DD239482A5 - REAL-TIME SPECTRAL ANALYSIS OF ELECTRICAL SIGNALS AND PICTURE TRANSFORMATION TECHNIQUES AND DEVICE FOR REAL-TIME SIGNAL PROCESSING AFTER A HIERARCHIC PYRAMID - Google Patents

REAL-TIME SPECTRAL ANALYSIS OF ELECTRICAL SIGNALS AND PICTURE TRANSFORMATION TECHNIQUES AND DEVICE FOR REAL-TIME SIGNAL PROCESSING AFTER A HIERARCHIC PYRAMID Download PDF

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DD239482A5
DD239482A5 DD84264511A DD26451184A DD239482A5 DD 239482 A5 DD239482 A5 DD 239482A5 DD 84264511 A DD84264511 A DD 84264511A DD 26451184 A DD26451184 A DD 26451184A DD 239482 A5 DD239482 A5 DD 239482A5
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Curtis R Carlson
James H Arbeiter
Roger F Bessler
Edward H Adelson
Charles H Anderson
Allen L Limberg
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Rca Corp,Us
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Abstract

Unter dem Ziel einer Realzeitrealisierung des Burt-Pyramiden-Algorithmus ist es Aufgabe der Erfindung eine Realzeit-Spektralanalyse elektrischer Signale und Bildtransformationstechniken sowie Einrichtung zur Realzeit-Signalverarbeitung nach einer hierarchischen Pyramide zu schaffen. Es wird eine Pipeline-Struktur (Fig. 3) fuer einen oder beide folgender Vorgaenge verwendet: (a) Zur mit verzoegerter Realzeit erfolgender Analysierung des Frequenzspektrums einer Informationskomponente (mit einer oder mehreren Dimensionen) eines gegebenen zeitlichen Signals (G0), dessen hoechste interessierende Frequenz nicht groesser als f0 ist und (b) zur in verzoegerter Realzeit erfolgender Synthetisierung eines solchen zeitlichen Signals (G0) aus seinem Frequenzanalysespektrum (L0...GV). Eine solche Pipeline-Struktur eignet sich besonders fuer die Bildverarbeitung der zweidimensionalen Raumfrequenzen von Fernsehbildern, die durch ein zeitliches Videosignal definiert werden. Fig. 3With the aim of real-time realization of the Burt pyramid algorithm, it is the object of the invention to provide a real-time spectral analysis of electrical signals and image transformation techniques as well as a real-time signal processing device according to a hierarchical pyramid. A pipelined structure (Figure 3) is used for either or both of the following: (a) Delayed real-time analysis of the frequency spectrum of an information component (having one or more dimensions) of a given temporal signal (G0) whose highest one of interest Frequency is not greater than f0 and (b) for the delayed real-time synthesizing of such a temporal signal (G0) from its frequency analysis spectrum (L0 ... GV). Such a pipeline structure is particularly suitable for the image processing of the two-dimensional spatial frequencies of television images, which are defined by a temporal video signal. Fig. 3

Description

Hierzu 9 Seiten ZeichnungenFor this 9 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Signalanalyse und/oder -synthese. Im einzelnen verwendet die erfindungsgemäße Signalverarbeitungseinrichtung eine Pipeline-Struktur, um in verzögerter Realzeit das Frequenzspektrum einer Informationskomponente (die ein oder mehrere Dimensionen hat) eines gegebenen zeitlichen Signals zu analysieren, dessen höchste interessierende Frequenz nicht größer als f0 ist, und/oder in verzögerter Realzeit ein solches zeitliches Signal aus seinem analysierten Frequenzspektrum zu synthetisieren. Die Erfindung eignet sich insbesondere, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, für die in verzögerter Realzeit erfolgende Bildverarbeitung der zweidimensionalen Raumfrequenzen von Fernsehbildern, die durch ein zeitliches Videosignal definiert sind.The invention relates to a signal processing device for signal analysis and / or synthesis. Specifically, the signal processing device of the present invention uses a pipelined structure to analyze, in delayed real time, the frequency spectrum of an information component (having one or more dimensions) of a given temporal signal whose highest frequency of interest is not greater than f 0 and / or delayed Real time to synthesize such a temporal signal from its analyzed frequency spectrum. The invention is particularly, but not limited to, real-time delayed image processing of the two-dimensional spatial frequencies of television images defined by a temporal video signal.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist viel Arbeit in die Entwicklung eines Modellsfür das menschliche Sehen gesteckt worden. Man hat herausgefunden, daß das optische Wahrnehmungssystem des Menschen eine primitive Zerlegung leuchtender Bilder in Raumfrequenzen vornimmt, indem die Raumfrequenzinformation in einer Anzahl kontinuierlicher, sich überlappender Raumfrequenzbänder unterteilt wird. Jedes Band ist grob gerechnet eine Oktave breit, und die Mittenfrequenz jedes Bandes unterscheidet sich von derjenigen des Nachbarbandes in etwa um den Faktor 2. Forschungsergebnisse lassen daraufschließen, daß es etwa sieben Bänder oder Kanäle gibt, die den von 0,5 bis 60 Perioden/Grad Raumfrequenz des menschlichen optischen Wahrnehmungssystems überdecken. Die Bedeutung dieser Erkenntnis liegt darin, daß eine Raumfrequenzinformation, die um mehr als den Faktor 2 von der anderen Raumfrequenzinformation entfernt liegt, vom optischen Wahrnehmungssystem des Menschen unabhängig verarbeitet wird.Much work has gone into developing a model for human vision. It has been found that the human visual perception system performs a primitive decomposition of luminous images in spatial frequencies by dividing the spatial frequency information into a number of continuous, overlapping spatial frequency bands. Each band is roughly one octave wide, and the center frequency of each band differs from that of the neighboring band by a factor of about two. Research suggests that there are about seven bands or channels ranging from 0.5 to 60 periods / Cover the spatial frequency of the human visual system. The significance of this finding is that a spatial frequency information that is more than a factor of 2 away from the other spatial frequency information is processed independently of the human optical system of perception.

Es hat sich ferner gezeigt, daß die im optischen Wahrnehmungssystem des Menschen vorgenommene Raumfrequenzverarbeitung räumlich lokalisiert ist. Die Signale innerhalb jedes Raumfrequenzkanales werden daher über kleine Unterbereiche des Bildes verarbeitet. Diese Unterbereiche überlappen sich gegenseitig und sind grob gesehen zwei Perioden — bei einer speziellen Frequenz — breit.It has also been shown that the spatial frequency processing carried out in the human optical perception system is spatially localized. The signals within each spatial frequency channel are therefore processed over small subregions of the image. These subareas overlap one another and are broadly two periods - at a particular frequency - wide.

Benutzt man als Testmuster ein sinusförmiges Gitter, dann zeigt sich, daß die Schwellwert-Kontrast/Empfindlichkeitsfunktion für das Sinus-Gittermuster schnell abfällt, wenn die Raumfrequenz des Sinus-Gitterbildes vergrößert wird. Das bedeutet, daß man bei hohen Raumfrequenzen einen hohen Kontrast sehen muß (= 20% bei 30 Perioden/Grad), daß jedoch bei niedrigen Raumfrequenzen nur ein relativ geringer Kontrast gesehen werden muß (" 0,2% bei 3 Perioden/Grad).Using a sinusoidal grid as the test pattern shows that the threshold contrast / sensitivity function for the sine grid pattern drops rapidly as the spatial frequency of the sine grid image is increased. This means that at high spatial frequencies one must see a high contrast (= 20% at 30 cycles / degree), but that at low spatial frequencies only a relatively low contrast has to be seen ("0.2% at 3 cycles / degree).

Es hat sich herausgestellt, daß die Fähigkeit des menschlichen optischen Wahrnehmungssystems, eine Änderung im Kontrast eines Sinus-Gitterbildes wahrzunehmen, die oberhalb der Schwelle liegt, auch bei niedrigeren Raumfrequenzen besser ist als bei höheren Raumfrequenzen. Um eine Kontraständerung in 75% aller Fälle richtig zu unterscheiden, benötigt ein normaler Mensch bei einem Sinus-Gitter von 3 Perioden/Grad eine Kontraständerung von 12%, bei einem Gitter von 30 Perioden/Grad dagegen eine Kontraständerung von 30%.It has been found that the ability of the human visual perception system to perceive a change in contrast of a sine grid image that is above the threshold is better even at lower spatial frequencies than at higher spatial frequencies. In order to correctly differentiate a contrast change in 75% of all cases, a normal human needs a contrast change of 12% for a sine grating of 3 periods / degree, but a contrast change of 30% for a grating of 30 periods / degree.

Dr. Peter J. Burt, der die obengenannten Eigenschaften des menschlichen optischen Wahrnehmungssystems kennt, hat einen Algorithmus entwickelt (nachfolgend als „Burt-Pyramide" bezeichnet), den er mit Hilfe eines Computers, ohne Realzeit, verwirklicht hat, um die zweidimensionalen Raumfrequenzen in einem Bild in eine Mehrzahl getrennter Raumfrequenzbänder zu analysieren. Jedes Raumfrequenzband, mit Ausnahme des niedrigsten, ist vorzugsweise eine Oktave breit. Wenn also die höchste interessierende Raumfrequenz des Bildes nicht größer als fo ist, dann überdeckt das höchste Frequenzband die Oktave von fo/2 bis f0 (mit einer Mittenfrequenz von 3fo/4), das nächsthöhere Frequenzband überdeckt die Oktave von fo/4 bis fo/2 (mit einer Mittenfrequenz von 3 fo/8) usw.Dr. Peter J. Burt, who knows the above-mentioned characteristics of the human visual perception system, has developed an algorithm (hereinafter referred to as "Burt pyramid") which he has realized with the aid of a computer, without real time, around the two-dimensional spatial frequencies in an image Each spatial frequency band, except the lowest, is preferably one octave wide, so if the highest spatial frequency of interest of the image is not greater than fo, then the highest frequency band covers the octave from f o / 2 to f 0 (with a center frequency of 3f o / 4), the next higher frequency band covers the octave from f o / 4 to f o / 2 (with a center frequency of 3 f o / 8), etc.

Es sei an dieser Stelle auf einige Aufsätze hingewiesen, deren Autor oder Mitautor Dr. Burt ist und in denen verschiedene Aspekte der Burt-Pyramide im einzelnen beschrieben sind:It should be pointed out at this point to some essays, the author or co-author. Burt is and in which various aspects of the Burt pyramid are described in detail:

„Segmentation and Estimation of Image Region Properties Through Cooperative Hierarchial Computation", von Peter J.Burt u.a., IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Band SMC-11, Nr. 12,802-809, Dezember 1981. „The Laplacian Pyramid as a Compact Image Code" von Peter J. Burt u. a., IEEE Transactions on Communications, Band COM-31, Nr.4,532-540, April 1983."Segmentation and Estimation of Image Region Properties Through Cooperative Hierarchical Computation", by Peter J.Burt et al., IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Volume SMC-11, No. 12,802-809, December 1981. "The Laplacian Pyramid as a Compact Image Code "by Peter J. Burt et al. a., IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-31, No.4,532-540, April 1983.

„Fast Algorithms for Estimating Local Image Properties", von Peter J. Burt, Computer Vision, Graphics, and image Processing 21,368-382(1983)."Fast Algorithms for Estimating Local Image Properties," by Peter J. Burt, Computer Vision, Graphics, and image Processing 21, 368-382 (1983).

„Tree and Pyramid Structures for Coding Hexagonally Sampled Binary Images" von Peter J. Burt, Computer Graphics and Image Processing 14,271-280 (1980)."Tree and Pyramid Structures for Coding Hexagonally Sampled Binary Images" by Peter J. Burt, Computer Graphics and Image Processing 14, 271-280 (1980).

„Pyramid-based Extraction of Local Image Features with Applications to Motion and Texture Analysis" von Peter J. Burt, SPIE, Band 360,114-124."Pyramid-based Extraction of Local Image Features with Applications to Motion and Texture Analysis" by Peter J. Burt, SPIE, vol. 360,114-124.

„Fast Filter Transforms for Image Processing" von Peter J.Burt, Computer Graphics and Image Processing 16,20-51 (1981). „A Multiresolution Spline with Applications to Image Mosaics" von Peter J. Burt u. a., Image Processing Laboratory, Electrical, Computer, and Systems Engineering Department, Rensselaer Polytechnic Institute, Juni 1983."Fast Filter Transforms for Image Processing" by Peter J.Burt, Computer Graphics and Image Processing 16: 20-51 (1981). "A Multiresolution Spline with Applications to Image Mosaics" by Peter J. Burt et al. a., Image Processing Laboratory, Electrical, Computer, and Systems Engineering Department, Rensselaer Polytechnic Institute, June 1983.

„The Pyramid as a Structure for Efficient Computation" von Peter J. Burt, Image Processing Laboratory, Electrical and Systems Engineering Department, Rensselaer Polytechnic Institute, JuIi 1982."The Pyramid as a Structure for Efficient Computation" by Peter J. Burt, Image Processing Laboratory, Electrical and Systems Engineering Department, Rensselaer Polytechnic Institute, June 1982.

Der Burt-Pyramiden-Algorithmus verwendet spezielle Abtasttechniken zum Analysieren eines eine relativ hohe Auflösung aufweisenden Originalbildes in eine Hierarchie von N (wobei N eine ganze Zahl > 1 ist = plural integer) getrennter Komponentenbilder (von denen jedes ein Laplacesches Bild, das eine andere Oktave der Raumfrequenzen des Originalbildes umfaßt) plus ein restliches Gaußsches Bild (welches aus sämtlichen Raumfrequenzen des Originalbildes unterhalb des Laplaceschen Komponentenbildes der untersten Oktave besteht) ist. Der hier benutzte Ausdruck „Pyramide" bezieht sich auf die sukzessive Reduzierung der Raumfrequenzbandbreite und Abtastdichte jeder der Hierarchie der Komponentenbilder beim Fortschreiten von dem Komponentenbild der höchsten Oktave zu demjenigen der niedrigsten Oktave. Ein erster Vorteil des Burt-Pyramiden-Algorithmus besteht in der Möglichkeit, das ursprüngliche hoch aufgelöste Bild aus Komponentenbildern und dem Restbild zu synthetisieren, ohne daß durch Aliasing-Effekte Störraumfrequenzen eingeführt würden. Ein zweiter Vorteil des Burt-Pyramiden-Algorithmus besteht darin, daß die Raumfrequenzbandbreite einer Oktave jeder der Hierarchie der Komponentenbilder zu den Eigenschaften des menschlichen optischen Wahrnehmungssystem paßt, wie bereits oben erläutert wurde. Dadurch wird es möglich, die Raumfrequenzen einzelner der Hierarchie der Komponentenbilder auf verschiedene unabhängige Weise selektiv zu verarbeiten oder zu verändern (also ohne daß die Signalverarbeitung irgend eines Komponentenbildes irgendein anderes Komponentenbild nennenswert beeinflussen würde), um irgendeinen anderen gewünschten Effekt in dem synthetisierten Bild, das aus den verarbeiteten Komponentenbildern gebildet wird, hervorzuheben oder zu erzeugen. Ein Beispiel für einen solchen gewünschten Effekt ist die Mehrfach-Auflösungs-Verzahnungstechnik, die im einzelnen im obengenannten Aufsatz „A Multiresolution Spline with Applications to Image Mosaics" beschrieben ist. Bisher ist der Burt-Pyramiden-Algorithmus mit Hilfe eines digitalen Allzweck-Computers verwirklicht worden, jedoch nicht in Realzeit. Die Größe jedes Bildelementabtastwertes eines Originalbildes wird durch eine Mehrbitzahl (beispielsweise 8 Bit) dargestellt, die an einem individuellen Adressenplatz eines Computerspeichers gespeichert wird. Beispielsweise benötigt ein relativ hochaufgelöstes zweidimensionales Originalbild aus 29 (512) Bildelementabtastwerten in jeder seiner beiden Dimensionen einen großen Speicher von 218 (262144) Adressenspeicherplätzen zur Speicherung jeder der Mehrbitzahlen, welche die Pegel der jeweiligen Bildelementabtastwerte darstellen, aus denen das Originalbild besteht. Das im Speicher gespeicherte Originalbild kann von einem digitalen Computer nach dem Burt-Pyramiden-Algorithmus verarbeitet werden. Dabei werden Mehrfachschritte ausgeführt wie Falten von Bildelementabtastwerten mit einer vorbestimmten Kern- oder Rumpfgewichtsfunktion, Abtastwertdezimierung, Abtastwertexpansion durch Interpolation und Abtastwertsubtraktion. Die Größe der Kernfunktion (in jeder oder in mehreren Richtungen) ist relativ klein (in der Anzahl der Bildelemente ausgedrückt) im Vergleich zur Größe in jeder Dimension des gesamten Bildes. Der Unterbereich oder das Fenster der Bildelemente (die hinsichtlich Größe gleich der Kernfunktion sind und ihrerseits symmetrisch um jedes Bildelement liegen) wird mit der Kerngewichtsfunktion multipliziert und in einem Faltungsrechenvorgang summiert.The Burt pyramid algorithm uses special sampling techniques to analyze a relatively high resolution original image into a hierarchy of N (where N is an integer> 1 = plural integer) separate component images (each of which is a Laplacean image that is another octave the spatial frequencies of the original image) plus a residual Gaussian image (which consists of all spatial frequencies of the original image below the Laplacian component image of the lowest octave). As used herein, the term "pyramid" refers to the successive reduction of the spatial frequency bandwidth and sampling density of each of the component image hierarchies as they progress from the component image of the highest octave to that of the lowest octave A first advantage of the Burt pyramid algorithm is the ability to A second advantage of the Burt pyramid algorithm is that the spatial frequency bandwidth of one octave of each of the hierarchy of component images is related to the characteristics of the human As a result, it becomes possible to selectively process or change the spatial frequencies of individual ones of the hierarchy of the component images in various independent ways (ie without the signal processing i of a component image would significantly affect any other component image) to highlight or create any other desired effect in the synthesized image formed from the processed component images. An example of such a desired effect is the multi-resolution dithering technique described in detail in the above article "A Multiresolution Spline with Applications to Image Mosaics." Heretofore, the Burt pyramid algorithm has been implemented by means of a general-purpose digital computer The size of each pixel sample of an original image is represented by a multiple bit number (e.g., 8 bits) stored at an individual address location of a computer memory For example, a relatively high resolution two-dimensional original image will require from 2 9 (512) pixel samples in each In both of its two dimensions, there is a large memory of 2 18 (262144) address locations for storing each of the multiple bit numbers representing the levels of the respective pixel samples that make up the original image Computers are processed according to the Burt pyramid algorithm. Multiple steps are performed such as convoluting pixel samples having a predetermined kernel or trunk weight function, sample decimation, sample expansion by interpolation, and sample subtraction. The size of the kernel function (in each or several directions) is relatively small (expressed in terms of the number of pixels) as compared to the size in each dimension of the entire image. The subarea or window of the picture elements (which are equal in size to the kernel function and in turn symmetrical about each picture element) is multiplied by the kernel weight function and summed in a convolution calculation operation.

Die Kerngewichtsfunktion wird so gewählt, daß sie wie ein Tiefpaßfilter für die mehrdimensionalen Raumfrequenzen des gefalteten Bildes wirkt. Die nominelle Grenzfrequenz (in der Filtertechnik auch als Eckfrequenz bezeichnet) der Tiefpaßfilter-Kennlinie, die sich in jeder Dimension aus der Kernfunktion ergibt, wird bei praktisch der Hälfte der höchsten interessierenden Frequenz in dieser Dimension des gefalteten Signals gewählt. Jedoch braucht diese Tiefpaßfilter-Kennlinie keinen steilen Abfall bei einer gegebenen Genzf requenzzu haben, sondern der Abfall kann relativ allmählich vor sich gehen, wobei dann die nominelle Grenzfrequenz als diejenige Frequenz definiert ist, bei welcher eine vorbestimmte Dämpfung (beispielsweise 3 dB) auftritt. Filter mit einem weniger steilen Abfall können benutzt werden, weil die Burt-Pyramide von Haus aus das Auftreten störender Frequenzen infolge von Aliasing-Effekten kompensiert, die bei einer graduell abfallenden Tiefpaßfilter-Kennlinie auftreten. Das Faltungsbild wird dezimiert durch effektives Unterdrücken jedes zweiten gefalteten Bildelementes in jeder der nacheinander betrachteten Dimensionen des Bildes, wobei die Anzahl der Bildelemente im gefalteten Bild in jeder seiner Dimensionen um die Hälfte reduziert wird. Da ein Bild üblicherweise zweidimensional ist, besteht das gefaltet dezimierte Bild aus nur einem Viertel der Anzahl der Bildelemente, welche das Bild vor einer solchen Dezimierung enthält. Die verringerte Anzahl der Bildelementabtastwerte dieses gefaltet dezimierten Bildes (welches als Gaußsches Bild bezeichnet wird) wird in einem zweiten Speicher gespeichert.The kernel weight function is chosen to act as a low pass filter for the multidimensional spatial frequencies of the convolved image. The nominal cut-off frequency (also referred to in the filter technique as the cut-off frequency) of the low-pass filter characteristic, which results from the kernel function in each dimension, is chosen at practically half of the highest frequency of interest in this dimension of the folded signal. However, this low-pass filter characteristic does not need to have a steep drop at a given excitation frequency, but the decay may be relatively gradual, in which case the nominal cut-off frequency is defined as the frequency at which a predetermined attenuation (for example 3 dB) occurs. Filters with a less steep drop can be used because the Burt pyramid inherently compensates for the occurrence of spurious frequencies due to aliasing effects that occur with a gradually decreasing low-pass filter characteristic. The convolution image is decimated by effectively suppressing every other convolved image element in each of the sequentially viewed dimensions of the image, reducing the number of pixels in the convolved image by half in each of its dimensions. Since an image is usually two-dimensional, the folded decimated image consists of only a quarter of the number of pixels that the image contains prior to such decimation. The reduced number of pixel samples of this folded decimated image (referred to as Gaussian image) is stored in a second memory.

Beginnend mit den gespeicherten Bildelement-Abtastwerten des Originalbildes wird der erwähnte Faltungsdezimierungsvorgang iterativ N mal durchgeführt (wobei N eine ganze Zahl > 1 ist), so daß man (N + 1) Bilder erhält, die aus dem hochaufgelösten Originalbild und einer hierarchischen Pyramide von N zusätzlichen Gaußschen Bildern mit reduzierter Auflösung bestehen, wobei die Anzahl der Bildelementabtastwerte (Abtastwertdichte) in jeder Dimension jedes zusätzlichen Bildes nur halb so groß wie die Anzahl der Bildelemente in jeder Dimension des unmittelbar vorangehenden Bildes ist. Wenn das hochaufgelöste gespeicherte Originalbild mit Go bezeichnet wird, dann kann die Hierarchie von N gespeicherten zusätzlichen Bildern mit Gi bis Gn bezeichnet werden, wobei die zunehmend reduzierte Anzahl von Bildelementabtastwerten jedes dieser N zusätzlichen Bilder in einem getrennten von N Speichern abgespeichert wird. Beim Zählen des gespeicherten Originalbildes kommt man also auf eine Gesamtzahl von N + 1 Speichern.Starting with the stored pixel samples of the original image, the mentioned convolution decimation process is iteratively performed N times (where N is an integer> 1) to obtain (N + 1) images consisting of the high-resolution original image and a hierarchical pyramid of N additional Gaussian images with reduced resolution, where the number of pixel samples (sample density) in each dimension of each additional image is only half the number of pixels in each dimension of the immediately preceding image. If the high-resolution stored original image is referred to as Go, then the hierarchy of N stored additional images can be denoted Gi to Gn, with the increasingly reduced number of pixel samples of each of these N additional images being stored in a separate one of N stores. When counting the stored original image, one thus comes to a total of N + 1 storage.

Gemäß einer nicht in Realzeit erfolgenden Realisierung des Burt-Pyramiden-Algorithmus besteht die nächste Berechnungsprozedur in der Erzeugung zusätzlicher Interpolationsabtastwerte zwischen jedem Paar gespeicherter Bildelemente Gi in jeder Dimension des Bildes, so daß die reduzierte Abtastwertdichte des gespeicherten Bildes G, wieder zur Abtastdichte des ursprünglichen gespeicherten Bildes G0 expandiert wird. Der Digitalwert jedes der Bildelementabtastwerte des expandierten Bildes Gi wird dann von dem gespeicherten Digitalwert des entsprechenden Bildelementabtastwertes des Originalbildes Go subtrahiert zu einem Differenzbild (das als Laplacesches Bild bezeichnet wird). Dieses Laplacesche Bild (L0), das dieselbe Abtastwertdichte wie das Originalbild G0 hat, besteht aus denjenigen Raumfrequenzen, die im ursprünglichen Bild innerhalb der Oktave fo/2 bis f0 plus häufig einer kleinen Fehlerkompensationskomponente für niedrigere Raumfrequenzen liegen, die einem Informationsverlust entspricht, welcher durch den Dezimierungsschritt bedingt ist, der bei der Ableitung des Bildes G1 reduzierter Abtastdichte vorgenommen worden ist und bei der Einführung der Interpolations-Abtastwerte, die bei der Expandierung der Abtastwertdichte wieder zu derjenigen des Originalbildes G0 auftritt. Dieses Laplacesche Bild L0 ersetzt dann das ursprüngliche Bild Go im Speicher in den ersten der N + 1 Pyramidenspeicher.According to a non-real-time implementation of the Burt pyramid algorithm, the next computation procedure is to generate additional interpolation samples between each pair of stored pixels Gi in each dimension of the image so that the reduced sample density of the stored image G is again stored to the sample density of the original Image G 0 is expanded. The digital value of each of the pixel samples of the expanded image Gi is then subtracted from the stored digital value of the corresponding pixel sample of the original image Go to a difference image (referred to as a Laplace image). This Laplacian image (L 0 ), which has the same sample density as the original image G 0 , consists of those spatial frequencies that are in the original image within the octave f o / 2 to f 0 plus often a small lower spatial frequency error compensation component, which is a loss of information which is due to the decimation step made in the derivative of the reduced sampling density image G 1 , and the introduction of the interpolation samples which again occur when the sample density is expanded to that of the original image G 0 . This Laplace image L 0 then replaces the original image Go in memory in the first of the N + 1 pyramid memories.

