DE3801849A1 - Signalpegelregelung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen für automatische Signalpegeleinstellung, wobei die Pegel sowohl auf relativ langen als auch auf relativ kurzen Zeitskalen variieren. Die Erfindung ist insbesondere aber nicht ausschließlich bei der Verarbeitung von Sprachsignalen anwendbar.

Zwischen den Sprachpegeln, die vom lautesten und leisesten bzw. ruhigsten Sprecher erzeugt werden, treten große Variationen auf, und außerdem ist die Natur oder das Wesen der Sprache so, daß beträchtliche Pegelvariationen in den von einem einzigen Sprecher erzeugten Sprachpegeln auftreten. Diese variierenden Sprachpegel machen es schwierig, die Rauschleistung von Systemen zu optimieren, die elektrische Signale verwenden, die von Sprache abgeleitet sind. Üblicherweise wird Sprache oder ein anderes Tonsignal, die Lautstärke oder eine Hüllkurvenregelung dazu benutzt, den Pegel von leisen bzw. ruhigen Sprachsignalen anzuheben, so daß sie mit lauten Sprachsignalen vergleichbar sind, und es ist auch bekannt, eine Wellenformkompression vorzunehmen, um mit den Variationen des Pegels der Sprache einer Person fertigzuwerden (siehe britische Patentanmeldung 15 99 401). Eine Unzulänglichkeit bekannter Hüllkurven-Pegelregler liegt darin, daß die benutzten Zeitkonstanten ein Kompromiß zwischen dem Ansprechen auf niedrige und hohe Frequenzen sind, mit dem Ergebnis, daß dort, wo Frequenzen beträchtlich variieren, beispielsweise in der Sprache, die Leistung oder Arbeitsweise nicht optimal ist.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur automatischen Signalpegeleinstellung vorgesehen, die eine Verarbeitungseinrichtung zur Bildung eines ersten Regelsignals aufweist, das eine Funktion einer gewichteten Summe einer vorbestimmten Anzahl größer als eins von aufeinanderfolgenden Halbzyklusscheitelgrößen eines Eingangssignals ist, wodurch das erste Regelsignal von dem Frequenzgehalt des Eingangssignals abhängt, und wobei die Verarbeitungseinrichtung so angeordnet oder ausgebildet ist, daß sie unter Verwendung einer ersten Regelübertragungsfunktion das Eingangssignal beeinflußt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das von dem ersten Regelsignal abhängt.

Ein Hüllkurvenregelsignal kann durch Erfassung jeder Scheitelgröße und Bildung einer gewichteten Summe erzeugt werden, wobei die Anzahl von genommenen Scheiteln und die Wichtung eine beträchtliche Zeitkonstante repräsentieren. Aus diesem Grund kann das erste Regelsignal als ein Hüllkurvenregelsignal betrachtet werden und wird auch so bezeichnet.

Da die gewichtete Summe über einer vorbestimmten Anzahl von Halbzyklen genommen wird, von denen jeder eine mit der Frequenz variierende Dauer hat, variiert die Zeitkonstante der Hüllkurvenregelung mit der Frequenz, wodurch wenigstens bis zu einem gewissen Grad die oben erwähnten Unzulänglichkeiten überwunden werden.

Das Hüllkurvenregelsignal kann in diskreten Intervallen geändert werden, die ebenfalls von dem Frequenzgehalt des Eingangssignals abhängt und insbesondere kann das Hüllkurvenregelsignal bei Nulldurchgängen geändert werden.

Vorzugsweise ist das Hüllkurvenregelsignal eine Funktion gewichteter Werte von aufeinanderfolgenden Halbzyklus-Scheitelgrößen des Eingangssignals.

Die erste Regelübertragungsfunktion bzw. Hüllkurvenregelübertragungsfunktion kann durch ein digitales Tiefpaßfilter erzeugt werden, das bei Nulldurchgängen des Eingangssignals getaktet wird.

Die Verarbeitungseinrichtung kann auch so angeordnet oder ausgebildet sein, daß ein zweites Regelsignal oder Kompressionsregelsignal abgeleitet wird, das für Eingangssignalscheitelgrößen repräsentativ ist, wobei jede Scheitelgröße über einen zugeordneten Abschnitt des Eingangssignals abgeleitet wird, und die Verarbeitungseinrichtung kann auch so angeordnet oder ausgebildet sein, daß sie unter Verwendung einer Kompressionsregelübertragungsfunktion jeden Abschnitt des Eingangssignals beeinflußt, um das Ausgangssignal in Übereinstimmung mit dem von diesem Abschnitt abgeleiteten Kompressionsregelsignal zu variieren, mit dem Ergebnis, daß wenigstens eine Klasse der Scheitelgrößen im Ausgangssignal auf im wesentlichen die gleiche Größe gebracht wird.

