DE4445983C2 - Verfahren zur Rauschunterdrückung und Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rauschunterdrückung nach dem Spektralsubtraktionsverfahren und ein Verfahren zur Unterdrückung von nadelförmigen Störimpulsen, sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren.

Bei Tonträgern, insbesondere Kompaktkassetten, sind Rauschunterdrückungsverfahren bekannt, die bei der Aufnahme auf einer pegel- und frequenzabhängigen Kompression und bei der Wiedergabe auf einer entsprechenden Expansion des Audiosignals beruhen. Eines dieser Verfahren ist als sogenanntes Dolby®-Verfahren bekannt. Da diese Verfahren sowohl bei der Aufnahme als auch bei der Wiedergabe angewendet werden müssen, ist keine nachträgliche Rauschreduktion bei der Wiedergabe von nicht vorverarbeitetem Material möglich. Auch ergibt das Abspielen von Tonaufnahmen, welche einer Kompression unterzogen wurden, keine befriedigende Klangqualität, soweit ein entsprechendes Expansionsverfahren nicht verwendet wird. Somit zeigt sich, daß derartige Rauschunterdrückungsverfahren für eine allgemeine Anwendung, insbesondere für die Rauschunterdrückung bei Rundfunkempfängern, nicht geeignet ist.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Rauschreduktion stellt das sogenannte Spektralsubtraktionsverfahren dar, das unter anderem in der Dissertationsschrift "Geräuschreduktion bei Sprachübertragung mit Hilfe von Mikrophon-Array-Systemen", S. Gierl, Universität Karlsruhe 1990, S. 90-92, beschrieben ist.

Bei diesem Verfahren wird das Signal durch eine Einheit zur Signalanalyse, welche im wesentlichen aus einer Fouriertransformationseinheit besteht, auf ihre spektralen Eigenschaften analysiert. Aus diesen spektralen Eigenschaften wird die Leistungsdichte des gestörten Signals bestimmt, wobei anhand von detektierten Pausen im Signal die Störleistungsdichte abgeschätzt wird. Diese abgeschätzte Störleistungsdichte wird von der Leistungsdichte des gestörten Signals subtrahiert, was zu einem im wesentlichen ungestörten Signal führt. Diese Subtraktion erfolgt durch die Anwendung einer Übertragungsfunktion auf das analysierte Signal, insbesondere auf den Betragsbestandteil des an sich komplexen fouriertransformierten Signals. Im folgenden wird das angepaßte und fouriertransformierte Signal in einer Einheit zur Signalsynthese, welche im wesentlichen eine Einheit zur inversen Fouriertransformation enthält, rücktransformiert zu einem gewöhnlichen Signal. Dieses Signal erweist sich als rauschreduziert. Dieses rauschreduzierte Signal zeigt eine Reihe von störenden Artefakten, sogenannte "musical tones", die oft störender wahrgenommen werden als das relativ gleichmäßige Rauschen, welches einem Audiosignal überlagert sein kann. Weiterhin erweist sich dieses Verfahren als zum Teil nicht durchführbar oder nur als begrenzt tauglich, wenn das Signal überhaupt keine Pausen enthält oder die Pausen von solchem zeitlichen Abstand sind, daß sie den geänderten Signalbedingungen nicht mehr angepaßt sein können. In solchen Fällen führt dieses Verfahren teilweise zu dem ungewollten, möglichst zu vermeidenden Unterdrücken des eigentlichen Signals.

Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Rauschunterdrückungsverfahren und Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, welche bei möglichst geringer Verzerrung des eigentlichen Signals ein bestmögliches Rauschunterdrückungsergebnis und damit ein bestmögliches Nutzsignal erreichen. Dabei sollen insbesondere Artefakte wie "musical tones" und ähnliche, aufgrund von nadelförmigen oder breitbandigen Störsignalen, vermieden werden.

