DE2907990A1

DE2907990A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtasten der amplitude eines signals

Info

Publication number: DE2907990A1
Application number: DE19792907990
Authority: DE
Inventors: Kenneth A Huelsman
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1979-09-13
Also published as: FR2419615B1; JPS54126442A; DE2907990C2; AU4468179A; ATA167079A; AT378878B; GB2016250B; NL7901826A; GB2016250A; AU523786B2; JPS6346611B2; FR2419615A1; US4183087A

Description

2907390

Anmelderin; Stuttgart, d. 26.2.1979

Hughes Aircraft Company P 5677 S/ßn Centinela Avenue and Teale Street
Culver City, Calif., V.St.A.

Vertreter:

Kohler-Schwindling-SpätÜ
Patentanwälte
Hohentwielstr. 41
7000 Stuttgart - 1

Verfahren und Vorrichtung zum Abtasten der Amplitude eines Signals

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten eines Signals in solcher Weise, daß die erhaltenen, für die Signalamplitude im gesamten Intervall charakteristischen Abtasterte der in dem jeweiligen Intervall tatsächlich herrschenden Signalamplitude möglichst nahekommen.

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Bei den bekannten Verfahren zur Abtastung eines Signals, wie beispielsweise eines Videosignals für die digitale Verarbeitung, werden nicht alle Daten in Betracht gezogen, die in einem Abtastintervall enthalten sind, um auf diese Weise eine möglichst hohe Genauigkeit der Abtastwerte zu erhalten. Gewöhnlich erfolgt periodisch eine punktweise Abtastung, die häufig infolge der für die Abtastung benötigten endlichen Zeit von einem gewissen Mittlungseffekt begleitet wird. Diese punktweise Abtastung wird für die digitale Steuerung von Bilddarstellungen benutzt, weil die Bilddarstellung gewöhnlich aus einer Matrix von Bildelementen (Pixels) besteht, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Für jedes Pixel kann in digitaler Form nur ein Abtastwert codiert werden. Dies ist jedoch nicht ausreichend, um eine maximale Wiedergabetreue zu erhalten, selbst wenn die Abtastgeschwindigkeit bei der Nyquist-Grenze von 2f liegt, wenn der wesentliche Frequenzbereich des Videosignales auf f Hz beschränkt ist, d.h. selbst wenn das Abtast- oder Pixel-Intervall das Nyquist-Intervall f/2 ist. Bei praktischen Anwendungen ist die Abtastgeschwindigkeit gewöhnlich sehr viel kleiner als die Nyquist-Grenze von 2.1, weil die Matrix eine begrenzte Anzahl von Bildelementen umfaßt. Typisch sind Raster von 265 x 265 oder 512 χ 512 Pixels. Es wäre wünschenswert, wenn für jedes Pixel ein Wert codiert werden könnte, der mehr Information über das Signal während des Pixel-Intervalls vermittelt als gerade die Amplitude im Abtastpunkt, um die Bilddarstellung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in jedem Intervall mehrere Abtastungen vorgenommen werden und für jedes Intervall derjenige von den in einem Intervall enthaltenen Abtastwerten als der für die Signalamplitude im gesamten Intervall charakteristische Abtastwert ausgewählt wird, der von dem für das unmittelbar vorhergehende Inter-

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vall ausgewählten charakteristischen Abtastwert am stärkten abweicht·

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zu Beginn jedes Intervalls der erste Abtastwert sowohl als Maximalwert wie auch als Minimalwert zum Vergleich mit folgenden Abtastwerten gespeichert. Wenn zu beliebiger Zeit ein Abtastwert empfangen wird, der größer ist als der gespeicherte Maximalwert, wird der bisherige Maximalwert durch den größeren Abtastwert ersetzt« Der gespeicherte Minimalwert bleibt dabei unberührt. Wenn jedoch zu irgendeiner Zeit ein Abtastwert kleiner ist als der gespeicherte Minimalwert, wird der Minimalwert durch den kleineren Abtastwert ersetzt, während der gespeicherte Maximalwert unberührt bleibt. Auf diese Weise werden die Maximal- und Minimalwerte, die während des Intervalles erscheinen, als möglicher Abtastwert bereitgestellt, der die in diesem Intervall herrschende Signalamplitude am besten wiedergibt. Welcher dieser beiden Werte endgültig ausgewählt und als charakteristische Abtastwert für das vorliegende Intervall gespeichert wird, wird durch eine Prüfung bestimmt, ob der Maximalwert oder der Minimalwert die größte Abweichung von dem Abtastwert handelt, der für das letzte Intervall ausgewählt worden ist. Wenn beide Abtastwerte von dem charakteristischen Abtastwert des vorhergehenden Intervalles den gleichen Abstand haben, wird gleichbleibend der eine oder der andere ausgewählt, vorzugsweise der Minimalwert,