Wenn die Verarbeitungseinrichtung ein Kompressionsregelsignal ableitet, kann der Prozessor so angeordnet oder ausgebildet sein, daß der Wert dieses Signals in Übereinstimmung mit dem Wert des Hüllkurvenregelsignals geregelt wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur automatischen Signalpegeleinstellung vorgesehen, welches die Schritte
der Bildung eines Hüllkurvenregelsignals, das eine Funktion einer gewichteten Summe einer vorbestimmten Anzahl größer als eins von aufeinanderfolgenden Scheitelgrößen eines Eingangssignals ist, wodurch das Hüllkurvenregelsignal eine Funktion des Frequenzgehalts des Signals ist, und
der Beeinflussung des Eingangssignals unter Verwendung einer Hüllkurvenregelübertragungsfunktion zur Erzeugung eines Ausgangssignals aufweist, das von dem Hüllkurvenregelsignal abhängt,.

Unter dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung sind wenigstens einige der zur Bildung der gewichteten Summe verwendeten Gewichte voneinander verschieden. Die Funktion der gewichteten Summe liegt vorzugsweise in Form eines Mittelwertes der gewichteten Scheitelgrößen vor.

Ein Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung kann die Ableitung eines Kompressionsregelsignals umfassen.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur automatischen Signalpegeleinstellung vorgesehen, die eine Verarbeitungseinrichtung zur Bildung eines Hüllkurven- und/oder Kompressionsregelsignals aufweist, die eine Funktion der Hüllkurve eines Eingangssignals bzw. von Scheitelgrößen des Eingangssignals sind/ist, wobei jedes Regelsignal über einem zugeordneten Abschnitt des Eingangssignals abgeleitet wird und die Verarbeitungseinrichtung ist so angeordnet oder ausgebildet, daß sie jeden Abschnitt des Eingangssignals in Übereinstimmung mit bzw. entsprechend dem Wert des von diesem Abschnitt abgeleiteten Hüllkurven- und/ oder Kompressionsregelsignals beeinflußt.

In dieser Anmeldung bedeutet der Ausdruck "Halbzyklus" jenen Abschnitt eines Signals, der sich zwischen zwei Nulldurchgängen erstreckt, und der Ausdruck impliziert nicht, daß sich aufeinanderfolgende solche Abschnitte in der Wellenform oder der Dauer ähneln.

Gewisse Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen in der folgenden Beschreibung beispielhaft näher erläutert. Von den Fig. zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Sprachreglers mit Hüllkurvenregelung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Sprachreglers mit Hüllkurvenpegelregelung und Wellenformkompression,

Fig. 3 einen alternativen Sprachregler mit Hüllkurvenpegelregelung und Wellenformkompression,

Fig. 4 ein Blockschaltbild, welches die Anwendung eines Mikroprozessors in den Reglern nach den Fig. 1, 2 und 3 darstellt, und

Fig. 5 ein Flußdiagramm des Reglers nach Fig. 4.

Der Zweck der Fig. 1 besteht darin, eine Hüllkurven-Pegelregelung bzw. -steuerung für ein elektrisches Signal zu zeigen, das für ein Tonsignal repräsentativ ist; d. h. das Signal wird in Abhängigkeit von der Größe seiner Hüllkurve geregelt bzw. gesteuert. Das verwendete Verfahren besteht in der Abtastung der Größe der Hüllkurve durch Betrachtung von Scheiteln oder Spitzen in der Eingangswellenform über einer vorbestimmten Zahl von Scheitel und weniger über einer vorbestimmten Dauer, und in der Bildung eines Verstärkungsgradregelsignals für einen Verstärker, das von der Größe der Scheitel abhängt.

In der Fig. 1 wird ein Sprachsignal, das auf eine später im Zusammenhang mit Fig. 4 zu beschreibende Art verarbeitet worden ist, an einen Eingangsanschluß angelegt, von wo es zu einem Signalpfad und einem Regel- oder Steuerpfad gelangt. Wie es in Zusammenhang mit der Fig. 4 erklärt wird, ist der Signalpfad analog und der Regelpfad digital und wird zum großen Teil durch einen Mikroprozessor verarbeitet. Der Signalpfad weist eine Verzögerung 10 und einen Verstärker 11 auf, dessen Verstärkungsgrad durch das Ausgangssignal des Steuerpfades geregelt oder gesteuert wird.