Diese Aufgabe wird mit den Verfahren nach Anspruch 1 und 10, sowie mit den Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren nach den Ansprüchen 20 und 23 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.

Durch die besonders vorteilhafte Weise, die Störleistungsdichte eines breitbandigen Rauschsignals anhand des Minimums der Leistungsdichte des gestörten Signals zu bestimmen, ist eine sehr sichere und aussagekräftige Möglichkeit zur Bestimmung der Störleistungsdichte und damit zur Optimierung des an sich bekannten Spektralsubtraktionsverfahrens gegeben. Diese vorteilhafte Weise ermöglicht es, unabhängig von Pausen, also sowohl deren Abstand als auch deren Länge, die Störleistungsdichte zu bestimmen. Weiterhin gelingt es nun, die Störleistungsdichte entsprechend den jeweils aktuellen Bedingungen, d. h. jeweils nach der Art der Musik, z. B. Klassik, moderne Musik einschließlich Techno oder Sprache, zu bestimmen, welche je nach Art völlig unterschiedlich ausgeprägt ausfällt. Daher ist eine bewußte externe Anpassung an die geänderten Bedingungen nicht mehr erforderlich. Damit ist ein sehr sicheres, automatisches Spektralsubtraktionsverfahren zur Unterdrückung von breitbandigen Störsignalen gegeben.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird das Minimum der Leistungsdichte über einen begrenzten Frequenzabschnitt bestimmt. Der begrenzte Frequenzabschnitt wird auf ein möglichst eng begrenztes Frequenzband eingeengt, um damit den für die Berechnung notwendigen Aufwand an Speicherleistung und Rechenzeit möglichst gering zu halten. Dies ist bei geeigneter Auswahl des Frequenzabschnittes möglich, ohne die Qualität der Rauschunterdrückung zu reduzieren, im Gegenteil, durch das beschleunigte Rechenverfahren gelingt es sogar, die für eine erfolgreiche Rauschunterdrückung erforderliche Übertragungsfunktion häufiger zu aktualisieren, was der Rauschunterdrückungsqualität zugute kommt. Damit ist ein besonders vorteilhaftes Klangempfinden für den Hörer am Beispiel von Hörsignalen gegeben. In diesem Fall wird der begrenzte Frequenzbandabschnitt auf den Nutzkanal, in diesem Fall den menschlichen Hörbereich begrenzt.

Teilweise ist es sogar möglich, das Frequenzband des Nutzsignals noch weiter einzuschränken, wenn das Minimum der Leistungsdichte für bestimmte Frequenzen repräsentativ ist für den gesamten Frequenzbereich. In diesem Fall wird das Rechenverfahren noch einmal beschleunigt und damit das Rauschunterdrückungsverfahren noch weiter optimiert.

Nach einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens wird neben der Bestimmung des Minimums der Leistungsdichte auch das Maximum bestimmt. Aus diesen Angaben läßt sich eine Plausibilitätskontrolle durchführen, wodurch es gelingt, Irrläufer, welche aus der Signalanalyse entstehen können, zu identifizieren und eine Zugrundelegung für die Rauschunterdrückung zu verhindern, was eine weitere Verbesserung des Rauschunterdrückungsergebnisses bewirkt.

Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird die Übertragungsfunktion (H_g) durch Faltung einer Fensterfunktion (G) mit einer Übertragungsfunktion (H) gegeben. Durch diese besondere Erzeugung der Übertragungsfunktion (H_g) gelingt es, die besonders störenden "musical tones" zu verhindern. Neben den "musical tones" lassen sich auch andere Effekte, insbesondere durch geeignete Wahl der Fensterfunktion wie z. B. der Hamming-Funktion, verhindern, wie z. B. die störenden Gibbs'schen Phänomene aufgrund des Überschwingverhaltens bei den Fouriertransformationen bzw. der inversen Fouriertransformation. Eine rechenaufwandreduzierte Fensterfunktion ist durch die sogenannte Rechteckfunktion gegeben, welche aufgrund des minimalen Rechenaufwandes ein Optimum an Rechengeschwindigkeit und damit die Echtzeitverarbeitung der Signale sicherstellt. Diese Echtzeitverarbeitung ermöglicht ein möglichst autentisches rauscharmes Signal.

