СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА И АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР Российский патент 2007 года по МПК H04N5/44 G05B11/01 H03G3/20 H03G5/16 

Изобретение относится к области радиотехники и технической кибернетики и может быть использовано при построении радиоэлектронных устройств (РЭУ) с автоматической настройкой, процесс управления которыми учитывает особенности входных сигналов.

Под настройкой радиоэлектронного устройства следует подразумевать преднамеренное изменение параметров РЭУ, необходимое для получения желаемого выходного сигнала (ожидаемого, требуемого результата). Настройка может быть ручной, автоматической и, при необходимости, комбинированной. Каждый из этих подходов известен уже много десятилетий и широко применяется в устройствах самого различного назначения: от крупных радионавигационных систем до бытовых радиоприемников.

Простейшим и наиболее распространенным способом автоматической настройки РЭУ является автоматическая регулировка усиления, суть которой состоит в постоянном слежении за амплитудой входного сигнала и изменении коэффициента усиления рабочего тракта при превышении амплитудой некоторого порогового значения [Первачев С.В. Радиоавтоматика. - М.: Радио и связь, 1982, стр.39-42]. Фактически автоматическая регулировка усиления служит для стабилизации выходного напряжения с сохранением информативных составляющих, причем стабилизация происходит по единому для всех сигналов правилу в соответствии с неизменной регулировочной характеристикой. Такой принцип управления РЭУ значительно ограничивает возможности систем автоматической настройки.

Достаточно эффективным является способ автоматической настройки РЭУ (прототип), состоящий в том, что предварительно в полезный входной сигнал вносят информацию о необходимых настройках РЭУ, при поступлении такого сигнала на вход РЭУ информация о настройках из сигнала извлекается и далее используется для формирования управляющих сигналов, изменяющих параметры устройства [Патент Великобритании №2280340, 1994, G 11 B 20/00, H 03 G 5/16]. В упомянутом патенте способ используется для автоматического управления тембром звучания музыкальных программ. Основу автоматического регулятора, реализующего данный способ, составляют управляемый блок и блок памяти.

Способ-прототип позволяет в автоматическом режиме настраивать РЭУ произвольным образом согласно информации, содержащейся в самом сигнале. Но при этом существенным недостатком способа является необходимость добавления в полезный сигнал специальной информации о настройках, что резко ограничивает области применения способа. Другим недостатком способа является невозможность автоматического задания настроек РЭУ в соответствии с конкретными требованиями пользователя, так как информация о настройках уже содержится в самом сигнале, и пользователь на ее содержание никак не влияет.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящей группы изобретений, заключается в обеспечении возможности автоматической настройки РЭУ в соответствии с конкретными требованиями пользователя и без добавления в полезный сигнал специальной информации о настройках.

Технический результат достигается тем, что по способу автоматической настройки радиоэлектронного устройства согласно изобретению первоначально настраивают устройство вручную исходя из конкретных требований, соответствующих конкретному входному сигналу и основанных на получении конкретного результата, полученные настройки запоминают как соответствующие данному сигналу, охарактеризованному одним или несколькими признаками распознавания, далее в автоматическом режиме при появлении входного сигнала его распознают, после чего извлекают из памяти соответствующие ему настройки.

В заявленном способе настройку можно производить по одному параметру или одновременно по нескольким параметрам либо изменяя характеристику радиоэлектронного устройства, либо изменяя одновременно несколько характеристик радиоэлектронного устройства.

В заявленном способе сигнал можно распознавать по его амплитуде, или по его частоте, или по его среднему значению, или по среднему значению в выделенной полосе частот, или по его средневыпрямленному значению, или по средневыпрямленному значению в выделенной полосе частот, или по его среднеквадратичному значению, или по среднеквадратичному значению в выделенной полосе частот, или по его дисперсии, или по его спектру, или по времени его появления, или по его индексу, или по характеру содержащейся в нем информации, или одновременно по нескольким признакам распознавания.