Im Regelpfad werden Eingangssignale vom Eingangsanschluß einem Detektor 12 zugeführt, der Scheitel zwischen Nulldurchgängen detektiert. Das Ausgangssignal des Detektors 12 wird mittels einer Regelpfadverzögerung 13 auf eine Glättungseinrichtung 14 übertragen, die entsprechend einer Zahl verschiedener Glättungsfunktionen arbeiten kann, von denen eine innerhalb der Umrißlinie der Einrichtung 14 dargestellt ist. Jede Glättungsfunktion stellt auf anderem Wege eine vorbestimmte Zahl vorausgegangener Scheitel zur Erzeugung eines Signals in Rechnung, das sich der Hüllkurve des Sprachsignals annähern kann. Das derart erzeugte Signal wird an einen Verstärkungsgradselektor 15 angelegt, der in Bezug auf einen Eingangs- und Ausgangspegel eine auswählbare Charakteristik aufweist. Obwohl die Glättungseinrichtung 14 als ein Analogschaltkreis dargestellt ist, ist er bei dieser Ausführungsform in digitaler Form ausgebildet und nur annähernd durch die in Position 14 gezeigten Komponenten repräsentiert. Die Glättungseinrichtung 14 empfängt ein Eingangssignal von einem Nulldurchgangsdetektor 16, um ein zu bildendes neues geglättetes Ausgangssignal zu bewirken, wobei bei jedem Nulldurchgang ein neuer Scheitel in Rechnung gestellt wird. Der Nulldurchgangsdetektor 16 ist auch mit einem Abtast- oder Halteschaltkreis 17 verbunden, der von dem Ausgangssignal der Verstärkungsgradfunktion Abtastproben nimmt, derart, daß das an den Verstärker 11 angelegte Verstärkungsgradsignal nur bei Nulldurchgängen geändert wird, die auf der Ausgangseite der Verzögerung 10 auftreten.

Die Glättungsfunktion für die Einrichtung 14 kann aus mehreren verschiedenen Typen ausgewählt sein. Beispielsweise kann eine durch den erwähnten Mikroprozessor laufende Subroutine einen Serienwiderstand-Parallelkondensator-Schaltkreis simulieren, indem eine vorbestimmte Zahl, beispielsweise 3, vorausgegangene Scheitelgrößen genommen und diese exponentiell gewichtet und summiert werden. Alternativ dazu können zwei solcher RC- Schaltkreise simuliert werden, von denen einer mit der höchsten Ausgangssignalgröße als die Ausgabe der Einrichtung 14 ausgewählt wird. Die bevorzugte Glättungsfunktion ist jedoch jene, die innerhalb der Umrißlinie der Einrichtung 14 dargestellt ist; dies bedeutet zwei getrennte Zeitkonstanten R₁C und R₂C. Aufgrund der dargestellten Diode ist die Zeitkonstante R₁C nur anwendbar, wenn ein Stromscheitel größer als ein vorausgegangener Scheitel ist, und zwei Zeitkonstanten wenden bei einer relativ kurzen Zeitkonstante jeweils Aufwärtstrends an, und Abwärtstrends, wenn eine Vergleichsweise lange Zeitkonstante erforderlich ist.

Da Digitalwerte benutzt werden, werden folglich zwei gewichtete Summen gebildet, eine, die R₁C entspricht, durch Summieren und Wichten einer vorbestimmten Zahl solcher aufeinanderfolgenden Scheitelgrößen, die im Wert ansteigen und die andere, die R₂C entspricht, durch Summieren und Wichten einer vorbestimmten Zahl aufeinanderfolgenden Scheitel, unbeachtet der relativen aufeinanderfolgenden Werte.

Einer der Vorteile des beschriebenen Digitalschaltkreises liegt darin, daß die Zahl von Scheiteln, die bei der Ableitung des Ausgangssignals der Glättungsfunktion betrachtet werden, so ausgewählt werden können, wie es durch die Auswahl der Zahl vorangegangener Scheitelgrößen erforderlich ist, die durch den Mikroprozessor gespeichert und von der Subroutine benutzt werden. Folglich wird der Einfluß eines vorausgegangenen Scheitels außerhalb des gespeicherten Bereichs, ob er nun hoch oder niedrig war, nicht länger gefühlt oder abgetastet. Dies ist anders als bei einem analogen RC-Schaltkreis, wo sich das übliche exponentielle Abklingen vorausgegangener Scheitel, die in dem Kondensator C gespeichert sind, theoretisch unendlich weit zurück in der Zeit erstreckt. Eine direkte digitale Simulation eines Analogfilters kann jedoch erforderlichenfalls benutzt werden.

Der Verstärkungsgradselektor 15 kann mittels einer Nachschlagtabelle implementiert werden, welche Gruppen von Werten aufweist, die unterschiedlichen Eingangs-/Ausgangspegelcharakteristiken entsprechen. Die Verwendung verschiedener Charakteristiken ist bekannt und wird hier nicht diskutiert, mit der Ausnahme, daß eine von verschiedenen Typen von Charakteristiken, die vorgesehen werden können, Lautstärke- bzw. Lautheitskompressoren mit Kompressionsverhältnissen sind, die mit einem Eingangspegel und Zwischenkompressoren, Begrenzern mit oder ohne Amplitudenübertragungscharakteristik variieren, die so geformt sind, daß Niedrigpegelsignal- und "Rauschtor"-Charakteristiken nicht vergrößert werden.