Nach einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung wird aus den bestimmten Extremwerten ein Maß für das Signal-Rausch-Verhältnis des Signals abgeleitet, anhand dessen bei Unterschreitung eines gewählten Grenzwertes der Stereodecoder von Stereo auf Mono geschaltet wird. Dadurch gelingt es, den Signalspannungsabstand um mehrere dB zu erhöhen, was selbst wiederum rauschunterdrückend wirkt.

In einem anderen Verfahren der Erfindung wird das MPX-Signal auf Signaländerungen untersucht, welche durch nadelförmige Störimpulse, insbesondere von Multipathstörungen herrührt. Sobald diese gestörten Signale aufgefunden wurden, werden diese durch korrigierte Werte ersetzt. Erfindungsgemäß wird dabei das MPX-Signal selbst untersucht. Dies erfolgt insbesondere, indem es auf Signaländerungen oberhalb eines bestimmten einstellbaren Schwellwerts untersucht wird. Liegen die Signalwertänderungen oberhalb dieses Schwellwerts, so ist eine Störung detektiert und diese Signalstelle wird durch einen korrigierten Wert ersetzt, welcher in der technisch einfachsten Ausführung des Verfahrens gleich dem letzten ungestörten Wert gewählt wird. Bessere Korrekturergebnisse werden erreicht, indem aufwendigere Verfahren zur Korrekturwertbestimmung verwendet werden, insbesondere Interpolationsverfahren linearer oder höherer Ordnung, welche aus den den gestörten Signalen benachbarten, ungestörten Signalwerten die Korrekturwerte bestimmt.

Dabei zeigt sich, daß die Interpolationsverfahren höherer Ordnung für den Zuhörer bessere Klangergebnisse gewährleisten, wobei durch die Interpolation höherer Ordnung ein erhöhter Rechenaufwand notwendig ist, der eine Echtzeitverarbeitung der Signale mit zunehmender Ordnung immer mehr in Frage stellt.

Wird eine Reihe von gestörten Signalen in Folge festgestellt, was zur Folge hat, daß in dem Zwischenspeicher, auch Buffer genannt, nicht genügend ungestörte Signalwerte für die Bestimmung der Interpolationswerte vorhanden sind, so wird für die ersten gestörten Signalwerte der Wert gleich dem letzten ungestörten Signalwert gewählt, bis eine ausreichende Anzahl von ungestörten Signalwerten vorliegen, so daß eine Interpolation nun möglich ist. Dieses Verfahren stellt auch bei extrem schwierigen Störsituationen insbesondere bei sogenannten Bursts aus nadelförmigen Störungen, ein sicheres Verfahren zur Unterdrückung von ungewollten Störimpulsen dar.

Vorzugsweise wird der Schwellwert einstellbar gewählt. Dadurch ist sichergestellt, daß jeweils für die aktuelle Signalsituation ein optimiertes Rauschunterdrücken anhand der Wahl des Schwellwertes möglich ist. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, den Schwellwert dynamisch in Abhängigkeit der mittleren Leistung des Signals einzustellen. Dieses Verfahren stellt sicher, daß Signale mit besonders hoher Dynamik und damit regelmäßig hoher mittlerer Leistung des Signals einen höheren Schwellwert aufweisen, als diejenigen Signale mit geringer Dynamik. Dies erfolgt stets dynamisch, also unabhängig von einer festen Einstellung von außen, jeweils nach dem aktuellen Signal. Am Beispiel von Musiksignalen wird sehr schnell deutlich, daß für klassische Stücke mit relativ hoher Dynamik der Schwellwert höher gewählt ist und damit sichergestellt ist, daß ein Nutzsignal nicht als Störsignal erkannt wird und damit gelöscht wird. Dadurch ist ein besonders sicheres Verfahren zur Rauschunterdrückung bei optimierter Signalsicherheit gegeben.