Die Auswahl des für das Intervall charakteristischen Abtastwertes kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der für das letzte Intervall ausgewählte charakteristische Abtastwert, der mit "LAST" bezeichnet wird, von dem mit "MAX" bezeichneten Maxjbalwert dieses Intervalles abgezogen wird, um die Größe der positiven Abweichung P Δ gemäß der Gleichung

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-X-

MAX - LAST = P Δ

festzustellen. Dann wird der festgestellte Minim&lwert, der mit "HU⁵» bezeichnet wird, von dem charakteristischen Abtastwert des letzten Intervalles abgezogen, um das Ausmaß der negativen Abweichung N4 nach der Gleichung

LAST - MIN = N Δ

festzustellen» Dann wird der Maximalwert oder der Minimalwert, der am stärksten von dem charakteristischen Abtastwert des vorhergehenden Intervalles abweicht, nach den folgenden Kriterien ausgewählt:

Wenn P& τ NU , dann wird MAX gewählt; wenn N h. > P Δ , dann wird MIN gewählt;

wenn P Δ = N A , dann wird MIN oder MAX gewählt, je nachdem, welcher Wert zuletzt geändert worden ist«

Anstelle MIN oder MAX zu wählen, je nachdem, welcher Wert zuletzt berichtigt worden ist, könnte auch stets die gleiche Wahl getroffen werden, wie beispielsweise MIN.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens. Bei einer solchen Einrichtung ist neben einem die Abtastintervalle bestimmenden Taktgeber eine erste Speichereinrichtung zur Aufnahme und Unterscheidung der während eines Abtastintervalles ermittelten Abtastwerte nach Maximal- und Minlmalwerten vorhanden, in der jeder neue Abtastwert mit den gespeicherten Maximal- und Minimalwerten verglichen und der gespeicherte Maximal- oder Minimalwert durch den neuesten Abtastwert ersetzt wird, wenn dieser größer oder kleiner ist als der zuletzt gespeicherte Maximal-

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©AD

bzw· Minimalwert« Es ist eine zweite Speichereinrichtung vorhanden, die zur Aufnahme eines ausgewählten Abtastwertes aus jedem Abtastintervall bis zum Ende des nächsten Abtastintervalles dient. Mit den beiden Speichereinrichtungen und dem Taktgeber ist eine Schaltungsanordnung gekoppelt, die von den in der ersten Speichereinrichtung gespeicherten Maximal- und Minimalwerten dsn jenigen zur Speicherung in der zweiten Speichereinrichtung auswählt, der von dem Abtastwert, der am Ende des vorhergehenden Intervalls zur Speicherung in der zweiten Speichereinrichtung ausgewählt worden ist, die größte Differenz besitzt.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles und den Unteransprüchen zu entnehmen»

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2a und 2b Diagramme zur Erläuterung der Erfindung und Fig. 3 das Diagramm eines Eingangsignals in Verbindung mit den sich durch übliche Punktabtastung und die erfindungsgemäße Abtastung erzielbaren Signalformen·

Zunächst soll der Aufbau und die Wirkungsweise einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand Fig. 1 erläutert werden. Danach werden die durch die Erfindung erzielten Vorteile diskutiert. Allgemein handelt es sich um ein System zur Kompression der durch Abtasten eines Signals gewonnenen

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ORJGfIMAL

Daten, beispielsweise der Daten eines abgetasteten Videosignals.

Das Videosignal wird durch nicht näher dargestellte, bekannte Einrichtungen in ein digitales Signal umgesetzt und in ein Eingangs-Pufferregister 10 eingegeben· Die Eingabe wird durch die von einem Taktgeber 12 gelieferten Taktimpulse gesteuert. Der Taktgeber arbeitet mit einer Frequenz von IO MHz. Ein Zähler \l± untersetzt die Taktimpulse um einen geeigneten Faktor, wie beispielsweise 10, und erzeugt . Intervall-Grenzimpulse, die einem Ausgangs-Pufferregister zugeführt werden, um jeweils einen von 10 Abtastwerten auszuwerten, die in das Ausgangs-Pufferregister 16 eingegeben werden. Der ausgewählte Abtastwert ist jedoch nicht einfach jeder zehnte Eingangs-Abtastwert, sondern vielmehr ein Abtastwert in den Intervallgrenzen, bei dem es sich um den Maximal- oder Minimalwert handelt, der während dieses Intervalles auftritt, je nachdem, welcher dieser beiden Werte den größten Abstand von dem Abtastwert hat, der während des letzten Intervalles ausgewählt worden ist»

