaliert. Der Absolutwert jeder Signalprobe wird daraufhin gebildet und dieser skalierte Absolutwert wird von 32 Signalproben zusammengefaßt und anschließend durch einen Faktor 32 dividiert. Dies führt zu einem Mittelwert von 4 Millisekunden Zeitproben, da 32 χ 125 Mikrosekunden 4 Millisekunden ergeben. Diese Signalprobe wird als T-Probe bezeichnet.

Wie bereits erwähnt werden außerdem alle 125 Mikrosekunden Proben genommen und aufgezeichnet, um den maximalen Probenwert festzustellen. Diese Proben und ihre zugehörigen Mittelwerte werden aufgezeichnet. Die Verarbeitung von 32 Signalproben erfordert eine Zeit von 6 Millisekunden. Während dieser Zeit werden keine Eingangsproben genommen.

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Jede T-Probe wird in einem Zwischenspeichen solange gespeichert, bis eine vorgegebene Anzahl dieser Proben angezeigt wird. Vorzugsweise sind es 16 T-Proben. Diese 16 T-Proben werden dann gemittelt und ihr Mittelwert mit T-16 bezeichnet, der einem über 160 Millisekunden gebildeten Mittelwert entspricht.

Der Einstellperiodenzähler wird im Programmschritt 158 außerdem höher gestellt. Dieser Zähler legt das Normalverstärkungseinstellintervall für den veränderlichen Verstärkungsbereich der Eingangs-Bereichssteuerung 10 fest.

Hierauf erfolgt der Programmschritt 160, in dem untersucht wird, ob die richtige Anzahl von T-Proben erzeugt worden ist. Ist die Antwort ja, dann erfolgt eine Untersuchung, ob die Anzahl der Nulldurchgänge innerhalb vorgegebener Grenzen für die Einstellperiode liegt. Der NuIldurchgangszählerwert wird alle 120 Millisekunden angezeigt. Dieser Wert wird während jedes Einstellzyklus zwölfmal berechnet. Wenn drei aufeinanderfolgende Nulldurchgangswerte in einen vorgegebenen Frequenzbereich fallen, dann wird einer Verstärkungseinstellung während dieses Einstellzyklus zugestimmt und es wird eine NuIldurchgangssteuermarkierung gesetzt, die anzeigt, daß die Verstärkung in den Schritten 162 und 164 eingestellt werden darf. Im darauffolgenden Programmschritt 166 werden

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die T-Proben gemittelt, um einen Mittelwert über einen längeren Zeitraum zu erhalten. Wie zuvor erwähnt, werden 16 T-Proben zur Bestimmung von T-16 ausgewertet.

Im Programmschritt 168 wird ein Gleitmittelwert gebildet, der einen Hinweis auf den Hintergrund-Rauschpegel liefert. Vorzugsweise umfaßt der Gleitmittelwert eine Periode von etwa 5,12 Sekunden. Der Gleitmittelwert wird mit TWO bezeichnet und nach der folgenden Gleichung ermittelt:

TWO' = [(T-16) + (16 χ TWO) + (8 χ TWO) + (4 χ TWO) +
(2 χ TWO) + TWO] : 32

Der berechnete Wert für TWO¹ ersetzt den alten Wert von TWO im Speicher und dient für die nächste TWO Berechnung. Nach der Berechung des Gleitmittelwertes TWO wird eine Rauschschwelle einfach dadurch berechnet, daß ein vorgegebener Wert zum Gleitmittelwert TWO addiert wird. Dies erfolgt im Programmschritt 170. Vorzugsweise wird 26h zu TWO addiert, um den Schwellenwert zu ergeben. Dabei bedeutet h Hexadezimal, so daß 26h = 38_in ist.