Nach einem besonders vorteilhaften Verfahren wird das Maß für die mittlere Leistung zur Bestimmung des Schwellwerts mittels Tiefpaßfilterung eines normierten MPX-Signals gewonnen. Dabei ist eine Vielzahl von Normierungsmöglichkeiten geeignet. Als besonders einfache und dadurch vorteilhafte Weise hat sich herausgestellt, das Betragssignal zu berechnen.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, das Verfahren zur Rauschunterdrückung von nadelförmigen Störimpulsen mit den erfindungsgemäßen Verfahren zur Spektralsubtraktion zu kombinieren, was nicht nur die jeweiligen Störungen für sich unterdrückt, sondern auch Signale für die andere nachgeordnete Rauschunterdrückungsstufe in besonderer Weise geeignet vorbereitet, da das verbleibende Rauschen der jeweiligen Rauschunterdrückungsstärke der anderen Stufe entspricht. Wäre das Signal nicht durch die Vorstufe zur Rauschunterdrückung durch das andere Verfahren gegangen, so wäre das jeweilige nachgeschaltete Verfahren bei weitem nicht von der Wirksamkeit, wie mit dieser vorgeschalteten Stufe der anderen Verfahrensweise. Diese erfindungsgemäße Kombination stellt die optimierte Weise zur Rauschunterdrückung sowohl von nadelförmigen Störimpulsen, als auch von breitbandigen Störungen dar.

Die folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen weitere vorteilhafte Merkmale und Besonderheiten erkennen, die anhand der Darstellungen in den Zeichnungen im folgenden näher beschrieben und erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Aufbau des gesamten Geräuschreduktionsverfahrens.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm mit der Darstellung der Signalkomponente des Geräuschreduktionsverfahrens auf der Basis der Spektralsubtraktionsverfahren.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Verfahrens zur Rauschunterdrückung von nadelförmigen Störimpulsen.

In Fig. 1 ist eine Anordnung dargestellt, welche am Beispiel eines MPX-Signals eine Rauschunterdrückung zur Vermeidung einerseits von nadelförmigen Störimpulsen, andererseits von breitbandigem Rauschen durchführt.

Zuerst wird dieses MPX-Signal in einer ersten Stufe um das Rauschen aufgrund der nadelförmigen Störungen reduziert. Dieses rauschreduzierte MPX-Signal wird dann im folgenden in einem Stereodecoder zu einem Audiosignal umgesetzt, welches im folgenden durch ein Rauschunterdrückungsverfahren nach dem erfindungsgemäßen Spektralsubtraktionsverfahren weiter verarbeitet wird.

Diese Anwendung der Verfahren auf ein MPX-Signal und auf ein Audiosignal stellen lediglich eine beispielhafte, nicht den Schutzbereich und die Anwendbarkeit auf andere Signale beschränkende Anwendung dar. Es existiert eine Vielzahl weiterer Anwendungsgebiete für diese Rauschunterdrückungsverfahren.

Im vorliegenden Beispiel wird das MPX-Signal durch einen Analog-Digital-Wandler ADC unter Einhaltung der Nyquistbedingung digitalisiert und einer Einheit zur Multipathdetektion zugeführt, welche Signaländerungen im MPX-Signal oberhalb eines bestimmten Schwellwertes feststellt und im Falle eines Überschreitens dieses Schwellwertes einen Trigger setzt, der eine Korrektur des digitalisierten, gestörten MPX-Signals auslöst. Die Korrektur erfolgt durch Interpolation linearer oder höherer Ordnung aus dem gestörten Signal, wobei der Korrekturwert aus den dem oder den gestörten Signalwerten benachbarten Signalwerten bestimmt wird. Dieses korrigierte Signal wird dem Stereodecoder zugeführt, der dieses MPX-Signal in seine zwei Kanalinformationen für den linken und den rechten Kanal umsetzt.

