DE2340110C3

DE2340110C3 - Arrangement for digitizing an analog image signal with a Hadamard matrix

Info

Publication number: DE2340110C3
Application number: DE2340110A
Authority: DE
Inventors: Arthur Julius Ann Arbor Mich. Radcliffe Jun.
Original assignee: Burroughs Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1972-08-21
Filing date: 1973-08-08
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2340110B2; CA1019837A; JPS4987255A; FR2197277B1; FR2197277A1; NL7310683A; DE2340110A1; IT1003118B; BE803237A; CH576677A5; GB1400374A; AU5894673A; BR7306381D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Digitalisieren eines analogen Bildsignals unter Verwendung einer Hadamard-Matrix zur Transformation der von einem Analog-Digital-Wandler umgesetzten Binärsignale, vorzugsweise zur Charakterisierung einer Unterschrift. The invention relates to an arrangement for digitizing an analog image signal using a Hadamard matrix for transforming the binary signals converted by an analog-digital converter, preferably to characterize a signature.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 17 74 344 ist eine Schaltungsanordnung zur Identifizierung einer als zeitlich veränderliches elektrisches Analogsignal vorliegenden Information bekannt, bei der das von der Vorlage abgetastete Analogsignal mit Schwellwerten verglichen und das sich aus dem Vergleich ergebende Ausgangssignal unter Verwendung von Zählern weiterverarbeitet und einer Entscheidungseinheit zugeführt wird, die beim Vorliegen bestimmter Fehlerkriterien ein Alarmsignal abgibt Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß die relativ aufwendigen Schwellwert-Schaltungen nur ein relativ grobes Raster von Entscheidungsmerkmalen ermöglichen, das für viele Anwendungsfälle zur sicheren Trennung ähnlicher Vorlagen nicht ausreicht.From the German Offenlegungsschrift 17 74 344 a circuit arrangement for identifying a as Time-varying electrical analog signal present information known, in which the of the Original sampled analog signal compared with threshold values and the resulting from the comparison Output signal processed further using counters and fed to a decision unit which emits an alarm signal when certain error criteria are present.This device has the disadvantage that the relatively complex threshold value circuits only provide a relatively rough grid of decision features enable, which is not sufficient for many applications for the secure separation of similar templates.

In der Zeitschrift »Proceedings of the IEEE, Band 57, Nr. 1, Januar 1969, Seiten 58-68, wird die Möglichkeit einer Kodierung mittels Hadamard-Matrix-Signalen beschrieben, die in nur zwei Werten, nämlich +1 und — 1, auftreten.In the journal Proceedings of the IEEE, Volume 57, No. 1, January 1969, pages 58-68, the possibility of coding using Hadamard matrix signals which occur in only two values, namely +1 and - 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die mit einer Hadamard-Transformation eine feinfühlige, elektrische Charakterisierung einer Vorlage, wie sie etwa in Form einer Unterschrift gegeben ist, ermöglicht.The invention is based on the object of creating an arrangement that uses a Hadamard transformation a sensitive, electrical characterization of a template, such as in the form of a Signature is given, allows.

Bei der eingangs genannten Anordnung ist erfindungsgemäß dazu vorgesehen, daß der Analog-Digital-Wandler in bekannter Weise zum Beispiel aus einem Sägezahngenerator, der das Bildsignal in /r-Zyklen abtastet, besteht, dem ein Vergleich nachgeschaltet ist, an dessen zweitem Eingang das analoge Bildsignal anliegt, daß ein dem Analog-Digital-Wandler nachgeordneter Zähler in jedem Zyklus dann, wenn die Amplituden des Sägezahnsignals und des analogen Bildsignals gleich sind, ein Zählsignal in Form eines n-bit-Binärworts liefert, daß das der Amplitude des analogen Bildsignals im Zyklus k_x entsprechende Binärwort über η-Leitungen an den einen Eingang eines Addier-Subtrahier-Gliedes geführt wird, an dessen zweitem Eingang des Binärwort aus dem Zyklus k_x.\ anliegt, daß die Elemente » + 1« und » — 1« der aus k_x Zeilen und k_y Spalten bestehenden Hadamard-Matrix z. B. spaltenweise in einem Schieberegister umlaufen und das Addier-Subtrahier-Glied derart steuern, daß beim Anliegen eines einem »+.1«- bzw. »—1« Matrixelement entsprechenden bits im Zyklus k_x am ersten Eingang anstehende Binärwort zu bzw. von dem aus dem Zyklus Jt₁-1 addiert bzw. subtrahiert wird, und zwar je Zyklus ity-mal, und daß die Ergebnisse aller k Additionen bzw. Subtraktionen seriell in ein n-zeiliges Schieberegister mit je k bit-Stellen geschoben werden, dessen Ausgang den zweiten Eingang des Addier-Subtrahier-Gliedes bildet.In the above-mentioned arrangement, the invention provides that the analog-to-digital converter consists in a known manner, for example, of a sawtooth generator that scans the image signal in / r cycles, followed by a comparison, at the second input of which the analog Image signal is present so that a counter downstream of the analog-to-digital converter delivers a counting signal in the form of an n-bit binary word in each cycle, when the amplitudes of the sawtooth signal and the analog image signal are equal, that the amplitude of the analog image signal in the Binary word corresponding to cycle k _x is fed via η-lines to one input of an adding-subtracting element, at the second input of which the binary word from cycle k _x . \ Is applied that the elements "+ 1" and "- 1" der Hadamard matrix z consisting of k _x rows and k _{y columns.} B. circulate column by column in a shift register and control the adding-subtracting element in such a way that when a bit corresponding to a "+.1" or "-1" matrix element is present in the cycle k _x pending binary word to or from the first input which is added or subtracted from the cycle Jt ₁ -1, namely ity times per cycle, and that the results of all k additions or subtractions are shifted serially into an n-line shift register with k bit positions each, the output of which forms the second input of the adder-subtracter element.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird es möglich, mit einer einzigen Addition oder Subtraktion pro Operation auszukommen, und man braucht deshalb nicht die verschiedenen Multiplikationen, wie man sie bei der Fourieranalyse eines komplizierten Kurvenverlaufs mit den Sinus- und Kosinusfunktionen vornehmen muß.With the arrangement according to the invention it becomes possible with a single addition or subtraction get by per operation, and therefore you do not need the various multiplications how to use them carry out the Fourier analysis of a complicated curve shape with the sine and cosine functions got to.