Für die Hüllkurven-Pegelregelung allein sollte die Verzöge­ rung 10 des Signalpfades zwischen 0 und 3 ms liegen, jedoch wird sie für die Differenz zwischen den Verzögerungen 10 und 14 vorzugsweise etwa 3 ms gewählt, um einen kleinen Betrag einer "Vorwegnahme" für die Hüllkurvenregeltätigkeit zu liefern. In der Praxis kann deshalb der Verzögerung 10 ein passender vorbestimmter Wert gegeben werden und dann wird die Verzögerung 13 eingestellt, bis befriedigende Ergebnisse er­ halten werden.

Einige Vorteile des Typs des in Fig. 1 gezeigten Hüllkurven- Pegelreglers werden im folgenden anhand der Fig. 2 erklärt. Durch die in Fig. 2 gezeigte Anordung ist eine kombinierte Hüllkurven-Pegelregelung und Wellenformkompression gegeben, wobei Funktionen dieselbe Bezeichnung wie in der Fig. 1 haben, mit der Ausnahme, daß die Verzögerung 10 im Haupt­ signalpfad jetzt eine Verzögerung von typischerweise 10 ms hat, so wie es dargestellt ist. Außerdem stellt die Anordung nach Fig. 2 auch Wellenformkompression bereit, um eine Hüllkurvenregelung in einer Weise zu erzeugen, die ähnlich jener ist, die in Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben ist.

Jedesmal, wenn ein Nulldurchgangsdetektor 20 eine Null detek­ tiert, wird der von dem Detektor 12 im vorausgegangenen Null­ durchgangsintervall (d. h., seit dem vorausgegangenen Null­ durchgang) detektierte Scheitel in einen Scheitel-FIFO-Warte­ schlangenspeicher 21 eingelesen. Wie in der Fig. 1 gelangen Signale vom Eingangsanschluß zum Verzögerungschaltkreis 10, der den Detektor 16 als seinen Ausgang hat. Dieser Detektor bewirkt, daß bei jedem Nulldurchgang der Scheitel aus dem Warteschlangenspeicher 21 ausgelesen wird, die bei diesem Nulldurchgang bei Beginn der Verzögerung 10 eingelesen worden ist. Die Einrichtung 14 und der Verstärkungsgradselektor 15 leiten aus den aus dem Warteschlangenspeicher 21 in der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise ausgelesenen Scheiteln ein Hüllkurvenregelsignal ab, jedoch wird auch ein Wellenformkompressionssignal abgeleitet. Jeder Scheitel wird an einen Verstärker 22 angelegt, dessen Verstärkungsgrad durch das Hüllkurvenregelsignal derart gesteuert bzw. geregelt wird, daß sein Ausgangssignal über einen vorbestimmten Laut­ heitsbereich unabhängig von der mittleren Lautheit bzw. Laut­ stärke der laufenden Sprache ist. Der Verstärker 22 ist mit einem Kompressionsselektor 23 in Form einer Nachschlagtabelle verbunden, die eine Zahl von Kompressionsfunktionen enthält, bei denen ein Ausgangspegel von einem Eingangspegel abhängt. Durch Eingehen in die Tabelle an verschiedenen Punkten können verschiedene Wellenformkompressionsfunktionen ausgewählt werden. Im allgemeinen sind diese Funktionen derart, daß alle Eingangsscheitel durch den Verstärker 11 auf den maximalen Pegel gebracht werden, der durch Schaltkreise behandelt werden kann, die mit dem Ausgang des Verstärkers 11 verbunden sind, vorausgesetzt, daß diese Scheitel über einen gewissen Minimal­ wert in der Nähe des Rauschpegels sind (siehe die oben er­ wähnte britische Anmeldung). Die Unterschiede zwischen den Wellenformkompressionsfunktionen liegen hauptsächlich in diesem Minimalwert und der Variation des Verstärkungsgrades unterhalb dieses Wertes.

Das am Ausgang des Selektors 23 erhaltene Wellenformkom­ pressionsregelsignal wird einer Multiplizierschaltung 24 zugeführt, die auch das Hüllkurvenregelsignal aus dem Ver­ stärkungsgradselektor 15 empfängt, und folglich liefert das Produkt dieser Steuersignale ein Gesamtsteuersignal für den Verstärker 11. Jedoch ist der Abtast- und Halteschaltkreis 17 zwischen die Multiplizierschaltung 24 und den Verstärker 11 geschaltet, um dem Nulldurchgangsdetektor zu ermöglichen, das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung abzutasten, wenn eine neue Null detektiert wird und zu diesem Zeitpunkt der Wert der resultierenden Regelung bzw. Steuerung für den Verstärker 11 geändert wird.