Wird durch die Einheit für die Multipathdetektion eine Störung besonderen Ausmaßes festgestellt, so wird über die Triggercontroleinheit die Umsetzung des MPX-Signals auf die zwei Kanäle durch den Stereodecoder mittels der Monoblendkontrolle verhindert, um die Vorteile des in diesem Falle um mehrere dB verbesserten Signalspannungsabstands zu nutzen. Diese Signalspannungsabstandsverbesserung wirkt sich Signal-Rausch-Verhältnis­ verbessernd und damit rauschreduzierend aus.

Das auf zwei Kanäle umgesetzte Audiosignal wird im folgenden durch die Einheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Spektralsubtraktionsverfahrens um die noch verbleibenden breitbandigen Störsignale reduziert. Wird in dieser Einheit, in der unter anderem ein Maß für das Signal Rauschverhältnis abgeleitet wird, ein zu schlechtes Verhältnis erkannt, so wird mittels der Monoblendkontrolle entsprechend der Einheit zur Multipathunterdrückung die Umsetzung des MPX-Signals aus Stereo verhindert und dieses auf Mono umgesetzt, um die genannten Vorteile zu erreichen.

In Fig. 2 ist der nähere Aufbau der Einheit für das erfindungsgemäße Spektralsubtraktionsverfahren dargestellt. Das ein breitbandiges Rauschen enthaltende Signal wird durch die Signalanalyseeinheit zuerst segmentiert und dann im folgenden durch eine Fouriertransformationseinheit in die spektralen Bestandteile nach Real- und Imaginärteil transformiert und aufgeteilt. Anschließend werden diese komplexen Informationen in Polarkoordinaten umgesetzt, was zum Betragsspektrum |X(l, j)| und zum Phasenspektrum (l, j) führt. Für das Spektralsubtraktionsverfahren wird das Phasenspektrum (l, j) nicht verwendet, lediglich das Betragsspektrum geht in das Verfahren ein. Aus diesem Betragsspektrum wird die Leistungsdichte des gestörten Eingangssignals S_XX bestimmt, was beispielsweise durch ein einfaches rekursives Filter erster Ordnung nach folgender Vorschrift:

S_XX(l, j) = (1 - c₁) S_XX(l, j - 1) + c₁ |X(l, j)|²

erfolgen kann. Typische Werte für c₁ liegen dabei in der Größenordnung c₁ = 0,4 . . . 1,0.

Im folgenden wird aus der Leistungsdichte des gestörten Eingangssignals S_XX die Störleistungsdichte bestimmt, indem der Minimalwert S_nn von S_XX über ein festgelegtes Frequenzband bestimmt wird. Dieses Minimum wird als die Störleistungsdichte betrachtet. Im übrigen wird anhand des Minimalwerts und des ebenfalls bestimmten Maximalwerts über das bestimmte Frequenzband eine Wertebereichskontrolle durchgeführt, um festzustellen, ob die Störleistungsdichte bzw. die Leistungsdichte des gestörten Eingangssignals Signalwerten entsprechen oder ob diese Werte aufgrund eines systematischen Defektes des Verfahrens entstanden sind. Sollte sich aufgrund der Wertebereichskontrolle ergeben, daß ein solcher Defekt vorliegt, wird die anschließende Korrektur mit diesen Werten nicht durchgeführt. Es werden gegebenenfalls andere, plausiblere Werte herangezogen oder unter Umständen gar keine Spektralsubtraktion durchgeführt.