Nach der Erfindung verwendet man also zweckmäßig die »Folgen« des zu analysierenden Signals (im Sinne der folgenden Definition dieses Begriffs) und nicht dessen Frequenzen, und es wird so möglich, solche Vorrichtungen einfacher und preiswerter herzustellen als die bekannten Vorrichtungen. Mit besonderem Vorteil geht man bei einer Vorrichtung zur eindeutigen Kennzeichnung eines analogen Signals so vor, daß zum Verifizieren der Echtheit einer Unterschrift oder zum sonstigen Identifizieren derselben eine VorrichtungAccording to the invention, the "consequences" of the signal to be analyzed are used appropriately (in the sense the following definition of this term) and not its frequencies, and it is thus possible to identify such Easier and cheaper to manufacture devices than the known devices. With special Advantage you go in a device for the unambiguous identification of an analog signal so that for Verifying the authenticity of a signature or otherwise using a device to identify the same

vorgesehen ist, welche die Druckschwankungen beim Vollziehen einer Unterschrift in digitale Signale umsetzt, daß ferner eine Vorrichtung zum Erzeugen von Hadamardmatrix-Signalen vorgesehen ist, daß ferner eine Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung dieser digitalen Signale unter der Steuerung der Hadamardsignale vorgesehen ist, um ein eindeutiges Folgenspektrum für diese Unterschrift abzuleiten, und daß ein Vergleicher zum Vergleich dieses eindeutigen Folgespektrums mit bekannten Folgespektren vorgesehen ist. Mit einer solchen Vorrichtung kann man Unterschriften durch den Gesamtverlauf des Schreibdrucks bei der Unterschrift kennzeichnen, und nicht nur die begrenzte Verwendung stark schwankender Signale nach Art von Nulidurchgängen. Dabei geht man also in der Weise vor, daß die beim Vollziehen einer Unterschrift erzeugten Druckschwankungen in digitale Signale umgesetzt ■werden, daß Hadamardmatrix-Signale erzeugt werden, daß die digitalen Signale gesteuert von d-n Hadamardsignalen verarbeitet und die verarbeiteten Signale gespeichert werden, daß die gespeicherten Signale zur wiederholten Bearbeitung verschoben werden, und daß die gespeicherten Signale mit zuvor identifizierten Signalen verglichen werden.it is provided that the pressure fluctuations when completing a signature in digital signals implements that a device for generating Hadamard matrix signals is also provided that further processing means for processing these digital signals under the control of the Hadamard signals is provided to derive a unique sequence spectrum for this signature, and that a A comparator is provided for comparing this unambiguous subsequent spectrum with known subsequent spectra. With such a device one can signatures through the entire course of the writing pressure at the Mark signature, and not just the limited use of strongly fluctuating signals like Zero passages. So one proceeds in the way that the pressure fluctuations generated when completing a signature are converted into digital signals ■ that Hadamard matrix signals are generated that the digital signals are controlled by d-n Hadamard signals processed and the processed signals are stored that the stored signals for repeated processing, and that the stored signals with previously identified Signals are compared.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, sowie Vorteile, die sich bei der Verwendung und durch die Verwendung der Erfindung ergeben, sind der folgenden Beschreibung in Verbindund mit der Zeichnung, sowie den Unteransprüchen, zu entnehmen. Es zeigtFurther details and advantageous developments of the invention, as well as advantages that arise in the Use and obtained through the use of the invention are in conjunction with the following description with the drawing, as well as the subclaims. It shows