Im nächst folgenden Programmschritt 172 erfolgt eine Untersuchung, ob die Einstellperiode abgeschlossesn ist. Hier erfolgt eine Entscheidung, ob die Audxoverstärkung des Verstärkers 12 eingestellt werden soll. Ist die Einstellperiode nicht abgeschlossen, dann läuft das Programm

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zur Abfrage 114 gemäß den Schnittstellen 174 und 132 zurück. Ist die Einstellperiode hingegen abgeschlossen, dann läuft das Programm zur Abfrage 180 weiter, was durch die Kreise 176 und 178 angedeutet ist. Vor der Durchführung einer tatsächlichen Einstellung der Audioverstärkung im Verstärker 12 werden noch weitere Untersuchungen vorgenommen .

In der ersten Untersuchung wird festgestellt, ob der maximale Probenwert für den Einstellzyklus größer als der Schwellenwert ist. Diese Abfrage erfolgt· an der Stelle 180. Ist die Antwort "JA", so erfolgt eine Abfrage, ob
die Nulldurchgangsmarkierung gesetzt wurde, die andeutet, daß aufgrund der Frequenzüberprüfung ein gewünschtes Signal, beispielsweise ein Sprachsignal vorliegt. Hierzu dient der Abfrageschritt 182. Ist die Antwort wiederum "JA", so erfolgt eine Untersuchung, ob ein Sperrsignal ansteht. Steht kein Sperrsignal an, so läuft das Programm zum Programmschritt 186 weiter. Ist die Antwort in den Abfragen 180 und 182 hingegen "NEIN" oder ist die Antwort in der Abfrage 184 "JA", dann läuft das Programm zum Programmschritt 188. In diesem Fall wird der. Einstellperiodenzähler erneut gestartet und das Programm läuft zur Abfrage 114 zurück, wie dies die Kreise 190 und 132 andeuten.

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Liegt jedoch kein Sperrsignal gemäß der Abfrage 184 vor, dann wird die mittlere absolute Amplitude für die Prüfperiode mit der während der Einstellperiode festgestellten größten maximalen Amplitude mit einer im Speicher des ROM 92 gespeicherten Tabelle verglichen. Diese Tabelle dient lediglich zur Feststellung der richtigen Vertärkung für einen bestimmten Audioamplitudenwert. Die Tabellenwerte sind demnach für den jeweiligen Einsatzfall einstellbar.

Im nächsten Programmschritt 192 erfolgt eine Abfrage, ob eine Verstarkungsvergroßerung erforderlich ist. Ist keine Verstärkungsänderung oder eine Verstarkungsverminderung erforderlich, dann läuft das Programm zur Stelle 194 und die Verstärkung des Verstärkers wird unverzüglich und direkt eingestellt. Ist jedoch eine Verstärkungserhöhung notwendig, dann läuft das Programm zur Abfrage 196, in der eine Untersuchung erfolgt, ob die erforderliche Verstärkung mehr als 4 Schritte oder viermal 1dB ausmachen soll. Ist die Antwort "JA", dann läuft das Programm zur Stelle 198 und die Verstärkung des Verstärkers 12 wird um lediglich 4 Schritte höher gestellt, und zwar unabhängig davon, wie groß die Verstärkung aufgrund der Überprüfung mit der gespeicherten Tabelle sein müßte. Ist die erforderliche Verstärkung jedoch gleich oder kleiner als 4 Schritte, dann läuft das Programm zum Block 194 und der Verstärker 12 wird mit dem aus der Tabelle ermittelten neuen Verstärkungsfaktor betrieben.

Ö3QG46/Ö64S

Schließlich läuft das Programm zur Stelle 188, in der der Einstellperiodenzähler erneut gestartet wird. Das Programm läuft dann zum Anfang, nämlich zur Abfrage 114 zurück und beginnt erneut abwärts zu laufen.