Durch die Minimalwertbildung wird eine Unabhängigkeit von dem Vorliegen von Pausen geschaffen, die es ermöglicht, jedes beliebige Musikstück oder andere Audiosignale von einem breitbandigen Rauschen zu befreien. Dies erfolgt sogar spezifisch nach dem jeweiligen Signaltyp, denn das Minimum wird ja jeweils spezifisch für das aktuelle Signal bestimmt. Diese Signalqualitäten unterscheiden sich beispielsweise sehr je nach Signaltyp. Ein Sprachsignal ist völlig different von einem modernen Musikstück, wie Techno-Musik, oder wiederum völlig different von klassischer Musik. Sowohl ihr Signalspektrum, als auch die Intensität der einzelnen Frequenzen weichen deutlich voneinander ab, wodurch völlig unterschiedliche Minimalwerte gebildet werden und damit das jeweilige Rauschen ohne ein Wegfiltern des eigentlichen Nutzsignals geschaffen werden kann.

Durch die Wahl des begrenzten Frequenzbereiches, über den das Minimum bzw. Maximum gebildet wird, gelingt es ferner, den Rechenaufwand für die Spektralsubtraktion zu verringern und andererseits spezifische Frequenzbereiche besonders hervorzuheben, was zur Beschleunigung des Rauschunterdrückungsverfahrens und zu einer Verbesserung der Rauschunterdrückung führt. Dies stellt eine deutliche Verbesserung des Hörempfindens dar, denn Artefakte können auf diese Art und Weise besser verhindert werden.

Aus der Störleistungsdichte und der Leistungsdichte des gestörten Eingangssignals S_XX wird eine Übertragungsfunktion H bestimmt, welche mit einer Fensterfunktion G zu der endgültigen Übertragungsfunktion H_g gefaltet wird. Diese endgültige Übertragungsfunktion H_g wird auf das Betragsspektrum |X(l, j)| angewendet, wodurch die endgültige Filterung, d. h. die eigentliche Spektralsubtraktion erfolgt. Dabei wird die Störleistungsdichte von der Leistungsdichte des gestörten Eingangssignals abgezogen, wodurch die Leistungsdichte des quasi ungestörten Nutzsignals gebildet wird. Aus diesem wird dann zusammen mit der Phaseninformation in der Signalsyntheseeinheit das eigentliche Signal wieder gebildet, indem zuerst die karthesischen Koordinaten bestimmt, anschließend die inverse Fouriertransformation durchgeführt und eine Synthesefunktion, die hier beispielhaft als "overlap-add-Funktion" dargestellt ist, auf das rücktransformierte Signal angewendet wird.

Bei der Wahl der Übertragungsfunktion H wird vorzugsweise aus der Vielzahl der bekannten Übertragungsfunktionen diejenige zur "Schätzung der Teilbandbeträge" verwendet, die im folgenden dargestellt ist

wobei α den Überschätzfaktor und β den sogenannten "spectral floor" darstellt, sowie

ist.

Diese Übertragungsfunktion H wird zur Vermeidung von Artefakten im geräuschreduzierten Signal, die insbesondere in Form von sogenannten "musical tones" auftreten können, spektral gefiltert, d. h. sie wird mit einer Gewichtungsfunktion G gefaltet. Dies entspricht einer multiplikativen Gewichtung der Impulsantwort des Spektralsubtraktionsfilters mit einer Fensterfunktion, für die wiederum Rechteck-, Hamming-, Hanning- oder andere Fensterfunktionen in Frage kommen. Durch diese Begrenzung der Übertragungsfunktion gelingt es, diese störenden Artefakte weitgehend zu verhindern. Die Qualität der Verhinderung läßt sich durch die Art und den Umfang der Begrenzung durch die Wahl der Fensterfunktion und die Wahl des Fensters bestimmen.