F i g. 1 eine vergleichende Darstellung der Founersignale und der Walshsignale oder -Harmonischen, welche von einem vorgegebenen Eingangssignal abgeleitet werden,F i g. 1 a comparative representation of the foundation signals and the whale signals or harmonics derived from a given input signal will,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Erzeugen der Walsh-Harmonischen und zur Hadamard-Behandlung eines Eingangssignals,F i g. 2 shows a block diagram of a circuit according to the invention for generating the Walsh harmonics and for Hadamard treatment of an input signal,

F i g. 3 eine vereinfachte Kurvenform mit drei Folgen,F i g. 3 a simplified waveform with three sequences,

F i g. 4 eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Druckspektrums undF i g. 4 a device for generating a pressure spectrum and

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Signal-Identifizierung.F i g. 5 is a block diagram of a circuit for signal identification.

Die Walsh-Funktion, welche eine geschlossene Menge von normalen orthogonalen Funktionen ist, liefert ein Verfahren zur Darstellung einer komplizierten Kurve durch eine Familie von Rechteckkurven, wobei jedes Mitglied der Familie eine einzige Größe mit entweder positivem oder negativem Vorzeichen annimmt. Jede Funktion der Walshfamilie nimmt die Werte minus Eins und/oder plus Eins an. Daraus ergibt sich klar, daß diese orthogonalen Zahlen sich sehr gut für eine digitale Verarbeitung eignen. Die Schaltungen zur Erzeugung des Walsh-Funktion eines Signals sind weniger komplex als die Schaltungen, die man zum Ableiten der entsprechenden Fourierfunktion benötigt. Ferner wird der Geräteaufwand kleiner, und die Multiplikation wird durch eine einfache Vorzeichenumkehr bewirkt, so daß man keinen aufwendigen Funktionen-Multiplikator benötigt.The Walsh function, which is a closed set of normal orthogonal functions, provides a method for representing a complex curve through a family of rectangular curves, each member of the family assumes a single magnitude with either a positive or negative sign. Each function of the Walsh family takes the values minus one and / or plus one. From this it follows it will be understood that these orthogonal numbers are very well suited for digital processing. The circuits for generating the Walsh function of a signal are less complex than the circuits that go to Deriving the appropriate Fourier function is required. Furthermore, the outlay on equipment is smaller, and the Multiplication is effected by a simple reversal of the sign, so that you do not have to spend a lot of time Functions multiplier required.

Der Begriff »Folge« kann angesehen werden als die w> jeweilige Zahl von Vorzeichen- bzw. Polaritätswechseln bei einer Rechteckwelle oder -kurve. F i g. 1 zeigt eine komplizierte Kurvenform 10, z. B. die Form eines Eingangssignals. Zur Erläuterung und zum besseren Vergleich wird diese Kurvenform auf zwei verschiedene Arten dargestellt, und zwar stellen die Kurven 12 eine übliche Fourieranalyse des Signals 10 dar, und die Rechteckkurven 14 die Walsh-Funktion der komplexen Kurvenform 10, wobei in Fig. 1 fünf Mitglieder der Walshfamilie dargestellt sind. Die Kurvenform 16 wird identifiziert als Folge 0, die Kurvenform 18 als Folge 1, 20 als Folge 2,22 als Folge 3 und 24 als Folge 4.The term "sequence" can be viewed as the w> respective number of sign or polarity changes in a square wave or curve. F i g. 1 shows a complicated waveform 10, e.g. B. the shape of an input signal. For explanation and for the better In comparison, this curve shape is represented in two different ways, namely the curves 12 represent a usual Fourier analysis of the signal 10, and the rectangular curves 14 the Walsh function of the complex Waveform 10 showing five members of the Walsh family in FIG. The waveform 16 becomes identified as sequence 0, curve 18 as sequence 1, 20 as sequence 2,22 as sequence 3 and 24 as sequence 4.

Der Hadamardmatrix-Manipulator ist als Gleichung (1) dargestellt Die Regel zum Entwickeln der Hadamard-Matrix ist, die Matrix in einem ersten Quadranten, dem zweiten Quadranten und dem dritten Quadranten zu wiederholen und die negative Matrix in den vierten Quadranten zu setzen. Zum Beispiel ist die einfachste Hadamard-MatrixThe Hadamard Matrix Manipulator is as an equation (1) The rule for developing the Hadamard matrix is, the matrix in a first Quadrant, the second quadrant and the third quadrant and repeat the negative matrix in to put the fourth quadrant. For example, the simplest is Hadamard matrix