Durch Iteration dieses Verfahrens wird in gleicher Weise wiederum eine Hierarchie abgeleitet, die aus N-1 zusätzlichen Laplaceschen Bildern L1 bis Ln., besteht, und in einen entsprechenden zusätzlichen N-1 Speicher eingeschrieben, in welchen die Gaußschen Bilder G1 bis GN-i gespeichert sind (wobei im Speicher die Gaußschen Bilder G1 bis GN_i ersetzt werden). Das Gaußsche Bild Gn (mit der am stärksten reduzierten Abtastwertdichte) wird nicht in seinem entsprechenden Speicher durch ein Laplacesches Bild ersetzt, sondern bleibt in diesem gespeichert als Gaußscher Rest, der aus den niedrigsten Raumfrequenzen des Originalbildes besteht (also aus denjenigen unterhalb der Oktave Ln.-,).By iterating this method, a hierarchy is again derived in the same way, consisting of N-1 additional Laplace images L 1 to L n ., And written into a corresponding additional N-1 memory in which the Gaussian images G 1 to G N -i are stored (in which memory the Gaussian images G 1 to G N _i are replaced). The Gaussian image G n (with the most reduced sample density) is not replaced in its corresponding memory by a Laplace image, but remains stored therein as the Gaussian remainder consisting of the lowest spatial frequencies of the original image (ie those below the octave L) n .-,).

Der Burt-Pyramiden-Algorithmus erlaubt eine Speicherung des Originalbildes ohne Aliasing-Effekte durch ein iteratives Rechenverfahren aus mehreren Schritten der Expandierung des gespeicherten Restbildes Gn auf die Abtastwertdichte des Bildes Ln.! und anschließendes Addieren dieses Bildes zum gespeicherten Laplaceschen Bild LN_i für die Ableitung eines Summenbildes. Dieses Summenbild wird in ähnlicher Weise expandiert und zum Laplaceschen Bild Ln_2 addiert usw., bis das ursprüngliche hochaufgelöste Bild synthetisiert ist durch Summation aller Laplaceschen Bilder und des Restbildes. Nach der Analyse eines oder mehrerer Originalbilder in N Laplacesche Bilder und einen Gaußschen Rest kann man irgendeinen speziellen gewünschten Bildverarbeitungs- oder -veränderungsschritt vornehmen (wie etwa eine Bildverzahnung), ehe ein komplettes hochauflösendes Bild daraus synthetisiert wird.The Burt pyramid algorithm allows storage of the original image without aliasing effects by an iterative calculation method of several steps of the expansion of the stored residual image Gn to the sample density of the image L n .! and then adding this image to the stored Laplace image L N _i for deriving a summation image. This sum picture is similarly expanded and added to the Laplace picture Ln_ 2 and so forth until the original high-resolution picture is synthesized by summing all the Laplace pictures and the residual picture. After analyzing one or more original images in N Laplace images and a Gaussian remainder, one may perform any particular desired image processing or modification step (such as image gearing) before synthesizing a complete high resolution image therefrom.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die nicht in Realzeit erfolgende Realisierung des Burt-Pyramiden-Algorithmus durch Computerverarbeitung ist wirkungsvoll bei der Verarbeitung fester Bildinformation. Sie ist jedoch nicht anwendbar zur Analyse fortlaufend auftretender Bilder, die sich zeitlich ständig ändern (also aufeinanderfolgender Videobilder beim Fernsehen). Zum Analysieren aufeinanderfolgend auftretender, sich zeitlich verändernder Bilder ist eine Realzeitrealisierung des Burt-Pyramiden-Algorithmus^rforderlich, wie ihn die Erfindung ergibt.The non-real-time realization of the Burt pyramid algorithm by computer processing is effective in processing fixed image information. However, it is not applicable for the analysis of consecutive images that are constantly changing over time (ie consecutive video images when watching TV). To analyze successive, time-varying images requires a real-time realization of the Burt pyramid algorithm, as given by the invention.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Im einzelnen richtet sich die Erfindung auf eine Signalverarbeitungseinrichtung mit einer Pipeline-Struktur, die in verzögerter Realzeit das Frequenzspektrum einer Informationskomponente eines vorgegebenen zeitlichen Signals analysiert, bei welchem die höchste interessierende Frequenz dieses Frequenzspektrums nicht größer als fo ist. Weiterhin entspricht diese Informationskomponente des gegebenen zeitlichen Signals einer Information mit einer gegebenen Anzahl von Dimensionen. Die Einrichtung enthält einen Satz von N nach einer Reihenfolge angeordneten Übertragungseinrichtungen für abgetastete Signale (wobei N eine ganze Zahl > 1 ist). Jede der Übertragungseinrichtungen hat einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß sowie einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß. Dem ersten Eingangsanschluß der ersten Übertragungseinrichtung des Satzes wird ein gegebenes zeitliches Eingangssignal zugeführt. Der erste Eingangsanschluß jeder der zweiten bis N-ten Übertragungseinrichtungen des Satzes ist mit dem ersten Ausgangsanschluß der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung dieses Satzes gekoppelt, so daß jede der zweiten bis N-ten Übertragungseinrichtungen ein Signal zur unmittelbarfolgenden Übertragungseinrichtung des Satzes weiterleitet. Dem zweiten Eingangsanschluß jeder der Übertragungseinrichtungen des Satzes wird ein getrenntes Abtast-Taktsignal zugeführt. Bei dieser Anordnung liefert jede der Übertragungseinrichtungen des Satzes an ihrem ersten und zweiten Ausgangsanschluß Signale mit einer Rate, die gleich der Abtastfrequenz des zugeführten Taktsignals ist.In particular, the invention is directed to a signal processing device having a pipeline structure which, in delayed real time, analyzes the frequency spectrum of an information component of a given temporal signal in which the highest frequency of interest of this frequency spectrum is not greater than fo. Furthermore, this information component of the given temporal signal corresponds to information having a given number of dimensions. The apparatus includes a set of N sequentially arranged sampled signal transmitters (where N is an integer> 1). Each of the transmission devices has first and second input terminals, and first and second output terminals. The first input terminal of the first transmission means of the set is supplied with a given input temporal signal. The first input terminal of each of the second to Nth transmission means of the set is coupled to the first output terminal of the immediately preceding transmission means of that set so that each of the second to Nth transmission means forwards a signal to the immediately following transmission means of the set. The second input terminal of each of the transmission means of the set is supplied with a separate sampling clock signal. With this arrangement, each of the transmit means of the set at its first and second output ports provides signals at a rate equal to the sampling frequency of the applied clock signal.

Weiterhin weist jede der Übertragungseinrichtungen des Satzes eine Tiefpaß-Übertragungsfunktion zwischen ihrem ersten Eingangsanschluß und ihrem ersten Ausgangsanschluß für die Informationskomponente des ihrem ersten Eingangsanschluß zugeführten Signals auf. Die Tiefpaß-Übertragungsfunktion jeder Übertragungseinrichtung des Satzes hat eine nominelle Grenzfrequenz, die eine direkte Funktion der Abtastfrequenz des am zweiten Eingang dieser Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführten Taktsignals ist. Das dem zweiten Eingangsanschluß der ersten Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführte Taktsignal hat weiterhin eine Abtastfrequenz, die (a) doppelt so groß wie foist und (b) für diese Informationskomponente eine nominelle Grenzfrequenz dieser Tiefpaß-Übertragungsfunktion der ersten Übertragungseinrichtung des Satzes ergibt, welche kleiner als foist. Schließlich hat der dem zweiten Eingangsanschluß jeder der zweiten bis N-ten Übertragungseinrichtungen des Satzes zugeführte Takt eine Abtastfrequenz, die (a)kleineralsdieTaktfrequenz ist, die dem zweiten Eingangsanschluß der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführt wird, (b) mindestens gleich dem doppelten der Maximalfrequenz der am ersten Eingangsanschluß zugeführten Informationskomponente ist und (c) eine nominelle Grenzfrequenz für ihre Tiefpaß-Übertragungsfunktion ergibt, die unter derjenigen der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes liegt.Furthermore, each of the transmission means of the set has a low-pass transfer function between its first input terminal and its first output terminal for the information component of the signal supplied to its first input terminal. The low-pass transfer function of each transmission means of the set has a nominal cut-off frequency which is a direct function of the sampling frequency of the clock signal applied at the second input of that set's transmission means. The clock signal applied to the second input terminal of the first transmission means of the set further has a sampling frequency which is (a) twice as large as fo and (b) for this information component gives a nominal cutoff frequency of that low pass transmission function of the first transmission means of the set which is less than fo , Finally, the clock supplied to the second input terminal of each of the second through Nth transmitters of the set has a sampling frequency which is (a) less than the clock frequency applied to the second input terminal of the immediately preceding transmitter of the set, (b) at least twice the maximum frequency and (c) gives a nominal cut-off frequency for its low-pass transfer function less than that of the immediately preceding transfer means of the set.

Das am zweiten Ausgangsanschluß jeder der Übertragungseinrichtungen des Satzes gelieferte Signal entspricht der Differenz zwischen der an ihrem ersten Eingangsanschluß zugeführten Informationskomponente und einer direkten Funktion der an ihrem ersten Ausgangsanschluß gelieferten Informationskomponente.The signal provided at the second output terminal of each of the transmission means of the set corresponds to the difference between the information component supplied at its first input terminal and a direct function of the information component supplied at its first output terminal.

Die Informationskomponente des gegebenen zeitlichen Signals, welches durch die erfindungsgemäße Signalverarbeitungseinrichtung verarbeitet wird, kann beispielsweise, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, den 7\A/piHimAn<iinnplAn Raiimfriant ien7Vnmnnnontiin ioHoe Hör a ι ife»i η α nH« rf η In eanHon \/nl I hi I Her oinoc FerncohhilHfaQ ontcnrephonThe information component of the given temporal signal, which is processed by the signal processing device according to the invention, can be, for example, but not limited to, the 7 \ A / piHimAnAnimAn Ranimfriant ien7Vnmnnnontiin ioHoe Listening »i η α nH rf η In eanHon \ / nl I hi I Her oinoc telecontrol radio frequency

Generell ist die Erfindung nützlich beim Analysieren des Frequenzspektrums eines Signals, das von einer Quelle räumlicher oder nicht räumlicher Frequenzen in einer oder mehreren Dimensionen abgeleitet wird/unabhängig von der speziellen Art dieser Quelle. So eignet sich beispielsweise die Erfindung zum Analysieren von ein-, zwei-, drei- oder mehrdimensionalen komplexen Signalen, die von Tonquellen, Radarquellen, seismographischen Quellen, Roboterquellen etc. stammen, außer den zweidimensionalen sichtbaren Bildquellen, wie etwa Fernsehbilder. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Signalverarbeitungseinrichtung, die eine Pipeline-Struktur benutzt und aus einem Satz analysierter Signale in verzögerter Realzeit ein solches komplexes Signal synthetisiert.In general, the invention is useful in analyzing the frequency spectrum of a signal derived from a source of spatial or non-spatial frequencies in one or more dimensions / independent of the particular nature of that source. For example, the invention is useful for analyzing one-, two-, three- or more-dimensional complex signals derived from sound sources, radar sources, seismographic sources, robotic sources, etc., other than the two-dimensional visual image sources such as television images. Furthermore, the invention relates to a signal processing device which uses a pipeline structure and synthesizes such a complex signal from a set of analyzed signals in delayed real time.

Ausführungsbeispieleembodiments

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:In the accompanying drawings show:

Fig. 1 ein Funktionsblockschaltbild zurVeranschaulichung der Erfindung in ihrerallgemeinsten Form;Fig. 1 is a functional block diagram for illustrating the invention in its most general form;

Fig. 1 a: eine digitale Ausführungsform einer ersten Art einer beliebigen des Satzes der Übertragungseinrichtungen für dasFIG. 1a: a digital embodiment of a first type of any one of the set of transmission devices for the

abgetastete Signal gemäß Fig. 1; Fig. 1b: eine digitale Ausführungsform einer zweiten Art einer beliebigen des Satzes der Signalübertragungseinrichtungen für das abgetastete Signal gemäß Fig. 1;sampled signal according to Fig. 1; Fig. 1b: a digital embodiment of a second type of any one of the set of signal transmitting means for the sampled signal of Fig. 1;

Fig. 1 c: eine alternative digitale Ausführungsform der letzten Signalübertragungseinrichtung des Satzes von Übertragungseinrichtungen für das abgetastete Signal entweder der ersten oder der zweiten Art;Fig. 1c shows an alternative digital embodiment of the last signal transmission means of the set of transmission means for the sampled signal of either the first or the second kind;

Fig. 2: ein Veranschaulichungsbeispiel einer Kerngewichtsfunktion, die zur Realisierung der Erfindung benutzbar ist; Fig. 3: ein Blockschaltbild eines eindimensionalen Systems des Spektrumanalysators, der Spektrumveränderungsschaltung und des Signalsynthetisierers gemäß Gesichtspunkten der Erfindung, wobei eine Legende bestimmte der dargestellten Blöcke bezeichnet;Fig. 2 is an illustrative example of a kernel weight function useful for practicing the invention; Fig. 3 is a block diagram of a one-dimensional system of the spectrum analyzer, the spectrum varying circuit and the signal synthesizer according to aspects of the invention, wherein a legend designates certain of the illustrated blocks;

Fig. 4: ein Blockschaltbild einer der Analysierstufen, die bei den iterativen Berechnungen der einen Gesichtspunkt der Erfindung realisierenden Spektralanalyse nach Fig. 3 verwendet werden; Fig. 5: ein Blockschaltbild einer Abwandlung, die sich bei einem nachfolgenden Paar der Analysierstufen gemäß Fig. 4Fig. 4 is a block diagram of one of the analyzing stages used in the iterative calculations of the spectral analysis of Fig. 3 implementing an aspect of the invention; 5 is a block diagram of a modification which may be seen in a subsequent pair of the analyzing stages according to FIG. 4

bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung vornehmen läßt; Fig. 6: ein Blockschaltbild einer der Synthetisierstufen, die bei dem iterativen Verfahren der Signalanalyse gemäß Fig. 3 ausin another embodiment of the invention; FIG. 6 is a block diagram of one of the synthesizing stages used in the iterative method of signal analysis according to FIG

den Spektralkomponenten verwendet wird; Fig.7, 8, 9 und 10: Blockdiagramme repräsentativer Spektrumsabwandlungsschaltungen gemäß Fig. 3 zur Verwendung beider Erfindung;the spectral components is used; Figs. 7, 8, 9 and 10 are block diagrams of representative spectrum conversion circuits of Fig. 3 for use in the invention;

Fig. 11: ein Blockschaltbild einer Abwandlung des in Fig. 3 dargestellten Systems, welche verwendet wird, wenn die Spektrumsabtastwerte für die Verarbeitung zeitlich ausgerichtet werden, gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung; Fig. 12: ein Blockschaltbild eines zweidimensionalen Raumfrequenzspektrumsanalysators unter Verwendung einerPipeline-Fig. 11 is a block diagram of a modification of the system illustrated in Fig. 3, which is used when timing the spectrum samples for processing, according to one aspect of the invention; 12 is a block diagram of a two-dimensional spatial frequency spectrum analyzer using a pipeline

Struktur zur Durchführung der Spektralanalyse mit verzögerter Realzeit und Fig. 13: ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Synthetisierung von Signalen, welche das Abtasthalbbild beschreiben, das13 shows a block diagram of a circuit for synthesizing signals describing the sample half-tone image; FIG

von dem Spektrumsanalysator nach Fig. 12 analysiert worden ist, aus dessen Ausgangsspektren. Wie Fig. 1 zeigt, hat jede Signalübertragungsschaltung eines Satzes von N reihenfolgemäßig angeordneter Übertragungseinrichtungen 100-1 bis 100-N einschließlich für abgetastete Signale zwei Eingangsanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse (N ist hier eine ganze Zahl > 1). Einem ersten von zwei Eingangsanschlüssen der ersten Übertragungseinrichtung 100-1 des Satzes wird als Eingangssignal ein gegebenes zeitliches Signal G0, welches eine Information definiert, zugeführt. Das zeitliche Signal Go kann ein kontinuierliches analoges Signal (wie etwa ein Tonsignal oder ein Videosignal) sein, oder alternativ kann das zeitliche Signal Go ein abgetastetes Analogsignal sein; weiterhin kann im letztgenannten Fall jeder Abtastwert direkt durch einen Amplitudenpegel oder indirekt durch eine Digitalzahl dargestellt werden (indem man etwa jeden Abtastamplitudenpegel durch einen Analog/Digital-Konverter laufen läßt, der in Fig. 1 jedoch nicht dargestellt ist, ehe das zeitliche Signal G0 dem ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-1 zugeführt wird). Das Frequenzspektrum von G0 liegt in einem Bereich, der zwischen 0 (also Gleichstrom) und der Frequenz f0 verläuft (also einem Bereich, der alle interessierenden Frequenzen enthält, die einer Information mit einer gegebenen Anzahl von Dimensionen entsprechen). Speziell kann G0 ein vorgefiltertes Signal sein, das keine Frequenzen enthält, die größer als fo sind. In diesem Fall erfüllt die Taktfrequenz 2f0 der Übertragungseinrichtung 100-1 das Nyquist-Kriterium für alle Frequenzkomponenten von f0. Bei der Alternative kann Go jedoch einige Frequenzkomponenten enthalten, die höher als fo sind und nicht interessieren. In diesem letztgenannten Fall wird das Nyquist-Kriterium nicht erfüllt, und es treten Aliasing-Effekte auf. Aus praktischen Gesichtspunkten können solche Aliasing-Effekte (wenn sie nicht zu groß sind) häufig toleriert werden, obgleich sie unerwünscht sind. Gemäß Fig. 1 ist der erste Eingangsanschluß von je einer der anderen Übertragungseinrichtungen 100-1 ...100-N des Satzes mit dem ersten von zwei Ausgangsanschlüssen der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes gekoppelt. Speziell ist der erste Ausgangsanschluß der Signalübertragungseinrichtung 100-1 mit dem ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-2 gekoppelt; der erste Ausgangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-2 ist mit dem ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-3 gekoppelt (welche nicht gezeichnet ist)... und der erste Ausgangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-(N-1), die ebenfalls nicht gezeichnet ist, ist mit dem ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-N gekoppelt. Auf diese Weise verwendet die in Fig. 1 veranschaulichte Signalverarbeitungsschaltung eine Pipeline-Struktur bei der Kopplung jeder der einzelnen Übertragungseinrichtungen des Satzes mit einer anderen.from the spectrum analyzer of Fig. 12, from its output spectra. As shown in Fig. 1, each signal transmission circuit has a set of N series-arranged transmission devices 100-1 to 100-N including two input terminals for sampled signals and two output terminals (N is an integer> 1). A first of two input terminals of the first transmission device 100-1 of the set is supplied as an input signal with a given time signal G 0 , which defines information. The temporal signal Go may be a continuous analog signal (such as a sound signal or a video signal), or alternatively, the temporal signal Go may be a sampled analog signal; Furthermore, in the latter case, each sample may be represented directly by an amplitude level or indirectly by a digital number (for example, by passing each sample amplitude level through an analog-to-digital converter, not shown in Fig. 1, before the timing signal G 0 the first input terminal of the transmission device 100-1 is supplied). The frequency spectrum of G 0 is in a range between 0 (ie DC) and frequency f 0 (ie a range containing all frequencies of interest corresponding to information with a given number of dimensions). Specifically, G 0 may be a prefiltered signal that does not contain frequencies greater than fo. In this case, the clock frequency 2f 0 of the transmission device 100-1 fulfills the Nyquist criterion for all frequency components of f 0 . However, in the alternative, Go may contain some frequency components that are higher than fo and are not of interest. In this latter case, the Nyquist criterion is not met and aliasing effects occur. From a practical point of view, such aliasing effects (if not too large) can often be tolerated, although they are undesirable. Referring to Figure 1, the first input port of each of the other transmission devices 100-1 ... 100-N of the set is coupled to the first of two output ports of the immediately preceding transmission device of the set. Specifically, the first output terminal of the signal transmission device 100-1 is coupled to the first input terminal of the transmission device 100-2; the first output terminal of the transmission device 100-2 is coupled to the first input terminal of the transmission device 100-3 (which is not shown) ... and the first output terminal of the transmission device 100- (N-1), which is also not shown, is with coupled to the first input terminal of the transmission device 100-N. In this way, the signal processing circuit illustrated in Figure 1 uses a pipelined structure in coupling each of the individual transmitters of the set to another.

Dem zweiten der beiden Eingangsanschlüsse je einer des Satzes der Übertragungseinrichtungen 100-1... 100-N wird ein separater Abtastfrequenztakt zugeführt. Speziell wird der Übertragungseinrichtung 100-1 ein Abtastfrequenztakt CL1 an einem zweiten Eingang zugeführt, der Übertragungseinrichtung 100-2 wird ein Abtastfrequenztakt CL2 an einem zweiten Eingang zugeführt... und der Übertragungseinrichtung 100-N wird ein Abtastfrequenztakt CLn an ihrem zweiten Eingang zugeführt. Die relativen Werte der Takte CLi... CLn mit Bezug aufeinander sind in der in Fig. 1 angedeuteten Weise eingeschränkt. Die Bedeutung dieser Einschränkungen wird im einzelnen noch erläutert werden.The second of the two input terminals of each of the set of transmission facilities 100-1 ... 100-N is supplied with a separate sampling frequency clock. Specifically, the transmission device 100-1 is supplied with a sampling frequency clock CL 1 at a second input, the transmission device 100-2 is supplied with a sampling frequency clock CL2 at a second input ... and the transmission device 100-N is supplied with a sampling frequency clock CL n at its second input , The relative values of the clocks CLi ... CLn with respect to each other are limited in the manner indicated in FIG. The importance of these limitations will be explained in detail later.

Ferner liefert die Übertragungseinrichtung 100-1 an ihrem zweiten Ausgangsanschluß ein zweites Ausgangssignal L0-In ähnlicher Weise liefern die anderen Übertragungseinrichtungen 100-2... 100-N des Satzes an ihren jeweiligen zweiten Ausgangsanschlüssen entsprechende zweite Ausgangssignale L1... Ln _ ·,.Further, the transmitter 100-1 provides a second output signal L 0 at its second output port. Similarly, the other transmitters 100-2 ... 100-N of the set provide corresponding second output signals L 1 ... L n at their respective second output ports _ · ,.

Jede einzelne der Übertragungseinrichtungen 100-1. ..100-N des Satzes kann, unabhängig von ihrem speziellen inneren Aufbau, als schwarzer Kasten betrachtet werden, der eineTiefpaß-Übertragungsfunktion zwischen seinem ersten Eingangsanschluß und seinem ersten Ausgangsanschluß für das Frequenzspektrum der Informationskomponente des seinem ersten Eingangsanschluß zugeführten Eingangssignals aufweist. Diese Tiefpaß-Übertragungsfunktion jeder einzelnen Übertragungseinrichtung 100-1,100-2... 100-N des Satzes hat ferner einen Abfall mit einer nominellen Grenzfrequenz, welche eine direkte Funktion der Abtastf reqüenz des am zweiten Eingangsanschluß zugeführten Taktes ist. Wie bereits festgestellt wurde, kann der Abfall im Falle der Burt-Pyramide allmählich anstatt steil verlaufen.Each one of the transmission devices 100-1. ..100-N of the set, regardless of its particular internal structure, may be considered as a black box having a low-pass transfer function between its first input terminal and its first output terminal for the frequency spectrum of the information component of the input signal applied to its first input terminal. This low-pass transfer function of each transmission 100-1,100-2 ... 100-N of the set further has a nominal cut-off frequency drop, which is a direct function of the sampling frequency of the clock applied to the second input port. As noted earlier, in the case of the Burt pyramid, the drop may be gradual rather than steep.