In Fig. 3 ist in einer Blockdarstellung der Aufbau einer Anordnung zur Rauschunterdrückung aufgrund von nadelförmigen Störungen am Beispiel von Multipath-Störungen in einem MPX-Signal dargestellt. Das MPX-Signal wird zuerst in einem Analog- Digital-Wandler ADC unter Einhaltung der Nyquistbedingung digitalisiert. Im folgenden wird das digitalisierte Signal in einer Differentiationseinheit auf seine Signalwertänderungen untersucht. Die Signalwertänderungen werden im folgenden normiert durch Betragsbildung und mit einem Schwellwert verglichen, der sich aus den tiefpaß-gefilterten Absolutwerten des digitalisierten MPX-Signals ergibt, wobei zusätzlich eine level-Kontrolle, also eine Wertebereichskontrolle, durchgeführt wird. Überschreitet die Signalwertänderung diesen Schwellwert, wird ein Triggerpuls an die Triggerkontrolle geleitet, welche eine Signalwertkorrektur in die Wege leitet. Die Signalwertkorrektur wird in Form einer Interpolation linearer oder höherer Ordnung durchgeführt. Als Basis für die Interpolation werden die ungestörten, den gestörten Signalwerten benachbarten Signalwerte herangezogen. Alle diese Werte sind in dem Buffer abgelegt. Als bevorzugte Interpolationsart hat sich im Hinblick auf den Rechenaufwand bezogen auf die Qualität der Rauschunterdrückung die lineare Interpolation herausgestellt. Ergibt sich jedoch, daß eine Vielzahl von Störimpulsen direkt aufeinanderfolgend eintreffen - ein sogenannter Störimpuls-Burst - so kann der Buffer ausschließlich mit gestörten Signalen beaufschlagt sein. In diesem Fall wird erfindungsgemäß jeweils der älteste gestörte Signalwert von dem letzten noch ungestörten Signalwert ersetzt, bis ausreichend viele ungestörte Signalwerte mittels der Interpolation korrigiert werden können.

Auch bei diesem Verfahren wird der Schwellwert dynamisch nach dem jeweils aktuellen Signal angepaßt, d. h. ergeben sich durch den Typ des MPX-Signals standardmaßig größere Schwankungen, so wird der Schwellwert höher angelegt, als bei MPX-Signalen mit nahezu konstanter niedriger Signalwerthöhe. Dadurch gelingt es, eine sehr differenzierte Rauschunterdrückung zu gewährleisten.

Claims (27)

1. Verfahren zur Rauschunterdrückung nach dem Spektralsubtraktionsverfahren, bei dem in einem bestimmten, begrenzten Frequenzbereich des durch Rauschen gestörten Nutzsignals eine Fouriertransformation durchgeführt und bei dem im folgenden das Minimum der Leistungsdichte des gestörten Signals bestimmt und dieses als Maß für die Störleistungsdichte zur Bildung des ungestörten Nutzsignals verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der begrenzte Frequenzbereich entsprechend dem Frequenzband des Nutzsignals gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der begrenzte Frequenzbereich entsprechend dem menschlichen Hörbereich gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der begrenzte Frequenzbereich das Frequenzband des Nutzsignals teilweise umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den Frequenzbereich oder über Frequenzbereichsabschnitte das Maximum bestimmt wird, und mittels diesem eine Wertebereichskontrolle als Plausibilitätskontrolle durchgeführt wird und abhängig davon eine Wertekorrektur vornehmbar ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übertragungsfunktion (H_g) durch Faltung einer Fensterfunktion (G) mit einer Übertragungsfunktion (H) gegeben ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterfunktion (G) eine Hammingfunktion ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterfunktion (G) eine Rechteckfunktion ist.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Extremwerte ein Maß für das Signal-Rausch-Verhältnis (S/R) abgeleitet und beim Unterschreiten eines vorgewählten Grenzwertes ein Stereodecoder auf Monobetrieb umgeschaltet wird.