Da jeder Scheitel und das diesen enthaltende Nulldurchgangs­ intervall für die Wellenformkompression unter Verwendung des von dem Scheitel abgeleiteten Kompressionsregelsignals ver­ stärkt werden muß, verzögert die Verzögerung 10 das Ein­ gangssignal durch die längste zu erwartende Signaldauer oder -periode, so daß Scheitel in diesen längsten Perioden detek­ tiert werden können und das Regelsignal angewendet werden kann. Die niedrigste zu erwartende Grundwelle hat 100 Hz für Ortssprechanlagen oder Interphonanlagen und den Rundfunk, und 300 Hz für Fernmeldesysteme. Die oben erwähnte Verzögerung von 10 ms für die Verzögerung 10 ist ein praktischer Wert, der für die frühere Anwendung als geeignet gefunden wurde, wenn reale und deshalb unvollkommene Filter zur Ableitung des Eingangs­ signals verwendet werden.

Der Sprachpegelregler nach Fig. 2 liefert sowohl die Hüllkurven-Pegelregelung als auch die Wellenformkompression, wobei der Betrag der Wellenformkompression unabhängig von einer mittleren Sprecherlautheit bzw. -lautstärke wirkt. Dieser letztgenannte Effekt wird durch Verwendung eines Hüllkurven- regelsignals (G _A ) erreicht, das die mittlere Sprecherlautheit auf einem konstanten Pegel als das Regelsignal am Eingang eines Verstärkungsgrad-Regelverstärkers 22 vor der Wellenformkompressions-Verstärkungsgradfunktion (G _W ) hält. Die mittlere Lautheit bzw. Lautstärke am Eingang zum Selektor 23 ist dann konstant und der Wert von (G _W ) ist der zusätzliche Verstärkungsgrad, der zur Erzielung der Wellenformkompression erforderlich ist:

V _O = G _A · G _W · V _I

wobei

V _O Ausgangssprachpegel V _I Eingangssprachpegel G _A Systemverstärkungsgrad, der zur Steuerung des mitt­ leren Sprachpegels erforderlich ist, G _W Systemverstärkungsgrad, der zur Erzeugung der Wellenformkompression erforderlich ist,

bedeuten.

Die Glättungseinrichtung 14 kann als ein digitales Tiefpaß­ filter betrachtet werden und hat eine unübliche Charakte­ ristik, in dem die Abtastperiode des Filters gleich der An­ kunftszeit jedes neuen Scheitelwertes ist und folglich die Filterzeitkonstante an die Frequenz des Eingangssignals an­ gepaßt ist. Dies ist eine wichtige Eigenschaft des Pegel­ reglers, da eine flüchtige Änderung des Sprachpegels inner­ halb einer gegebenen Anzahl von Wellenformhalbzyklen und nicht wie bei herkömmlichen Reglern in einer fixierten Zeitperiode geregelt wird.

Der Pegelregler weist eine fixierte Verzögerung von 10 ms im Signalpfad und eine variable Verzögerung (T _pk ) in der Schei­ telwarteschlange im Regelpfad auf.

Der Nulldurchgangsdetektor 20 tastet jeden Scheitel in die Scheitelwarteschlange 21 beim Nulldurchgang am Ende jeder Nulldurchgangsperiode ein. Der Nulldurchgangsdetektor 16 tastet Scheitel aus der Scheitelwarteschlange beim Nulldurchgang am Beginn jeder Nulldurchgangsperiode aus. Mit einem sinuswellenförmigen Eingangssignal beträgt die Verzögerung in der Scheitelwarteschlange

T _pk = (0,01- Tzc) Sekunden

wobei Tzc=1/fin, gleich der Nulldurchgangsperiode bzw. -dauer des sinuswellenförmigen Eingangssignals der Frequenz fin ist.

Einge Werte von T _pk als einer Funktion der Eingangsfrequenz sind:

fin T _pk (ms)

100 Hz5,00 1 KHz9,50 3 KHz9,85

Die Scheitelwarteschlangenverzögerung nimmt deshalb mit abneh­ mender Eingangsfrequenz ab und stellt eine weitere brauchbare Eigenschaft bereit, in dem ein Steuer- bzw. Regelsignal eher oder schneller für niederfrequente Eingangswellenformen er­ zeugt wird. Da in der Sprache die niederfrequenten Komponenten die höchste Energie haben, wird ein größerer Grad der Steue­ rung oder Regelung dort bewirkt, wo die Änderungen um Pegel am größten sind.

Eine Alternative zur Anordung nach Fig. 2 ist in der Fig. 3 gezeigt, wo die Größe des im Steuer- oder Regelpfad benutz­ ten Signals in logarithmischer Form vorliegt, so daß die Multiplikationsprozesse durch Addition ersetzt werden können. Folglich geht das Eingangssignal des Scheiteldetektors 12 durch eine Logarithmusbildungseinrichtung 26, und der Ver­ stärker 11 verwendet eine Antilogarithmusfunktion. Die Multiplizierschaltung 24 ist durch eine Addierschaltung 27 er­ setzt und der verstärkungsgradgeregelte Verstärker 22 ist durch eine Addierschaltung 28 ersetzt.