Im einzelnen wird dem ersten Eingang der Übertragungseinrichtung 100-1 das bereits erwähnte Eingangssignal Go zugeführt. Die höchste interessierende Frequenz im Frequenzspektrum von Go ist nicht größer als f0. Ferner ist der dem zweiten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-1 zugeführte Abtastfrequenztakt CL, gleich 2f0 (er hat also eine Frequenz, welche das Nyquist-Kriterium für alle interessierenden Frequenzen innerhalb des Frequenzspektrums von Go erfüllt). In diesem Fall verläuft die Tiefpaßübertragungsfunktion zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem ersten Ausgangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-1 derart, daß nur solche Frequenzen innerhalb des Frequenzspektrums von G0, die nicht größer als fi sind (wobei fi kleiner als f0 ist) zum ersten Ausgangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-1 durchgelassen werden. Auf diese Weise wird am ersten Ausgangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-1 ein Ausgangssignal G1 geliefert, dessen Frequenzspektrum (welches durch die speziellen Eigenschaften der Tiefpaß-Übertragungsfunktion bestimmt wird) hauptsächlich aus dem unteren Teil des Frequenzspektrums von G0 besteht. Dieses Signal G1 wird dann als Eingangssignal dem ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-2 zugeführt.In detail, the already mentioned input signal Go is supplied to the first input of the transmission device 100-1. The highest frequency of interest in the frequency spectrum of Go is not greater than f 0 . Further, the sampling frequency clock CL applied to the second input terminal of the transmitter 100-1 is equal to 2f 0 (thus having a frequency which satisfies the Nyquist criterion for all frequencies of interest within the frequency spectrum of Go). In this case, the low-pass transfer function between the first input terminal and the first output terminal of the transmitter 100-1 is such that only those frequencies within the frequency spectrum of G 0 that are not greater than fi (where fi is less than f 0 ) to the first output terminal the transmission device 100-1. In this way, at the first output terminal of the transmission device 100-1, there is provided an output signal G 1 whose frequency spectrum (which is determined by the specific characteristics of the low-pass transmission function) consists mainly of the lower part of the frequency spectrum of G 0 . This signal G 1 is then supplied as an input signal to the first input terminal of the transmission device 100-2.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Abtastfrequenztakt CL2 (welcher dem zweiten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-2 zugeführt wird, niedriger als 2fo (der Abtastfrequenz des Taktes CL1), jedoch mindestens gleich 2fi (der doppelten Maximalfrequenz f| im Frequenzspektrum von G1). Daher liegt die Abtastfrequenz des Taktes CL2 noch genügend hoch, um das Nyquist-Kriterium für das Frequenzspektrum von G1 zu erfüllen, welches dem ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-2 zugeführt wird, jedoch es ist nicht genügend hoch, um das Nyquist-Kriterium für die höchste mögliche interessierende Frequenz f0 im Frequenzspektrum von Go zu erfüllen, welches dem ersten Eingangsanschluß der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung 100-1 zugeführt ist. Diese Art von Beziehung (in welcher die Abtastfrequenz des dem zweiten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführten Taktes niedriger wird, wenn die Reihenfolgeposition dieser Übertragungseinrichtung des Satzes höher wird) gilt generell. Speziell hat der dem zweiten Eingangsanschluß jeder der Übertragungseinrichtungen 100-2... 100-N des Satzes zugeführte Takt eine Abtastfrequenz, die (a) niedriger als der dem zweiten Eingangsanschluß der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführte Takt ist, (b) mindestens gleich der doppelten Maximalfrequenz der Informationskomponente des ihrem ersten Eingangsanschluß zugeführten Signals ist und (c) die nominelle Grenzfrequenz für die Tiefpaßfilterfunktion auf einen Wert herunterbringt, der unter demjenigen ihrer unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes ist. Damit ist die maximale Frequenz f2 des Signals G1, die am zweiten Ausgangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-2 auftritt, kleiner als fi... und schließlich ist die Maximalfrequenz fu im Frequenzspektrum des Signals Gn (das am ersten Ausgangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-N auftritt) niedriger als die FrequenzfN--i des Frequenzspektrums des Signals Gn -i (das am ersten Ausgangsanschluß der nicht dargestellten Übertragungseinrichtung des Satzes auftritt, die der Übertragungseinrichtung 100-N unmittelbar vorangeht und das dem ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-N zugeführt wird). Sieht man wiederum jede einzelne der Übertragungseinrichtungen 100-1 ...100-N als schwarzen Kasten an, dann entspricht jedes der einzelnen Ausgangssignale L0... Ln - 1r die jeweils am zweiten Ausgangsanschluß jeder einzelnen der Übertragungseinrichtungen 100-1 bis 100-N des Satzes geliefert werden, der Differenz zwischen der Informationskomponente des dem ersten Eingangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung zugeführten Signals und einer direkten Funktion der , Informationskomponente des am ersten Ausgangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung gelieferten Signals. Damit ist L0 gleich der Differenz G0^(G1) oder entspricht dieser zumindest, wie in Fig. 1 angedeutet ist, wobei glG^ entweder G1 selbst oder einein bestimmter Weise spezifizierte direkte Funktion von G-i ist. In gleicher Weise ist L1 gleich (oder entspricht mindestens) Grg(G2); ....Ln-! ist gleich (oder entspricht mindestens) Gn- rg(GN).As shown in Fig. 1, the sampling frequency clock CL 2 (which is applied to the second input terminal of the transmitter 100-2) is lower than 2fo (the sampling frequency of the clock CL 1 ) but at least equal to 2fi (twice the maximum frequency f i in the frequency spectrum of G) 1). it is therefore the sampling frequency of the clock CL 2 is still sufficiently high to satisfy the Nyquist criterion for the frequency spectrum of G 1, which is supplied to the first input terminal of the transmission device 100-2, however, it is not high enough the Satisfies the Nyquist criterion for the highest possible frequency f 0 of interest in the frequency spectrum of Go supplied to the first input port of the immediately preceding transmission device 100 - 1. This type of relationship (in which the sampling frequency of the second input port of the transmission means of the set Bar gets lower when the order position of this practice the rate of charge of the sentence is higher) applies in general. Specifically, the clock supplied to the second input terminal of each of the transmission means 100-2 ... 100-N of the set has a sampling frequency which is (a) lower than the clock supplied to the second input terminal of the immediately preceding transmission means of the set, (b) at least equal is the double maximum frequency of the information component of the signal applied to its first input port, and (c) downshifts the nominal cutoff frequency for the low pass filter function to a value lower than that of its immediately preceding transmission device of the set. Thus, the maximum frequency f 2 of the signal G 1 appearing at the second output terminal of the transmitter 100-2 is less than fi ... and finally the maximum frequency fu in the frequency spectrum of the signal Gn (the one at the first output terminal of the transmitter 100-N occurring) lower than the frequency fN-i of the frequency spectrum of the signal Gn -i (occurring at the first output terminal of the unillustrated transmitter of the set immediately preceding the transmitter 100-N and applied to the first input terminal of the transmitter 100-N) , Looking again at each of the transmission devices 100-1 ... 100-N as a black box, then each of the individual output signals L 0 ... L n - 1r corresponds to each of the second output terminal of each of the transmission devices 100-1 to 100 -N of the set, the difference between the information component of the signal supplied to the first input terminal of this transmission device and a direct function of the information component of the signal supplied at the first output terminal of this transmission device. Thus, L 0 is equal to or at least equal to the difference G 0 ^ (G 1 ), as indicated in Fig. 1, where glG ^ is either G 1 itself or a direct function of Gi specified in a particular way. Likewise, L 1 is equal to (or equal to at least) G r g (G 2 ); .... L n -! is equal to (or equal to at least) G n - rg (G N ).

Die in Fig. 1 gezeigte Signalverarbeitungsschaltung analysiert das ursprüngliche Signal Go in eine Mehrzahl von parallelen Ausgangssignalen, die aus den Laplaceschen Ausgangssignalen L0, L1... Ln -1 (welche jeweils am zweiten Ausgangsanschluß jeder der entsprechenden Pipeline-Struktur-Übertragungseinrichtungen 100-1... 100-N des Satzes entstehen) plus einem Rest-Gauß-Ausgangssignal Gn (das am ersten Ausgangsanschluß der letzten Übertragungseinrichtung 100-N des Satzes entsteht) besteht.The signal processing circuit shown in Fig. 1 analyzes the original signal Go into a plurality of parallel output signals composed of the Laplace outputs L 0 , L 1 ... L n - 1 (respectively at the second output terminal of each of the respective pipeline structure transmission facilities 100-1 ... 100-N of the set) plus a residual Gaussian output G n (originating at the first output terminal of the last transmission device 100-N of the set).

Generell sind die einzigen Beschränkungen für die relativen Werte der jeweiligen Abtasttaktfrequenzen fo...fN_i die in Fig, I angedeuteten. Jedoch ist es gewöhnlich vorteilhaft, Werte der Abtasttaktfrequenzen, die dem zweiten Eingangsanschluß jeder der jeweiligen Übertragungseinrichtungen 100-1 ...100-N zugeführt werden, zu spezifizieren, so daß die jeweiligen Verhältnisse CL2ZCL1, CL3/CL2...CLN/CLN _ τ gleich 1/2 sind (oder sie können auch eine ganzzahlige Potenz von 1/2 sein entsprechend der Anzahl von Dimensionen der Informationskomponente des zu analysierenden Signals). Dies führt zu einer Aufteilung des analysierten Ausgangs des Frequenzspektrums des Originalsignals G0 in getrennte parallele Frequenzbänder der Laplaceschen Komponentensignale L0... Ln-1, die (unter Vernachlässigung jeglicher Abtastfehler infolge von Verlusten der Signalinformation durch Reduzierung der Abtastdichte oder infolge der Zufügung vorübergehender Aliasing-Frequenzkomponenten) jeweils eine Bandbreite von einer Oktave für jede Dimension der Informatioriskornponente haben und nur diejenigen Frequenzen enthalten, die im Frequenzspektrum des Originalsignals G0 liegen und in diese spezielle Oktave hineinfallen. Diese Frequenzen des Frequenzspektrums des Originalsignals G0, die unter das Laplace-Komponentensignal Ln - ^ dertiefsten Oktave fallen, sind dann im Rest-Gauß-Signal Gn des analysierten Ausgangs enthalten.In general, the only restrictions on the relative values of the respective sampling clock frequencies f o ... FN_i are those indicated in FIG. However, it is usually preferable to specify values of the sampling clock frequencies supplied to the second input terminal of each of the respective transmission devices 100-1 ... 100-N so that the respective ratios CL 2 ZCL 1 , CL 3 / CL 2 ... .CL N / CL N _τ are equal to 1/2 (or they may also be an integer power of 1/2 corresponding to the number of dimensions of the information component of the signal to be analyzed). This results in a division of the analyzed output of the frequency spectrum of the original signal G 0 into separate parallel frequency bands of the Laplace component signals L 0 ... L n -1 (ignoring any sampling errors due to losses of the signal information by reducing the sampling density or due to the addition transient aliasing frequency components) each have a bandwidth of one octave for each dimension of the computer interest component and contain only those frequencies which are in the frequency spectrum of the original signal G 0 and fall into that particular octave. These frequencies of the frequency spectrum of the original signal G 0 which fall below the Laplace component signal L n - 1 of the lowest octave are then included in the residual Gaussian signal Gn of the analyzed output.

Allgemein ist N eine ganze Zahl mit irgendeinem gegebenen Wert von 2 oder mehr. Es gibt jedoch Informationsarten, bei denen ein relativ kleiner gegebener Wert von N ausreichen kann, um alle interessierenden Frequenzen in jeder Dimension des Frequenzspektrums des Originalsignals G0 mit genügend hoher Auflösung zu analysieren. Beispielsweise findet man im Falle sichtbarer Bilder häufig einen Wert von 7 für N ausreichend, so daß in diesem Falle die Frequenzen in jeder Dimension des Restsignals Gn kleiner als 1/128stel (1/27) der höchsten interessierenden Frequenzfodes Frequenzspektrums Go des Originalsignals sindGenerally, N is an integer of any given value of 2 or more. However, there are types of information in which a relatively small given value of N may be sufficient to analyze all frequencies of interest in each dimension of the frequency spectrum of the original signal G 0 with sufficiently high resolution. For example, is often found in the case of visible images a value of 7 for N sufficient so that in this case, the frequencies in each dimension of the residual signal Gn is smaller than 1 / 128th (1/2 7) of the highest interest frequency f o of the frequency spectrum Go of the original signal are

Fig. 1 a zeigt in allgemeiner Form eine digitale Ausführung einer ersten Art der Übertragungseinrichtungen 100-1 ...100-N des Fig. 1a shows in general form a digital version of a first type of transmission devices 100-1 ... 100-N of

Pipeline-Satzes für abgetastete Signale gemäß Fig. 1. In Fig. 1 a ist diese erste Ausführungsart jeder einzelnen der Übertragungseinrichtungen 100-1...100(N - 1) des Satzes mit 10Oa-K und die erste Ausführungsart der unmittelbar darauffolgenden Übertragungseinrichtung des Satzes mit 10Oa-(K — 1) bezeichnet.In Fig. 1a, this first embodiment of each of the transmission means is 100-1 ... 100 (N-1) of the 10Oa-K set and the first embodiment of the immediately following transmission means of the theorem 10Oa- (K-1).

Die Übertragungseinrichtung 10Oa-K besteht aus einem digitalen Faltungsfilter 102 mit m-Abgriffen (wobei m eine ganze Zahl > 3, vorzugsweise ungerade ist), ferner eine Dezimierschaltung 104, einer Expandierschaltung 106, einem digitalen Interpolationsfilter 108 mit n- Abgriff en (wobei η eine ganze Zahl >3, vorzugsweise ungerade) ist, einer Verzögerungsschaltung 109 und einer Subtrahierschaitung 110. Der Abtastfrequenztakt CLK (der gemäß Fig. 1 dem zweiten Eingangsanschluß jeder Übertragungseinrichtung des Satzes 10Oa-K zugeführt wird) wird jedem der Elemente 102,104,106,108,109 und 11OaIs Steuersignal zugeführt.The transmission device 10Oa-K consists of a digital convolution filter 102 with m-taps (where m is an integer> 3, preferably odd), further a decimator 104, an expander 106, a digital interpolation filter 108 with n-Abgriff (where η is an integer> 3, preferably odd) is a delay circuit 109 and a Subtrahierschaitung 110. the Abtastfrequenztakt CL K (of FIG. 1, each transfer means of the set 10Oa-K is supplied to the second input terminal) is each of the elements 102,104,106,108,109 and 11OaIs control signal fed.

Das dem ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 10Oa-K zugeführte Signal GK -1 wird dem Faltungsfilter 102 und über eine Verzögerungsschaltung 109 einem Eingang der Subtrahierschaltung 110 zugeführt. Die in Fig. 1a angegebenen Abtastwertdichten sind diejenigen pro Dimension des Informationssignals. Speziell hat das Signal GK-1 eine Abtastwertdichte in jeder Dimension des Informationssignals, die in der Zeitebene als Abtastrate des Taktes CLK der Übertragungseinrichtung 10Oa-K aufgetragen ist. Auf diese Weise wird jeder der durch GK -1 gebildeten Abtastwerte vom Filter 102 verarbeitet. Der Sinn des Faltungsfilters 102 besteht in der Reduzierung der Maximalfrequenz seines Ausgangssignals Gk bezüglich der Maximalfrequenz seines Eingangssignals Gk-ι (wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erläutert wurde). Die Abtastwertdichte am Ausgang des Filters 102 ist jedoch noch die Abtastrate CLK, wie in Fig.1 angegeben ist. Das Ausgangssignal des Filters 102 wird der Dezimierschaltung 104 als Eingangssignal zugeführt. Die Dezimierschaltung läßt nur bestimmte (nicht alle) der ihrem Eingang vom Filter 102 zugeführten aufeinanderfolgenden Abtastwerte in jeder Dimension zu ihrem Ausgang gelangen. Auf diese Weise wird die Abtastwertdichte in jeder Dimension am Ausgang der Dezimierschaltung 104 bezüglich der Abtastwertdichte in dieser Dimension am Eingang zur Dezimierschaltung 104 verringert. Wie FTg. 1 a zeigt, ist die Abtastdichte CLK+1 in jeder Dimension am Ausgang der Dezimierschaltung 104 so, daß sie in der Zeitebene mit einer reduzierten Rate aufgetragen werden kann, die durch den reduzierten Abtastfrequenztakt CLK+1 bestimmt ist, welcher am zweiten Eingangsanschluß der unmittelbar folgenden Übertragungseinrichtung 10Oa-(K + 1) zugeführt worden ist. Weiterhin treten die Abtastwerte reduzierter Abtastwertdichte in jeder Dimension des Signals GK am Ausgang der Dezimierschaltung 104 bei Auftragung in der Zeitebene in Phase mit dem Auftreten des Abtastfrequenztaktes CLk +1 auf, der dem zweiten Eingangsanschluß der unmittelbar folgenden Übertragungseinrichtung 10Oa-(K + 1) zugeführt wird. In Fig. 1a wird das Ausgangssignal Gk von der Dezimierschaltung 104 (also das Signal am ersten Ausgangsanschluß der Übertragungseinrichtung 10Oa-K) dem ersten Eingangsanschluß der unmittelbar folgenden Übertragungseinrichtung 10Oa-(K + 1) zugeführt. Damit ist die isochrone Beziehung zwischen den Abtastwerten reduzierter Abtastwertdichte von Gk am ersten Eingangsanschluß mit dem Takt CLK+1 reduzierter Abtastfrequenz am zweiten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 10Oa-(K + 1) ähnlich der isochronen Beziehung zwischen der höheren Abtastwertdichte der Abtastwerte von GK -1 am ersten Eingangsanschluß und dem höheren Abtastfrequenztakt CLK am zweiten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 10Oa-K (wie oben erläutert). Eine bevorzugte Ausführungsform der Dezimierschaltung 104 ist, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, eine solche, die in jeder Dimension der Signalinformation die Abtastwertdichte an ihrem Eingang in dieser Dimension um die Hälfte reduziert. In diesem Falle leitet die Dezimierschaltung 104 in jeder Dimension jeden zweiten Abtastwert an ihrem Eingang zu ihrem Ausgang weiter. Für eine eindimensionale Signalinformation ist daher die Abtastwertdichte CLk +1 gleich (1/2)1 oder halb so groß wie die Abtastwertdichte CLK. Für eine zweidimensionale Signalinformation ist die Abtastwertdichte CLK +1 in jeder der beiden Dimensionen ein halb, so daß sich eine zweidimensionale Abtastwertdichte von (1/2)2oder 1/4 ergibt.The signal G K -1 supplied to the first input terminal of the transmission device 10Oa-K is supplied to the convolution filter 102 and via a delay circuit 109 to an input of the subtraction circuit 110. The sample densities shown in Fig. 1a are those per dimension of the information signal. Specifically, the signal G K -1 has a sample density in each dimension of the information signal plotted in the time plane as the sampling rate of the clock CL K of the transmitter 10Oa-K. In this way, each of the samples formed by G K -1 is processed by the filter 102. The purpose of the convolution filter 102 is to reduce the maximum frequency of its output signal Gk with respect to the maximum frequency of its input signal Gk-1 (as already explained above in connection with FIG. 1). However, the sample density at the output of the filter 102 is still the sampling rate CL K , as indicated in FIG. The output signal of the filter 102 is supplied to the decimating circuit 104 as an input signal. The decimator circuit allows only certain (not all) of the successive samples in each dimension supplied to its input from filter 102 to reach its output. In this way, the sample density in each dimension at the output of the decimator 104 is reduced in sample dimension density in that dimension at the input to the decimator circuit 104. Like FTg. 1 a, the sampling density CL K +1 in each dimension at the output of the decimator 104 is such that it can be plotted in the time plane at a reduced rate determined by the reduced sampling frequency clock CL K + 1 which at the second input terminal immediately following transmission device 10Oa- (K + 1) has been supplied. Furthermore, the samples of reduced sample density in each dimension of the signal G K appear at the output of the decimator circuit 104 when applied in the time plane in phase with the occurrence of the sampling frequency clock CLk +1 which is applied to the second input terminal of the immediately following transmission equipment 10Oa- (K + 1). is supplied. In Fig. 1a, the output signal Gk from the decimator 104 (that is, the signal at the first output terminal of the transmitter 10Oa-K) is supplied to the first input terminal of the immediately following transmitter 10Oa- (K + 1). Thus, the isochronous relationship between the reduced sample density samples of Gk at the first input terminal and the CLK + 1 reduced sampling frequency clock at the second input terminal of the transmitter 10Oa- (K + 1) is similar to the isochronous relationship between the higher sample density of the samples of G K -1 at the second input terminal of the transmission device 10Oa-K at the first input terminal and the higher Abtastfrequenztakt CL K (as explained above). A preferred embodiment of the decimator circuit 104 is, but is not limited to, one that reduces the sample density at its input in that dimension by half in each dimension of the signal information. In this case, the decimator 104 in each dimension passes every other sample at its input to its output. The Abtastwertdichte CLk therefore is equal to +1 (1/2) 1 or half as large as the Abtastwertdichte CL K for a one-dimensional signal information. For a two-dimensional signal information the Abtastwertdichte CL K +1 in each of the two dimensions is a semi-, so that a two-dimensional Abtastwertdichte of (1/2) 2 or 1/4 is obtained.

Obgleich das Basisband-Frequenzspektrum von GK am Eingang der Dezimierschaltung 104 und an ihrem Ausgang das gleiche ist, ergibt das Signal Gk verringerter Abtastwertdichte am Ausgang der Dezimierschaltung 104 einen Verlust einer gewissen Menge der Phaseninformation, die im Signal GK höherer Abtastwertdichte, das dem Eingang der Dezimierschaltung 104 zugeführt wird, vorhanden ist.Although the baseband frequency spectrum of G K is the same at the input of decimator 104 and at its output, the reduced sample density signal Gk at the output of decimator 104 results in a loss of some amount of phase information present in the higher sample density signal G K associated with the signal Input of the decimator 104 is supplied, is present.

Das Ausgangssignal von der Dezimierschaltung 104 wird außerdem ersten Eingangsanschluß der unmittelbar folgenden Übertragungseinrichtung auch einem Eingang der Expandierschaltung 106 zugeführt. Diese setzt als zusätzlichen Abtastwert eine Null (eine den Pegel 0 darstellende Digitalzahl) an jede Abtastposition des Taktes CLK, wo ein Abtastwert vom Ausgang der Dezimierschaltung 104 fehlt. Auf diese Weise wird die Abtastdichte am Ausgang der Expandierschaltung 106 wieder auf die Abtastdichte am Eingang zur Dezimierschaltung 104 gebracht. In dem bevorzugten Fall, in welchem die Abtastdichte in jeder Dimension um 1 /2 reduziert wurde, fügt die Expandierschaltung 106 in jeder Dimension eine 0 zwischen jedes Paar benachbarter Abtastwerte in dieser Dimension am Ausgang der Dezimierschaltung 104.The output signal from the decimator circuit 104 is also supplied to the first input terminal of the immediately following transmission device also to an input of the expansion circuit 106. This sets as additional sample a zero (a digital number representing the level 0) to each sampling position of the clock CL K , where a sample from the output of the decimator 104 is missing. In this way, the sampling density at the output of the expansion circuit 106 is brought back to the sampling density at the input to the decimator circuit 104. In the preferred case in which the sampling density has been reduced by 1/2 in each dimension, the expansion circuit 106 in each dimension adds a 0 between each pair of adjacent samples in that dimension at the output of the decimator 104.

Während die Expandierschaltung 106 die Abtastdichte an ihrem Ausgang gegenüber ihrem Eingang vergrößert, verändert sie in keiner Weise die Information des Signals Gk an ihrem Ausgang hinsichtlich ihrem Eingang. Jedoch hat das Einsetzen von Nullen die Wirkung einer Hinzufügung von Bildern oder wiederholt die Information des Basisbandsignals Gk, die als Oberwellen der Seitenbandfrequenzspektren CL auftreten.As the expansion circuit 106 increases the sampling density at its output opposite its input, it does not in any way change the information of the signal Gk at its output with respect to its input. However, the insertion of zeroes has the effect of adding images, or repeats the information of the baseband signal Gk which occurs as harmonics of the sideband frequency spectra CL.

Das Signal GK am Ausgang der Expandierschaltung 106 gelangt dann durch das Interpolationsfilter, welches ein Tiefpaßfilter ist und das Basisbandsignal GK durchläßt, jedoch die Oberwellen der Seitenbandfrequenzspektren CL unterdrückt. Daher ersetzt das Filter 108 jeden der nullwertigen Nullabtastwerte durch Interpolationswert-Abtastwerte, von denen jeder einen Wert hat, der durch die jeweiligen Werte der ihn umgebenden informationsenthaltenden Abtastwerte bestimmt wird. Die Wirkung dieser Interpolationswert-Abtastwerte besteht darin, die Hüllkurve der informationsenthaltenden Abtastwerte mit höherer Auflösung zu definieren. Auf diese Weise werden die hochfrequenten Komponenten des Signals GK am Ausgang der Expandierschaltung 106, die oberhalb des Basisbandes liegen, durch das Interpolationsfilter 108 im wesentlichen entfernt. Jedoch fügt das Interpolationsfilter 108 keinerlei Information zum interpolierten Signal GK an seinem Ausgang hinzu, die nicht bereits im Signal verringerter Abtastdichte Gk am Ausgang der Dezimierschaltung 104 vorhanden wäre, und kann dies auch nicht. Mit anderen Worten dient die Expandierschaltung 106 der Expandierung der verringerten Abtastdichte in jeder Dimension des Signals GK wieder zur Abtastdichte in jeder Dimension des Signals GK am Ausgang des Faltungsfilters 102.The signal G K at the output of the expansion circuit 106 then passes through the interpolation filter which is a low-pass filter and passes the baseband signal G K , but suppresses the harmonics of the sideband frequency spectra CL. Therefore, the filter 108 replaces each of the zero-valued zero samples with interpolation value samples, each of which has a value determined by the respective values of the information-containing samples surrounding it. The effect of these interpolation value samples is to define the envelope of the higher resolution information-containing samples. In this way, the high-frequency components of the signal G K at the output of the expansion circuit 106, which are above the baseband, are substantially removed by the interpolation filter 108. However, the interpolation filter 108 does not add any information to the interpolated signal G K at its output that would not already be present in the reduced sample density signal Gk at the output of the decimator 104, and may not. In other words, the expanding circuit 106 serves to expand the reduced sampling density in each dimension of the signal G K again to the sampling density in each dimension of the signal G K at the output of the convolution filter 102.