1 1
1 -11 1
1 -1

11 11 11 11 11 -1-1 11 -1-1 11 11 1
11
1 1
— 11
- 1 11 -1-1 11 11

In ähnlicher Weise ist eine vier mal vier Hadamard-Matrix Similarly, a four by four is Hadamard's matrix

Ersichtlich ist der Vorteil bei Verwendung dieser Matrizen, daß die Elemente einfache Zahlen sind, nämlich Eins und minus Eins, und nicht komplexe Zahlen wie bei der Fourieranalyse. Da ferner die Hadarnardmatrix nur aus Einsen besteht, ermöglicht dies eine Addition und Subtraktion anstelle einer Multiplikation.You can see the advantage of using these matrices that the elements are simple numbers, namely one and minus one, and not complex numbers as in Fourier analysis. Since, furthermore, the Hadarnard matrix consists of only ones, this allows for addition and subtraction instead of multiplication.

Die Familie von Fourierkurven 12 nach Fig. 1 kann aus der folgenden bekannten Gleichung abgeleitet werden:The family of Fourier curves 12 of Figure 1 can be derived from the following known equation will:

A (ί) =£ a_ke-'^k"o'; _Wo = A (ί) = £ a _k e- ' ^k "o'; _Where =

— Χ>- Χ>

2rr2rr

Dabei ergeben sich die einzelnen Koeffizienten nach der folgenden GleichungThe individual coefficients result from the following equation

A(t)e^ik»o'dtA (t) e ^ik »o'dt

Da man es bei der Fourieranalyse mit komplexen Zahlen zu tun hat, erkennt man, daß man für jeden Wert einer Fourierkurve vier Multiplikationen und zwei Additionen benötigt. Im Gegensatz dazu zeigen die Kurven 14 nach F i g. 1 das Walshfolgenspektrum für dasselbe Eingangssignal 10. Man erkennt hierbei leicht, daß diese Kurven in digitalen Schaltungen wesentlich leichter zu verarbeiten sind.Since you are dealing with complex numbers in Fourier analysis, you can see that for every value a Fourier curve requires four multiplications and two additions. In contrast, the Curves 14 according to FIG. 1 is the Walsh sequence spectrum for the same input signal 10. It is easy to see here that these curves are much easier to process in digital circuits.

Die verschiedenen Kurven 14 des Walshspektrums werden durch die folgende Gleichung angegeben:The various curves 14 of the Walsh spectrum are given by the following equation:

ff 0 ff 0

= J/(i)9(«,fc;0di= J / (i) 9 («, fc; 0di

ο
und durch folgende Beziehungο
and through the following relationship

wal (2/, Θ) = cal (i, W); wal (2i—1.wal (2 /, Θ) = cal (i, W); whale (2i-1.

(5)(5)

(->) = sal (i,(9) (6) (->) = sal (i, (9) (6)

wobei j = 1,2,3 ...where j = 1,2,3 ...

wal(Ο,β) = 1 für - — < β < ywal (Ο, β) = 1 for - - <β < y

wal (l,fi>) = 0 für Θ < - —; (-) > + y (7)wal (l, fi>) = 0 for Θ < - - ; (-)> + y (7)

Nach der Erläuterung des theoretischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung sollen nun verschiedene als wesentlich erachtete Punkte der vorliegenden Erfindung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden.Having set forth the theoretical background of the present invention, various points of the present invention which are considered essential are described using an exemplary embodiment will.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich also prinzipiell mit dem Ableiten und Analysieren der Wellenform bzw. des Spektrums eines Signals basierend auf der Erzeugung der Walshfunktion und einer Hadamardmatrix-Operatorumwandlung. Die Hadamard-Umwandlung nimmt das Eingangs-Zeitsignal und wandelt es um in ein Ausgangs-Folgensignal. Diese Analyse liefert eine eindeutige digitale Kennzeichnung eines Analogsignals. Die eindeutige digitale Kennzeichnung bzw. Darstellung eines Analogsignals kann auch betrachtet werden als eine Art der Codierung oder Darstellung einer Kurvenform.The present invention is principally concerned with deriving and analyzing the waveform or waveform. of the spectrum of a signal based on the generation of the Walsh function and a Hadamard matrix operator conversion. The Hadamard conversion takes the input time signal and converts it into an output sequence signal. This analysis provides a unique digital identification of an analog signal. The unambiguous digital identification or representation of an analog signal can also be considered as a way of coding or representing a waveform.

Wie in F i g. 2 dargestellt, dient die zu analysierende bzw. zu kennzeichnende analoge Kurve oder Signal als ein Eingangssignal eines Analog-Digital-Umsetzers 26, an dessen Ausgang der Eingang eines Zählers 28 mit parallelen Ausgängen 30 angeschlossen ist. Diese Ausgänge 30 sind an die Eingänge eines Parallel-Addier-Subtrahierglieds 32 angeschlossen. Die verwendete Zahl von Ausgängen 30 entspricht der Anzahl von Bits, welche bei der Binärwortdarstellung der Daten verwendet werden.As in Fig. 2, the analog curve or signal to be analyzed or characterized serves as the an input signal of an analog-digital converter 26, at the output of which the input of a counter 28 with parallel outputs 30 is connected. These outputs 30 are connected to the inputs of a parallel add-subtracter 32 connected. The number of outputs 30 used corresponds to the number of bits which are used in the binary word representation of the data.