Wie schon erwähnt worden ist, werden die Blockschaltbilder nach den Figuren 1, 2 und 3 fast invariabel wenigstens teil­ weise durch einen Softwaredurchlauf in einem Mikroprozessor durchgeführt, jedoch ist die Unterteilung zwischen Hardware und Software zwischen den Ausführungsformen flexibel. Bei einer in Fig. 4 gezeigten Anordnung sind der Scheiteldetektor 12 und der Nulldurchgangsdetektor 20 Teil eines scheitel­ detektierenden, Analog/Digitalwandlers (ADC) 30. Die Verzögerung 10 ist durch eine Verzögerungsleitung in Form einer la­ dungsgekoppelten Einrichtung (CCD) gebildet, und der ver­ stärkungsgradgeregelte Verstärker 11 ist durch einen mul­ tiplizierenden Digital/Analogwandler (MDAC) gebildet. Der Rest der Funktionen wird durch einen Mikroprozessor-Regler 31 durchgeführt, der durch einen Mikroprozessor und zugeord­ netem RAM, zugeordnetem EPROM und zugeordneten Schnitt­ stellen gebildet ist, die nicht gezeigt sind, da sie wohl bekannt sind. Der Mikroprozessorregler 31 enthält eine nicht dargestellte Nulldurchgangswarteschlange, in welche Signale eintreten, welche Nulldurchgänge repräsentieren, wenn sie auftreten, so wie es durch den ADC 30 angedeutet ist. Neutrale Signale, d. h., Signale, die keine Nulldurchgänge repräsentieren, treten ebenfalls zu Zeitpunkten ein, die durch einen Systemtaktgeber bestimmt sind, wenn Nulldurchgänge nicht auftreten und der Nulldurchgangsdetektor 16 Nulldurchgänge am Ausgang der Warteschlange detektiert.

Da die Software den Prozeß in abtastender Weise durchführt, treten die erforderlichen Änderungen im Verstärkungsgrad am MDAC 11 nicht immer exakt im erforderlichen Augenblick auf. Die Hinzufügung eines nicht dargestellten weiteren Nulldurchgangs­ detektors am Ausgang der Verzögerung 10 und das Arbeiten am Analogsignal können dazu benutzt werden, ein exaktes Timing der Verstärkungsgradänderungen zu erzielen. Dieser Nulldurchgangsdetektor steuert einen nicht darge­ stellten selbsthaftenden Schalter, der zwischen dem Ausgang des Reglers 31 und dem MDAC 11 angeordnet ist. Jedoch ist die Unsicherheit beim Verstärkungsgrad-Änderungsaugenblick klein und eine vernachlässigbare Reduzierung in der Leistung oder Ausführung resultiert aus der Weglassung des weiteren Null­ durchgangsdetektors und des dazugehörenden selbsthaftenden Schalters.

Nach Fig. 4 geht ein elektrisches Reihensignal, welches Sprache repräsentiert, durch einen Eingangsverstärker 32, ein Hochpaßfilter 33 und ein Tiefpaßfilter 34. Die Filter 33 und 34 begrenzen das Signal auf die Bandbreite, die für die Anwen­ dung erforderlich ist. Wie oben erwähnt, liegt diese typischer­ weise im Bereich von 300 Hz bis 3 KHz oder 100 Hz bis 5 KHz. Das Hochpaßfilter 34 begrenzt das maximale Intervall zwischen Nulldurchgängen, die am Eingang des ADC 30 er­ scheinen. Dies ist wichtig, da dieses Intervall nicht die Signalpfadverzögerung von 10 ms überschreiten darf, wenn Änderungen im Wellenformkompressions-Verstärkungsgrad syn­ chrom mit den Wellenformnulldurchgängen bleiben müssen. Eine ähnliche Anordnung eines Hochpaßfilters 35, eines Tiefpaß­ filters 36 und eines Ausgangsverstärkers 37 ist an den Aus­ gang des MDAC 11 angeschlossen. Diese Ausgangsfilteranordnung begrenzt das Spektrum der Ausgangswellenform, das bzw. die notwendig ist, wenn eine Wellenformkompression benutzt wird, weil Zwischenmodulationsprodukte aufgrund des schnell variierenden Verstärkungsgrades das Spektrum über das des Eingangssignals hinaus verbreitern.

Die ladungsgekoppelte Verzögerung kann eine 256stufige Ein­ richtung sein, beispielsweise ein RETICON RD 5106. Ein geeig­ neter Mikroprozessorregler ist der Einzelchip-Mikroregler Intel 8052.

Der Mikroprozessorregler ist so programmiert, daß er dem Fluß­ diagramm nach Fig. 5 folgt, das mit der Initialisierung von Speicherbereichen und Speicherzeigern beginnt. Die Nulldurchgangs­ warteschlange wird gelöscht, so daß falsche Nulldurchgänge nicht auftreten. Die Warteschlange 21 hat einen Ein­ gangszeiger und einen Ausgangszeiger und diese sind auf einen Zwischenraum von einer Speicherzelle zwischen ihnen einge­ stellt.