Die Subtrahierschaltung 110 subtrahiert das am Ausgang des Interpolationsfilters 108 erscheinende Signal GK vom Signal GK-i, das dem ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 10Oa-K zugeführt worden ist und als Eingangssignal dem Faltungsfilter 102 und über die Verzögerungsschaltung 109 der Subtrahierschaltung 110 zugeführt worden ist. DieThe subtracter 110 subtracts the signal G K appearing at the output of the interpolation filter 108 from the signal G K -i, which has been supplied to the first input terminal of the transmission device 10Oa-K and has been supplied as an input to the convolution filter 102 and the delay circuit 109 of the subtractor 110 , The

Verzögerungsschaltung 109 ergibt eine Verzögerung, die gleich der Gesamtverzögerung ist, welche durch das Faltungsfilter 102, die Dezimierschaltung 104, die Expandierschaltung 106 und das Interpolationsfilter 108 bedingt ist. Da beide der Subtrahierschaltung 110 als Eingänge zugeführte Signale in jeder ihrer Dimension dieselbe Abtastdichte CLk haben und gleich verzögert werden, subtrahiert somit die Subtrahierschaltung 110 den durch die Digitalzahl jedes Abtastwertes des ihr zugeführten Eingangssignals Gk dargestellten Pegel von dem Pegel, der dargestellt wird durch die Digitalzahl des entsprechenden Abtastwertes ihres Eingangssignals Gk-i· Daher stellt das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 110 das Laplacesche Signal LK_i dar, welches am zweiten Ausgangsanschluß der Übertragungseinrichtung 10Oa-K abgeleitet wird.Delay circuit 109 provides a delay equal to the total delay caused by convolution filter 102, decimator 104, expander 106, and interpolation filter 108. Thus, since both subtracting circuits 110 have the same sampling density CLk in each of their dimensions and are equally delayed, the subtracting circuit 110 subtracts the level represented by the digital number of each sample of the input signal Gk supplied thereto from the level represented by the digital number Therefore, the output signal of the subtractor 110 represents the Laplace signal L K _i which is derived at the second output terminal of the transmitter 10Oa-K.

Nur diejenigen Signalkomponenten von Gk -i, die nicht auch in der Subtrahierschaltung 110 zugeführten Signal Gk vorhanden sind, sind am Ausgang der Subtrahierschaltung 110 im Laplaceschen Signal Lk -i enthalten. Eine erste solche Komponente besteht aus dem hochfrequenten Teil des Frequenzspektrums des Signals GK-1, das oberhalb des Durchlaßbandes des Faltungsfilters 102 liegt. Wenn beispielsweise die Übertragungseinrichtung 10Oa-K der Übertragungseinrichtung 100-1 aus Fig. 1 entspricht, dann enthält also die erste Komponente von LK _ ι (L0), diejenigen Frequenzen des Frequenzspektrums von GK-1 (G0), die innerhalb des Durchlaßbandes von f| bis f0 liegen. Außer dieser Komponente enthält das Laplacesche Ausgangssignal LK -1 von der Subtrahierschaltung 110 auch eine zweite Fehlerkompensationskomponente aus Frequenzen innerhalb des Durchlaßbandes des Faltungsfilters 102, die im wesentlichen der Phaseninformation entsprechen, die im Signal Gk höherer Abtastdichte am Ausgang des Faltungsfilters 102 enthalten ist und bei dem (oben erläuterten) Dezimierungsprozeß verlorengegangen war. Somit war die verlorene Phaseninformation im (dezimierten) Signal Gk verringerter Abtastdichte, das zum ersten'Eingangsanschluß der unmittelbar folgenden Übertragungseinrichtung 10Oa-(K + 1) weitergeleitet wird, im wesentlichen im Laplaceschen Signal Lk -1 beibehalten, welches am zweiten Ausgangsanschluß der Übertragungseinrichtung 10Oa-K entsteht.Only those signal components of Gk -i which are not present also in the subtractor 110 supplied signal Gk are included in the output of the subtractor 110 in the Laplace signal Lk -i. A first such component consists of the high-frequency part of the frequency spectrum of the signal G K -1, which lies above the passband of the convolution filter 102. For example, if the transmitting device 10Oa-K of the transmission device 100-1 of FIG. 1 corresponds, then the first component of L K _ ι (L 0), the frequencies of the frequency spectrum of G K -1 (G 0) within of the passband of f | lie to f 0 . In addition to this component, the Laplace output L K -1 from the subtracter 110 also includes a second error compensation component of frequencies within the passband of the convolution filter 102 substantially corresponding to the phase information included in the higher sample density signal Gk at the output of the convolution filter 102 had been lost to the decimation process (discussed above). Thus, the lost phase information in the (decimated) reduced sampling density (decimated) signal, which is passed to the first input terminal of the immediately following transmitter 10Oa- (K + 1), was substantially retained in the Laplacian signal Lk -1 which is present at the second output terminal of the transmitter 10Oa -K arises.

Jede der Übertragungseinrichtungen 100-1... 100-N kann den Aufbau der Übertragungseinrichtung 10Oa-K gemäß Fig. 1 a haben. In diesem Falle hat das Restsignal Gn am Analysatorausgang, welches am ersten Ausgangsanschluß der letzten Übertragungseinrichtung 100-N des Satzes geliefert wird, eine Abtastdichte in jeder seiner Dimensionen, die kleiner (vorzugsweise die Hälfte) als die Abtastdichte in jeder Dimension des Signals GN-i ist, welches ihrem ersten Eingang zugeführt wird. Da jedoch definitionsgemäß keine Übertragungseinrichtung des Satzes der Übertragungseinrichtung 100-N mehr folgt, ist es für die meisten Anwendungen unwichtig (jedoch mit Ausnahme von Anwendungsfällen bei komprimierter Datenübertragung), daß die Abtastdichte des Restsignals Gn kleiner als die Abtastdichte des Signals Gn-i ist, welches dem ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung 100-N zugeführt ist. Daher kann in diesem Falle die letzte Übertragungseinrichtung 100-N des Satzes anstelle des gesamten Aufbaus der Übertragungseinrichtungen 10Oa-K alternativ gemäß Fig. 1 c aufgebaut sein (obwohl jede der anderen Übertragungseinrichtungen (100-1... 100 (N-1) des Satzes der ersten Art noch in der Weise wie die Übertragungseinrichtung 10Oa-K aufgebaut ist). In Fig. 1 cwird das Ausgangssignal Gn des Faltungsfilters 102 (welches dieselbe Abtastdichte in jeder seiner Dimensionen hat wie das dem Eingang des Faltungsfilters 102 zugeführte Signal Gn-i) nicht durch eine Dezimierschaltung hindurchgeleitet, sondern es wird direkt als Restausgangssignal Gn von der letzten Übertragungseinrichtung 10Oa-N des Satzes der ersten Art weitergeleitet. Da in diesem Falle keine Dezimierung erfolgt ist, braucht auch keine Expansion und Interpolation vorgenommen zu werden. Daher wird das Signal Gn am Ausgang des Faltungsfilters 102 direkt als Eingangssignal Gn der Subtrahierschaltung 110 zugeführt. Mit anderen Worten unterscheidet sich der Aufbau der Übertragungseinrichtung 10Oa-N nach Fig. 1 c von demjenigen der Übertragungseinrichtung 10Oa-K nach Fig. a durch Weglassen der Dezimierschaltung 104, der Expandierschaltung 106 und des Interpolationsfilters 108. In diesem Falle sorgt die Verzögerungsschaltung 109 für eine Verzögerung, die nur gleich derjenigen infolge des Faltungsfilters 102 ist. Die in Fig. 1 a gezeigte erste Art (oder alternativ die nach den Fig. 1 a und 1 c) stellt eine Realzeit-Realisierung des Burt-Pyramiden-Algorithmus dar. In ihrer nützlichsten Form hat natürlich jede der Laplaceschen Komponenten am Analysatorausgangssignal, das nach dem Burt-Pyramiden-Algorithmus abgeleitet worden ist, eine Bandbreite von einer Oktave in jeder seiner Richtungen. Diese nützlichste Form des Burt-Pyramiden-Algorithmus wird bei der Realzeit-Realisierung gemäß Fig. 1 a dadurch erreicht, daß man den Abtastfrequenztakt CLK +1 in jeder Dimension halb so groß wie den Abtastfrequenztakt CLk in dieser Dimension macht.Each of the transmission devices 100-1... 100-N may have the structure of the transmission device 10Oa-K according to FIG. 1a. In this case, the residual signal G n at the analyzer output provided at the first output terminal of the last transmission device 100-N of the set has a sampling density in each of its dimensions less (preferably half) than the sampling density in each dimension of the signal G N is -i which is fed to its first input. However, since by definition no transmission means of the set of transmission equipment 100-N follows, it is unimportant for most applications (but except for applications in compressed data transmission) that the sampling density of the residual signal Gn is less than the sampling density of the signal Gn-i, which is supplied to the first input terminal of the transmission device 100-N. Therefore, in this case, the last transmission means 100-N of the set may be alternatively constructed as shown in Fig. 1c instead of the whole structure of the transmission means 10Oa-K (although each of the other transmission means (100-1 ... 100 (N-1) of FIG In the first embodiment, the output signal Gn of the convolution filter 102 (which has the same sampling density in each of its dimensions as the signal Gn-i supplied to the input of the convolution filter 102) is shown in FIG ) is not passed through a decimator circuit, but is directly passed on as the residual output signal G n from the last transmission device 10Oa-N of the set of the first kind, since in this case no decimation has taken place no expansion and interpolation is required the signal Gn at the output of the convolution filter 102 is supplied directly as an input signal G n of the subtracting circuit 110. In other words, the structure of the transmission device 10Oa-N of Fig. 1 c differs from that of the transmission device 10Oa-K of Fig. A by omitting the decimator 104, the expansion circuit 106 and the interpolation filter 108. In this case, the delay circuit 109 provides a delay which is only equal to that due to the convolution filter 102. The first type shown in Figure 1a (or alternatively that of Figures 1a and 1c) represents a real time implementation of the Burt pyramid algorithm. In its most useful form, of course, each of the Laplacian components at the analyzer output signal has derived from the Burt pyramid algorithm, a one octave bandwidth in each of its directions. This useful form of the Burt Pyramid Algorithm is achieved in real-time implementation according to Fig. 1 a that one half as large as the Abtastfrequenztakt CLk makes the Abtastfrequenztakt CL K +1 in each dimension in this dimension.

Es sei nun ein anderer Typ einer Hierarchie-Pyramide beschrieben, die eine Alternative zur Burt-Pyramide darstellt. Diese alternative Pyramide wird als Filter-Subtrahier-Dezimier-Pyramide (FSD-Pyramide) bezeichnet. Zwar besitzt diese FSD-Pyramide bestimmte gewünschte Eigenschaften der Burt-Pyramide nicht, doch besitzt sie bestimmte andere erwünschte Eigenschaften, welche die Burt-Pyramide ihrerseits nicht hat. Eine erwünschte Eigenschaft der Burt-Pyramide (welches die FSD-Pyramide nicht hat) sie beispielsweise ihre inhärente Kompensation zufälliger Aliasing-Frequenzen bei der Synthese des rekonstruierten Originalsignals, die in jeder der jeweiligen Laplaceschen Komponenten und Restkomponenten in den analysierten Ausgangssignaien auftreten. Bei bestimmten Anwendungen erfordert dagegen die FSD-Pyramide einen geringeren apparativen Aufwand und läßt sich daher billiger als die Burt-Pyramide realisieren.Now describe another type of hierarchy pyramid that is an alternative to the Burt pyramid. This alternative pyramid is called a Filter Subtraction Decimation Pyramid (FSD Pyramid). Although this FSD pyramid does not possess certain desired properties of the Burt pyramid, it does have certain other desirable properties that the Burt pyramid itself does not have. For example, a desirable property of the Burt pyramid (which does not have the FSD pyramid) is its inherent compensation for random aliasing frequencies in the synthesis of the reconstructed original signal occurring in each of the respective Laplace components and residual components in the analyzed output signals. In certain applications, however, the FSD pyramid requires less equipment and can therefore be cheaper than the Burt pyramid realize.

Die erfindungsgemäße Signalübertragungseinrichtung mit der Pipeline-Struktur ist auch nützlich für die Realzeit-Realisierung der FSD-Pyramide. Die FSD-Pyramide umfaßt eine zweite Art oder Spezies des strukturellen Aufbaus für die einzelnen Abtastsignal-Übertragungseinrichtungen 100-a...100-N des Satzes, welche in Fig. 1 gezeigt sind, unter Verwendung von Übertragungseinrichtungen oder -stufen wie die Stufen 100 b-K gemäß Fig. 1 b (anstelle der bei der Burt-Pyramide verwendeten oben beschriebenen Übertragungseinrichtungen 10Oa-K).The pipelined signal transmission device according to the invention is also useful for the real-time realization of the FSD pyramid. The FSD pyramid comprises a second type or species of structural design for the individual sample signal transmitters 100-a ... 100-N of the set shown in FIG. 1 using transmission means or stages such as stages 100 bK according to FIG. 1 b (instead of the transmission devices 10Oa-K used in the Burt pyramid described above).

Die Übertragungseinrichtung 110b-KgemäßFig.1 b zeigt eine digitale Ausführung der oben erwähnten zweiten Art, bei welcher jede einzelne Übertragungseinrichtung 100-1... 100 (N-1) des Satzes nach Fig. 1 die in Fig. 1 b gezeigte Übertragungseinrichtung wie 10Ob-K und 10Ob-(K + 1) verwendet. Weiterhin stellt die Übertragungseinrichtung 10Ob-(K + 1) nach Fig. 1 b diejenige der Übertragungseinrichtungen 100-1 ...100-N des Satzes dar, welche unmittelbar auf die Übertragungseinrichtung 100 b-K folgt. Wie in Fig. 1 b gezeigt ist, weist die Übertragungseinrichtung 10Ob-K ein digitales Faltungsfilter 102 mit nur einem Abgriff, eine Dezimierschaltung 104, eine Verzögerungsschaltung 109 und eine Subtrahierschaltung 110 auf. Der strukturelle Aufbau der Übertragungseinrichtung 100 b-K der zweiten Art gemäß Fig. 1 bist ähnlich demjenigen der Übertragungseinrichtung 10Oa-K (Fig. 1 a) der ersten Art, außer daß das Signal GK -1 (mit einer Abtastdichte CLK) dem Filter 102 als ein Eingangssignal über die Verzögerungsschaltung 109 und der Subtrahierschaltung 110 als Eingangssignal zugeführt wird und daß das Ausgangssignal GK (ebenfalls mit der Abtastdichte CLK) durch die Dezimierschaltung 104 geschickt wird, um jede Dimension der Abtastdichte desThe transmission device 110b-KFig.1b shows a digital version of the above-mentioned second type, in which each individual transmission device 100-1 ... 100 (N-1) of the set of FIG. 1, the transmission device shown in FIG 10Ob-K and 10Ob- (K + 1) are used. Furthermore, the transmission device 10Ob- (K + 1) according to FIG. 1 b represents that of the transmission devices 100-1... 100-N of the set, which immediately follows the transmission device 100 bK. As shown in FIG. 1 b, the transmission device 10Ob-K has a one-tap digital convolution filter 102, a decimator 104, a delay circuit 109, and a subtractor 110. The structural configuration of the second type transmission device 100 bK of FIG. 1 is similar to that of the first type transmission device 10Oa-K (FIG. 1 a) except that the signal G K -1 (with a sampling density CL K ) is applied to the filter 102 is supplied as an input signal via the delay circuit 109 and the subtractor 110 as an input signal and that the output signal G K (also with the sampling density CL K ) is sent through the decimator circuit 104 to each dimension of the sampling density of

Signals Gk auf CLk +1 zu reduzieren, ehe das Signal Gk reduzierter Abtastdichte dem ersten Eingangsanschluß der unmittelbar folgenden Übertragungseinrichtung 10Ob-(K + 1) zugeführt wird.Reduce signal Gk to CLk +1 before the reduced sampling density signal Gk is supplied to the first input terminal of the immediately following transmission device 10Ob- (K + 1).

Die Übertragungseinrichtung 10Ob-K der zweiten Art unterscheidet sich von der Übertragungseinrichtung 10Oa-K der ersten Art dadurch, daß dem GK-Eingang der Subtrahierschaltung 110 das Signal Gk der Abtastdichte CLL (in jeder Dimension), welches vom Ausgang des Filters 102 auf den Eingang der Dezimierschaltung 104 gegeben wird, unmittelbar zugeführt wird. Genauer ausgedrückt unterscheidet sich dies von der Übertragungseinrichtung 10Oa-K der ersten Art, welche das Signal Gk verringerter Abtastdichte CLK + ι (in jeder Dimension) am Ausgang der Dezimierschaltung 104 verwendet. Die erste Art benötigt also die Expandierschaltung 106 und das Interpolationsfilter 108 zur Wiederherstellung des Signals Gk auf seine Abtastdichte CLk (in jeder Dimension) ehe es dem pK-Eingang der Subtrahierschaltung 110 zugeführt wird. Da das Eingangssignal Gk der Subtrahierschaltung 110 der Übertragungseinrichtung 100 b-K der zweiten Art nicht von einer Quelle dezimierter Abtastdichte abgeleitet wird, wird keine Expandierschaltung 106 und kein Interpolationsfilter 108 in der Übertragungseinrichtung 10Ob-K benötigt. Somit liefertgemäß Fig. idieVerzögerungsschaltungiOSeineVerzögerung.dienurgleichderdurch das Faltungsfilter 102 bedingten Verzögerung ist. Weiterhin besteht das Ausgangssignal LK-1 der Subtrahierschaltung 110 aus nur denjenigen relativ hochfrequenten Komponenten des Frequenzspektrums des Signals GK-i, die nicht auch im Signal GK am Ausgang des Faltungsfilters 102 vorhanden sind.The transmission device 10Ob-K of the second type differs from the transmission device 10Oa-K of the first type in that the G K input of the subtractor 110, the signal Gk the sampling density CL L (in each dimension), which from the output of the filter 102 on the input of the decimating circuit 104 is supplied immediately. More specifically, this is different from the transmitting device 10Oa-K of the first kind, which the signal Gk reduced sampling density CL K + ι used (in each dimension) at the output of the decimation circuit 104th The first type thus requires the expansion circuit 106 and the interpolation filter 108 to restore the signal Gk to its sampling density CLk (in each dimension) before being supplied to the pK input of the subtracting circuit 110. Since the input signal Gk of the subtracting circuit 110 of the second type transmitting device 100bK is not derived from a decimated sampling density source, no expanding circuit 106 and no interpolation filter 108 are needed in the transmitting device 10Ob-K. Thus, referring to Figure 10, the delay circuit 10 provides a delay which is equal to the delay caused by the convolution filter 102. Furthermore, the output signal L K -1 of the subtractor 110 consists of only those relatively high-frequency components of the frequency spectrum of the signal G K -i, which are not present in the signal G K at the output of the convolution filter 102.

Gemäß der zweiten Art kann die letzte Übertragungseinrichtung 100-N des Satzes auch den strukturellen Aufbau der Übertragungseinrichtung 10Ob-K haben oder alternativ den strukturellen Aufbau gemäß Fig. 1 c.According to the second type, the last transmission device 100-N of the set may also have the structural design of the transmission device 10Ob-K or alternatively the structural configuration according to FIG. 1 c.

Die jeweiligen Ausführungen der ersten und zweiten Art gemäß den Figuren 1 a und 1 b sind digitale Ausführungen. Bei solchen digitalen Ausführungsformen wird ein Analog/Digital-Konverter anfangs benutzt, um ein analoges Signal in Digitalpegel-Abtastwerte umzuwandeln, wobei der Pegel jedes Abtastwertes normalerweise durch eine Mehrbit-Binärzahl dargestellt wird. Es ist jedoch nicht wesentlich, daß die erste oder zweite Art oder Spezies der erfindungsgemäßen Anordnung in digitaler Form realisiert wird. Abtastsignal-Übertragungseinrichtungen mit ladungsgekoppelten Elementen (CCD-Schaltungen) sind im Stande der Technik bekannt. Beispielsweise können CCD-Transversalfilter, etwa Split-Gate-Filter, als Faltungsfilter oder Interpolationsfilter entworfen werden. CCD-Signale bestehen aus einer Serie diskreter Abtastwerte, jedoch hat jeder Abtastwert einen analogen Amplitudenpegel. Somit läßt sich die Erfindung entweder in digitaler oder in analoger Form ausführen. Die Filtercharakteristika eines Filters mit Abgriffen hängt von Faktoren ab, wie der Anzahl der Abgriffe, der effektiven Zeitverzögerung zwischen den Abgriffen und den spezifizierten Amplitudenpegeln und der Polarität der jeweiligen Gewichtsfaktoren, die den einzelnen Abgriffen zugeordnet sind. Zu Veranschaulichungszwecken sei angenommen, daß das Faltungsfilter 102 ein eindimensionales Filter mit fünf Abgriffen ist. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die spezifizierten Größenpegel der Gewichtsfaktoren, die alle dieselbe Polarität haben (in Fig. 2 positiv) und jeweils den fünf einzelnen Abgriffen zugeordnet sind. Siezeigt auch die deffekte Zeitverzögerung zwischen jedem Paar benachbarter Abgriffe. Genauer gesagt ist, wie Fig. 2 andeutet, die effektive Zeitverzögerung zwischen jedem Paar benachbarter Abgriffe 1/CLK, also der Abtastperiode, welche durch den AbtastfrequenztaktCLKdefiniertist,welcherdem Faltungsfilter 102jedereinzelnenderÜbertragungseinrichtungen 100-1 ...100-N der ersten oder zweiten Spezies (wie in den Fig. 1 a, 1 b und 1 c gezeigt) individuell zugeführt wird. Somit ist der Absolutwert der Zeitverzögerung CLKdes Faltungsfilters 102 jeder Übertragungseinrichtung 100-1 ...100-N größer als diejenige der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes.The respective embodiments of the first and second types according to Figures 1 a and 1 b are digital versions. In such digital embodiments, an analog-to-digital converter is initially used to convert an analog signal to digital level samples, with the level of each sample normally represented by a multi-bit binary number. However, it is not essential that the first or second type or species of the inventive arrangement be realized in digital form. Sample coupled charge coupled devices (CCDs) are well known in the art. For example, CCD transversal filters, such as split-gate filters, can be designed as convolution filters or interpolation filters. CCD signals consist of a series of discrete samples, but each sample has an analog amplitude level. Thus, the invention can be carried out either in digital or in analog form. The filter characteristics of a tapped filter depend on factors such as the number of taps, the effective time delay between the taps and the specified amplitude levels, and the polarity of the respective weighting factors associated with the individual taps. For purposes of illustration, it is assumed that the convolution filter 102 is a one-tailed five tap filter. Fig. 2 shows an example of the specified magnitude levels of the weighting factors, all of which have the same polarity (positive in Fig. 2) and associated with the five individual taps, respectively. It also shows the deficient time delay between each pair of adjacent taps. More specifically, as shown in FIG. 2 indicates, the effective time delay between each pair of adjacent taps 1 / K CL, so the sampling period, which is defined by the AbtastfrequenztaktCL K, which addition convolution filter 102jedereinzelnenderÜbertragungseinrichtungen 100-1 ... 100-N of the first or second Species (as shown in Figs. 1 a, 1 b and 1 c shown) is supplied individually. Thus, the absolute value of the time delay CL K of the convolution filter 102 of each transmission device 100-1 ... 100-N is greater than that of the immediately preceding transmission device of the set.