Die Maximal- und Minimalwerte werden bestimmt, indem der erste Abtastwert des laufenden Intervalles sowohl in einem Minimalwert-Register 18 als auch in einem Maximal-Register 20 gespeichert werden. Die Eingabe des ersten Abtastwertes in diese beiden Register wird von dem Intervall-Grenzimpuls gesteuert, der den beiden Registern über Verknüpfungsglieder G., Go, G, und G, zugeführt wird. Danach wird der Inhalt dieser beiden Register 18 und 20 mit den nachfolgend zugeführten Abtastwerten in Addierern 22 und Zk verglichen. Der Addierer 22 addiert einen neuen Abtastwert (NEW) zum Zweier-Komplement des alten Abtastwertes (MIN) im Minimalwert-Register zur Bildung der Summe NEW - MIN. Das Vorzeichen der Summe ist negativ, wenn der Abtastwert NEW kleiner ist

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als der gespeicherte Minimalwert MIN. In diesem Fall ermöglicht das Vorzeichen im Ausgangssignal des Addierers ein Berichtigen des Inhaltes des Minimalwert-Registers, Die Berichtigung erfolgt durch Vorbereiten des Verknüpfungsgliedes Gr über das Verknüpfungsglied G*. In gleicher Weise bildet der Addierer 2if die Summe aus dem Zweier-Komplement des bisherigen Maximalwertes (MAX), das im Maximalwert-Registers 20 gespeichert 1st und dem neuen Abtastwert (NEW), nämlich MAX - NEW· Das Vorzeichen der Summe ist wiederum negativ, wenn der gespeicherte Maximalwert MAX kleiner ist als der neue Abtastwert NEW. In diesem Fall läßt das Vorzeichen im Aus gangs s:jgial des Addierers die Berichtigung des Inhaltes des Maximalwert-Registers über die Verknüfungsglieder G, und Gp zu. Auf diese Weise werden die Maximalwerte (MAX) und die Minimalwerte (MlN), die während eines von den Intervall-Grenzimpulsen definierten Abtastint ervalles auftreten, in den Registern 20 und 18 festgehalten und liegen dort am Ende des Intervalles vor· Danach wird der für das letzte Intervall charakteristische Abtastwert (LAST), der sich im Ausgangs-Pufferregister 16 befindet, mit den Minimal- und Maximalwerten des Intervalles unter Verwendung von Addierern 26 und 28 verglichen, welche die Summen N Δ = LAST - MIN und PÄ= MAX - LAST bilden. Diese Summen stellen die minimale Abweichung ΝΔ und die maximale Abweichung PΔ für das Intervall dar· Diese Abweichungen werden dann in einem Addierer 30 verglichen, der die Summe von NΔ mi* dem Zweier-Komplement von P Δ bildet, so daß die Summe NΔ - ΡΔ entsteht, deren Vorzeichen negativ ist, wenn ΡΔ. größer ist als N 4 , so daß der Maximalwert in stärkerem Maße von dem letzten charakteristischen Abtastwert LAST abweicht als der Minimalwert. In diesem Fall wird der Maximalwert MAX über einen Multiplexer 32 in das Ausgangs-Pufferregister eingegeben. In allen anderen Fällen ist das Vorzeichen positiv und zeigt an, daß der ge-

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speicherte Minimalwert in stärkerem Maße von dem charakteristischen Abtastwert des vorhergehenden Intervalles abweicht als der Maximalwert® In diesem Falle wird der Minimalwert in das Ausgangs-Pufferregister 16 eingegeben, es sei denn, daß im Falle P ^ = N^ die gesamte Summe gleich Null ist· Unter dieser Bedingung wird entweder der Minimalwert oder der Maximalwert zur Eingabe in das Ausgangs-Puff erregist er 16 ausgewählt, je nachdem, welcher dieser beiden Werte als letzter verändert wurde· Die Auswahl des Minimal- oder Maximalwertes, der in das Ausgangs-Pufferregister 16 einzuspeichern ist_s erfolgt mittels der Verknüpf ungsglieder Gt- und Gg, denen zwei Eingangssignale A und B vom Addierer 30 und ein drittes Eingangssignal von einem JK-Flip-Flop 36 zugeführt werden, das bei jedem Taktimpuls gesetzt oder zurückgesetzt wird, je nachdem, ob ein neuer Abtastwert zur Eingabe eines neuen Minimalwertes oder Maximalwertes führt» Wenn die Eingangssignale wie folgt definiert werden:

A P A> N Δ , B PA= -N Δ ,

C letzter Abtastwert im Maximalwert-Register gespeichert

C letzter Abtastwert im Minimalwert-Register gespeichert,

dann bewirken die Verknüpfungsglieder die Übertragung des Maximalwertes aus dem Register 20 über den Multiplexer 32 gemäß der folgenden logischen Gleichung

MAX = A+ BCo

Wenn A nicht "wahr" ist, weil N Δ > P Δ , wird MlN gewählt, sofern nicht B "wahr" ist, weil P Δ = N Λ .In diesem Falle wird MAX gewählt, wenn C "wahr" ist, weil MAX zuletzt

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verändert wurde. Andernfalls wird MIN gewählt. Demgemäß kann die logische Gleichung durch ein einfaches UND-Glied G₅ und ein ODER-Glied G^ verwirklicht werden, wie es Fig,1 zeigt. Das einzige Ausgangssignal, das dem Multiplexer 32 von dem ODER-Glied G,- zugeführt wird, bewirkt eine Auswahl von MAX, wenn es "wahr" ist und von MIN, wenn es "falsch" ist. Der Multiplexer 32 kann aus zwei Sätzen UND-Glieder bestehen, nämlich einem zur Auswahl des Maximalwertes und einem zur Auswahl des Minimalwertes von dem entsprechenden Register 20 bzw, 18. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes G/- bereitet einen dieser Sätze zur Übertragung von MAX zum Ausgangs-Pufferregister 16 unmittelbar vor, wenn es "wahr" ist, und bereitet den anderen Satz über ein nicht dargestelltes NICHT-Glied, um den Minimalwert zum Ausgangs-Puff erregist er zu übertragen. Auf diese Weise wird die Abweichung der Extremwerte in einem Abtastxntervall als Kriterium für den Abtastwert benutzt, der ausgewählt werden soll, um den Wert des Eingangssignales während des Abtastintervalles am besten wiederzugeben.

Die Vorteile dieser von der Abweichung der Extremwerte Gebrauch machenden Abtasttechnik lassen sich an dem folgenden Vergleich mit der üblichen punktweisen Abtastung am besten verstehen. Die Aufgabe besteht darin, die von einem Analog/ Digital-Umsetzer gelieferte Information in eine Form zu bringen, die eine maximale Wiedergabetreue gewährleistet. Zu diesem Zweck wird eine Anzahl von Abtastwerten pro Abtastintervall untersucht und in jedem Abtastintervall die maximale, positive oder negative Abweichung in Bezug auf den ausgewählten Abtastwert des vorhergehenden Intervalles festgestellt. Es sei ein sinusförmiges Signal und eine Abtastfrequenz FS angenommen, die gerade doppelt so groß ist, wie die Signalfrequenz Fp und eine Lage der Abtastpunkte in der Mitte jeder Halbperiode, wie es Fig. 2a zeigt. Das

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Ergebnis ist eine Abtastung der Scheitelwerte und eine 100%ige Modulation, wie es die gestrichelte Rechteckwelle für die ersten Perioden veranschaulicht· Das Ergebnis wäre das gleiche bei Anwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens, bei dem von einer Abweichung der Extremwerte Gebrauch gemacht wird, wie es die letzten beiden Perioden in Fig. 2a zeigen· Die Abtastung erfolgt hier mit einer Frequenz N2f, wobei N eine ganze Zahl, wie beispielsweise 10, ist. Das gleiche Resultat wird aber nur deshalb erzielt, weil der Abtastpunkt bei der Freuquenz FS so gelegt wurde, daß er mit den Scheitelwerten der Sinuswelle zusammenfällt·

Fig. 2b zeigt das Ergebnis der Abtastung und Codierung eines Signals, das gegenüber dem Signal in Fig. 2a um 90° phasenverschoben ist· Unter diesen Bedingungen liegt der Abtastpunkt bei der Abtastfrequenz FS jeweils im Nullpunkt, so daß die Modulation des Ausgangssignales 0 % beträgt, wie es die ersten Perioden in Fig. 2b zeigen· Dagegen liefert das erfindungsgemäße Verfahren, das mit dem Vergleich der Extremwerte arbeitet, wiederum eine Modulation des Ausgangssignales von 100 %, wie es die letzten beiden Perioden in Fig. 2b zeigen· Dies liegt daran, daß noch immer die Extremwerte als für das Intervall charakteristische Werte ausgewählt werden· Es ist demnach ersichtlich, daß eine punktweise Abtastung äußerst phasenempfindlich ist, während eine Abtastung nach dem Kriterium der größten Differenz zwischen den Extremwerten Phaseneffekte auf das durch gestrichelte Linien veranschaulichte Ausgangssignal auf ein Minimum reduziert.