Die Software besteht im wesentlichen aus zwei Bereichen, einer "Eingangsroutine" und einer "Ausgangsroutine". Die Eingangs­ routinentätigkeit wird nur initiert, wenn von dem ADC 30 ein Nulldurchgang detektiert wird. Wenn ein Nulldurchgang detektiert wird, wird die Software-Nulldurchgangswarteschlange er­ höht und der korrekte Eingangsscheitel wird in die Scheitel­ warteschlange 21 eingegeben.

Wenn am Eingang kein Nulldurchgang detektiert wird, prüft die Software anwenderprogrammierbare Schalter, die mit dem Regler 31 verbunden und durch einen Pfeil 38 angedeutet sind, um zu sehen, ob die erforderliche Benutzerfunktion geändert worden ist. Diese Funktionen sind typischerweise die Übertragungs­ charakteristik für den Hüllkurven-Pegelregler und der er­ forderliche Betrag der Wellenformkompression.

Wenn ein Nulldurchgang am Ausgang der Verzögerungsleitung 10 auftritt, so wie es durch die Nulldurchgangswarteschlange angedeutet ist, wird ein neuer Verstärkungsgradwert berechnet und zu dem MDAC 11 gegeben.

Die Hüllkurvenregelfunktion wird auch in diesem Augenblick auf den neuesten Stand gebracht.

Weitere Einzelheiten der Software und von Anschlüssen oder Verbindungen des Mikroprozessorreglers ergeben sich dem mit der Anwendung von Mikroprozessoren vertrauten Fachmann. Die oben erwähnte britische Anmeldung gibt eine detailliertere Anwendung für die Programmierung eines Mikroprozessorsystems eines allgemein üblichen Systems.

Obwohl gewisse Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist es klar, daß die Erfindung auf vielen ver­ schiedenen Wegen realisiert oder in die Praxis überführt werden kann. Beispielsweise kann die Unterteilung zwischen Hardware und Software geändert werden und, wie es oben erwähnt worden ist, wäre es möglich, die Erfindung unter gänzlicher Verwendung von Hardware auszuführen. In den Systemen nach den Figuren 2, 3 und 4 können Anordnungen vorgesehen sein, mit denen entweder die Hüllkurvenregelung oder die Wellenformkompression ausgeschaltet werden können. Außerdem ist es nicht wesentlich, daß die Größe des Eingangssignals für die Wellenformkompression einer Verstärkungsgradsteuerung aus dem Hüll­ kurvenregelsignal unterworfen wird.