Ein zweiter Eingang des Addier-Subtrahiergliedes 32 ist an den Ausgang eines Hadamardmatrix-Operators 34 angeschlossen, der als Quelle von plus Eins- und minus Eins-Signalen ausgebildet ist. Dieser Operator kann als beliebiger zyklischer (umlaufender) Speicher ausgebildet sein, welcher dem Addier-Subtrahierglied 32 fortlaufend binäre Einsen oder Nullen, also entweder hohe oder niedrige Signale, anbietet. — Die Schaltung nach F: g. 2 weist ferner ein Parallelregister 36 mit einer Anzahl von Zeilen 36Λ, 36ß... auf, wobei diese Anzahl der Zahl der Ausgänge des Zählers 28 entspricht Das Register 36 ist als zyklisches (umlaufendes) Schieberegister ausgebildet Die Anzahl der horizontal in einer bestimmten Zeile, z. B. in der Zeile 36Λ, gespeicherten Bits entspricht der Zahl von Folgen im Hadarnardspektrum, welche analysiert werden. Wird z. B. die Kurvenform des Eingangssignals durch eine Familie von 64 Walshkurven dargestellt, so hat der Schieberegisterspeicher 36 in jeder Parallelzeile 64 Speicherelemente. Das Ausgangssignal des zyklischen Schieberegisters 36 wird parallel einem Ein-Bit-Pufferregister 38 zugeführt, und an dessen Ausgang erscheint ebenfalls eine Gruppe von parallelen Signalen, welche den anderen Eingängen des für mehrere Bits ausgelegten Parallel-Addier-Subtrahierglieds 32 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Addier-Subtrahierglieds 32 wird als Eingangssignal 40 dem zyklischen Schieberegisterspeicher 36 zugeführt A second input of the adder-subtracter 32 is connected to the output of a Hadamard matrix operator 34 connected, which is designed as a source of plus one and minus one signals. This operator can be designed as any cyclic (circulating) memory, which the adder-subtracter 32 continuously offers binary ones or zeros, i.e. either high or low signals. - The circuit according to F: g. 2 also has a parallel register 36 with a Number of lines 36Λ, 36ß ... on, this number being corresponds to the number of outputs of counter 28. Register 36 is a cyclic (rotating) shift register formed The number of horizontally in a given line, e.g. B. in line 36Λ, saved Bits corresponds to the number of sequences in the Hadarnard spectrum, which are analyzed. Is z. B. the waveform of the input signal through a family of If 64 Walsh curves are shown, the shift register memory 36 has 64 memory elements in each parallel line. The output signal of the cyclic shift register 36 is fed in parallel to a one-bit buffer register 38, and at its output also appears a group of parallel signals which the other inputs of the multi-bit parallel add-subtracter 32 are fed. The output of the adder-subtracter 32 is used as the input 40 supplied to the cyclic shift register memory 36

Die Vorrichtung nach F i g. 2 arbeitet wie folgt:
Nimmt man wie zuvor bereits angegeben an, die auszuwertende Kurvenform solle an 64 Stellen innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls bzw. der vorgegebenen Kurvenlänge abgetastet werden, so werden 64 Folgenwerte von Folge Null bis Folge 63 benötigt, und der Schieberegisterspeicher 36 wird 64 Bits lang. Es sei ^r> ferner angenommen, die Information werde als ein Binärwort mit zehn Bits gespeichert. In diesem Fall ist das Addier-Subtrahierglied 32 ein 10-Bit-Paralleladdierer, und es werden zehn Zeilen 36Λ bis 36/ für die Register vorgesehen. Ebenso haben dann der Zähler 28The device according to FIG. 2 works as follows:
Assuming, as previously stated, the curve shape to be evaluated should be sampled at 64 points within the specified time interval or the specified curve length, 64 sequence values from sequence zero to sequence 63 are required, and the shift register memory 36 is 64 bits long. Also assume ^r>, the information will stored as a binary word of ten bits. In this case, the adder-subtracter 32 is a 10-bit parallel adder, and ten lines 36Λ to 36 / are provided for the registers. Likewise, the counter will then have 28

κι und das Ein-Bit-Pufferregister 38 jeweils 10 Ausgänge.κι and the one-bit buffer register 38 each have 10 outputs.