Die Unterschiede zwischen dem erfindungsgemaßen Verfahren unter Ausnutzung des Extremwert-Abstandes und dem bekannten Verfahren der punktweisen Abtastung veranschaulicht Fig· 3, die in ausgezogener Linie ein typisches Videosignal wieder-

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gibt. Es handelt eich um ein willkürliches Signal, das sowohl Komponenten bei oder über der Nyquistgrenze als auch tiefere Frequenzen umfaßt· Wenn das Signal unter Anwendung einer punktweisen Abtastung codiert wird, ist das mittels einer durchgehenden Linie dargestellte treppenförmige Signal das Ergebnis einer Modulation mit den punktweise gewonnenen Abtastwerten, unter der Annahme, daß der Abtastpunkt jeweils in der Mitte jedes Abtastintervalles liegt« Wenn dagegen während jedes Abtastintervalles eine größere Anzahl von Abtastwerten untersucht wird, wie beispielsweise zehn, und die Technik des Extremwert-Abstandes angewendet wird, um den Abtastwert für die Modulation in dem gesamten Abtastintervall auszuwerten, wird das durch die gestrichelte Linie angegebene Resultat erzielt. Es ist ersichtlich, daß diese Technik des Extremwert-Abstandes eine stärkere Modulation ergibt, die das Eingangssignal besser wiedergibt als das durch die punktweise Abtastung gewonnene Signal. Au/diese Weise wird eine maximale Wiedergabetreue der codierten Daten erzielt, die von einem Analog/Digital-Iimsetzer geliefert werden. Das die für die einzelnen Intervalle gewählten, charakteristischen Abtastwerte darstellende Ausgangssignal des Ausgangs-Pufferregisters 16 kann unmittelbar zur Bilddarstellung mittels einer Kathodenstrahlröhre verwendet oder in einen digitalen Speicher für eine Abtastschema-Umsetzung vor der Darstellung gespeichert werden. Die Funktion der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird nun anhand der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

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--Tf-

SIGNAL] 00 1 7 13|6 if 9 12 2|0 3

NEW	O	1 ί O Li	O	1	7	7	1 6	if	9	12	\ 2	[0	3
MAX	O	*~ 0	O	O	1		13]	6	6	9	12	12	O
MIN	O	0	O				► ο\|	6	k	if	if	2	O
	η	π	^-— ο					13			Mi	13
ΡΔ	\j O	\j O	\J O			7	*W KJ* 13	7	—	-	gt	11	-
	O	O	O	O	1		^ A	9	9	9	2
				~ U

Ein Videosignal wird während zwei Intervallen abgetastet, während denen jeweils fünf Abtastwerte ermittelt und von einem Analog/Digital-Umsetzer in digitale Form umgesetzt werden· Die digitalen Werte werden durch die mit "SIGNAL" bezeichneten Ziffern wiedergegeben. Diese Abtastwerte werden in das Eingangs-Pufferregister 10 am Ende jedes Taktintervalles eingegeben, wie es die zweite Ziffernreihe veranschaulicht. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass das Videosignal links von den dargestellten Abtastwerten den Wert Null hat. Der erste Abtastwert eines Abtast int ervalles wird am Ende der ersten Taktperiode in die Minimalwert- und Maximalwert-Register eingegeben· Danach wird jeder Abtastwert, der in das Eingangs-Pufferregister eingegeben wird, anschließend in dem Minimalwert- oder Maximalwert-Register festgehalten, je nachdem, ob er kleiner oder größer ist als der zuletzt im Minimalwert- oder Maximalwert-Register festgehaltene Wert. Am Ende des Abtast-Intervalles wird entweder der Minimalwert oder der Maximalwert als der codierte Abtastwert ausgewählt, je nachdem, welche der beiden am stärksten von dem zuletzt codierten Abtastwert (LAST) abweicht, der für die Eingabe in das Ausgangs-Puff erregist er 16 ausgewählt worden ist. Am Ende des ersten Abtast-Intervalles hat die Differenz P Δ zwischen LAST und MAX den Wert 13, der größer ist als die Differenz