10. Verfahren zur Rauschunterdrückung von nadelförmigen Störimpulsen, insbesondere Multipathstörungen, bei dem die Größe der zeitlichen Änderung des MPX-Signals bestimmt wird und die Größe mit einem bestimmten Schwellwert verglichen wird und bei Überschreiten des Schwellwerts die detektierten, defekten Signalstellen ausgeschnitten und durch korrigierte Werte ersetzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierten Werte gleich dem letzten ungestörten Signalwert gewählt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierten Werte durch Interpolation linearer oder höherer Ordnung aus den benachbarten ungestörten Signalwerten bestimmt werden.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der gestörten Signalwerte bestimmt wird und ab einer vorgegebenen Anzahl die ersten gestörten Signalwerte durch den letzten ungestörten Signalwert ersetzt werden und die folgenden gestörten Signalwerte durch interpolierte Signalwerte ersetzt werden.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert einstellbar ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert dynamisch in Abhängigkeit der mittleren Leistung des Signals eingestellt wird.

16. Verfahren zur Rauschunterdrückung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß für die mittlere Leistung mittels Tiefpaßfilterung eines normierten MPX-Signales gebildet wird.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feststellung eines gestörten MPX-Signales ein Stereodecoder angesteuert und dieser auf Monobetrieb geschaltet wird.

18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren auf bandbegrenzte Nicht-MPX-Signale angewendet wird.

19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 18, bei dem anschließend ein Verfahren zur Rauschunterdrückung nach dem Spektralsubtraktionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchgeführt wird.

20. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Rauschunterdrückung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit zur Signalanalyse eines in einem bestimmten, begrenzen Frequenzbereich des durch Rauschen gestörten Nutzsignals mittels Fouriertransformation, eine Einheit zur Bestimmung der Leistungsdichte des gestörten Signals, eine Einheit zur Bestimmung des Minimums der Leistungsdichte des gestörten Signals als Maß für die Störleistungsdichte, eine Filtereinheit zur Anwendung einer aus der Leistungsdichte des gestörten Signals und der Störleistungsdichte abgeleiteten Übertragungsfunktion (H_g) auf das analysierte Signal und eine Einheit zur Signalsynthese mittels inverser Fouriertransformation dieses gefilterten Signals vorgesehen sind (Fig. 2).

21. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Rauschunterdrückung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit zur Bestimmung des Maximums der Leistungsdichte des gestörten Signals und eine Einheit zur Wertebereichskontrolle vorgesehen ist, welche aus den Extremwerten eine Plausibilitätsprüfung vornimmt und im folgenden eine Korrektur einleitet.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21 zur Durchführung eines Verfahrens zur Rauschunterdrückung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion (H_g) in einer Schaltungseinheit gebildet wird, in welcher eine Übertragungsfunktion (H) mit einer Fensterfunktion (G) zur Übertragungsfunktion (H_g) gefaltet wird.

23. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Rauschunterdrückung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit zur Bestimmung der zeitlichen Signalwertänderungen im MPX-Signal und eine Vergleichseinheit vorgesehen ist, die die Änderungswerte mit einem Schwellwert vergleicht und abhängig davon in einer Korrektureinheit die Signalwertkorrektur vorgenommen wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23 zur Durchführung eines Verfahrens zur Rauschunterdrückung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit zur dynamischen Anpassung des Schwellwertes vorgesehen ist, welche ein Tiefpaßfilter und wahlweise eine Wertebereichskontrolleinheit aufweist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 oder 24 zur Durchführung eines Verfahrens zur Rauschunterdrückung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zur Bestimmung der Signalwertänderungen eine Schaltung zur Differentiation und eine zur Betragsbildung enthält.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß dieser eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 20 bis 22 nachgeschaltet ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26 zur Durchführung eines Verfahrens zur Rauschunterdrückung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit zur Stereodemodulation vorgesehen ist, welche bei Vorliegen einer bestimmten Störungsstärke (Multipath- oder andere Störungen) vom Stereobetriebs- in der Monobetriebszustand übergeht.