Der A/D-Umsetzer 26 kann in üblicher Weise aufgebaut sein und z. B. einen Sägezahngenerator enthalten, dessen Ausgangssignal als Eingang des Vergleichers dient. Das andere Eingangssignal desThe A / D converter 26 can be constructed in the usual way and z. B. a sawtooth generator whose output signal is used as the input of the comparator. The other input signal of the

ι^r) Vergleichers ist das Eingangssignal, dessen Kurvenform analysiert werden soll. Ein Zähler zählt die Impulse vom Startzeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Sägezahnsignal eine Amplitude erreicht hat, welche gleich der Amplitude der zu analysierenden Kurve ist.ι ^r ) Comparator is the input signal whose curve shape is to be analyzed. A counter counts the pulses from the starting time to the time at which the sawtooth signal has reached an amplitude which is equal to the amplitude of the curve to be analyzed.

2« Zu diesem Zeitpunkt wird durch den Vergleicher der Zählerstand des Zählers ermittelt, und dieser Zählerstand ist repräsentativ für die bzw. proportional zu der Amplitude der Eingangssignale zu diesem Zeitpunkt. Am Ausgang des Zählers wird also ein 10-Bit-Binärwort > zum Addier-Substrahierglied 32 abgegeben.2 «At this point in time, the Determined count of the counter, and this count is representative of or proportional to the Amplitude of the input signals at this point in time. A 10-bit binary word is therefore at the output of the counter > delivered to the adder-subtracter 32.

Zum Zwecke einer vereinfachten Erläuterung der Arbeitsweise kann auf F i g. 3 Bezug genommen werden, wo eine theoretische Kurvenform 42 dargestellt ist. Zur Erläuterung sind an den Stellen A bis E mehrere WerteFor the purpose of a simplified explanation of the mode of operation, reference can be made to FIG. Referring to Figure 3, a theoretical waveform 42 is shown. For explanation, there are several values at points A to E.

in dieser Kurve dargestellt. Drei Folgen von Walshkurven sind bei 44,46 und 48 dargestellt Wie bereits erläutert, zeigen Abschnitte der Walshkurven oberhalb der Abszisse ein Addieren und Abschnitte unterhalb der Abszisse ein Subtrahieren an. Nach dem Durchlaufenshown in this curve. Three series of Walsh curves are shown at 44, 46 and 48. As already explained, sections of the Walsh curves above the The abscissa indicates adding and sections below the abscissa indicate subtracting. After going through

J5 des Punktes B ist der Wert der Kurve 44 gleich 7 + 11; der Wert der Kurve 46 an der Stelle B ist 7 + 11, und der Wert der Kurve 48 7 — 11. (Die übrigen 61 Folgen werden bei der vorliegenden Erläuterung nicht in Betracht gezogen.)J5 of point B is the value of curve 44 equal to 7 + 11; the value of curve 46 at point B is 7 + 11, and the value of curve 48 is 7 - 11. (The remaining 61 sequences are not taken into account in the present explanation.)

An der Stelle Cder Kurve 42 zeigt der A/D-Umsetzer 26 und der Zähler 28 einen Wert 9 (in binärer Form) an, welcher als paralleles Eingangssignal 30 des Addier-Subtrahierglieds 32 dient Das erste Bit jedes der Register 36 wird in das Ein-Bit-Pufferregister 38 verschoben. Wenn es in der Folge dem Addier-Subtrahierglied 32 dargeboten wird, zeigt ein Wert vom Hadamard-Operator oder Hadamard-Steuersignal 34 an, ob der Wert im Zähler 28 zum Wert im Pufferregister 38 addiert oder von ihm subtrahiert werden soll. Im Falle der ersten Menge Bits vom Register 36, nämlich der Nullfolge, erscheinen wie in F i g. 3 dargestellt alle diese Werte oberhalb der Achse und werden also addiert Ein geeignetes Signal für »Addition« wird vom Hadamard-Steuergerät 34 erzeugt und der Wert 9 wird zum Wert 7 + 11 hinzuaddiert, wodurch sich der Wert 27 ergibt, welcher über die Leitung 40 zur 64. Bitstelle des Registers 36 abgegeben wird. Die zweite Menge von aus dem Schieberegisterspeicher 36 kommenden Signalen wird in ähnlicher Weise über das Ein-Bit-Pufferregister 38 dem Addier-Subtrahierglied 32 zugeführt und wird, wie sich aus der Kurvenform der Fig.3 ergibt ebenfalls addiertAt point C of curve 42, A / D converter 26 and counter 28 display a value 9 (in binary form), which serves as the parallel input signal 30 of the adder-subtracter 32. The first bit of each of the Register 36 is moved into the one-bit buffer register 38. If it is in the sequence the adder-subtracter 32 is presented shows a value from the Hadamard operator or Hadamard control signal 34 indicates whether the value in counter 28 is added to or subtracted from the value in buffer register 38 shall be. In the case of the first set of bits from register 36, namely the zero sequence, appear as in FIG F i g. 3 all these values are shown above the axis and are thus added. A suitable signal for "Addition" is generated by the Hadamard control unit 34 and the value 9 becomes the value 7 + 11 added, resulting in the value 27, which is output via the line 40 to the 64th bit position of the register 36. The second set of from the Signals coming into the shift register memory 36 are stored in a similar manner via the one-bit buffer register 38 the adder-subtracter 32 and is, as can be seen from the curve shape of Figure 3, also added up