Для достижения технического результата автоматический регулятор, реализующий способ и содержащий управляемый блок и блок памяти, согласно изобретению дополнительно содержит блок распознавания входного сигнала и задатчик кода управления, управляемый блок служит непосредственно для настройки радиоэлектронного устройства, вход и выход управляемого блока служат соответственно сигнальными входом и выходом регулятора, блок памяти предназначен для записи и хранения информации о настройках, задатчик кода управления служит для первоначальной ручной настройки радиоэлектронного устройства и задания управляющих сигналов для управляемого блока.

В заявленном регуляторе управляемый блок может быть выполнен в виде устройства с управляемым комплексным коэффициентом передачи или управляемый блок может быть предназначен для управления тембром звучания аудиосигнала или для управления и тембром и громкостью звучания аудиосигнала, или для управления характером музыкальных образов в многоканальном звуковоспроизводящем тракте.

Блок распознавания входного сигнала, предназначенный для применения в заявленном регуляторе, согласно изобретению состоит из блока выделения признака распознавания, блока оценки признака распознавания и преобразователя выходного кода, выход которого служит выходом блока распознавания входного сигнала, входом которого служит вход блока выделения признака распознавания, выход которого соединен со входом блока оценки признака распознавания, выход которого соединен со входом преобразователя выходного кода.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.

На фиг.1 показана функциональная схема автоматического регулятора; на фиг.2 показана блок-схема алгоритма автоматической настройки; на фиг.3-5 показаны функциональные схемы различных вариантов исполнения блока распознавания входного сигнала; на фиг.6 показана функциональная схема аудиоусилителя, в котором используется автоматический регулятор; на фиг.7 показана функциональная схема многоканального аудиотракта, в котором используется автоматический регулятор; на фиг.8 показана функциональная схема автоматического регулятора тембра, включая источник сигнала и усилительный тракт; на фиг.9 показана функциональная схема управляемого темброблока, подключенного к блоку памяти.

Схема регулятора по фиг.1 содержит управляемый блок 1, блок 2 распознавания сигнала, блок 3 памяти и задатчик 4 кода управления. Информационные вход и выход управляемого блока 1 служат соответственно сигнальными входом и выходом регулятора, вход блока 2 распознавания сигнал подключен ко входу регулятора, выход блока 2 соединен с адресным входом А блока 3 памяти, двунаправленная шина данных DB которого соединена с управляющей шиной блока 1, к указанной шине подключен также и выход задатчика 4 кода управления. Вход PR программирования блока 3 памяти служит управляющим входом запоминания настроек.

Блок-схема алгоритма по фиг.2 демонстрирует последовательность выполнения основных действий в двух случаях: когда настройки не требуются и когда пользователь настраивает РЭУ под конкретный сигнал.

Схема по фиг.3 содержит блок 5 выделения признака распознавания, блок 6 оценки признака распознавания и преобразователь 7 выходного кода, выход которого является выходом блока распознавания сигнала, входом которого служит вход блока 5, выход которого соединен со входом блока 6, выход которого соединен со входом преобразователя 7.

Схема по фиг.4 содержит фильтр 8 верхних частот, измеритель 9 средневыпрямленного значения и преобразователь 10 в адресный код, выход которого служит выходом блока распознавания сигнала, входом которого служит вход фильтра 8, выход которого соединен со входом измерителя 9, выход которого соединен со входом преобразователя 10.

Схема по фиг.5 содержит спектроанализатор 11, блок 12 сравнения уровня спектральных составляющих, преобразователь 13 в адресный код, выход которого служит выходом блока распознавания сигнала, входом которого служит вход спектроанализатора 11, выход которого соединен со входом блока 12, выход которого соединен со входом преобразователя 13.

Схема по фиг.6 содержит предусилитель 14, автоматический регулятор 15, оконечный усилитель (усилитель мощности) и акустическую систему 17, вход которой соединен с выходом оконечного усилителя 16, вход которого соединен с выходом автоматического регулятора 15, вход которого соединен с выходом предусилителя 14, вход которого является входом аудиоусилителя.