Es ist klar, daß zahlreiche vom Mikrocomputer 16 durchlaufene Funktionen redundant oder wiederholt sind. Die gleichen Überprüfungsschritte lassen sich mehr als einmal durchführen, oder aber es werden zwei unterschiedliche Überprüfungen für ein und dieselbe Feststellung vorgenommen. Beispielsweise wird die Anwesenheit oder Abwesenheit eines gewünschten Signals, vorzugsweise eines Sprachsignals sowohl durch Überprüfung der Amplitude als auch durch Frequenzüberprüfung festgestellt. Die Anwesenheit oder Abwesenheit des Sperrsignals wird ebenfalls öfter als einmal während des Programmzyklus überprüft. Diese Redundanz stellt eine besonders genaue Arbeitsweise der Verstärkungssteuerschaltung für Sprachsignale sicher.

Die Programmierung des Mikrocomputers 16 stellt für den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann aufgrund der'vorstehenden Angaben keine Schwierigkeiten dar.

hu: wo

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Λ.J Verstärkungssteuerungsschaltung zur steuerbaren Einstellung der Amplitude von Eingangssignalen, die eine Rauschkomponente aufweisen, gekennzeichnet durch eine erste Verstärkungsschaltung (12) zur Aufnahme und Verstärkung der Eingangssignale mit Einstelleinrichtungen (72, 74, 70) zur Steuerung des Verstärkungsfaktors, und durch einen in Abhängigkeit von den Eingangssignalen und dem Rauschanteil arbeitenden Mikrocomputer (16) zur Unterscheidung der Signalanteile von den Rauschanteilen sowie zur Steuerung des Verstärkungsfaktors der ersten Verstärkerschaltung (12) in Abhängigkeit vom jeweiligen Eingangssignal .

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2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Eingangs-Bereichssteuerung (10) zur Aufnahme und Verstärkung der Eingangssignale, mit Vorverstärkern (20, 24, 26, 28) sowie mit einem elektronischen Schalter (18) zur Einstellung ihrer Verstärkungsfaktoren ;

durch einen an den Ausgang der Eingangs-Bereichssteuerung (10) angeschlossenen Analog/Digital-Wandler (14) zur Bildung von digitalen Signalen aus den Eingangssignalen, wobei die digitalen Signale in den Mikrocomputer (16) geführt sind, der den Verstärkungsfaktor der Eingangs-Bereichssteuerung (10) jeweils derart steuert, daß die Ausgaben aus der Eingangs-Bereichssteuerung (10) innerhalb des Arbeitsbereichs des Analog/Digital-Wandlers (14) liegen.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkungsschaltung (12) einen elektronischen Schalter (72), ein Widerstandsnetzwerk (74) sowie einen Operationsverstärker (70) mit einstellbarer Verstärkung aufweist, wobei der elektronische Schalter (72) von dem Mikrocomputer (16) derart angesteuert ist, daß mit dem Eingang des Operationsverstärkers (70) jeweils eine bestimmte Rückkopplungsleitung des Widerstandsnetzwerks (74) verbunden und damit der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers (70) eingestellt wird.

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4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Mikrocomputer (16) eine Sperrsignalleitung (102) angeschlossen ist, deren Sperrsignal die Abwesenheit von gewünschten Signalanteilen, vorzugsweise Sprachsignalanteilen, im analogen Eingangssignal anzeigt.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs-Bereichssteuerung (10) einen vom Mikrocomputer (16) gesteuerten elektronischen Schalter (18) aufweist, der zur Freigabe eines von mehreren, jeweils unterschiedliche Verstärkungsfaktoren besitzenden Vorverstärkers (20, 24, 26, 28) dient.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verarbeitende Eingangssignal über einen der vom elektronischen Schalter (18) angesteuerten Vorverstärker (20, 24, 26, 28) und einen nachgeschalteten Mischverstärker (30) in den Analog/Digital-Wandler (14) gelangt.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß acht Ausgänge des Analog/Digital-Wandlers über Datenwortleitungen (62) an einen wahlfreien Zugriffsspeicher (RAM 94) des Mikrocomputers (16) angeschlossen sind.