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-yr-

N A , welche den Wert Null hat. Demgemäß wird der Maximalwert zur Eingabe in das Ausgangs-Pufferregister 16 ausgewählt. Es sei erwähnt, daß drei Register hintereinander geschaltet sind, nämlich das Eingabe-Pufferregister, das Minimalwert- oder Maximalwert-Register und das Ausgangs-Pufferregister. Demgemäß ist die Eingabe eines neuen Videowertes in das Ausgangs-Pufferregister um drei Taktperioden verzögert. Während des nächsten Abtastintervalles wird der neue Abtastwert 6 sowohl im Minimalwert- als auch im Maximalwert-Kegist er gespeichert. Danach wird ein neuer Wert im Maximalwert-Register nur dann gespeichert, wenn er größer ist als 6, und in dem Minimalwert-Register, wenn er kleiner ist als 6. Am Ende dieses Abtastintervalles stehen zum Vergleich mit dem ausgewählten Abtastwert 13 des letzten Intervalle s zwei neue Maximal- und Minimalwerte zur Verfügung, für die festzustellen ist, welcher die größte Abweichung aufweist, indem zunächst LAST mit MIN und mit MAX in den Addierern 26 und 28 verglichen wird, um dann die Werte ΡΔ und NΔ zu bilden, worauf festgestellt wird, welcher dieser beiden Differenzwerte größer ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist LAST größer als MAX, so daß P Δ kleiner sein muß als N Δ · Das von dem Addierer 28 gelieferte Vorzeichen ist in der vorstehenden Tabelle während jeder Taktperiode eingegeben und kann dazu dienen, auch ohne Vergleich der Differenzwerte zu entscheiden, daß der Inhalt des Minimalwert-Registers auszuwerten ist. Der Minimalwert ist stets kleiner als LAST während dieses zweiten Abtastintervalles, so daß die Differenz N Δ am Ausgang des Addierers eine positive Zahl ist, die letztlich das Ergebnis der Tatsache ist, daß MIN den Wert 2 hat. Daher wird MIN als charakteristischer Abtastwert gewählt, der das Signal LAST für die Bestimmung des charakteristischen Wertes für das nächste Intervall bildet.

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- X-

Als weiteres Beispiel sei die folgende Tabelle betrachtet, welche die Werte in dritten und vierten Abtastintervallen wiedergibt, welche unmittelbar den oben behandelten beiden Äbtastintervallen folgen sollen«

SIGNAL I O 3 4 2 1 j β

12

5 |O

2 fr

NEW	12	12	3	fr	2	1 ]	6	1fr	15	12	5	L	O	2
MAX	fr	2	O	3	fr	fr	"—■—, fr	6	1fr	.15	15	1	5	O
MIN	—ρ	13	O	O	O	O	O	6	6	6	6		5	O
LAST	-	-	2			j	h 2	O				►	O	15
Ba	9	11	-	1	2	2	2	6	1fr	15	15	1	5	-
ΝΛ		2				H ">							15

Im dritten Abtastintervall ist der neue Abtastwert, der sowohl in das Minimalwert- als auch das Maximalwert-Register eingegeben wird, der Wert Null, so daß zunächst ΡΔ noch immer negativ ist und NΔ den Wert 2 hat« Am Ende des dritten Abtastintervalles haben jedoch beide Differenzen ΡΔ und N Δ den Wert 2« In diesem Fall wird, wie oben dargelegt, der zuletzt berichtigte Minimal- oder Maximalwert ausgewählt« In diesem Fall ist der Minimalwert Null«

Im letzten Abtastintervall der vorstehenden Tabelle wird der erste Abtastwert 6 als neuer Minimal- und Maximalwert angegeben« Danach wird der Maximalwert verändert, bis er in diesem Intervall das Maximum 15 erreicht. Der Minimalwert 6 bleibt bis zur letzten Taktperiode erhalten, zu welcher Zeit ein neuer Minimalwert von 5 in das Register 18 eingegeben wird« Während des gesamten Äbtastintervalles ist MIN größer als LAST, so daß das Vorzeichen des Ausgangssignales des Addierers 26 negativ ist, wie es die Tabelle zeigt« Gleichzeitig ist MAX größer als LAST« Diese Tatsache wird durch

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die jeweiligen Differenzen 6, 1 if, 15, 15, \5 angezeigt. Infolgedessen wird der Maximalwert 15 als charakteristische AIdtastwert für dieses Intervall gewählt, der für das nächste Intervall als Vergleichssignal LAST dient.