Схема по фиг.7 содержит источник 18 сигнала, автоматический регулятор 19, многоканальный аудиоусилитель 20 и группу 21 акустических систем, которые подключены к соответствующим выходам усилителя 20, вход которого соединен с выходом автоматического регулятора 19, вход которого соединен с выходом источника 18 сигнала.

Схема по фиг.8 содержит источник 22 сигнала - CD-проигрыватель, управляемый темброблок 23, блок 24 памяти, усилитель 25, акустическую систему 26. Выход аудиосигнала источника 22 соединен с аудиовходом управляемого темброблока 23, аудиовыход управляемого темброблока 23 является выходом аудиосигнала автоматического регулятора тембра. Адресный вход А блока 24 памяти соединен с выходом субкода источника 22 сигнала, двунаправленная шина данных DB блока 24 памяти соединена с управляющей шиной управляемого темброблока 23, вход PR программирования блока 24 памяти служит управляющим входом автоматического регулятора тембра. Блок 24 памяти представлен в виде репрограммируемого постоянного запоминающего устройства с электрической перезаписью информации. К выходу темброблока 23 подключен вход усилителя 25 с нагрузкой 26.

Схема по фиг.9 состоит из двухполосного управляемого темброблока 23 и блока 24 памяти. В свою очередь темброблок 23 содержит управляемый фильтр 27 верхних частот, управляемый фильтр 28 нижних частот, сумматор 29, преобразователи 30, 31 кодов в сигналы управления фильтрами, задатчики 32, 33 кодов управления. Входы фильтров 27, 28 объединены и составляют вход аудиосигнала, выходы фильтров 27, 28 подключены ко входам сумматора 29, управляющий вход фильтра 28 соединен с выходом преобразователя 30, вход которого соединен с выходом задатчика 32, управляющий вход фильтра 27 соединен с выходом преобразователя 31, вход которого соединен с выходом задатчика 33, разрешающие входы ОЕ задатчиков 32, 33 объединены со входом ОЕ (разрешение выхода) блока 24 памяти и образуют разрешающий вход Е управляемого темброблока, к двунаправленной информационной шине DB блока 24 памяти подключены выходы задатчиков 32, 33 кодов; А - адресный вход блока 24 памяти служит для выбора ячеек памяти, в которые записывают настройки темброблока и где хранят указанные настройки; PR - вход программирования блока 24 памяти. Задатчик 32 кода служит для задания кода управления низкими частотами сигнала, поступающего на аудиовход, а задатчик 33 - для задания кода управления высокими частотами.

Концепция, лежащая в основе способа автоматической настройки, состоит в том, что пользователь после ручной настройки радиоэлектронного устройства запоминает настройки под именем, соответствующим сигналу, при котором производились настройки, а при повторном появлении данного сигнала он распознается и настройки автоматически извлекаются из памяти.

Для иллюстрации способа обратимся к схеме автоматического регулятора (фиг.1). Допустим, что управляемый блок 1 предназначен для внесения изменений в комплексный коэффициент передачи К(jω)=К(ω)е^jΔϕ (ω - круговая частота; Δϕ - фазовый сдвиг) путем изменения его модуля К(ω). Это известная задача управления амплитудно-частотной характеристикой РЭУ. Таким образом, настройкой РЭУ в данном случае будем считать подбор величины K(ω). При помощи задатчика 4 кода управления вручную изменяют величину К(ω), причем вносимые изменения можно оценивать каким-либо способом, который предполагает поставленная задача, например визуально по показаниям приборов или на слух. После того, как при помощи управляемого блока 1 внесены необходимые изменения в параметр К(ω), его необходимо запомнить. Причем целесообразно запоминать не саму величину К(ω), а код управления, соответствующий полученному в результате настройки параметру, то есть некоторый функционал F[K(ω)]. Для запоминания кода, несущего информацию о настройках, используется блок 3 памяти, на информационный вход которого по двунаправленной шине DB от задатчика 4 кода и подают код управления. Указанный код записывают по адресу, который задается самим входным сигналом, охарактеризованным одним или несколькими признаками распознавания. Пусть в нашем примере признаком распознавания является уровень высокочастотных составляющих в спектре входного сигнала. Это значит, что блок 2 должен выделять высокочастотные составляющие и оценивать их уровень (см. фиг.4). Результатом распознавания является выходной код, служащий для адресации блока 3 - адресный код, поступающий на вход А блока 3 памяти. Запись кода управления в блок 3 происходит по сигналу программирования PR. Этот же сигнал и завершает этап ручной настройки, представленный в левой части блок-схемы алгоритма (фиг.2).