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8. Schaltung nach der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer einen Festwertspeicher (ROM 92) und einen wahlfreien Zugriffsspeicher (RAM 94) aufweist, die über eine Zentraleinheit (90) miteinander verknüpft sind.
9. Verfahren zur Steuerung der Verstärkung einer Verstärkerschaltung, die als Eingangssignale Analogsignale mit einem gewünschten Signalanteil und einem Hintergrundrausch- oder Störanteil aufnimmt, dadurch gekennzeichnet,

- daß aus den analogen Eingangssignalen digitale Eingangssignale erzeugt werden;

- daß die digitalen Eingangssignale zur Trennung der gewünschten Signalanteile vom Hintergrundrauschen verarbeitet werden;

- daß ein Steuersignal in Abhängigkeit von den gewünschten Signalanteilen erzeugt wird;

- und daß die Verstärkung der Verstärkerschaltung in Abhängigkeit von dem Steuersignal derart gesteuert wird, daß die aus der Verstärkerschaltung ausgegebenen Amplituden der gewünschten Signale einen gewünschten Wert haben.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß während der digitalen Signalverarbeitung

- ein mittlerer absoluter Amplitudenwert der analo-

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gen Eingangssignale über einen vorgewählten Zeitraum gebildet wird;

- der größte absolute Amplitudenwert innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes bestimmt wird;

- ein vorgegebener Wert zum mittleren absoluten Amplitudenwert zur Bildung eines Schwellenwertes addiert wird; und

- der größte absolute Amplitudenwert mit dem Schwellenwert verglichen wird, um den größeren der beiden Werte herauszufinden.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem mittleren absoluten Amplitudenwert des analogen Eingangssignals entsprechendes Steuersignal nur dann erzeugt wird, wenn die absolute Spitzenamplitude größer als der Schwellenwert ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Eingangssignale zur Bestimmung der Frequenz der analogen Eingangssignale innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls aufgezeichnet werden und daß die Frequenz der analogen Eingangssignale mit vorgegebenen Frequenzwerten verglichen wird, um die Anwesenheit oder Abwesenheit der gewünschten Signalanteile festzustellen .

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13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Eingangssignale zur Bestimmung ihrer Anzahl von Nulldurchgängen aufgezeichnet werden;

daß die Frequenz der analogen Eingangssignale für eine Anzahl vorgegebenen Zeitintervallen gemäß der Anzahl der Nulldurchgänge ermittelt wird;
daß die Frequenz der analogen Eingangssignale mit vorgegebenen Frequenzwerten zur Bestimmung der Anwesenheit oder Abwesenheit der gewünschten Signalanteile verglichen wird; und

daß ein Steuersignal zur Veränderung der Verstärkung der Verstärkerschaltung nur dann erzeugt wird, wenn die Frequenz der analogen Eingangssignale innerhalb vorgegebener Frequenzgrenzen liegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der analogen Eingangssignale für jeweils mehrere Zeitintervalle ermittelt wird;

daß die Anzahl derjenigen aufeinanderfolgenden Zeitintervalle eines vorgegebenen Einstellzeitraumes gezählt wird, in deren die Frequenz der analogen Signale innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs liegt; und

daß ein Steuersignal zur Veränderung der Verstärkung der Verstärkerschaltung nur dann erzeugt wird, wenn

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eine vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender Zeitintervalle eines Einstellzyklus Frequenzen ergibt, die innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs liegen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche g bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils größte Anzahl aufeinanderfolgender Zeitintervalle, in denen die Frequenz der analogen Eingangssignale innerhalb vorgegebener Frequenzgrenzen liegt, festgestellt wird; daß dieser größte Übereinstimmungswert mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird, und daß ein Steuersignal zur Veränderung der Verstärkung der Verstärkerschaltung nur dann erzeugt wird, wenn der größte Übereinstimmungswert gleich groß oder größer als der vorgegebene Wert ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert drei ist und daß der Einstellzyklus zwölf Zeitintervalle aufweist.

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