In Zusammenfassung kann gesagt werden, daß bei der Signal­ verarbeitung, insbesondere von Sprachsignalen, Signale, die den Verstärkungsgrad regeln, um Pegelvariationen zu ermöglichen, an dem Nachteil leiden, daß die verwendeten Zeitkon­ stanten ein Kompromiß zwischen der Ansprechbarkeit auf nie­ drige und hohe Frequenzen sind. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geht ein Eingangssignal durch einen Scheiteldetektor 12 und dann wird ein Regelsignal durch An­ wendung einer Glättungsfunktion 14 abgeleitet, in dem eine vorbestimmte Anzahl von Scheitelwerten in Rechnung gestellt wird. Bevor es an einen Eingangssignalverstärker 11 zur Regelung des Verstärkungsgrades des Verstärkers gegeben wird, wird auf das Regelsignal eine ausgewählte Verstärkungsgrad­ funktion 15 ausgeübt. Das Hüllkurvenregelsignal wird vorzugsweise auch mit einem Kompressionspegelsignal multipli­ ziert, das auf einzelne Halbzyklen wirkt, um alle Scheitel­ werte auf den gleichen Wert zu bringen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur automatischen Signalpegeleinstellung, mit einer Verarbeitungseinrichtung (12, 14, 15; 31), die so angeordnet oder umgebildet ist, daß sie auf ein Eingangssignal unter Verwendung einer ersten Regelübertragungsfunktion zur Erzeugung eines Ausgangssignals einwirkt, das von einem ersten Regelsignal abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (12, 14, 15; 31) so angeordnet oder ausgebildet ist, daß sie das erste Regelsignal als Funktion einer gewichtigen Summe einer vorbestimmten Zahl größer als eins von aufeinanderfolgenden Halbzyklus-Scheitelgrößen des Eingangssignals bildet, wodurch das erste Regelsignal von dem Frequenzgehalt des Eingangssignals abhängt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (12, 14, 15; 31) so angeordnet oder ausgebildet ist, daß das erste Regelsignal in diskreten Intervallen änderbar ist, die ebenfalls vom Frequenzgehalt des Eingangssignals abhängen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Regelsignal eine Funktion von gewichteten Werten aufeinanderfolgender Halbzyklus- Scheitelgrößen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Funktion gewichteter Werte schneller in Abhängigkeit von nacheinander zunehmenden Scheitelgrößen als von nacheinander abnehmenden Scheitelgrößen ändert.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der gewichteten Summe in Form eines Mittelwertes der gewichteten Scheitelgrößen vorliegt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Regelübertragungsfunktion durch eine digitale Tiefpaßfilterverarbeitung erzeugt ist, die bei Nulldurchgängen des Eingangssignals getaktet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der bei der Bildung der gewichteten Summe verwendeten Gewichte voneinander verschieden sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (12, 14, 15; 31) so angeordnet oder ausgebildet ist, daß sie das Eingangssignal, bevor es unter Verwendung der Regelübertragungsfunktion beeinflußt wird, um einen vorbestimmten Betrag verzögert, um vor der Verzögerung des Eingangssignals Scheitelgrößen zwischen Nulldurchgängen im Eingangssignal zu detektieren, eine Warteschlange (21) der Scheitelgrößen zu bilden, Nulldurchgänge im Eingangssignal nach dessen Verzögerung zu detektieren, und um das erste Regelsignal jedesmal zu ändern, wenn ein Nulldurchgang detektiert ist, nachdem das Eingangssignal unter wenigstens teilweiser Verwendung einer Scheitelgrößenauslesung aus der Warteschlange (21) zu diesem Zeitpunkt verzögert worden ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (12, 14, 15; 31) so angeordnet oder ausgebildet ist, daß ein zweites, für Eingangssignal-Scheitelgrößen repräsentatives Regelsignal abgeleitet wird, wobei jede Scheitelgröße über einem zugeordneten Abschnitt des Eingangssignals abgeleitet wird, und daß die Verarbeitungseinrichtung auch so angeordnet oder ausgebildet ist, daß sie auf jedem Abschnitt des Eingangssignals unter Verwendung einer zweiten Regelübertragungsfunktion einwirkt, um das Ausgangssignal entsprechend dem zweiten Regelsignal zu variieren, das von diesem Abschnitt abgeleitet ist, mit dem Ergebnis, das wenigstens eine Klasse der Scheitelgrößen auf die im wesentlichen gleiche Größe im Ausgangssignal bringbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor so angeordnet ist, daß er den Wert des zweiten Regelsignals entsprechend dem Wert des ersten Regelsignals regelt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor eine variable Verstärkungsgradeinrichtung aufweist, die in dem Pfad des Eingangssignals gespeichert ist, wobei der Prozessor so angeordnet ist, daß er ein Verstärkungsgradregelsignal für die variable Verstärkungsgradeinrichtung durch Multiplizieren des ersten und zweiten Regelsignals miteinander liefert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor so angeordnet oder ausgebildet ist, daß er bei der Ableitung des ersten und zweiten Regelsignals den Logarithmus des Eingangssignals bildet, die Regelsignale durch die Addition der Logarithem multipliziert und bewirkt, daß das Ausgangssignal der variablen Verstärkungsgradeinrichtung der Antilogarithmus bzw. der Numerus des Produkts aus dem Eingangssignal und dem genannten Verstärkungsgradregelsignal ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12 soweit er von Anspruch 10 abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor so angeordnet oder ausgebildet ist, daß er bei der Ableitung des zweiten Regelsignals das erste Regelsignal und ein logarithmisches Signal addiert, das für Eingangssignal- Scheitelgrößen repräsentativ ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor so angeordnet oder ausgebildet ist, daß er dem Anwender die Auswahl vorbestimmter Charakteristiken für die erste Regel- und/oder zweite Regelübertragungsfunktion ermöglicht.

15. Verfahren zur automatischen Signalpegeleinstellung mit dem Schritt der Beeinflussung eines Eingangssignals unter Verwendung einer ersten Steuerübertragungsfunktion zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches von einem ersten Regelsignal abhängt, gekennzeichnet durch die Bildung eines ersten Regelsignals, welches eine Funktion einer gewichteten Summe einer vorbestimmten Anzahl größer als 1 von aufeinanderfolgenden Scheitelgrößen eines Eingangssignals ist, wodurch das erste Regelsignal eine Funktion des Frequenzgehalts des Eingangssignals ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Ableitung eines zweiten Regelsignals, welches für Eingangssignal-Scheitelgrößen repräsentativ ist, wobei jede Scheitelgröße über einem vorbestimmten Abschnitt des Eingangssignals abgeleitet wird, und einer Beeinflussung jedes Abschnitts des Eingangssignals unter Verwendung einer zweiten Regelübertragungsfunktion, um das Ausgangssignal in Übereinstimmung mit dem Wert des für diesen Abschnitt abgeleiteten zweiten Regelsignals zu variieren, mit dem Ergebnis, daß wenigstens eine Klasse der Scheitelgröße im Ausgangssignal auf im wesentlichen die gleiche Größe gebracht ist.