Diese Technik der Differenz der Extremwerte zur Codierung von Abtastdaten ist besonders für Darstellungssysteme von Bedeutung, bei denen das Videosignal normalerweise alle Frequenzen bis zur Grenzfrequenz Fc des Systems umfaßt und der Wunsch besteht, die Wiedergabetreue mit einem Minimum an codierten Abtastwerten zu erhalten, wodurch sich bedeutende Einsparungen an Speicherbedarf ergeben. Andere Bereiche umfassen Systeme zur Bandbreitenreduzierung und zur Datenaufnahme im Zeitmultiplex. Daher versteht es sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren abgewandelt und an die verschiedensten Anwendungszwecke angepaßt werden kann, obwohl es vorstehend mit Bezug auf ein Video-Eingangssignal beschrieben worden ist. Demgemäß soll die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung auch solche Modifikationen und äquivalente Ausführungsformen umfassen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Abtaston eines Signals in solcher Weise, daß die erhaltenen, für die Signalamplitude im gesamten Intervall charakteristischen Abtastwerte der in dem jeweiligen Intervall tatsächlich herrschen Signalamplitude möglichst nahekommen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Intervall mehrere Abtastungen vorgenommen werden und für jedes Intervall derjenige vonßen in einem Intervall erhaltenen Abtastwerten als der für die Signalamplitude im gesamten Intervall charakteristische Abtastwert ausgewählt wird, der von dem für das unmittelbar vorhergehende Intervall ausgewählten charakteristischen Abtastwert am stärksten abweicht.

2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des ausgewählten Abtastwertes der erste Abtastwert eines Intervalles sowohl als Maximalwert als auch als Minimalwert gespeichert und dann jeder nachfolgende Abtastwert des gleichen Intervalles mit den gespeicherten Maximal- und Minimalwerten verglichen und gegebenenfalls als neuer Maximal- oder Minimalwert gespeichert wird, wenn er den bisherigen Maximalwert über- bzw» den bisherigen Minimalwert unterschreitet, und daß am Ende des Intervalles die so erhaltenen endgültigen Maximal- und Minimalwerte mit dem für das vorhergehende Intervall ausgewählten charakteristischen Abtastwert verglichen werden und von den endgültigen Maximal- und Minimalwerten derjenige als charakteristische Abtastwert gewählt wird, dessen Unterschied zu dem charakteristischen Abtastwert des vorhergehenden Intervalles größer ist.

S09837/06AB §mo original

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastwerte in digitaler Form ermittelt werden und zur Feststellung des die größte Differenz aufweisenden Maximal- oder Minimalwertes zunächst die arithmetischen Differenzen zwischen dem endgültigen Maximal- bzw· Minimalwert und dem für das vorhergehende Intervall charakteristischen Abtastwert gebildet werden und dann die arithmetische Differenz zwischen den zuvor gebildeten Differenzen als dritte Differenz gebildet und das Vorzeichen der dritten Differenz bestimmt wird, das angibt, welche der beiden zuerst gebildeten Differenzen größer ist und infolgedessen ob der endgültige Maximalwert oder Minimalwert die größere Abweichung von dem charakteristischen Abtastwert des vorhergehenden Intervalles aufweist und als charakteristischer Abtastwert für das vorliegende Intervall zu wählen ist, während bei Gleichheit der beiden Differenzen als neuer charakteristischer Abtastwert von den endgültigen Maximal- und Minimalwerten derjenige ausgewählt wird, der während des vorliegenden Intervalles als letzter berichtigt worden ist.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem die Abtastintervalle bestimmenden Taktgeber, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Speichereinrichtung zur Aufnahme und Unterscheidung der während eines Abtastintervalles ermittelten Abtastwerte nach Maximal- und Minimalwerten vorhanden ist, in der jeder neue Abtastwert mit den gespeicherten Maximal- und Minimalwerten verglichen und der gespeicherte Maximal- oder Minimalwert durch den neuen Abtastwert ersetzt wird, wenn dieser größer oder kleiner ist als der zuletzt gespeicherte Maximal- bzw· Minimalwert j daß eine zweite Speichereinrichtung zur Aufnahme eines ausgewählten Abtastu^rertes aus jedem Abtast int ervall

9Ö9837/O6A5 ^#/*

BAD ORIGJNAL

bis zum Ende des nächsten Abtastintervalles vorhanden ist, und daß »it den beiden Speichereinrichtungen und dem Taktgeber eine Schaltungsanordnung gekoppelt ist, die von den in der ersten Speichereinrichtung gespeicherten Maximal- und Minimalwerten denjenigen zur Speicherung in der zweiten Speichereinrichtung auswählt , der von dem Abtastwert, der am Ende des vorhergehenden Intervalles zur Speicherung in der zweiten Speichereinrichtung ausgewählt worden ist, die größere Differenz besitzt·