Gemäß Fig. 2 haben die zu den fünf Abgriffen gehörigen Gewichtsfaktoren alle positive Polarität und spezifizierte Größenpegel (spezielle Werte), welche um den dritten Abgriff symmetrisch verteilt sind. Genauer gesagt, haben die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dem dritten Abgriff zugeordneten Gewichtsfaktoren spezifizierte Werte von 6, die jeweiligen Gewichtsfaktoren des zweiten und vierten Abgriffs haben denselben spezifizierten niedrigeren Wert 4, und die Gewichtsfaktoren jeweils am ersten und fünften Abgriff haben denselben noch niedrigeren spezifizierten Wert 1. Die Hüllkurve 202 der Gewichtsfaktoren 200 definiert die Kern- oder Rumpffunktion (und damit die Form der Filterkennlinie in der Frequenzebene) des Faltungsfilters 102 jeder der Übertragungseinrichtungen 100-1 ...100-N des Satzes. Weil alle Abtastwerte 200 erstens dieselbe Polarität (gemäß Fig. 2 positiv) haben, zweitens symmetrisch um den Mittelabgriff (dritter Abgriff) liegen und drittens der Abtastwert um so kleiner wird, je weiter er vom Mittelabtastwert wegliegt, hat das Faltungsfilter 102 eine Tiefpaßfilterkennlinie in jeder der jeweiligen Übertragungseinrichtungen 100-1...100-N des Satzes. Während in Fig.2 alle Gewichtsfaktoren die gleiche (positive) Polarität haben, muß dies bei einem Tiefpaßfilter nicht so sein. Einige der Gewichtsfaktoren können die entgegengesetzte (negative) Polarität haben, solange die algebraische Summe der Gewichtsfaktoren verschieden von Null ist. Die Kernfunktionsform (beispielsweise etwa die Einhüllende 202 nach Fig. 2) kann für alle Faltungsfilter 102 der jeweiligen Übertragungseinrichtungen des Satzes die gleiche sein, so daß die relativen Tiefpaßfrequenzcharakteristika (die Form der Filterkennlinien in der Frequenzebene) für alle Filter 102 gleich ist (obwohl dies nicht notwendig ist). Der Absolutwert der nominellen Tiefpaßgrenzfrequenz des Filters hat jedoch eine Bemessung für jede einzelne der Übertragungseinrichtungen, die von der Abtastfrequenzperiode 1/CLk für dieses Filter abhängt. Durch geeignete Wahl der Pegel oder Größe der Gewichtsfaktoren 200 (welche nicht die speziellen Werte 1,4 und 6 gemäß Fig.2 haben), kann man eine nominelleTiefpaßgrenzfrequenzfür das Signal Gk am Ausgang des Faltungsfilters 102 erreichen (welches in jeder Dimension eine Abtastdichte CLk hat), die im wesentlichen die Hälfte der Maximalfrequenz (oder im Falle von Ga die höchstmögliche interessierende Frequenzf0) des Eingangssignals GK -1 für das Faltungsfilter ist. In diesem Falle reduziert die Dezimierschaltung 104 in jeder Dimension die eindimensionale Abtastdichte des Signals Gk auf CLk/2 durch Unterdrückung jedes zweiten Abtastwertes in dieser Dimension. Jedoch bleibt das Signal GK (welches durch die Abtasthüllkurve 202 bestimmt ist) am Ausgang der Dezimierschaltung 104 im wesentlichen dasselbe wie an ihrem Eingang (obwohl ein gewisser Verlust an Phaseninformation wegen der niedrigeren Abtastdichte am Ausgang der Dezimierschaltung 104 auftritt).Referring to Fig. 2, the weighting factors associated with the five taps all have positive polarity and specified size levels (special values) symmetrically distributed around the third tap. More specifically, the weighting factors associated with the third tap in the embodiment of Fig. 2 have specified values of 6, the respective weighting factors of the second and fourth tapes having the same specified lower value 4, and the weighting factors respectively at the first and fifth tapes have the same even lower specified ones Value 1. The weight factor 200 envelope 202 defines the kernel or hull function (and hence the shape of the frequency-domain filter characteristic) of the convolution filter 102 of each of the transmitters 100-1 ... 100-N of the set. Firstly, because all of the samples 200 are of the same polarity (positive in Figure 2), second symmetrically about the center tap (third tap) and thirdly the smaller the sample the farther away from the center sample, the convolution filter 102 has a low pass filter characteristic in each one the respective transmission devices 100-1 ... 100-N of the sentence. While in Fig. 2 all weighting factors have the same (positive) polarity, this need not be so with a low-pass filter. Some of the weighting factors may have the opposite (negative) polarity as long as the algebraic sum of the weighting factors is different from zero. The kernel function form (e.g., envelope 202 of FIG. 2) may be the same for all convolution filters 102 of the respective transmitters of the set, so that the relative low pass frequency characteristics (the shape of the frequency-domain filter curves) will be the same for all filters 102 (though is not necessary). However, the absolute value of the nominal lowpass cutoff frequency of the filter has a rating for each one of the transmitters, which depends on the sampling frequency period 1 / CLk for that filter. By appropriate choice of the levels or magnitudes of the weighting factors 200 (which do not have the special values 1,4 and 6 of Fig. 2), one can achieve a nominal low pass cutoff frequency for the signal Gk at the output of the convolution filter 102 (which has a sampling density CLk in each dimension ), which is substantially half of the maximum frequency (or, in the case of Ga, the highest possible frequency of interest f 0 ) of the input signal G K -1 for the convolution filter. In this case, the decimator 104 in each dimension reduces the one-dimensional sample density of the signal Gk to CLk / 2 by suppressing every other sample in that dimension. However, the signal G K (determined by sampling envelope 202) at the output of decimator circuit 104 remains substantially the same as at its input (although some loss of phase information due to the lower sampling density occurs at the output of decimator circuit 104).

Es seien nun bestimmte bevorzugte Ausführungen der Realzeit-Realisierung der Burt-Pyramide beschrieben, welche die erste Spezies (Fig. 1 a) der Art nach Fig. 1 bilden.There will now be described certain preferred embodiments of the real-time realization of the Burt pyramid, which form the first species (Figure 1 a) of the type according to Figure 1.

Hierbei wird auf Fig.3 Bezug genommen, welche ein Systemblockschaltbild eines Spektralanalysators, einer Spektrumsänderungsschaltung und einer Signalsynthetisierschaltung zeigt, die ein elektrisches Signal verarbeiten, welches eine eindimensionale Information darstellt (wie beispielsweise etwa irgendein sich zeitlich verändernde Information enthaltender Signaltyp).Reference is made to Fig. 3, which shows a system block diagram of a spectrum analyzer, a spectrum changing circuit and a signal synthesizing circuit which process an electrical signal representing one-dimensional information (such as any signal type containing time-varying information).

Gemäß Fig.3 wird das elektrische Originalsignal, dessen Spektrum analysiert werden soll, in analoger Form einem A/D-Konverter 305 zur Digitalisierung zugeführt. Das aufgrund der Abtastung erhaltene digitale Ausgangssignal desAccording to FIG. 3, the original electrical signal whose spectrum is to be analyzed is supplied in analogue form to an A / D converter 305 for digitization. The digital output of the

A/D-Konverters 305 ist mit G0 bezeichnet. Das höherfrequente Ausgangssignal aufgrund von G0, ein Hochpaßspektrum L0, wird in einer Analysatorstufe 310 nullter Ordnung extrahiert, wobei G1 übrig bleibt, ein tiefpaßgefiltertes Ausgangssignal aufgrund VOnG0. Der höherfrequente Anteil von G1, ein Bandpaßspektrum L1, wird in einer Analysatorstufe 315 erster Ordnung extrahiert, so daß G2 verbleibt, ein tiefpaßgefiltertes Ausgangssignal aufgrund von G1. Der höherfrequente Anteil von G2, ein Bandpaßspektrum L2 unterhalb des Bandpaßspektrums Li wird in einer Analysatorstufe 320 zweiter Ordnung extrahiert, wobei G3 übrig bleibt, ein tiefpaßgefiltertes Ausgangssignal aufgrund von G2. Der höherfrequente Anteil von G3, ein Bandpaßspektrum L3 unterhalb der Bandpaßspektren L1 und L2 wird in einer Anlysatorstufe 325 dritter Ordnung extrahiert, wobei G4 übrig bleibt, ein tiefpaßgefiltertes Ausgangssignal aufgrund von G3. Der höherfrequente Anteil von G4, ein Bandpaßspektrum L4 unterhalb des Bandpaßspektrums L3, wird in einer Analysatorstufe 330 vierter Ordnung extrahiert, wobei G5 übrig bleibt, ein tiefpaßgefiltertes Ausgangssignal aufgrund von G4. Der höherfrequente Anteil von G5, ein Bandpaßspektrum unterhalb der anderen Bandpaßspektren wird in einer Analysatorstufe 335 fünfter Ordnung extrahiert, wobei G4 übrig bleibt, ein tiefpaßgefiltertes Restausgangssignal aufgrund von G5. Das Ausgangssignal G6 ist praktisch ein sechsmal tiefpaßgefiltertes Ausgangssignal aufgrund des Originalsignals G0.A / D converter 305 is denoted by G 0 . The higher frequency output due to G 0 , a high pass spectrum L 0 , is extracted in a zero order analyzer stage 310, leaving G 1 , a low pass filtered output due to VOnG 0 . The higher frequency portion of G 1 , a bandpass spectrum L 1 , is extracted in a first order analyzer stage 315 so that G 2 remains, a low pass filtered output due to G 1 . The higher frequency portion of G 2 , a bandpass spectrum L 2 below the bandpass spectrum Li, is extracted in a second order analyzer stage 320, leaving G 3 , a low pass filtered output signal due to G 2 . The higher frequency component of G 3 , a bandpass spectrum L 3 below the bandpass spectra L 1 and L 2 , is extracted in a third order analyzer stage 325, leaving G 4 , a low pass filtered output signal due to G 3 . The higher frequency portion of G 4 , a bandpass spectrum L 4 below the bandpass spectrum L 3 , is extracted in a fourth order analyzer stage 330, leaving G 5 , a low pass filtered output signal due to G 4 . The higher frequency portion of G5, a bandpass spectrum below the other bandpass spectra, is extracted in a fifth order analyzer stage 335, leaving G 4 , a low pass filtered residual output due to G 5 . The output signal G 6 is practically a six times low-pass filtered output signal due to the original signal G 0 .

Die Analysatorstufen 310,315,320,325,330 und 335 enthalten Eingangstiefpaßfilterstufen 311,316,321,326,331 bzw. 336 mit zunehmend schmaleren Durchlaßbandbreiten. Die tiefpaßgefilterten Ausgangssignale dieser Filter 311 bis 336 sind genügend schmaler als ihre Eingangssignale, so daß sie mit reduzierter Rate neu abgetastet werden können, ehe sie zur nächsten Analysatorstufe weitergegeben werden. Die Reduzierung der Abtastwerte erfolgt durch Selektion auf einer regelmäßigen Basis (etwa durch Dezimierung) in Dezimierungsschaltungen 312,317,322,327,332, 337, welche auf die Filter 311, 316,321,326,331 bzw. 336 folgen. Bei der oktavenweisen Spektralanalyse, die besonders zweckmäßig ist, wird durch den Dezimierungsprozeß jeder zweite Abtastwert unterdrückt.Analyzer stages 310, 315, 320, 225, 330 and 335 include input low pass filter stages 311, 316, 312, 326, 331 and 336, respectively, with increasingly narrower passband widths. The low pass filtered outputs of these filters 311 through 336 are sufficiently narrower than their input signals so that they can be resampled at a reduced rate before being passed to the next analyzer stage. The reduction of the samples is made by selection on a regular basis (such as by decimation) in decimation circuits 312, 317, 322, 327, 323, 337 which follow the filters 311, 316, 313, 323, 331 and 336, respectively. In octave-wise spectral analysis, which is particularly convenient, every second sample is suppressed by the decimation process.

Die höherfrequenten Anteile des jeder Analysatorstufe zugeführten Eingangssignals werden extrahiert, indem vom Eingangssignal die niedrigfrequenten Anteile weggenommen werden. Der dezimierte niedrigerfrequente Anteil des Eingangssignalsführt auf die Probleme, unerwünschterweise in einer Abtastmatrix geringerer Auflösung als das Eingangssignal vorzuliegen und unerwünschterweise gegenüber dem Eingangssignal verzögert zu sein. Das erste dieser Probleme wird in Expansionsschaltungen 313,318,323,328,333,338 gelöst durch Einsetzen von Nullen an die fehlenden Abtastpunkte in der Abtastmatrix des Tiefpaßfilter-Ausgangssignals und anschließende Eliminierung der gleichzeitig eingeführten zufälligen Oberwellenspektren durch Tiefpaßfilterung. Das zweite Problem wird gelöst durch Verzögerung der Eingangssignale der Analysatorstufen, ehe von ihnen die expandierten Tiefpaßfilter-Ausgangssignale subtrahiert werden, welche von den Expansionsschaltungen 313,318,323,333,338 geliefert werden.The higher-frequency components of the input signal supplied to each analyzer stage are extracted by removing the low-frequency components from the input signal. The decimated low frequency portion of the input signal leads to the problems of being undesirably present in a lower resolution sampling matrix than the input signal and being undesirably delayed from the input signal. The first of these problems is solved in expansion circuits 313, 318, 323, 328, 333, 338 by applying zeros to the missing sample points in the sample matrix of the low pass filter output signal and then eliminating the simultaneously introduced random harmonic spectra by low pass filtering. The second problem is solved by delaying the input signals of the analyzer stages before subtracting from them the expanded low pass filter output signals provided by the expansion circuits 313, 318, 333, 333, 338.

Der Verzögerungs- und Subtraktionsvorgang erfolgt in Schaltungen 314, 319,324, 329,334,339, die jeweils in den Analysatorstufen 310, 315,320, 325, 330,335 enthalten sind. (In bestimmten Fällen können Bauteile vorteilhafterweise von den Eingangstiefpaßfiltern und der Verzögerungs- und Subtraktionsschaltung jeder Analysatorstufe gemeinsam benutzt werden, wie noch beschrieben werden wird.)The delay and subtraction operation is performed in circuits 314, 319, 324, 329, 334, 339 included in the analyzer stages 310, 315, 320, 325, 330, 335, respectively. (In certain cases, components may advantageously be shared by the input lowpass filters and the delay and subtractor circuitry of each analyzer stage, as will be described.)

Die soeben beschriebene Spektralanalyse hat eine Pipeline-Natur, und es erfolgt eine zunehmend längere Zeitverschiebung der Abtastwerte L1, L2, L3, L4 und L5 gegenüber den Abtastwerten L0. Der hier benutzte Ausdruck „Zeitverschiebung" bezieht sich auf differentielle Zeitverzögerungen vorbestimmter bekannter Beträge, die zwischen den entsprechenden Abtastwerten der informationsmäßig zusammenhängenden parallelen Signale auftreten, etwa zwischen entsprechenden Abtastwerten der analysierten Ausgangssignale L0, L1, L2, L3, L4, L5 und G6 des in Fig.3 gezeigten Spektralanalysators. Die noch zu beschreibende Signalsynthese aus den Spektrumsverfahren erfordert eine entgegengesetzte Zeitverschiebung entsprechender Sätze von Abtastwerten. Dies kann mit Hilfe von Verzögerungsleitungen 340,341,342,343 und 344 (typischerweise in Form von Schieberegistern oder anderen Arten von Speichern, welche die äquivalente Funktion ausführen, also ein serienweise einzuschreibender und auszulesender Speicher) für die Abtastwerte L0, L1, L2, L3 und L4 erfolgen, ehe diese in den Schaltungen 345,346,347,348 bzw. 349 verändert werden, wie dies Fig.3 zeigt. Alternativ können die Spektren verändert und der zum veränderten Spektrum gehörige Abtastwert zunehmend verzögert werden. Ob die Verzögerung kann in verschiedener Weise aufgeteilt und vor sowie nach der Veränderung erfolgen, um beispielsweise Spektrumsveränderungen zeitlich parallel durchzuführen. Verständlicherweise können innerhalb der Veränderungsschaltungen 345,346,347,348 und 349 selbst unterschiedliche Verzögerungen als Teile der insgesamt unterschiedlichen Verzögerungserfordernisse in manchen Beispielen verwendet werden.The spectral analysis just described has a pipeline nature, and there is an increasingly longer time shift of the samples L 1 , L 2 , L 3 , L 4 and L 5 compared to the samples L 0 . The term "time shift" as used herein refers to differential time delays of predetermined known amounts occurring between the respective samples of the information-related parallel signals, such as between corresponding samples of the analyzed output signals L 0 , L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 and G 6 of the spectrum analyzer shown in Figure 3. the still to be described signal synthesis from the spectrum method requires an opposite time shift corresponding sets of samples. This can be by means of delay lines 340,341,342,343 and 344 (typically in the form of shift registers or other types of memory which perform the equivalent function, ie a memory to be written in series and read out) for the samples L 0 , L 1 , L 2 , L 3 and L 4 before they are changed in the circuits 345, 346, 347, 348 and 349 respectively, as shown in FIG. 3 shows, alternatively k can the spectra changed and associated with the modified spectrum sample are increasingly delayed. Whether the delay can be split in various ways and before and after the change, for example, to perform spectrum changes in parallel time. Understandably, within the varying circuits 345, 346, 347, 348, and 349, even different delays may be used as part of the overall different delay requirements in some examples.

Die Spektren L5 und G6 werden in Veränderungsschaltungen 350 und 351 verändert. Bei einigen Signalverarbeitungsanwendungen mögen die Veränderungsschaltungen 345 bis 351 nicht benötigt werden und durch jeweils unmittelbare Verbindungen ersetzt werden. Die soweit beschriebenen Spektralanalyseverfahren können durch Verwendung zusätzlicher Analysatorstufen erweitert oder bei Benutzung von weniger Analysatorstufen beschnitten werden. In solchen Fällen ist das restliche Tiefpaßspektrum Gn am Ende der Spektralanalyse nicht G6.The spectra L 5 and G 6 are changed in changing circuits 350 and 351. In some signal processing applications, the modifiers 345 to 351 may not be needed and replaced by direct connections, respectively. The spectral analysis methods described so far can be extended by using additional analyzer stages or truncated using fewer analyzer stages. In such cases the remaining low-pass spectrum G n at the end of the spectral analysis is not G 6 .

Bei der Signalsynthese durch Rekombination der Spektralanalysekomponenten, möglicherweise in veränderter Form, muß die Dezimierung der Abtastmatrix von Analysatorstufe zu Analysatorstufe rückgängig gemacht werden, damit die Spektralabtastwerte mit Hilfe der Addierer 353,355,357,359,361,363 summiert werden können. Dies erfolgt zusätzlich zur Korrektur der Zeitverschiebung in den Verzögerungsschaltungen 340 bis 344. Die Dezimierung wird rückgängig gemacht mit Hilfe von Expansionsschaltungen 352,354, 356, 358, 360 und 362, welche im wesentlichen gleich den Expansionsschaltungen 338,333, 328,323,318 bzw. 313 sind. Durch Multiplexbetrieb kann eine einzige Schaltung eine doppelte Aufgabe erfüllen. Das restliche Tiefpaßspektrum Gn wird zeitlich gegenüber dem benachbarten Bandpaßspektrum L^1 vorverschoben, so daß seine Expandierung seinen Abtastwert zeitlich mit demjenigen des Signals L^1 ausrichtet. Gn ist in Fig.3 G6, welches in der Expansionsschaltung 52 verändert (neu G6') und expandiert und dann in der Addierschaltung 353 zum geänderten Signal L^1 (L5 in Fig.3) hinzuaddiert ist, so daß ein synthetisiertes neues Signal Ga-i (L5 in Fig.3) hinzuaddiert ist, so daß ein synthetisiertes neues Signal Gn^ (neu G5') entsteht. Das Ausgangssignal der Addierschaltung 353 wird in die Expansionsschaltung 354 expandiert und in der Additionsschaltung 355 zum verzögerten und geänderten Signal L4 hinzuaddiert, so daß das neue Signal G4, synthetisiert wird. Das Ausgangssignal der Addierschaltung 355 wird in der Expansionsschaltung 354 expandiert und in der Addierschaltung 357 zum verzögerten veränderten Signal L3 hinzuaddiert, so daß das neue Signal G3, synthetisiert wird. Das Ausgangssignal der Addierschaltung 357 wird in der Expansionsschaltung 358 expandiert und in der Addierschaltung 359 zum verzögerten und veränderten Signal L2 zum synthetisierten neuen Signal G2, hinzuaddiert. Das Ausgangssignal der Addierschaltung 359 wird in der Expansionsschaltung 60In the signal synthesis by recombination of the spectral analysis components, possibly in an altered form, the decimation of the sample matrix from analyzer stage to analyzer stage must be undone so that the spectral samples can be summed by adders 353, 355, 555, 595, 633, 633. This is in addition to the correction of the time shift in the delay circuits 340 to 344. The decimation is canceled by means of expansion circuits 352, 354, 356, 358, 360 and 362 which are substantially equal to the expansion circuits 338, 333, 328, 333, 318 and 313, respectively. By multiplexing, a single circuit can perform a dual task. The remaining low-pass spectrum Gn is advanced in time relative to the adjacent band-pass spectrum L ^ 1 , so that its expansion aligns its sample with that of the signal L ^ 1 . G n is G 6 in FIG. 3 which is changed in the expansion circuit 52 (new G 6 ') and expanded, and then added in the adder 353 to the changed signal L 1 ( L 5 in FIG. 3), so that a synthesized new one Signal Ga-i (L 5 in Figure 3) is added, so that a synthesized new signal G n ^ (new G 5 ') is formed. The output of the adder 353 is expanded into the expansion circuit 354 and added in the adder 355 to the delayed and changed signal L 4 , so that the new signal G 4 , is synthesized. The output of the adder 355 is expanded in the expansion circuit 354 and added to the delayed changed signal L 3 in the adder 357 so that the new signal G 3 is synthesized. The output of the adding circuit 357 is expanded in the expansion circuit 358 and added in the adding circuit 359 to the delayed and changed signal L 2 to the synthesized new signal G 2 . The output of the adder 359 becomes in the expansion circuit 60

expandiert und in der Additionsschaltung 361 zum verzögerten und veränderten Signal L2 zum synthetisierten neuen Signal G1, hinzuaddiert. Schließlich wird das Ausgangssignal der Addierschaltung 361 in der Expansionsschaltung 362 expandiert und in der Addierschaltung 363 zum synthetisierten neuen Signal G0' addiert. Die neuen Signale G0', G1', G2', G3', G4', G5' und G6' sind in derSignalsynthetisierungsschaltung gemäß Fig.3 durch Striche gekennzeichnet. Das neue Signal G0, kann gewünschtenfalls mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Digital/Analog-Konverters in analoge Form umgewandelt werden.expanded and added in the addition circuit 361 to the delayed and changed signal L 2 to the synthesized new signal G 1 ,. Finally, the output of the adder 361 in the expansion circuit 362 is expanded and added in the adder 363 to the synthesized new signal G 0 '. The new signals G 0 ', G 1 ', G 2 ', G 3 ', G 4 ', G 5 ' and G 6 'are indicated by dashes in the signal synthesizing circuit according to FIG. The new signal G 0 , if desired, can be converted into analog form by means of a digital / analog converter (not shown).

Die Expandierungen in den Schaltungen 352, 354, 356,358,360, 362 ergeben bei jedem Schritt des Syntheseverfahrens eine Unterdrückung oberhalb des Bandes. Wenn die Bandpaßspektren nicht breiter als eine Oktave sind, dann ergibt dies eine Unterdrückung sämtlicher Harmonischer, die von den Veränderungsschaltungen 345 bis 351 erzeugt worden sind, welche andernfalls die Signalsynthese durch Einführung zufälliger „alias"-Frequenzen (Fremdfrequenzen) beeinträchtigen würden. Fig.4 zeigt den Aufbau der Spektralanalysatorstufe für eine eindimensionale Information genauer, etwa die für die oktavenweise Spektralanalyse verwendeten Stufen 310,315,320,325,330 oder 335. Die Stufe ist die Spektralanalysatorstufe K-ter Ordnung, wobei KNuII oder eine positive ganze Zahl ist. Im Fall einer Spektranalysestufe nullter Ordnung hat die Taktfrequenz für diese Stufe eine Rate R für die Abtastung des Originaleingangssignals G0, dessen Spektrum zu analysieren ist. Ist K eine positive ganze Zahl, dann verringert sich die Taktfrequenz um 2K.The expansions in circuits 352, 354, 356, 358, 360, 362 provide suppression above the band at each step of the synthesis process. If the bandpass spectra are not wider than one octave, then this results in suppression of any harmonics generated by the modifiers 345 to 351 which would otherwise affect the signal synthesis by introducing random alias frequencies Figure 9 shows in more detail the construction of the spectral analyzer stage for one-dimensional information, such as the steps 310, 315, 320, 25, 330, 303 or 335 used for the octave spectral analysis The stage is the Kth order spectral analyzer, where KNuII or a positive integer Clock rate for this stage, a rate R for the sampling of the original input signal G 0 , whose spectrum is to be analyzed.If K is a positive integer, then the clock frequency decreases by 2 K.

Das Eingangssignal GK wird der Spektralanalysatorstufe nach Fig.4 als Eingangssignal eines Schieberegisters 470 mit M Stufen zugeführt, das miteinerTaktfrequenzvonR^Kgetaktetwird. Die (M + 1) Abtastwerte mitzunehmend längerer Verzögerung, die am Eingang und den Ausgängen des Schieberegisters 470 vorhanden sind, bilden jede seiner Ausgangsfunktionen als Mehrabgriffs-Verzögerungsleitung eines Tiefpaß-Verzögerungsleitungsfilters. Die Abtastwerte werden in der Schaltung 471 gewichtet und summiert, um Abtastwerte eines lineraphasigen Tiefpaßfilter-Ausgangsmaterials G(K+ n zu werden. Mit Ausnahme der Eingangsstufe dezimiert in allen Analysatorstufen, in denen K größer als 0 ist, die halbierte Taktrate (verglichen mit der Taktrate der vorangehenden Stufen), die im anfänglichen Schieberegister 70 und den Addierern der Gewichtungs- und Summierungsschaltung 471 verwendet wird, das Signal G(K + υ gegenüber dem Signal GK- Das Ausgangssignal G(K + d wird als ein Eingangssignal einem Multiplexer 472 zugeführt, der mit einer Umschaltrate von R/2K abwechselnd sein Eingangssignal GK +1 bzw. ein Nullsignal auswählt und ein Signal G(K + d* erzeugt.The input signal G K is applied to the spectrum analyzer stage of Fig. 4 as input to a M-stage shift register 470 which is clocked at a clock frequency of R ^ K. The (M + 1) samples with increasing latencies present at the input and outputs of shift register 470 form each of its output functions as a multi-tap delay line of a low-pass delay line filter. The samples are weighted and summed in circuit 471 to become samples of a linear-phase low-pass filter output G (K + n), except for the input stage which decimates the halved clock rate (as compared to the clock rate) at all analyzer stages where K is greater than zero the preceding stages) used in the initial shift register 70 and the adders of the weighting and summing circuit 471, the signal G (K + υ versus the signal G K - The output signal G (K + d is supplied as an input signal to a multiplexer 472 which alternately selects its input signal G K +1 and a zero signal with a switching rate of R / 2 K and generates a signal G (K + d *).