Das dritte Bit, welches für die Folge 2 steht, ist 7 - 11 = -4. Wie Fig.3 bei der Kurve 48 für Folge 2 zeigt soll der Wert 9 im Zähler vom Wert -4 abgezogen werden. Es wird also ein Wert —13 zur Endposition des Schieberegisterspeichers 36 zurückge-The third bit, which stands for sequence 2, is 7 - 11 = -4. As in Figure 3 for curve 48 for sequence 2 shows the value 9 in the counter should be subtracted from the value -4. So it becomes a value of -13 End position of shift register memory 36 returned

führt oder rückgekoppelt. Für jede zusätzliche Kurve im Walshspektrum geht dieser Vorgang weiter, bis der Wert 9 im Zähler zu jedem der 64 Folgenwerte entweder addiert oder von ihm subtrahiert ist, und zwar abhängig von den Befehlen von der Hadamardmatrix. > Das Addier-Subtrahierglied 32 wird zweckmäßig als Zweinchtungszähler aufgebaut, wobei die Zählrichtung durch die Hadamardmatrix definiert wird.leads or fed back. This process continues for each additional curve in the Walsh spectrum until the Value 9 in the counter is either added to or subtracted from each of the 64 sequence values, namely depending on the commands from the Hadamard matrix. > The adder-subtracter 32 is expediently constructed as a two-way counter, with the counting direction is defined by the Hadamard matrix.

Aus dem vorstehenden geht hervor, daß man auf diese Weise eine eindeutige digitale Kennzeichnung eines Analogsignals erhält. Man kann sich dies auch als Codierung oder Analyse eines Eingangssignals vorstellen mit dem Ziel, ein eindeutiges digitales Ausgangssignal zu erhalten.From the above it can be seen that in this way a unique digital identification of an analog signal. This can also be thought of as coding or analyzing an input signal with the aim of obtaining a unique digital output signal.

Bislang wurde über die Art des Eingangssignals nichts anderes gesagt, als daß es ein analoges Signa! ist. Eingangs wurde jedoch bereits ausgeführt, daß diese Methode dazu verwendet werden kann, Unterschriften zu kennzeichnen bzw. zu codieren, und zwar auf der Basis ihres Druckspektrums sowie auf der Basis ihrer 2u optischen Kennzeichen. Beispielsweise können übliche optische Abtaster ein Signal erzeugen, z. B. mittels der Kurvenlesetechnik, und dieses Signal ist dann eine Analogdarstellung. Eine andere Technik geht aus vom Verlauf des Schreibdrucks über der Zeit beim Schreiben einer Unterschrift, um ein Analogsignal zu erhalten, welches die Druckschwankungen wiedergibt. Diese Art von Signal kann mittels der vorstehend beschriebenen Walsh-Hadamard-Technik codiert werden, und man erhält dann eine eindeutige digitale Darstellung. F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild zum Erzeugen eines solchen Ausgangssignals. Die Schaltung nach Fig.4 weist ein Schreibgerät 50 und eine Unterlage 52 auf, welche wie zuvor erläutert, ein vom Schreibdruck gesteuertes Ausgangssignal liefern, das als Eingangssignal des A/D-Umsetzers 26 nach Fig.2 dient. Die gesamte Schaltung nach Fig. 2 ist in Fig. 4 als Block 54 dargestellt und trägt die Abkürzung W-H (für Walsh-Hadamard-Transformation). Das Ausgangssignal der Vorrichtung 54 erscheint an deren Ausgang 56. Dies sind die Daten, die am Ende des Abtastvorgangs im zyklischen Speicher 36 gespeichert sind.So far nothing else has been said about the type of input signal than that it is an analog signal. is. However, it has already been stated at the outset that this method can be used to obtain signatures to be marked or to be coded, on the basis of their pressure spectrum as well as on the basis of their 2u optical mark. For example, conventional optical scanners can generate a signal, e.g. B. by means of Curve reading technology, and this signal is then an analog representation. Another technique is based on the History of writing pressure over time when writing a signature in order to obtain an analog signal, which reflects the pressure fluctuations. This type of signal can be achieved by means of those described above Walsh-Hadamard technique and a unique digital representation is then obtained. F i g. 4th shows a block diagram for generating such an output signal. The circuit according to Figure 4 has a Writing implement 50 and a pad 52, which, as explained above, is controlled by the writing pressure Deliver output signal that serves as the input signal of the A / D converter 26 according to FIG. The whole The circuit according to Fig. 2 is shown in Fig. 4 as block 54 and is abbreviated as W-H (for Walsh-Hadamard transformation). The output signal of the device 54 appears at its output 56. These are the data which are stored in the cyclic memory 36 at the end of the scanning process.