Запоминание кода управления, соответствующего конкретному сигналу, для которого произведены конкретные настройки, следует расценивать как создание связи настроек с одним или несколькими характерными признаками (признаками распознавания) входного сигнала.

Из вышеприведенного примера видно, что на этапе ручной настройки выполняются три основные операции: ручная настройка при помощи задатчика 4 кода; запоминание настроек в блоке 3 памяти; создание связи настроек с заранее выбранным признаком (признаками) распознавания входного сигнала, для чего и служит комбинация блоков распознавания и памяти.

Рассматриваемый автоматический регулятор (фиг.1) относится к классу обучаемых систем, и вышеупомянутые операции являются неотъемлемыми составляющими алгоритма его функционирования. Для работы регулятора в автоматическом режиме он проходит процедуру предварительного обучения, состоящую в предъявлении регулятору совокупности входных сигналов с обязательным указанием конкретных настроек, к которым должен относиться каждый из предъявленных сигналов. Совокупность таких сигналов представляет собой обучающую выборку, разумеется, конечного объема. Однако в режиме автоматической настройки входными сигналами могут быть не только копии сигналов из обучающей выборки, но и любые другие сигналы, оценки признаков распознавания которых совпадают с оценками признаков распознавания сигналов из обучающей выборки. Причем под совпадением в данном случае можно понимать и попадание значений в некоторую область, подмножество, а количество таких областей или подмножеств есть количество распознаваемых сигналов - количество возможных вариантов настроек. Например, если речь идет об уровне высокочастотных составляющих в спектре входного сигнала и если в процессе обучения был предъявлен сигнал с уровнем высоких частот S₁, то при автоматической настройке к этому сигналу должны быть отнесены все сигналы с уровнем высокочастотных составляющих, лежащих в диапазоне (S₁-ΔS)...(S₁+ΔS). В данном случае ΔS - величина, задающая размеры диапазона и определяемая как общим числом распознаваемых сигналов, так и конкретными требованиями, предъявляемыми к автоматическому регулятору.

В режиме автоматической настройки (правая часть блок-схемы алгоритма по фиг.2) поступающий на вход регулятора (фиг.1) сигнал распознается, и по результатам распознавания из памяти извлекаются соответствующие ему (множеству, в которое оно входит) настройки, хранящиеся в виде кода управления блоком 1. (Несмотря на то, что основным режимом работы блока 3 памяти на данном этапе является считывание информации, не следует исключать и возможность обновления информации в случае отказа от старых настроек.)

Структура управляемого блока 1 выбирается в зависимости от того, для настройки по каким параметрам или характеристике РЭУ он предназначается. В рассматриваемом примере блок 1 служит для изменения величины К(ω) (частотно-зависимого коэффициента усиления) и может представлять собой управляемый амплитудно-частотный корректор (эквалайзер, двухполосный темброблок и др.). В общем же случае управляемый блок 1 должен обладать способностью изменять один или несколько параметров РЭУ, по которым производят настройку, под действием внешних управляющих сигналов. Те же требования предъявляются к управляемому блоку и в случае, если настройку производят, изменяя характеристику РЭУ. Относительно задатчика 4 кода управления заметим, что по существу он является блоком ввода управляющих воздействий и строится в комплексе с блоком 1 с учетом его особенностей и конкретного назначения. Если блок 1 управляется двоичным кодом, то задатчиком 4 также должен являться блок формирования двоичных кодов с внешним ручным управлением. И разумеется, между управляющими кодами и изменяемыми параметрами (характеристикой) должна существовать строгая функциональная связь, например линейная.