Das Signal G« + d* hat ein Basisbandfrequenzspektrum, welches doppelt so groß wie das Spektrum von G(K + υ ist und mit einem harmonischen Doppelseitenbandspektrum mit unterdrücktem Träger mit einer Spitzenamplitude G(K + d vermischt ist. Nebenbei sei bemerkt, daß die nachfolgende Spektralanalysatorstufe als Eingangssignal ein zeitlich geeignet liegendes Signal Gjk + d* anstatt des Signals G(K + υ erhalten kann. Das Signal G(K + u* wird als Eingangssignal einem anderen Schieberegister 473 mit mehreren Stufen zugeführt (die Stufenzahl kann gleich oder verschieden von M sein), welches mit einer Rate von R/2k getaktet wird. Die vom Eingangssignal und den Ausgangssignalen von jeder Stufe des Schieberegisters 473 gebildeten (M + 1) Abtastwerte werden einer anderen Gewichtungs- und Summierschaltung 474 zugeführt, die gleich der Schaltung 471 ist. Die Schaltung 474 unterdrückt ein erstes harmonisches Spektrum von G(K + d* und liefert das Signal G(K +1> in expandierter Form als Abtastmatrix mit ebensovielen Abtastwerten wie die Abtastmatrix von Gk-The signal G "+ d * has a baseband frequency spectrum which is twice the spectrum of G ( K + υ and is mixed with a suppressed carrier harmonic double sideband spectrum with a peak amplitude G (K + d) The signal G (K + u * is fed as input signal to another shift register 473 having a plurality of stages (the number of stages may be the same or different.) The signal G (K + u *) is supplied as an input signal to a timed signal Gjk + d * instead of the signal G (K + υ of M) clocked at a rate of R / 2k. The (M + 1) samples formed by the input signal and the output signals from each stage of shift register 473 are applied to another weighting and summing circuit 474, which is similar to circuit 471 The circuit 474 suppresses a first harmonic spectrum of G (K + d *) and provides the signal G (K + 1> in expanded form as the abbreviation astmatrix with as many samples as the sample matrix of Gk

In einer Addierschaltung 475 wird diese expandierte Form von Gk +1 subtrahiert von Gk, nachdem Gk im Schieberegister 470 und einer Verzögerungsschaltung 476 verzögert worden ist. Die Verzögerung des Signals Gk um M-Zyklen im Schieberegister 470 kompensiert die M/2-Zyklenverzögerung des mittleren Abtastwertes für die Gewichtungs- und Summierschaltung 471 hinsichtlich des Eingangssignals Gk für die Spektralanalysatorstufe nach Fig. 4 und hinsichtlich dergleichen M/2-Periodenverzögerung zwischen G(K +d* und dem mittleren Abtastwert für die Gewichtungs- und Summierschaltung 474. Die Verzögerungsschaltung 476 bringt eine Verzögerung zur Kompensation von Verzögerungen, die bei der Addition in den Gewichtungs- und Summierschaltungen 471 und 474 auftreten, und die Verzögerungsschaltung 476 kann einfach durch eine Verlängerung des Schieberegisters 470 um die erforderliche Anzahl weiterer Stufen realisiert werden. Das Ausgangssignal Lk von der Addierschaltung 475 ist eine der gesuchten Spektralanalysekomponenten, deren untere Frequenzgrenze durch die Tiefpaßfilterung in der K-ten Spektralanalysatorstufe gemäß Fig.4 bestimmt wird und dessen obere Frequenzgrenze durch die Tiefpaßfilterung in der vorangehenden Spektralanlysatorstufe, falls eine solche vorhanden ist, bestimmt ist. In Fig. 5 ist eine Möglichkeit zur Verringerung der Anzahl der Schieberegisterstufen, die im erfindungsgemäßen Spektrumanalysator verwendet werden, dargestellt. Die Proben zur Definition von G<k + d*, die gewichtet und summiert werden, um die Tiefpaßfilterung zu bewirken, die der Interpolation von G(K + d zugeordnet ist, werden von der mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitungsanordnung gewonnen, die zur Unterstützung der anfänglichen Tiefpaßfilterung von G(K + d in der folgenden Spektralanalysatorstufe dient, und nicht durch Verwendung des Schieberegisters 473.In an adder 475, this expanded form of Gk +1 is subtracted from Gk after Gk in the shift register 470 and a delay circuit 476 has been delayed. The delay of signal Gk by M cycles in shift register 470 compensates for the M / 2 cycle delay of the average sample for weighting and summing circuit 471 with respect to input signal Gk for the spectral analyzer stage of FIG. 4 and for the same M / 2 period delay between Gs (K + d * and the middle sample for weighting and summing circuit 474. Delay circuit 476 provides a delay to compensate for delays that occur in the addition in weighting and summing circuits 471 and 474, and delay circuit 476 may simply pass through The output Lk from adder 475 is one of the wanted spectral analysis components whose lower frequency limit is determined by the low-pass filtering in the K-th spectral analyzer stage of Figure 4 and whose upper frequency gr is determined by the low pass filtering in the preceding spectral analyzer stage, if any. In Fig. 5, a possibility for reducing the number of shift register stages used in the spectrum analyzer according to the invention is shown. The samples for defining G <k + d *, which are weighted and summed to effect the low pass filtering associated with the interpolation of G (K + d), are derived from the tapped delay line arrangement used to support the initial Low pass filtering of G (K + d in the following spectral analyzer stage is used, not by using the shift register 473.

Fig. 5 zeigt anhand eines Beispiels, wie dies etwa zwischen der Analysatorstufe nullter Ordnung, die zur Erzeugung von L0 verwendet wird, und der nachfolgenden Analysatorstufe durchgeführt wird. Die Elemente 570-0,571-0,575-0 und 576-0 sind diejenigen Elementein der Spektralanalysatorstufe nullter Ordnung, welche den Elementen 470,471,475 und 476 der Spektralanalysatorstufe K-ter Ordnung nach Fig.4 entsprechen. Die Elemente 570-1 und 571-1 der Spektralanalysenstufe erster Ordnung sind analog den Elementen 570-0 und 571-0 der Spektralanalysenstufe nullter Ordnung, außer daß sie mit der halben Rate getaktet werden. Die vier vom Eingang und den ersten drei Ausgängen des Schieberegisters 570-1 entnommenen Abtastwerte werden parallel mit einer Taktrate R/2 zugeführt. Zwischen sie werden Nullen eingeschaltet, und die Ergebnisse werden in zwei Phasenbeziehungen durch ein siebener Filtergewichts-Muster ABGDCBA gewichtet, um ein paar aufeinanderfolgender Abtastwerte zu erzeugen, die in der Subtrahierschaltung 575-0 mit der Taktrate R vom verzögerten Signal Go subtrahiert werden.FIG. 5 shows by way of example how it is performed between, for example, the zero-order analyzer stage used to generate L 0 and the subsequent analyzer stage. Elements 570-0,571-0,575-0 and 576-0 are those elements in the zeroth order spectral analyzer stage which correspond to elements 470,471,475 and 476 of the K-order spectral analyzer stage of FIG. Elements 570-1 and 571-1 of the first order spectral analysis stage are analogous to elements 570-0 and 571-0 of the zero order spectral analysis stage, except that they are clocked at half the rate. The four samples taken from the input and the first three outputs of the shift register 570-1 are supplied in parallel at a clock rate R / 2. Between them zeroes are turned on and the results are weighted in two phase relationships by a seven filter weight pattern ABGDCBA to produce a few consecutive samples which are subtracted from the delayed signal Go in the subtraction circuit 575-0 at the clock rate R.

Der frühere Abtastwert jedes Paares aufeinanderfolgender Abtastwerte, die vom verzögerten Signal G0 subtrahiert werden sollen, wird durch Multiplizieren des Eingangssignals des Schieberegisters 570-1 und seiner ersten drei Ausgangssignale mit Hilfe der Filtergewichte A, C, C und A in den Gewichtsschaltungen 580,581,582 und 583 und anschließendes Summieren der gewichteten Abtastwerte in der Summierschaltung 587 erhalten. Die dazwischengefügten Nullen würden bei dieser Positionierung von G1 gegenüber dem Filtergewichtsmuster an die mit B, D, B zu gewichtenden Stellen fallen. Der spätere Abtastwert jedes Paares aufeinanderfolgender Abtastwerte, die vom verzögerten Signal Go zu subtrahieren sind, wird erhalten durch Multiplizierung des Eingangssignals des Schieberegisters 570-1 und seiner ersten beiden Eingangssignale mit den Filtergewichten B, D und B in den Gewichtsschaltungen 584,585 und 586 und anschließendes Summieren der gewichteten Abtastwerte in der Summierschaltung 588. Die dazwischengefügten Nullen würden an Stellen fallen, diefür diese Positionierung von G gegenüber dem Filtergewichtsmuster mit A, C, C, A zu gewichten sind. Ein mit der Taktrate R betriebener Multiplexer wählt abwechselnd zwischen Abtastwerten an den Ausgängen der Summierschaltungen 587 und 588 aus und liefert einenThe earlier sample of each pair of consecutive samples to be subtracted from delayed signal G 0 is obtained by multiplying the input of shift register 570-1 and its first three output signals by filter weights A, C, C and A in weight circuits 580,581,582 and 583 and then summing the weighted samples in the summing circuit 587. The intervening zeros would fall to the positions to be weighted with B, D, B in this positioning of G 1 versus the filter weight pattern. The later sample of each pair of consecutive samples to be subtracted from delayed signal Go is obtained by multiplying the input of shift register 570-1 and its first two inputs by filter weights B, D and B in weight circuits 584, 585 and 586 and then summing the weighted samples in summing circuit 588. The intervening zeros would fall at locations to be weighted by A, C, C, A for this positioning of G versus the filter weight pattern. A multiplexer operating at clock rate R alternately selects between samples at the outputs of summing circuits 587 and 588 and provides one

Fig.6 zeigt in weiteren Einzelheiten eine Stufe der Signalsynthetisierschaltung nach Fig.3. Die Abtastwerte von GK· (oder verzögert und verändert Gn) werden im Multiplexer 692 mit Nullen verschachtelt, und das resultierende expandierte Signal wird als Eingangssignal einem Schieberegister 693 mit M (oder einer anderen Zahl >1) Stufen zugeführt und mit der expandierten Abtastrate getaktet. Das Eingangssignal des Schieberegisters 693 und die Ausgangssignale von seinen Stufen werden einer Gewichtungs- und Summierschaltung 694 zugeführt. Das Spektrum GK, (oder Gn), das mit der doppelten Rate neu abgetastet wird und dann eine harmonische Struktur hat, gelangt anschließend von einer Gewichtungs- und Summierschaltung 694 zu einer Addierschaltung 695, wo es mit dem veränderten Signal L(K - d kombiniert wird und zeitlich verzögert wird, um mit den neu abgetasteten und gefilterten Abtastwerten GK- (oder Gn) ausgerichtet zu sein, mit denen es addiert wird. Der Multiplexer 692, das Schieberregister 693 und die Gewichtungs- und Summierschaltung 694 können im Multiplexbetrieb arbeiten, um beim Spektralanalyseprozeß als Elemente 472,473 und 474 zu dienen.Fig. 6 shows in further detail a stage of the signal synthesizing circuit according to Fig. 3. The samples of G K * (or delayed and changed Gn) are interleaved with zeros in multiplexer 692, and the resulting expanded signal is input to a shift register 693 of M (or other number> 1) stages and clocked at the expanded sample rate , The input to the shift register 693 and the outputs from its stages are applied to a weighting and summing circuit 694. The spectrum G K , (or G n ), which is resampled at twice the rate and then has a harmonic structure, then passes from a weighting and summation circuit 694 to an adder circuit 695 where it matches the altered signal L (K - K ). d is combined and delayed in time to align with the resampled and filtered samples G K - (or G n ) with which it is added The multiplexer 692, the shift register 693, and the weighting and summing circuit 694 may be located in the Multiplexing operate to serve as elements 472,473 and 474 in the spectral analysis process.

An dieser Stelle ist es zweckmäßig, die Charakteristik der Tiefpaßfilterung zu betrachten, die beim Tiefpaßfiltern des Spektralanalyseverfahrensund bei der Expandierung der Spektralanalyse und Signalsynthese benutzt werden. Die Tiefpaßfilterung erfolgt phasenlinear, und damit ist das Muster der Filtergewichte symmetrisch um den (die) mittleren Abtastwert(e). Die Filtergewichte summieren sich zu 1, um tiefe Frequenzen im Hochpaßspektrum L0 und in den Bandpaßspektren L1, L2, L3... weitgehend zu unterdrücken. Erfolgt die Spektralanalyse oktavenweise und die Dezimierung bei der Neucodierung des durch die Tief paßfilterung in jeder Spektralanalysatorstufe entfernten Unterbandes um den Faktor 2, dann ist es wünschenswert, Frequenzen unter zwei Dritteln der Oktavenmittenfrequenz bei der Tiefpaßfilterung zu entfernen. Eine stufenförmige Frequenzcharakteristik des Filters (also ein steiler Abfall der Filterkennlinie) führt zu Überschwingungen in den gefilterten Signalen, wodurch der Dynamikbereich sowohl der von der Spektralanalysatorstufe extrahierten Funktion G(K+ d als auch der durch Subtraktion des expandierten Signals G(K + d von GK erzeugte Funktion L(K + u vergrößert wird. Dies ist ein Beispiel für das Gibbs'sche Phänomen, welches durch Verwendung eines weniger abrupten Abbruches der Fourier-Reihe gemäßigt werden kann. Es ist eine Anzahl von Abbruchsfenstern (truncation windows) bekannt, die eine Filterkurve mit verringertem Gibbs'schen Phänomen ergeben, beispielsweise nach Bartlett, Hanning, Hamming, Blackmann und Kaiser. Es sei hier auf Kapitel 5.5 des Buches „DIGITAL SIGNAL PROCESSING" von A. V. Oppenheim und R. W. Schäfer verwiesen, erschienen bei Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, N.J., 1975: die Überschrift dieses Kapitels lautet „Design of FIR Filters Using Windows" und steht auf den Seiten 239 bis 251.At this juncture, it is convenient to consider the characteristics of low pass filtering used in low pass filtering of the spectral analysis method and in the expansion of spectral analysis and signal synthesis. The low-pass filtering is phase-linear, and thus the pattern of the filter weights is symmetrical about the middle sample (s). The filter weights add up to 1 in order to largely suppress low frequencies in the high-pass spectrum L 0 and in the band-pass spectrums L 1 , L 2 , L 3 . If the spectral analysis is octave-wise and the decimation in the recoding of the sub-band removed by the low-pass filtering in each spectral analyzer stage by a factor of 2, then it is desirable to remove frequencies below two-thirds of the octave center frequency in the low-pass filtering. A stepped frequency characteristic of the filter (ie a steep drop in the filter characteristic) leads to overshoots in the filtered signals, whereby the dynamic range of both the function G (K + d extracted by the spectrum analyzer stage and that subtracted by the expanded signal G (K + d of G K generated function L (K + u is increased. This is an example of the Gibbs phenomenon, which can be moderated by using a less abrupt discontinuance of the Fourier series. a number of demolition windows (windows truncation) are known which For example, Bartlett, Hanning, Hamming, Blackmann and Kaiser refer to Chapter 5.5 of the book "DIGITAL SIGNAL PROCESSING" by AV Oppenheim and RW Schäfer, published by Prentice-Hall Inc. , Englewood Cliffs, NJ, 1975: the headline of this chapter is "Design of FIR Filters Using Windows" and s See pages 239 to 251.

In der Praxis wird die Anzahl der Abtastwerte bei der Tiefpaßfilterung gewöhnlich auf wenige begrenzt. Bei einer Filterung unter Verwendung einer ungeraden Zahl von Abtastwerten umfaßt das Filterausgangssignal eine direkte Komponente und eine Serie von Kosinusoberwellen, und bei einem eine gerade Anzahl von Abtastwerten benutzenden Filter umfaßt das Filterausgangssignal eine direkte Komponente und eine Serie von Sinusoberwellen. Die gewünschte Kennlinie wird auf die beste Übereinstimmung approximiert, wobei mit Hilfe eines Computers die Gewichtsfaktoren nach einem Trial- und Error-Verfahren ausgewählt werden.In practice, the number of samples in low-pass filtering is usually limited to a few. In filtering using an odd number of samples, the filter output signal comprises a direct component and a series of cosine harmonics, and in an even-numbered filter, the filter output signal comprises a direct component and a series of sine harmonics. The desired characteristic curve is approximated to the best match, with the help of a computer selecting the weighting factors according to a trial and error procedure.

Man kann gemäß der Erfindung auch Spektren mit gleichem Q und anderen als Oktaven breiten erzeugen, jedoch erscheint dies weniger zweckmäßig. Die Deziminierung des Tiefpaßfilter-Ausgangssignals zur Auswahl jedes dritten Abtastwertes und das Wegfiltern von Frequenzen unterhalb der Hälfte der Mittenfrequenz des Bandpaßspektrums zur Erzeugung eines Tief paßverhaltens führt zu einem Satz von Bandpaßspektren, deren Bandbreite zunehmend um ein Drittel statt beispielsweise um die Hälfte schmaler wird.It is also possible according to the invention to produce spectra with the same Q and widths other than octaves, but this appears less expedient. The decimation of the low pass filter output to select every third sample and filtering away frequencies below half the center frequency of the bandpass spectrum to produce a lowpass response results in a set of bandpass spectra whose bandwidth is increasingly narrowed by one-third, for example, by half.

Die Abtastwert-Änderungsschaltungen 345 bis 351 nach Fig.3 können verschiedene Formen haben, und einige von ihnen können durch direkte Verbindungen ersetzt werden. Zur Entfernung von Hintergrundrauschen niedrigen Pegels in den verschiedenen Spektren kann beispielsweise jede der Veränderungsschaltungen 345 bis 351 eine Basislinien-Begrenzungsschaltung 700 gemäß Fig.7 enthalten. Solch eine Begrenzungsschaltung 700 läßt sich einfach realisieren durch Fallenlassen der letztstelligen Bits des Signals.The sample change circuits 345 to 351 of Fig. 3 may take various forms, and some of them may be replaced by direct connections. For example, to remove low-level background noise in the various spectrums, each of the altering circuits 345 to 351 may include a baseline limiting circuit 700 shown in FIG. Such a limiting circuit 700 can be easily realized by dropping the last-digit bits of the signal.

Fig. 8 zeigt eine Schaltung, die für jede der Veränderungsschaltungen 345 bis 351 für einen Spektrumsequilizer benutzt werden kann. Ein Drehschalter 897 ist so verdrahtet, daß erfürjede von mehreren Wellenstellungen einen Binärcode ergibt. Dieser Code wird über eine Verriegelungseinrichtung 898 einem 2-Quadranten-Multiplizierer zugeführt zur Multiplikation der Eingangsspektrums-Abtastwerte, so daß Ausgangsspektrums-Abtastwerte entstehen, die zur Erzeugung von Go, synthetisiert werden können. Die Verrieglungseinrichtung 898 erhält den Codeeingang zum Multiplizierer 889, während die Einstellung des Drehschalters 897 verändert wird. Man kann jedes Oktavenspektrum unterteilen mit Hilfe von Digitalfiltern, bei denen dieselbe Abtastrate benutzt wird wie bei der Ableitung des Oktavenspektrums oder eine halbierte Abtastrate, und anschließend die Verstärkungen der Spektralunterteilungen einzeln eingestellt werden. Die Unterteilung der Oktaven in Zwölftel ergibt individuelle Ton- oder Halbtoneinstellungen von beispielsweise codierten Musiksignalen.Fig. 8 shows a circuit which can be used for each of the spectrum equalizer modifiers 345 to 351. A rotary switch 897 is wired to give each of several shaft positions a binary code. This code is supplied via a latch 898 to a 2-quadrant multiplier to multiply the input spectrum samples to produce output spectrum samples which can be synthesized to produce Go. The latch 898 receives the code input to the multiplier 889 while changing the setting of the rotary switch 897. Any octave spectrum can be subdivided using digital filters using the same sampling rate as the octave spectrum derivative or halved sampling rate, and then adjusting the gains of the spectral divisions one at a time. The subdivision of the octaves into twelfths produces individual tone or halftone settings of, for example, encoded music signals.

Die Änderungsschaltungen können ROM-Speicher zur Speicherung nichtlinearer Übertragungsfunktionen sein. Beispielsweise kann in jeder der Abtastwert-Veränderungsschaltungen 345 bis 351 einer Übertragungseinrichtung ein ROM-Speicher 990 verwendet werden, dereine logarithmische Form des Eingangssignals speichert (Fig. 9), und in jeder der entsprechenden Abtastwert-Veränderungsschaltungen einer Empfangseinrichtung kann ein ROM-Speicher 1091 verwendet werden, dereine exponentiell Form des Eingangssignals speichert (Fig. 10), so daß man eine Preemphasis des Signals vor der Übertragung und eine Deemphasis nach dem Empfang erhält. Es können auch andere komplementäre Preemphasis- und Deemphasiskennlinien in den ROM-Veränderungsschaltungen der Sender- und Empfänger-Spektralanalyse-Signalsynthetierschaltungen gespeichert werden.The change circuits may be ROM memories for storing non-linear transfer functions. For example, in each of the sample varying circuits 345 to 351 of a transmitter, a ROM 990 storing a logarithmic form of the input signal may be used (Fig. 9), and in each of the corresponding sample varying circuits of a receiving device, a ROM 1091 may be used which stores an exponential form of the input signal (Fig. 10) so as to obtain a pre-emphasis of the signal before transmission and a de-emphasis after reception. Other complementary preemphasis and deemphasis characteristics may also be stored in the ROM modification circuits of the transmitter and receiver spectral analysis signal synthesis circuits.

Fig. 11 zeigt eine Abwandlung des Spektrumsanalysator- und Signalsynthesesystems nach Fig.3, wobei die Verzögerungen zwischen Analyse und Synthese aufgeteilt sind, so daß Spektralabtastwerte ohne Zeitverschiebung für die Verarbeitung geliefert werden. Eine solche Ausrichtung ist beispielsweise erwünscht in einem Kompansionssystemen, wo die Spektralanalyse zur Trennung von Signalen in Spektren vor der Kompansion benutzt wird, so daß die kompandierten Spektren zur Unterdrückung von Verzerrungen, die während schneller Signalkompression oder -expansion erzeugt werden, gefiltert werden können. Die Amplitude des ursprünglichen, dem Analog/Digital-Koverter 305 in Fig.3 zugeführten Signals kann festgestellt werden, um in der Schaltung 1130 ein Kompansionssteuersignal CC zu erzeugen, welches jedem der Kompander 1110,1111,1112,1113,1114, 1115,1116 zugeführt wird, um die von ihnen kompandierten Signale mit schnellem Anstieg und langsamen Abfall zu kompandieren (fast-attack, slow-decay compansion). Die Kompander 1111 bis 1116 können im wesentlichen aus digitalen 2-Quadranten-Multiplizierern bestehen, bei denen das Steuersignal CC von einem Analog/Digital-Konverter abgeleitet wird, der den üblichen Analogschaltungen nachgeschaltet ist, um das zu kompandierende Signal festzustellen und daraufhin ein analogesFig. 11 shows a modification of the spectrum analyzer and signal synthesis system of Fig. 3 with the delays between analysis and synthesis being divided so as to provide spectral samples without time delay for processing. Such alignment is desirable, for example, in a computational system where spectral analysis is used to separate signals into spectra prior to the expansion so that the companded spectra can be filtered to suppress distortions generated during rapid signal compression or expansion. The amplitude of the original signal applied to analog-to-digital converter 305 in FIG. 3 may be determined to generate in circuit 1130 a compensation control signal CC corresponding to each of compander 1110, 1111, 1112, 1111, 11, 11, 1115, 1116 in order to compander their companded signals with fast rise and slow decay (fast-attack, slow-decay compansion). The companders 1111 to 1116 may consist essentially of digital 2-quadrant multipliers, in which the control signal CC is derived from an analog-to-digital converter, which is connected downstream of the usual analog circuits to detect the signal to be companded and then an analogue

KomnansinnRstfmersinnal 711 or7f»iinp>nComnansinnRstfmersinnal 711 or7f »iinp> n

Die Kompander 1110,1111,1112,1113,1114,1115und1116 arbeiten mit den Spektren L0, L1, L2, L3, L4, L5 und G6, nachdem diese unter Verwendung von Verzögerungsschaltungen 1110,1101,1102,1103,1104 und 1106 zur zeitlichen Ausrichtung ihrer jeweiligen Abtastwerte differentiell verzögert worden sind. Die Verzögerungsschaltungen 1120,1121,1122,1123,1124 und 1125 verschieben dann die kompandierten Signale L0', L1', L2', L3', L4', L5' und G6' in geeigneter Weise für den Signalsynthesevorgang unter Verwendung der Elemente 352 bis 363 gemäß Fig. 3.The companders 1110, 1111, 1112, 1111, 11, 11, 11, 11 and 1116 operate on the spectra L 0 , L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 and G 6 , after using the delay circuits 1110, 1101, 1102, 1103, 1104 and 1106 have been differentially delayed to align the timing of their respective samples. The delay circuits 1120,1121,1122,1123,1124 and 1125 then shift the companded signals L 0 ', L 1 ', L 2 ', L 3 ', L 4 ', L 5 ' and G 6 'in an appropriate manner for the Signal synthesis using the elements 352 to 363 of FIG. 3.