Zum richtigen Verifizieren bzw. Identifizieren des betreffenden Signals, sei es nun ein von einer Unterschrift abgeleitetes Signal oder einfach ein Signalvergleich, muß ersichtlich eine Vergleichssignalquelle vorgesehen werden. F i g. 5 zeigt eine Schaltung hierfür in Form eines Blockschaltbilds. Diese Schaltung hat einen Eingang 56, dem z. B. das Ausgangssignal der Vorrichtung nach Fig.2 zugeführt wird, ferner einen Festspeicher 58, in dem Signale gespeichert sind, und einen Vergleicher 60. Das Eingangssignal 56 ist der Inhalt des zyklischen Registerspeichers 36 am Ende des Abtastintervalls. Mittels üblicher Schaltungen wird das Eingangssignal dem Vergleicher 60 zugeführt, und die verschiedenen Elemente im Festspeicher 58 können mit ihm zum Zwecke der Identifizierung verglichen werden. Ein Ausgangssignal an der Klemme 62 dient zur Anzeige, ob ein Signal identifiziert worden ist oder nicht.For correct verification or identification of the signal in question, be it one of a kind Signature derived signal or simply a signal comparison, must obviously be a comparison signal source are provided. F i g. 5 shows a circuit for this in the form of a block diagram. This circuit has an input 56, the z. B. the output signal of the device according to Figure 2 is supplied, also a Read only memory 58, in which signals are stored, and a comparator 60. The input signal 56 is the Contents of the cyclic register memory 36 at the end of the sampling interval. This is achieved by means of conventional circuits Input signal fed to the comparator 60, and the various elements in the read-only memory 58 can with be compared to it for identification purposes. An output signal at terminal 62 is used for Indicates whether a signal has been identified or not.

Bei der zuvor ebenfalls erörterten Verwendung von Kunden- oder Kreditkarten kann dort eine digitale Darstellung der Unterschrift gespeichert werden, z. B. auf einem magnetischen Streifen. Dieser Streifen kann magnetisch abgetastet werden, und sein Inhalt dient dann als Eingangssignal für den Speicher 58 und somit als einer der beiden Eingänge des Vergleichers 60 zum Verifizieren von Unterschriften. Die Kurvenform des Schreibdrucks würde so als das andere Eingangssignal des Vergleichers 60 dienen. Ein Verifizieren dieser Unterschrift könnte beruhen auf einem bestimmten Identitätsgrad der verglichenen Signale.In the case of the use of customer or credit cards also discussed above, a digital Representation of the signature can be saved, e.g. B. on a magnetic strip. This strip can are magnetically scanned, and its content then serves as an input signal for the memory 58 and thus as one of the two inputs of the comparator 60 for verifying signatures. The curve shape of the Writing pressure would thus serve as the other input to comparator 60. Verifying this Signature could be based on a certain degree of identity of the signals being compared.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for digitizing an analog image signal using a Hadamard matrix to transform the binary signals converted by an analog-to-digital converter, preferably to characterize a signature, characterized by the following features:

a) the analog-to-digital converter (26) consists in ι ο known manner z. B. from a sawtooth generator that samples the image signal in k cycles (e.g. k = 64), which is followed by a comparator whose second input is the analog image signal, '

b) a counter (28) arranged downstream of the analog-to-digital converter (26) delivers in each cycle when the amplitudes of the sawtooth signal and the analog image signal are the same, a counting signal in the form of a / 2-bit binary word (e.g./7= 10)

c) the binary word corresponding to the amplitude of the analog image signal in cycle k _x is fed via η lines (30) to one input of an adder-subtracter (32), at whose second input the binary word from cycle k _x . \ is applied ,

d) the elements "+1" and "- 1" of the Hadamard matrix consisting of k _x rows and ky columns run z. B. columns in a shift register (34) to and control the adding-Substrahier-member (32) such that upon application of an a "+ 1" - or "-" - Matrixeiement corresponding bits of the k in the cycle _x on the first Input pending binary word to or from which from cycle k _x . \ Is added or subtracted, namely ky times per cycle,

e) the results of all k additions or subtractions are shifted serially into an n-line shift register (36) with k bit positions each, the output of which forms the second input of the adder-subtracter (32).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that between the output of the n-line Shift register (36) and the second input of the adding-subtracting element (32) an n-line 1 bit register (38) is switched.

3. Arrangement according to claim 1 'or 2, characterized in that the input of the analog-digital converter (26) for recording an analog signal representing writing pressure fluctuations the output of a writing instrument (50) is connected; and that the output circuit of the / i-line shift register (36) and the output a read-only memory (58) is connected to a comparison circuit (60) for signature verification are.