Процесс распознавания сводится к двум основным действиям: выделению признака распознавания и его оценки (фиг.3). В зависимости от выбранного признака распознавания строится блок 5 выделения признака распознавания. Например, если признаком распознавания является уровень высоких частот, то в качестве блока 5 можно использовать фильтр верхних частот (фиг.4). В этом же примере в качестве блока 6 оценки признака использован измеритель 9 средневыпрямленного значения. Что же касается преобразователя 7 выходного кода, то его назначение - представить результат оценки признака распознавания в виде, удобном для управления адресным сектором блока 3 памяти. Если используется блок памяти с классическим цифровым управлением адресацией при помощи двоичного кода, то в качестве преобразователя 7 следует применить преобразователь в двоичный адресный код.

В примере, показанном на фиг.5, блок распознавания служит для распознавания сигналов по форме спектра. Распознавание сигналов по спектру может быть полезно в задачах автоматической прецизионной регулировки тонального баланса в аудиотрактах.

Автоматический регулятор в прикладных задачах звуковоспроизведения может включаться как между предварительным и оконечным усилителем (фиг.6), так и между источником сигнала и последующими блоками (фиг.7). Последний случай дополнительно иллюстрируется применением автоматического регулятора для настройки тембра звучания сигнала, записанного на компакт-диске (фиг.8).

Принцип функционирования автоматического регулятора тембра (фиг.8) состоит в следующем.

В качестве источника сигнала принят CD-проигрыватель 22, выдающий как аудиосигнал, так и служебную информацию, содержащуюся в субкоде компакт-диска, где может находиться и имя диска. Код имени диска, играющий роль индивидуальной характеристики (признака распознавания) сигналограммы, поступает на адресный вход А блока 24 памяти и вызывает соответствующие этому коду ячейки памяти. Слушатель, находясь в зоне прослушивания, вручную управляя темброблоком 23, изменяет тембр звука, усиливаемый усилителем 25 и излучаемый акустической системой 26. После установки желаемого тембра слушатель подает команду PR (сигнал программирования) на запоминание настроек по ранее вызванному адресу в блоке 24 памяти. Таким образом, устанавливается связь между индивидуальными настройками и сигналограммой. При повторном воспроизведении сигналограммы информация, содержащаяся в субкоде, поступает на адресный вход блока 24 и вызывает ранее записанные настройки в виде кодов управления темброблоком 23. Таким образом, происходит автоматическая установка тембра звучания в соответствии с конкретными требованиями слушателя и соответствующая конкретному сигналу.

Принцип взаимодействия управляемого темброблока с блоком памяти в заявленном автоматическом регуляторе тембра иллюстрируется функциональной схемой (фиг.9), содержащей двухполосный темброблок с электронным управлением. Управление по низким частотам происходит путем задания и изменения кода управления при помощи задатчика кода 32, а управление по высоким частотам - при помощи задатчика 33. Управляющие коды через преобразователи 30, 31 поступают на управляющие входы фильтров 28, 27, которые служат для контролируемого изменения амплитудно-частотной характеристики звуковоспроизводящего тракта. Задание кодов, то есть ручная настройка тембра, происходит при Е=1 - при разрешающих уровнях на входах ОЕ задатчиков 32, 33 и запрещающем уровне ОЕ блока 24 памяти. Последний при Е=1 должен работать только на прием информации по двунаправленной шине DB. По окончании настроек установленные на выходах 32, 33 коды настроек по сигналу программирования PR записываются в блок 24 памяти. При повторном воспроизведении сигналограммы для автоматической настройки на вход Е следует подать уровень логического нуля. В этом случае задатчики 32, 33 отключаются от информационных шин, переходя в высокоимпедансное состояние на выходах, а двунаправленная шина DB переходит в состояние, соответствующее передаче информации с выхода блока 24 памяти на входы преобразователей 30, 31. (Читателю должно быть ясно, что и задатчики кодов 32, 33, и блок 24 должны обладать возможностью переводить свои выходы в третье нелогическое состояние под действием сигналов ОЕ).