Die Verzögerungen in den Verzögerungsschaltungen 1106 und 1125 betragen im wesentlichen M/2-Zyklen der R/2K-Taktrate, wobei Kfünf oder 16 M-Zyklen der Basistaktrate R ist, und diese Verzögerung tritt auf bei der Zusammenstellung der Abtastwerte für die Gewichtungs- und Summierungsschaltung 474 der letzten Spektralanalysatorstufe 335. Diese Verzögerung von 16 M-Zyklen wird um die Verzögerungszeit D1 verlängert, um die Additionszeiten in den Expansionsschaltungen 338 und 352 auszugleichen, und sie wird durch eine Verzögerungszeit D2 weiter verlängert, um die zusätzlichen Zeiten in der Verzögerungsund Subtrahierschaltung 334 und in der Addierschaltung 353 auszugleichen. Es sei angenommen, daß alle Additionsvorgänge mit der Basistaktrate R ausgeführt werden und D1 und D2 lassen sich durch Zahlen dieser Taktzyklen ausdrücken. Die Verzögerung in der Verzögerungsschaltung 1104 ist langer als 16 M + D1 + D2Zyklen der Taktrate R, und zwar um die Differenz zwischen der Zeit, die zwar zur Entwicklung von L5 aus G3 benötigt wird, und der Zeit, die zur Entwicklung von L4 aus G5 benötigt wird. Diezur Entwicklung von L5 aus G5 benötigte Zeit beträgt M Zyklen von R/25-Taktraten, um zweimal Abtastwerte zur Gewichtung und Summation zu sammeln, oder 32 M-Zyklen der Basistaktrate plus 2D1 für zwei Sätze von Abtastwertsummationen plus D2 für die Abtastsubtraktion. Die für die Entwicklung von L4 aus G5 benötigte Zeit M/2 Zyklen von R/24-Taktraten zum Sammeln von Abtastwerten zur Gewichtung und Summation oder 8M-Zyklen der Basistaktrate plus D1 zur Abtastwertsummation plus D2 zur Abtastwertsubtraktion. Man braucht 24 M + D1 Zyklen der Basistaktrate zusätzliche Verzögerung, um die Abtastwerte L4 zeitlich mit den Abtastwerten L5 auszurichten. Somit hat die Verzögerungsschaltung 104 eine Gesamtverzögerung von 40M + 2D1 + D2 Zyklen der Basistaktrate R. Ähnliche Berechnungen ergeben, daß die Zyklen der Basistaktrate R, um welche die Abtastwerte in den Verzögerungsschaltungen 103,102,101 und 100 verzögert werden, 52M + 3D1 + D2,58M + 4D1 + D2,61 M + SD1 + D2 bzw. (62 1/2)M + 6D1 + D2 betragen.The delays in the delay circuits 1106 and 1125 are substantially M / 2 cycles of the R / 2 K clock rate, where there are five or 16 M cycles of the base clock rate R, and this delay occurs in the compilation of samples for the weighting cycle. and summation circuit 474 of the last spectral analyzer stage 335. This delay of 16 M cycles is extended by the delay time D 1 to compensate for the addition times in the expansion circuits 338 and 352, and is further extended by a delay time D 2 to increase the additional times in FIG of the delay and subtracter 334 and in the adder 353. It is assumed that all addition operations are performed with the base clock rate R and D 1 and D 2 can be expressed by numbers of these clock cycles. The delay in the delay circuit 1104 is longer than 16 M + D 1 + D 2 cycles of the clock rate R by the difference between the time required to develop L 5 from G 3 and the time required for the delay Development of L 4 from G 5 is needed. The time required to develop L 5 from G 5 is M cycles of R / 2 5 clock rates to collect two samples for weighting and summation, or 32 M cycles of the base clock rate plus 2D 1 for two sets of sample summations plus D 2 for the Abtubtubtraktion. The time required to develop L 4 from G 5 M / 2 cycles of R / 2 4 clock rates to collect samples for weighting and summation or 8M cycles of the base clock rate plus D 1 for sample sum plus D 2 for sample subtraction. It takes 24 M + D 1 cycles of the base clock rate additional delay to align the samples L 4 with the samples L 5 in time . Thus, the delay circuit 104 has an overall delay of 40M + 2D 1 + D 2 cycles of the base clock rate R. Similar calculations indicate that the cycles of the base clock rate R by which the samples in the delay circuits 103, 102, 101 and 100 are delayed are 52M + 3D 1 + D 2 , 58M + 4D 1 + D 2 , 61 M + SD 1 + D 2 and (62 1/2) M + 6D 1 + D 2, respectively.

Die von der Abtastschaltung 1124 zusätzlich zu der Verzögerung durch die Verzögerungsschaltung 1125 benötigte Verzögerung ist diejenige Zeit, die für die Expansion in der Schaltung 354 und die für die Addition in der Addierschaltung 55 benötigte Verzögerung D2 gebraucht wird. Die erstgenannte Verzögerung beträgt M/2 Zyklen der Taktrate R/24 zum Sammeln von Abtastwerten für die Gewichtung und Summierung, 8M-Zyklen der Basistaktrate R plus derfür die Summierung beim Gewichtungs- und Summierungsprozeß benötigten Verzögerung D1. Die Gesamtverzögerung in der Verzögerungsschaltung 1124 beträgt dann 24M + D1 + D2. Durch ähnliche Berechnungen ergeben sich die Gesamtverzögerungen in den Verzögerungsschaltungen 1123,1122,1121 und 1120 in Zyklen der Basistaktrate R ausgedrückt zu 28 M + 3D1 + 3D2, 3OM + 4D1 +4D2,31 M + 5D1 + 5D2 bzw. (31 1/2)M + 6D1 + 6D2.The delay required by the sampling circuit 1124 in addition to the delay through the delay circuit 1125 is the time needed for the expansion in the circuit 354 and the delay D 2 needed for the addition in the adding circuit 55. The former delay is M / 2 cycles of clock rate R / 2 4 to collect samples for weighting and summation, 8M cycles of base clock rate R plus delay D 1 required for summation in the weighting and summing process. The total delay in the delay circuit 1124 is then 24M + D 1 + D 2 . By similar calculations, the total delays in the delay circuits 1123, 112, 112, and 1120 in cycles of base clock rate R are expressed as 28 M + 3D 1 + 3D 2 , 3OM + 4D 1 + 4D 2 , 31 M + 5D 1 + 5D 2, respectively (31 1/2) M + 6D 1 + 6D 2 .

Ähnliche Berechnungen lassen sich zur Bestimmung der Gesamtverzögerungen in den Verzögerungsschaltungen 340 bis 344 der Fig. 3 verwenden unter der Annahme, daß die Änderungsschaltungen 345 bis 351 alle dieselben Verzögerungen haben. Die Verzögerungsschaltungen 340,341,342,343,344 und 345 haben jeweils Verzögerungen, in Zyklen der Basistaktrate R ausgedrückt, von 77 M + 12D1 + 7D2,76M + 10D1 + 6D2,72M + 8D1 + 5D2,64M + 6D1 + 4D2und48M + 4D1 + 3D2. Die im Spektralanalysator angewandte digitale Filterung ist eine Art oder Spezies hierarchischer Filterung von allgemeinem Interesse, indem eine Tiefpaß- oder Bandpaßfilterung, die sich über viele viele Abtastwerte erstreckt, mit einer relativ kleinen Anzahl von zu irgendeiner Zeit gewichteten und summierten Abtastwerten durchgeführt wird.Similar calculations may be used to determine the total delays in the delay circuits 340 through 344 of FIG. 3, assuming that the change circuits 345 through 351 all have the same delays. The delay circuits 340, 344, 316, 433, 344 and 345 each have delays expressed in cycles of the base clock rate R of 77 M + 12D 1 + 7D 2 , 76M + 10D 1 + 6D 2 , 72M + 8D 1 + 5D 2 , 64M + 6D 1 + 4D 2 and 48M + 4D 1 + 3D 2 . The digital filtering used in the spectrum analyzer is a type or species of hierarchical filtering of general interest by performing low-pass or band-pass filtering that extends over many many samples with a relatively small number of samples weighted and summed at any one time.

Obgleich die Erfindung auch brauchbar istfür die Verwendung des Spektrums einer eindimensionalen Signalinformation, wurde die Burt-Pyramide entwickelt zur Analysierung primär der Raumfrequenzen zweidimensional Bildinformationen. Die Erfindung erlaubt eine Realzeit-Spektralanalyse der Raumfrequenzen einer sich verändernden Bildinformation, wie sie in aufeinanderfolgenden Videobildern bei einer Fernsehdarstellung auftritt.Although the invention is also useful for the use of the one-dimensional signal information spectrum, the Burt pyramid has been developed to analyze primarily the spatial frequencies of two-dimensional image information. The invention allows a real-time spectral analysis of the spatial frequencies of changing image information as occurs in consecutive video images in a television display.

Wie in der Fernsehtechnik bekannt ist, treten aufeinanderfolgende Videovollbilder (im NTSC-Format) nacheinander mit einer Vollbildrate von 30 Vollbildern pro Sekunde auf. Jedes Vollbild besteht aus einem Raster von 525 ineinanderverschalteten Horizontalablenkzeilen. Die aufeinanderfolgenden ungeradzahligen Horizontalablenkzeilen eines Vollbildes werden während einer ersten Halbbildperiode nacheinander gesendet. Die aufeinanderfolgenden geradzahligen Ablenkzeilen eines Vollbildes werden nacheinander während einer zweiten Halbbildperiode übertragen, welche auf die erste Halbbildperiode folgt. Darauf folgt die erste Halbbildperiode des nächstfolgenden Vollbildes. Die Dauer jeder Halbbildperiode beträgt 1/60-stel Sekunde. Jedoch muß man eine Speicherung für mindestens die Anzahl der Bildelemente in einer Halbbildzeit vorsehen, um das volle Raumfrequenzspektrum des Bildes in verzögerter Realzeit definieren zu können.As is known in the television art, successive video frames (in NTSC format) sequentially occur at a frame rate of 30 frames per second. Each frame consists of a grid of 525 interlaced horizontal deflection lines. The successive odd-numbered horizontal deflection lines of a frame are transmitted consecutively during a first field period. The successive even-numbered deflection lines of one frame are successively transmitted during a second field period following the first field period. This is followed by the first field period of the next frame. The duration of each field period is 1 / 60th of a second. However, one must provide storage for at least the number of picture elements in a field time in order to be able to define the full spatial frequency spectrum of the picture in delayed real time.

Eine als fortschreitende Abtastung bekannte Technik kennt man in der Fernsehtechnik, um aus einem NTSC-Videosignal Vollbilder mit den gesamten 525 aufeinanderfolgenden Zeilen mit einer Rate von 60 Vollbildern pro Sekunde abzuleiten. Bei dieser Technik wird jedes aufeinanderfolgende NTSC-Halbbild für eine Halbbildperiode von 1/60-stel Sekunde verzögert. Auf diese Weise sind die aufeinanderfolgenden Ablenkzeilen eines gleichzeitig auftretenden ungeradzahligen Halbbildes mit den aufeinanderfolgenden Ablenkzeilen eines unmittelbar vorangehenden geradzahligen Halbbildes verschachtelt, welches um eine Halbbildperiode verzögert worden ist, so daß man ein ganzes Vollbild von Bildelementen während des gleichzeitig auftretenden ungeradzahligen Halbbildes jedes der aufeinanderfolgenden Vollbilder erhält. In ähnlicher Weise sind die aufeinanderfolgenden Ablenkzeilen eines gleichzeitig auftretenden geradzahligen Halbbildes mit den aufeinanderfolgend auftretenden Ablenkzeilen eines unmittelbar vorangehenden ungeradzahligen Halbbildes verschachtelt, welches um eine Halbbildperiode verzögert worden ist, um ein volles Vollbild von Bildelementen während dieser gleichzeitig auftretenden geradzahligen Halbbildperiode jedes der aufeinanderfolgenden Vollbilder zu ergeben.A technique known as progressive scan is known in the television art to derive frames from the NTSC video signal with the entire 525 consecutive lines at a rate of 60 frames per second. In this technique, each successive NTSC field is delayed for a field period of 1 / 60th of a second. In this way, the successive deflection lines of a concurrent odd-numbered field are interleaved with the successive deflection lines of an immediately preceding even field which has been delayed by one field period so as to obtain a whole frame of picture elements during the concurrent odd-numbered field of each successive frame , Similarly, the successive even-numbered field deflection lines are interleaved with the successive odd numbered field deflection lines which have been delayed by one field period to yield a full frame of picture elements during this concurrent even field period of each of the successive frames ,

Die oben beschriebene fortschreitende Abtasttechnik ist besonders nützlich für die Erzeugung hochaufgelöster Bildwiedergaben, wie sie als High Definition Television (HDTV) bekannt ist, was derzeit in der Fernsehtechnik entwickelt wird. Die Erfindung eigent sich auch für HDTV, um bessere Bildwiedergaben zu liefern.The above-described progressive scanning technique is particularly useful for the production of high-definition picture displays known as High Definition Television (HDTV), which is currently being developed in television technology. The invention is also suitable for HDTV to provide better image reproduction.

Fig. 12 zeigt einen Spektralanalysator gemäß der Erfindung zur Verarbeitung von Signalen, die eine zweidimensionale Information darstellen, wie etwa die Raumfrequenz-Bildinformation, die in aufeinanderfolgenden, fortschreitend abgetasteten Fernsehvollbildern enthalten ist. Alternativ kann eine solche zweidimensionale Information auch von einer ohne Zeilensprung arbeitenden Fernsehkamera erhalten werden oder von einer mit Zeilensprung arbeitenden Kamera mit nachgeschaltetem Speicher.Fig. 12 shows a spectrum analyzer according to the invention for processing signals representing two-dimensional information, such as the spatial frequency image information contained in successive, progressively scanned television frames. Alternatively, such two-dimensional information can also be obtained from a non-interlaced television camera or from an interlaced camera with downstream memory.

Anhand von Fig. 12 sei aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung die monochrome Verarbeitung der Leuchtdichtesignale erläutert, jedoch kann die zu beschreibende Technik auch individuell auf die Primärfarben von Farbfernsehsignalen oder auf die aus diesen durch algebraische Matrizierung abgeleiteten Signale angewandt werden. Ein Originalvideosignal wird in Rasterabtastformat einem Analog/Digital-Konverter 1205 zur Abtastung (falls unabgetastet) oder zur Neuabtastung (falls breits abgetastet) und zur endgültigen Digitalisierung zugeführt. Die digitalisierten Videoabtastwerte sind als Signal mit G0 bezeichnet und enthalten das vollständigezweidimensionale Raumfrequenzspektrum des ursprünglichen Signals und dessen aufgrund der Abtastvorgänge zugehörigen Oberwellenspektren. Diese Oberwellenspektren sind symmetrisch um die jweilige Abtastfrequenz und deren Oberwellen. Die Oberwellenspektren werden in der nachfolgend erläuterten Weise spezifische behandelt. Die allgemeine Tatsache ihres Vorhandenseins wird erwähnt, weil die Oberwellenspektren beim Entwurf der zweidimensionalen Tiefpaß-Raumfrequenzfilter berücksichtigt werden müssen, die der Spektralanalysator gemäß Fig. 12 verwendet. Der Grund liegt darin, daß diese Oberwellenspektren Anlaß zu Fremdfrequenzen bei der Spektralanalyse und bei der darauf aufbauenden Signalsynthese geben.Referring to Fig. 12, for simplicity of description, the monochrome processing of the luminance signals will be explained, however, the technique to be described may be applied individually to the primary colors of color television signals or to the signals derived therefrom by algebraic matrixing. An original video signal is fed in raster-scan format to an analog-to-digital converter 1205 for sampling (if unsampled) or resampling (if already scanned) and for final digitization. The digitized video samples are referred to as G 0 signals and contain the full two-dimensional spatial frequency spectrum of the original signal and its harmonic spectra associated with the samples. These harmonic spectra are symmetrical about the sampling frequency and its harmonics. The harmonic spectra are treated specifically in the manner explained below. The general fact of their existence is mentioned because the harmonic spectra must be considered in the design of the two-dimensional low-pass spatial frequency filters used by the spectrum analyzer of FIG. The reason is that these harmonic spectra give rise to extraneous frequencies in the spectral analysis and the signal synthesis based thereon.

Inder Spektralanalysatorstufe 1210 erster Ordnung wird aus G0 ein Hochpaßspektrum L0 abgetrennt. Dieses Hochpaßverhalten wird im wesentlichen bewirkt durch Tiefpaßfiltern von Go und Verzögerung von G0 gegenüber seiner zeitlichen Lage, mit der es aus dem A/D-Konverter 1205 kommt, um dasselbe Maß, um welches die tieferfrequenten Anteile von G0 im Tiefpaßfilter-Ausgangssignal verzögert sind, und durch Subtraktion des tiefpaßgefilterten Ausgangssignals von dem verzögerten Signal G0. Mit der Annahme, daß die Spektralanalyse oktavenweise erfolgt, wird die Grenzfrequenz des zweidimensionalen Tiefpaß-Raumfrequenzfilters 1211 gleich der obersten Frequenz des nächsten zu analysierenden Bandpaßspektrums L1 von Oktavbreite gewählt, also bei vier Drittel seiner Mittenfrequenz. In der Dezimierschaltung 1212 werden abwechselnde Reihen und Spalten von Abtastwerten eliminiert, um das tiefpaßgefilterte Signal G0 mit der Raumfrequenzrate R/2 abzutasten, und dieses Signal mit reduzierter Abtastrate wird als Tiefpaßausgangssignal der Stufe 1210 für die weitere Spektralanalyse geliefert. Das tiefpaßgefilterte Signal G0 mit reduzierter Abtastrate wird dann nach den Methoden interpoliert, die von R.W. Schafer und L. R. Rabiner in ihrem Aufsatz „A Digital Signal Processing Approach to Interpolation" auf den Seiten 692 bis 702 der Zeitschrift PROCEEDINGS OF THE IEEE, Band 61, N r. 6, vom Juni 1973 beschrieben sind. In der Expansionsschaltung 1213 werden die in der Dezimierschaltung 1212 eliminierten Abtastwerte durch Nullen ersetzt, um ein Eingangssignal für ein weiteres zweidimensionales Tiefpaß-Raumfrequenzfilter 1214 zu bilden. Dieses Filter kann dieselben Abtastgewichtskoeffizienten benutzen wie das anfängliche Tiefpaßfilter, aber es hat in jedem Falle im wesentlichen dieselbe Grenzfrequenz wie dieses. Das resultierende Signal hat eine Abtastmatrix gleicher Ausdehnung wie diejenige des Signals Go, welches in der -Verzögerungsschaltung 1215 verzögert ist, und des wird vom verzögerten Signal G0 in der Subtrahierschaltung 1216 subtrahiert, um ein Hochpaß-Ausgangssignal L0 zu ergeben. L0 ist nicht nur der Hochpaßteil von G0, sondern es enthält auch niedrigfrequente Phasenfehlerkorrekturterme, wie oben erwähnt, die bei der Rücksynthese des Videosignals aus der Spektralanalyse benutzt werden, um die durch die Neuabtastung G0 bei niedriger Abtastrate in der Dezimierschaltung 12 eingeführten Fehler zu kompensieren. Diese Trennung des Signals in einen Tiefpaßteil, der mit der halben Rate neu abgetastet wird, und in einen Hochpaßteil, wird in jeder Spektralanalysatorstufe wiederholt. Jede aufeinanderfolgende Spektralanalysatorstufe erhält als Eingangssignal das neu abgetastete Tiefpaß-Ausgangssignal der vorangehenden Spektralanalysatorstufe, wobei die Abtastrate in jeder aufeinanderfolgenden Spektralanalysatorstufe gegenüber derjenigen der vorangehenden Stufe halbiert wird. Das Hochpaß-Ausgangssignal jeder Spektralanalysatorstufe 1 220,1 230,1 240,1 250,1260 nach der anfänglichen Stufe 1210 hat eine obere Grenze, welche durch die Tiefpaßcharakteristik der vorangehenden Stufe bestimmt ist, und daher sind diese „Hochpaß"-Ausgangssignale tatsächlich Bandpaßspektren absinkender Raumfrequenz mit gleichem Q. Die Dezimierung der Ausgangssignale der anfänglichen Tiefpaßfilter in jeder Stufe, die mit einem Faktor von 2 erfolgt, und die Grenzfrequenz der Tiefpaßfilter in jeder Stufe, die zwei Drittel der Mittelfrequenz der von ihr bewirkten Spektralanalyse beträgt, sind Faktoren, welche diese Spektren mit gleichem Q sinkende Oktaven der zweidimensionalen Raumfrequenz sein läßt. Das dezimierte Tiefpaß-Ausgangssignal G, der Spektralanalysatorstufe 1210 wird von ihrer Dezimierschaltung 1212 als Eingangssignal der nächstfolgenden Spektralanalysatorstufe 1220 zugeführt. Die Spektralanalysatorstufe 1220 hat Elemente 1 221,1 222,1223,1224 und 1 226 analog den Elementen 1 211,1 212,1 213,1214,1215 und 1216 der Spektralanalysatorstufe 1210; die Unterschiede der Arbeitsweise rühren daher, daß die Abtastfrequenz in der Stufe 1220 in beiden Dimensionen bezüglich der Stufe 1210 halbiert sind. Die Tießpaßfilter 1221 und 1224 haben Gewichtskoeffizienten gleich denjenigen der Tiefpaßfilter 1211 bzw. 1214; jeoch wird durch die Halbierung der Abtastrate in der Stufe 1220 im Vergleich zur Stufe 1210 die Grenzfrequenz der Filter 1221 und 1 224 im Vergleich zu den Filtern 1 211 und 1214 halbiert. Die Verzögerung vor der Subtraktion in der Verzögerungsschaltung 1225 ist zweimal so lang wie in der Verzögerungsschaltung 1215; nimmt man an, daß diese Verzögerungen durch Taktung in einem Schieberegister oder dergleichen bewirkt werden, dann sind die Verzögerungsstrukturen die gleichen, wobei das Verzögerungsverhältnis 2:1 durch das Verhältnis 1:2 der jeweiligen Verzögerungstaktraten in den Verzögerungsschaltungen 1225 und 1 215 gegeben ist. Das Hochpaß-Ausgangssignal Li der Spektralanalysatorstufe 1220 ist ein Bandpaßspektrum von Raumfrequenzen unmittelbar unterhalb des Spektrums L0. Das dezimierte Tiefpaß-Ausgangssignal G2 der Spektralanalysatorstufe 1220 wird von seiner Dezimierschaltung 1222 als Eingangssignal der Spektralanalysatorstufe 1230 zugeführt. Das Bandpaßspektrum L2 eine Oktave unterhalb Li ist das Hochpaß-Ausgangssignal der Spektralanalysatorstufe 1230 aufgrund ihres Eingangssignal G2. Die Spektralanalysatorstufe 1230 enthält Elemente 1231,1 232,1 233,1 234,1235 bzw. 1 236 entsprechend den Elementen 1221,1222,1 223 1 224,1 225 und 1226 der Spektralanalysatorstufe 1220 mit Ausnahme der halbierten Abtastraten.In the first-order spectral analyzer stage 1210, a high-pass spectrum L 0 is separated from G 0 . This high pass behavior is essentially accomplished by low pass filtering Go and delaying G 0 from its timing at which it comes out of the A / D converter 1205 by the same amount that the low frequency components of G 0 in the low pass filter output delay and subtracting the low pass filtered output signal from the delayed signal G 0 . Assuming that the spectral analysis is octave-wise, the cut-off frequency of the two-dimensional low-pass spatial frequency filter 1211 is set equal to the uppermost frequency of the next octave bandwidth bandpass spectrum L 1 to be analyzed, ie four-thirds of its center frequency. In the decimation circuit 1212 alternate rows and columns of samples are eliminated to sample the low-pass filtered signal G 0 with the spatial frequency rate of R / 2, and this signal with a reduced sampling rate is supplied as Tiefpaßausgangssignal the step 1210 for further spectral analysis. The low-pass-filtered signal G 0 with a reduced sampling rate is then interpolated according to the methods described by RW Schafer and LR Rabiner in their article "A Digital Signal Processing Approach to Interpolation" on pages 692 to 702 of the journal PROCEEDINGS OF THE IEEE, Volume 61, 6, June 1973. In expansion circuit 1213, the samples eliminated in decimator 1212 are zerosed to form an input to another two-dimensional low-pass spatial frequency filter 1214. This filter may use the same sample weight coefficients as the initial one The resulting signal has an equally sized sample matrix as that of the signal Go delayed in the delay circuit 1215, and this is obtained from the delayed signal G 0 in the subtractor 1216 subtracts to a high-pass output signal L 0 . Not only is L 0 the high pass portion of G 0 , but it also contains low frequency phase error correction terms, as mentioned above, which are used in the re-synthesis of the video signal from spectral analysis, by the error introduced by the resampling G 0 at the low sampling rate in the decimator 12 to compensate. This separation of the signal into a low-pass part which is resampled at half rate and into a high-pass part is repeated in each spectral analyzer stage. Each successive spectral analyzer stage receives as input the newly sampled lowpass output signal from the previous spectral analyzer stage, halving the sample rate in each successive spectral analyzer stage from that of the previous stage. The high pass output of each spectral analyzer stage 1 220,1 230,1 240,1 250,1260 after the initial stage 1210 has an upper bound determined by the low pass characteristic of the previous stage, and therefore these "high pass" output signals are in fact bandpass spectra The decimation of the output signals of the initial low-pass filters in each stage, which is by a factor of 2, and the cut-off frequency of the low-pass filters in each stage, which is two-thirds of the center frequency of the spectral analysis it effects, are factors which The decimated low-pass output G, the spectral analyzer stage 1210, is supplied from its decimator 1212 as an input to the next spectral analyzer stage 1220. The spectrum analyzer stage 1220 has elements 1 221,1 222,1223,1224 and 1 226 analog the elements 1 211, 212, 213, 1214, 1215 and 1216 of the spectral analyzer stage 1210; The differences in operation result from the fact that the sampling frequency in stage 1220 is halved in both dimensions with respect to stage 1210. The Taßpaßfilter 1221 and 1224 have weight coefficients equal to those of the low-pass filters 1211 and 1214; However, halving the sample rate in stage 1220 compared to stage 1210 halves the cutoff frequency of filters 1221 and 1 224 as compared to filters 1 211 and 1214. The delay before the subtraction in the delay circuit 1225 is twice as long as in the delay circuit 1215; Assuming that these delays are caused by clocking in a shift register or the like, the delay structures are the same, with the 2: 1 delay ratio given by the ratio 1: 2 of the respective delay clock rates in the delay circuits 1225 and 215. The high pass output signal Li of the spectrum analyzer stage 1220 is a bandpass spectrum of spatial frequencies immediately below the spectrum L 0 . The decimated low-pass output G 2 of the spectrum analyzer stage 1220 is supplied from its decimator 1222 as an input to the spectrum analyzer stage 1230. The bandpass spectrum L 2 one octave below Li is the high pass output of the spectrum analyzer stage 1230 due to its input signal G 2 . The spectral analyzer stage 1230 includes elements 1231,1,232,1233,1234,1235 and 1,236, respectively, corresponding to the elements 1221,1222,1223,1244,225 and 1226 of the spectrum analyzer stage 1220 except for the halved sampling rates.