5· Vorrichtung nach Anspruch if» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Speichereinrichtung ein Maximalwert-Register und ein Minimalwert-Register, Glieder zum Speichern des ersten Abtastwertes in einem neuen Intervall in. beiden Registern sowohl als Maximalwert wie auch als Minimalwert, und weitere Glieder zum Vergleichen jedes folgenden Abtastwertes mit dem Inhalt beider Register bei der Suche nach einem größeren oder kleineren Abtastwert, der als neuer Maximal- oder Minimalwert in dem Maximalbzw· Minimal-Segister anstelle des zuletzt gespeicherten Abtastwertes zu speichern ist, umfaßt·

6· Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Auswahl des Maximal- oder Minimal-Wertes des Intervalles, der die größere Differenz zu de» Abtastwert aufweist, der im vorhergehenden Intervall als Maximal- oder Minimalw«rt mit der größeren Differenz ausgewählt worden ist, Glieder zum Vergleich der in den Maximal- und Minimal-Registern enthaltenen endgültigen Abtastwerte mit dem in der zweiten Speichereinrichtung enthaltenen Abtastwert und Glieder zum Ersetzen des in der zweiten Speichereinrichtung enthaltenen Abtast-

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wertes durch den Inhalt des Maximalwert- oder Minimalwert-Registers in Abhängigkeit von den Vergleichsgliedern und dem Taktgeber, der das Ende eines Intervalles und den Beginn eines neuen Intervalles anzeigt, umfaßt, je nachdem, ob der Maximalwert oder der Minimalwert von dem in der zweiten Speichereinrichtung enthaltenen Abtastwert aus dem letzten Intervall den größeren Abstand hat.

7· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch

einen Taktimpulse liefernden Taktgeber (12),

ein auf die Taktimpulse ansprechendes Eingangs-Puff er regist er (10) zur Aufnahme aufeinanderfolgender Abtastwerte des Signals in digitaler Form,

einen Zähler (1^) zum Zählen der Taktimpulse und Erzeugen von Intervall-Grenzimpulsen nach jeweils einer vorgegebenen Anzahl von Taktimpulsen,

ein Minimalwert- und ein Maximalwert-Register (18 bzw, 20),

eine auf die Intervall-Grenzimpulse ansprechende Einrichtung zur Übertragung eines neuen Abtastwertes für das nächste Intervall von dem Eingangs-Puff erregist er (10) sowohl auf das Minimalwert-Register (18) als auch auf das Maximalwert-Register (20),

eine au$die Taktimpulse ansprechende Einrichtung (22, 2/f) zum Vergleich jedes in das Eingangs-Pufferregister (10) eingegebenen neuen Abtastwertes mit den Inhalten des Minimalwert- und des Maximalwert-Registers (18 bzw, 20),

eine auf die Vergleichs einrichtung (22, 2if) für die neuen Abtastwerte ansprechende Einrichtung (G₁,

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Go, G^, G, ) zur Übertragung des Inhaltes des Eingangs-Pufferregisters (10) auf das Maximalwert-Register (20), wenn der neue Abtastwert größer ist als der zuletzt in das Maximalwert-Register eingegebene Abtastwert, oder aufiias Minimalwert-Register (18), wenn der neue Abtastwert kleiner ist als der zuletzt in das Minimalwert-Register eingegebene Abtastwert,

ein Ausgangs-Pufferregister (16), eine Einrichtung (26, 28, 30) zum Vergleich des Inhaltes des Ausgangs-Pufferregisters (16) mit den Inhalten des Maximalwert- und des Minimalwert-Eegisters (20 bzw* l8), und

einen au$die Vergleichseinrichtung (26, 28, 30) für den Inhalt des Ausgangs-Pufferregisters (16) ansprechenden Multiplexer (32) zur Übertragung des Inhaltes des Maximalwert-Registers (20) oder des Minimalwert-Registers (18) auf das Ausgangs-Pufferregister (16), je nachdem, ob der Inhalt des Maximalwert- oder Minimalwert-Registers vom Inhalt des Ausgangs-Pufferregisters stärker abweicht oder wenn beide Abweichungen gleich sind, in welches dieser Register (18, 20) als letztes ein neuer Abtastwert eingegeben worden ist.

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