Изобретение относится к области радиотехники и технической кибернетики. Технический результат заключается в обеспечении возможности автоматической настройки радиоэлектронного устройства в соответствии с конкретными требованиями пользователя и без добавления в полезный входной сигнал специальной информации о настройках. Концепция, лежащая в основе способа автоматической настройки, состоит в том, что пользователь после ручной настройки радиоэлектронного устройства запоминает настройки под именем, соответствующим сигналу, при котором производились настройки, а при повторном появлении данного сигнала он распознается и настройки автоматически извлекаются из памяти. Для реализации идеи автоматический регулятор содержит управляемый блок, блок распознавания сигнала, блок памяти и задатчик кода управления. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ автоматической настройки радиоэлектронного устройства, отличающийся тем, что первоначально настраивают радиоэлектронное устройство вручную, исходя из конкретных требований, соответствующих конкретному входному сигналу и основанных на получении конкретного результата путем подбора, по меньшей мере, одного изменяемого параметра радиоэлектронного устройства, затем по сигналу программирования запоминают код управления, соответствующий полученному в результате ручной настройки параметру, создают связь настройки с заранее выбранным, по меньшей мере, одним признаком распознавания входного сигнала, далее автоматически при появлении входного сигнала, соответствующего настройке, указанный сигнал распознают путем выделения признака распознавания и его оценки, после чего извлекают из памяти соответствующие указанному сигналу настройки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по его амплитуде.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по его частоте.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по его среднему значению.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по среднему значению в выделенной полосе частот.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по его средневыпрямленному значению.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по средневыпрямленному значению в выделенной полосе частот.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по его среднеквадратичному значению.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по среднеквадратичному значению в выделенной полосе частот.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по его дисперсии.11. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по его спектру.12. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по времени его появления.13. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по его индексу.14. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал распознают по характеру содержащейся в нем информации.15. Автоматический регулятор, реализующий способ по п.1, содержащий управляемый блок и блок памяти, отличающийся тем, что в него введены блок распознавания входного сигнала и задатчик кода управления, управляемый блок служит непосредственно для настройки радиоэлектронного устройства, вход и выход управляемого блока служат соответственно сигнальными входом и выходом регулятора, блок памяти предназначен для записи и хранения информации о настройках, задатчик кода управления служит для первоначальной ручной настройки радиоэлектронного устройства и задания управляющих сигналов для управляемого блока, вход блока распознавания сигнала подключен ко входу регулятора, выход блока распознавания соединен с адресным входом блока памяти, двунаправленная шина данных которого соединена с управляющей шиной управляемого блока, к указанной шине подключен также и выход задатчика кода управления.16. Регулятор по п.20, отличающийся тем, что управляемый блок выполнен в виде устройства с управляемым комплексным коэффициентом передачи.17. Регулятор по п.20, отличающийся тем, что управляемый блок предназначен для управления тембром звучания аудиосигнала.18. Регулятор по п.20, отличающийся тем, что управляемый блок предназначен для управления и тембром, и громкостью звучания аудиосигнала.19. Регулятор по п.20, отличающийся тем, что управляемый блок предназначен для управления характером музыкальных образов в многоканальном звуковоспроизводящем тракте.20. Блок распознавания входного сигнала, предназначенный для применения в регуляторе по п.15, отличающийся тем, что состоит из блока выделения признака распознавания, блока оценки признака распознавания и преобразователя выходного кода в адресный код, выход которого служит выходом блока распознавания входного сигнала, входом которого служит вход блока выделения признака распознавания, выход которого соединен со входом блока оценки признака распознавания, выход которого соединен со входом преобразователя выходного кода в адресный код.