Das dezimierte Tiefpaß-Ausgangssignal G3 der Spektralanalysatorstufe 1 230 wird von ihrer Dezimierschaltung 1 232 als Eingangssignal der nachfolgenden Spektralanalysatorstufe 1240 zugeführt. Das Bandpaßspektrum L3 eine Oktave unterhalb von L2 ist das Hochpaß-Ausgangssignal der Spektralanalysatorstufe 1240 aufgrund ihres Eingangssignal G3. Die Spektralanalysatorstufe 1240 enthält Elemente 1241,1242,1243,1244,1245 bzw. 1246 entsprechend den Elementen 1231, 1232,1233,1234,1235 und 1236 der Spektralanalysatorstufe 1230, mit Ausnahme der halbierten Abtastraten. Das dezimierte Tiefpaß-Ausgangssignal G4 der Spektralanalysatorstufe 1240 wird von ihrer Dezimierschaltung 1242 als Eingangssignal der nächstfolgenden Spektralanalysatorstufe 1250 zugeführt. Das Bandpaßspektrum L4 eine Oktave unterhalb von L3 ist das Hochpaß-Ausgangssignal der Spektralanalysatorstufe 1250 aufgrund ihres Eingangssignals G4. Die Spektralanalysatorstufe 1 250 enthält Elemente 1 251,1 252,1 253,1 254,1 255 bzw. 1 256 entsprechend den Elementen 1 241, 1242,1243,1244,1245 und 1246 der Spektralanalysatorstufe 1240, mit Ausnahme der halbierten Abtastraten.The decimated low-pass output signal G 3 of the Spektralanalysatorstufe 1 230 is supplied from its decimator 1 232 as input to the subsequent Spektralanalysatorstufe 1240. The bandpass spectrum L 3 one octave below L 2 is the highpass output of the spectrum analyzer stage 1240 due to its input signal G 3 . Spectral analyzer stage 1240 includes elements 1241, 1224, 1224, 1224, 1245 and 1246, respectively, corresponding to elements 1231, 1232, 1323, 1234, 1235 and 1236 of spectral analyzer stage 1230, except for halved sampling rates. The decimated low-pass output G 4 of the spectrum analyzer stage 1240 is supplied from its decimator 1242 as an input to the next spectral analyzer stage 1250. The bandpass spectrum L 4 one octave below L 3 is the highpass output of the spectrum analyzer stage 1250 due to its input signal G 4 . Spectral analyzer stage 1 250 includes elements 1 251, 1 252, 1 253, 1 254, 1 255, and 1 256 corresponding to elements 1 241, 1242, 1224, 1224, 1224, 1245, and 1246 of spectrum analyzer stage 1240, except for halved sampling rates.

Das dezimierte Tiefpaß-Ausgangssignal G6 der Spektralanalysatorstufe 1250 wird von ihrer Dezimierschaltung 1 252 als Eingangssignal der nachfolgenden Spektralanalysatorstufe 1260 zugeführt. Das Bandpaßspektrum L5 eine Oktave unterhalb von L4 ist das Hochpaß-Ausgangssignal der Spektralanalysatorstufe 1260 aufgrund ihres Eingangssignals G5. Die Spektralanalysatorstufe 1 260 enthält Elemente 1 261,1 262,1 263,1 264,1 265 und 1 266 entsprechend den Elementen 1251,1 252, 1 253,1254,1255 und 1 256 der Spektralanalysatorstufe 1 250 mit Ausnahme der halbierten Abtastraten. Das dezimierte Tiefpaß-Ausgangssignal Gn, welches von der Dezimierschaltung der letzten Spektralanalysatorstufe geliefert wird, hierbei ist Gn G6, das von der Dezimierschaltung 1 262 der Spektralanalysatorstufe 1 260 geliefert wird, ist ein restliches Spektral-Tiefpaß-Ausgangssignal. Es dient als Grundlage für die Neusynthese der Signale durch Summierung interpolierter Spektralbandpaßsignale der späteren Spektralanalysatorstufen und des „Schlußstein"-Hochpaß-Spektralausgangssignals der anfänglichen Spektralanalysatorstufe. L0, L1, L2, L3, L4 und L5 sind zeitlich verschoben und werden mit zunehmenden Verzögerungsbeträgen geliefert. Das restliche Tiefpaßspektrum Gn (hier G6) folgt zeitlich dem letzten Bandpaßspektrum Ln-I (hier L5) mit entgegengesetzter Zeitverschiebung.The decimated low-pass output signal G 6 of the spectral analyzer stage 1250 is supplied from its decimator circuit 1 252 as an input to the subsequent spectral analyzer stage 1260. The bandpass spectrum L 5 one octave below L 4 is the highpass output of the spectrum analyzer stage 1260 due to its input signal G 5 . The spectral analyzer stage 1 260 includes elements 1 261.1 262.1 263.1 264.1 265 and 1 266 corresponding to the elements 1251.1 252, 1 253.1254, 12525 and 1 256 of the spectral analyzer stage 1 250 except halved sampling rates. The decimated low-pass output signal Gn supplied by the decimation circuit of the last spectrum analyzer stage, here G n G 6 , supplied by the decimator circuit 1 262 of the spectral analyzer stage 1 260, is a residual spectral low-pass output signal. It serves as the basis for the resynthesis of the signals by summing interpolated spectral bandpass signals of the later spectral analyzer stages and the "capstone" high pass spectral output signal of the initial spectral analyzer stage L 0 , L 1 , L 2 , L 3 , L 4 and L 5 are time shifted and become The remaining low-pass spectrum G n (here G 6 ) follows in time the last band-pass spectrum L n -I (here L 5 ) with an opposite time shift.

Wie hier beschrieben wird, erfordern die Verfahren der Signalsynthese aus Spektralkomponenten auch, daß die Spektralkomponenten L0, L1, L2, L3, L4 und L5 gegenseitig diese entgegengesetzte Zeitverschiebung haben. Vor der Beschreibung der Durchführung der Spektralanalyse und Synthese der daraus gewonnen Signale sei der Aufbau der Spektralanalysatorstufen genauer erläutert. Zunächst seien die anfänglichen zweidimensionalren Tiefpaßfilter beschrieben.As described herein, the methods of signal synthesis from spectral components also require that the spectral components L 0 , L 1 , L 2 , L 3 , L 4 and L 5 have this opposite time shift from each other. Before describing the performance of the spectral analysis and synthesis of the signals obtained therefrom, the structure of the spectral analyzer stages is explained in more detail. First, the initial two-dimensional low-pass filters are described.

Wie in der Filtertechnik bekannt ist, können zweidimensionale Filter nicht trennbarer Natur oder alternativ trennbarer Natur sein. Trennbare Filterung in der ersten und zweiten Dimension läßt sich durchführen, indem zunächst in einer ersten Richtung gefiltert wird, wobei ein erstes eindimensionales Filter benutzt wird, und dann in einer zweiten Richtung gefiltert wird, die rechtwinklig zur ersten Richtung verläuft, indem ein zweites eindimensionales Filter benutzt wird. Da die jeweiligen Tiefpaßfilter-Kennlinien zweier getrennt hintereinandergeschalteter eindimensionaler Filter, die ein trennbares zweidimensionales Tiefpaßfilter bilden, völlig unabhängig voneinander sind, kann also die Kern-oder Rumpffunktion und Struktur jedes dieser Tiefpaßfilter ähnlich derjenigen sein, wie sie im Zusammenhang mit den Figuren 2a und 2b und den Figuren 3 bis 11 beschrieben worden ist. Im Falle von Fernsehbildern, die aus dem Raster horizontaler Ablenkzeilen gebildet sind, sind die beiden rechtwinkligen Richtungen eines trennbaren Filters vorzugsweise die horizontale und vertikale Richtung. Verwendet man eine trennbare zweidimensionale Tiefpaßfilterung bei der Realisierung der Erfindung, dann lassen sich gewisse Vorteile bei der Durchführung der horizontalen Tiefpaßfilterung vor der vertikalen Tiefpaßfilterung erreichen, während man andere Vorteile erhält, wenn man die vertikale Tiefpaßfilterung vor der horizontalen Tiefpaßfilterung vornimmt. Nimmt man beispielsweise die horizontale Filterung und Dezimierung zuerst vor, dann reduziert sich die Anzahl der Bildelement-Abtastwerte pro horizontaler Ablenkzeile, welche durch die vertikale Kernfunktion während der nachfolgenden Vertikalfilterung zu verarbeiten ist, um die Hälfte. Nimmt man jedoch erst die vertikale Filterung vor, dann kann man dieselbe Verzögerungsstruktur benutzen, die erforderlich ist, um die relativ lange, für die Vertikalfilierung benötigte Verzögerung zu ergeben und auch um die jeweiligen Kompensationsverzögerungen (1 215,1 225,1235,1 245,1255 und 1265) für die Weiterbildung der jeweiligen Signale Go bis G5 zum positiven Anschluß jeder entsprechenden Subtrahierschaltung 1216,1226,1236,1246,1256 und 1266 der Stufen 1210, 1220,1230,1240,1250 und 1260 des in Fig. 12 gezeigten Spektralanalysators zu ergeben.As is known in the filter art, two-dimensional filters can not be separable nature or alternatively separable nature. Separable filtering in the first and second dimensions may be performed by first filtering in a first direction using a first one-dimensional filter and then filtering in a second direction perpendicular to the first direction by a second one-dimensional filter is used. Since the respective low-pass filter characteristics of two separate series-connected one-dimensional filters forming a separable two-dimensional low-pass filter are completely independent of each other, the core or trunk function and structure of each of these low-pass filters can be similar to those described in connection with FIGS. 2a and 2b and Figures 3 to 11 has been described. In the case of television images formed from the horizontal scan line grid, the two orthogonal directions of a separable filter are preferably the horizontal and vertical directions. Using separable two-dimensional low-pass filtering in the practice of the invention, certain advantages in performing horizontal low-pass filtering prior to vertical low-pass filtering can be achieved while providing other benefits when performing vertical low-pass filtering prior to horizontal low-pass filtering. For example, assuming horizontal filtering and decimation first, then the number of pixel samples per horizontal deflection line to be processed by the vertical kernel function during subsequent vertical filtering reduces by half. However, taking the vertical filtering first, one can use the same delay structure required to give the relatively long delay required for vertical fading and also by the respective compensation delays (1 215,12, 12, 12, 12, 12, 24). 1255 and 1265) for developing the respective signals Go to G 5 to the positive terminal of each respective subtracting circuit 1216, 1226, 1236, 1246, 1256 and 1266 of the stages 1210, 1220, 1230, 1240, 1250 and 1260 of the one shown in FIG To give spectral analyzer.

Die Gesamtfilteransprache (Verteilung der Eingangsproben in einer Positionsmatrix) trennbarer zweidimensionaler Raumfrequenzfilter kann quadratisch oder rechteckig im Querschnitt parallel zur Raumfrequenzebene sein. Jedoch können Filteransprachen nicht trennbarer Filter andere Querschnitte haben. Kreisförmige und elliptische Querschnitte sind von besonderem Interesse für die Filterung rasterabgetasteter Fernsehsignale, da Filteransprachen mit solchen Querschnitten zur Reduzierung übermäßiger diagonaler Auflösung in den Fernsehsignalen benutzt werden können. Die Gleichmäßigkeit der Bildauflösung in allen Richtungen ist wichtig beispielsweise in Fernsehsystemen, wo das Bild zwischen Kamera und Wiedergabevorrichtung verdreht wird.The overall filter response (distribution of the input samples in a position matrix) of a separable two-dimensional spatial frequency filter can be square or rectangular in cross section parallel to the spatial frequency plane. However, filter addresses of non-separable filters may have different cross sections. Circular and elliptical cross-sections are of particular interest for the filtering of raster-scanned television signals, since filtering approaches with such cross-sections can be used to reduce excessive diagonal resolution in the television signals. The uniformity of image resolution in all directions is important, for example, in television systems where the image is rotated between the camera and the player.

Nachstehend ist eine Matrix von Filtergewichten mit einem Muster angegeben, das eine Quadrantensymmetrie und ein lineares Phasenverhalten aufweist, Filtercharakteristika, die besonders geeignet zur Verwendung als die 2-D-Tiefpaßfilter 1211,1221, 1231,1241,1 251 bzw. 1 261 und die 2-D-Tiefpaßfilter 1214,1224,1 234,1 244,1 254 und 1 264 nach Fig. 12 eignen. ABCBAGiven below is a matrix of filter weights with a pattern having quadrant symmetry and linear phase behavior, filter characteristics particularly suitable for use as the 2-D low pass filters 1211, 1221, 1231, 1241, 1251, 251, and 1261, respectively 2-D low pass filters 1214, 1224, 1, 234, 1, 24, 1, 25, 1 and 264 of FIG. 12 are suitable. ABCBA

Eine Kernfunktionsmatrix mit diesem Muster von Gewichtsfaktoren verarbeitet ihrerseits jeden von aufeinanderfolgenden Bildabtastwerten, wobei jeder Bildabtastwert bei der Verarbeitung in seiner Position einem zentral gelegenen Gewichtsfaktor J der Matrix entspricht. In einem Tiefpaßfilter hat der Gewichtsfaktor J den relativ höchsten Größenwert, und jeder der anderen Gewichtsfaktoren hat einen Größenwert, der zunehmend kleiner wird, je weiter er von der Mittelposition weg liegt. Daher haben die Gewichtsfaktoren A in den Ecken den niedrigsten Größenwert.A kernel function matrix having this pattern of weighting factors, in turn, processes each of successive image samples, each image sample, when processed, corresponding in position to a centrally located weighting factor J of the matrix. In a low-pass filter, the weighting factor J has the relatively highest magnitude value, and each of the other weighting factors has a magnitude value which becomes progressively smaller the farther it is from the center position. Therefore, the weighting factors A in the corners have the lowest size value.

Im Falle eines nicht trennbaren zweidimensionalen Filters sind die spezifischen gewählten Werte der Pegelgrößen von A, B, C, D, E, F, G, H und J völlig unabhängig voneinander. Im Falle eines zweidimensionalen trennbaren Filters ergeben sich die Pegelgrößen der Gewichtsfaktoren jedoch aus dem Kreuzprodukt der jeweiligen Werte der horizontalen und vertikalen eindimensionalen Kerngewichtsfaktoren, und die jeweiligen Werte A, B, D, D, E, F, G, H und J sind nicht völlig unabhängig voneinander.In the case of a non-separable two-dimensional filter, the specific values chosen for the level sizes of A, B, C, D, E, F, G, H and J are completely independent. However, in the case of a two-dimensional separable filter, the level sizes of the weighting factors are the cross product of the respective values of the horizontal and vertical one-dimensional core weighting factors, and the respective values A, B, D, D, E, F, G, H and J are not complete independently of each other.

Eine Anordnung zur Synthetisierung eines elektrischen Signals aus Komponentenspektren, wie sie generell in Fig. 13 gezeigt ist, ist von Bedeutung für die Erfindung. Die Spektralkomponenten G6', L5', L4', L3', L2', L1'und L0'sind Ausgangssignale ihrer nicht mit Strich versehenen Gegenstücke, die vom Spektralanalysator nach Fig. 12 geliefert werden. Die Spektralkomponenten L0, L1, L2, L3r L4/ G6 und L5 werden zeitlich zunehmend später von dem Spektralanalysator nach Fig. 12 geliefert und müssen differentiell verzögert werden, um G0', L5', L4', L3', L2', L1', und L0' zunehmend später für die Signalsynthetisierschaltung nach Fig. 13 zu liefern.An arrangement for synthesizing an electrical signal from component spectra, as generally shown in Fig. 13, is important to the invention. The spectral components G 6 ', L 5 ', L 4 ', L 3 ', L 2 ', L 1 ' and L 0 'are outputs of their non-primed counterparts supplied by the spectrum analyzer of FIG. The spectral components L 0 , L 1 , L 2 , L 3 r L 4 / G 6 and L 5 are supplied later in time increasingly from the spectrum analyzer of FIG. 12 and must be differentially delayed to G 0 ', L 5 ', L 4 ', L 3 ', L 2 ', L 1 ', and L 0 'increasingly later for the signal synthesizing circuit of FIG.

Fig. 13 zeigte eine Signalsynthetisierschaltung mit einer Mehrzahl aufeinanderfolgenden Signalsynthesestufen 1360,1365, 1370,1375,1380,1385. Bei der Verwendung zur Interpolation expandiert jede Stufe die Abtastwertmatrix einer Spektralkomponente, so daß sie die gleiche Ausdehnung wie die in der Raumfrequenz nächsthöhere Spektralkomponente hat, so daß sie zuFig. 13 shows a signal synthesizing circuit having a plurality of consecutive signal synthesis stages 1360, 1365, 1370, 1375, 1330, 1385. When used for interpolation, each stage expands the sample matrix of a spectral component to have the same extent as the next highest spectral component in the spatial frequency, such that it increases

DD Ee FF Ee GG HH JJ HH DD Ee FF Ee AA BB CC BB

dieser Spektralkomponete addiert werden kann. Die Expansion der Abtastwertmatrix erfolgt durch Verschachtelung der Abtastpunkte in der Matrix mit Nullen und Tiefpaßbildung des Ergebnisses zur Entfernung von Oberwellenstrukturen. Die Tiefpaßbildung hat vorzugsweise dieselbe Filtercharakteristik wie die Tiefpaßfilterung beim entsprechenden Interpolationsvorgang im Spektralanalysator nach Fig. 12.this spectral component can be added. The expansion of the sample matrix is done by interleaving the sample points in the matrix with zeros and lowpassing the result to remove harmonic structures. The low-pass formation preferably has the same filter characteristic as the low-pass filtering in the corresponding interpolation process in the spectrum analyzer according to FIG. 12.

Die Tiefpaßfilterung bei der Interpolation in der Signalsynthetisierschaltung unterdrückt Oberwellen der durch nichtlineare Verarbeitung veränderten Signale Gn oder Lk, die in den Veränderungsschaltungen auftreten können (wie sie im Zusammenhang mit Fig.3 beschrieben sind), welche zwischen den Spektralanalysator nach Fig. 12 und die Synthetisierschaltung nach Fig. 13 eingefügt sind. Solche nichtlinearen Vorgänge verursachen sichtbare Aliasing-Fehler im synthetisierten Biidgemisch, wenn nicht die Tiefpaßfilterung durch die Interpolationsprozesse erfolgt, welche bei der Signalsynthese vorgenommen werden. Bei der Synthetisierschaltung nach Fig. 13 werden zwischen die Abtastwerte des Tiefpaßspektrums G6' in der Expansionsschaltung 1361 Nullen eingefügt, und dann werden sie durch das zweidimensionale Tiefpaß-Raumfrequenzfilter 1362 geschickt, das ähnlich dem Filter 1265 beim Spektrumsanalysator nach Fig. 12 ist. Die Abtastwerte des Ausgangssignals des Filters 1362 werden in einer Addierschaltung 1363 zu Abtastwerten von L5' zu einem Signal G5' addiert, welches ähnlich oder identisch mit dem hypothetischen zeitlich verzögerten Abbild von G5 ist. Dann werden die Abtastwerte G5' in der Expansionsschaltung 1366 mit Nullen verschachtelt. Dieses Signal wird durch das Tiefpaßfilter 1367 geschieht, welches ähnlich dem Tiefpaßfilter 1 254 nach Fig.12 ist, und in einer Addierschaltung 1 368 zu L4' addiert, wobei G4' entsteht, welches gleich oder identisch mit einem zeitlich verzögerten Abbild von G4 ist. Die Abtastwerte von G4' werden in der Expansionsschaltung 1 371 mit Nullen verschaltet und das Ergebnis wird in einem Filter 1 372, welches ähnlich dem Filter 1 244 in Fig. 12 ist, tiefpaßgefiltert. Das Ausgangssignal des Filters 1372 wird in einer Addierschaltung 1373 zu L3' addiert und das entstehende Signal G3' ist ähnlich oder identisch mit einem verzögerten Abbild von G3. Die Abtastwerte von G3' werden in der Expansionsschaltung 1376 mit Nullen verschachtelt, und das Ergebnis wird in einem Filter 1377, welches ähnlich dem Filter 1234 in Fig. 12 ist, tiefpaßgefiltert. Das Ausgangssignal des Filters 1377 wird in einer Addierschaltung 1378 zu L2' addiert, wobei G2' entsteht, welches ähnlich oder identisch einem verzögerten Abbild von G2 ist. In einer Expansionsschaltung 1381 werden Nullen zwischen die Abtastwerte G2 eingefügt, und das Ergebnis wird in einem Filter 1382 tiefpaßgefiltert. Das Ausgangssignal des Filters 1382 wird in einer Addierschaltung 1383 zu L/ addiert, wobei Gi' entsteht, welches ähnlich oder gleich Gi mit Verzögerung ist. Die Abtastwerte von G/werden zur Interpolation einer Expansionsschaltung 1386 und einem Tiefpaßfilter 1387, welches ähnlich dem Filter 1214 nach Fig. 12 ist, zugeführt. Das Ausgangssignal des Filters 1387 wird in einer Addierschaltung 1388 mit L0' zu Go' addiert, dem synthetisierten Signal, welche dasselbe Bild, möglicherweise mit Änderungen, wiedergibt, welches durch G0 beschrieben wird. Während die zweidimensionale Realisierung der Erfindung sich besonders für die Bildverarbeitung des Raumfrequenzspektrums von Bildern in Realzeit eigent, so versteht es sich, daß die zweidimensionale Information, aufweiche sich die Erfindung bezieht, nicht auf das Raumfrequenzspektrum zweidimensionaler Bilder beschränkt ist. Beispielsweise kann eine der beiden Dimensionen der Raumfrequenzinformation und die andere der beiden Dimensionen einer Zeitfrequenzinformation entsprechen.The low pass filtering in the interpolation in the signal synthesizing circuit suppresses harmonics of the nonlinear processing signals Gn or Lk which may occur in the varying circuits (as described in connection with Fig. 3) between the spectrum analyzer of Fig. 12 and the synthesizing circuit are inserted according to FIG. 13. Such non-linear processes cause visible aliasing errors in the synthesized composite video unless the low-pass filtering is performed by the interpolation processes performed in the signal synthesis. In the synthesizing circuit of Fig. 13, zeros are inserted between the samples of the low-pass spectrum G 6 'in the expansion circuit 1361, and then passed through the two-dimensional low-pass spatial frequency filter 1362, which is similar to the filter 1265 in the spectrum analyzer of Fig. 12. The samples of the output of filter 1362 are added in an adder 1363 to samples of L 5 'to a signal G 5 ' which is similar or identical to the hypothetical time-delayed image of G 5 . Then the samples G 5 'in the expansion circuit 1366 are nested with zeros. This signal is passed through the low-pass filter 1367, which is similar to the low-pass filter 1 254 of FIG. 12, and added to L4 'in an adder 1 368, producing G4' which is the same or identical to a delayed-lag image of G4. The samples of G4 'are zeroed in expansion circuit 1 371, and the result is low pass filtered in a filter 1 372, which is similar to filter 1 244 in FIG. The output of the filter 1372 is added to L 3 'in an adder 1373 and the resulting signal G3' is similar or identical to a delayed image of G3. The samples of G3 'are interleaved with zeros in expansion circuit 1376, and the result is low-pass filtered in a filter 1377, which is similar to filter 1234 in FIG. The output of filter 1377 is added to L 2 'in adder 1378 to produce G 2 ', which is similar or identical to a delayed image of G 2 . In an expansion circuit 1381, zeros are inserted between the samples G 2 , and the result is low-pass filtered in a filter 1382. The output of the filter 1382 is added to L / in an adder 1383, giving Gi 'which is similar or equal to Gi with delay. The samples of G / are applied to interpolate an expansion circuit 1386 and a low pass filter 1387, which is similar to the filter 1214 of FIG. The output of filter 1387 is added in an adder 1388 with L 0 'to Go', the synthesized signal representing the same image, possibly with changes, which is described by G 0 . While the two-dimensional implementation of the invention is particularly useful for image processing of the spatial frequency spectrum of images in real time, it should be understood that the two-dimensional information to which the invention relates is not limited to the spatial frequency spectrum of two-dimensional images. For example, one of the two dimensions of the spatial frequency information and the other of the two dimensions may correspond to a time frequency information.

Weiterhin eignet sich die Erfindung zur Analyse des Realzeit-Frequenzspektrums von Informationen, die durch mehr als zwei Dimensionen definiert sind. Im Falle einer dreidimensionalen Information können beispielsweise alle drei Dimensionen Rauminformationen entsprechen, oder alternativ können zwei der Dimensionen Raumfrequenzen entsprechen, während die dritte Dimension einer Zeitinformation entspricht. Von Interesse ist in diesem Zusammenhang eine Bildverarbeitungseinrichtung, die auf das Auftreten von Bewegung in einem wiedergegebenen Fernsehbild reagiert. In diesem Fall bleibt das Raumfrequenzspektrum des wiedergegebenen Bildes, das den stationären Gegenständen entspricht, von Videovollbild zu Vollbild der Videoinformation dasselbe, während der Teil des Raumfrequenzspektrums des Wiedergabebildes, der bewegten Objekten entspricht, sich von Vollbild zu Vollbild der Bildinformation verändert. Ein Spektralanalysator gemäß der Erfindung kann auch bei solchen Bildverarbeitungseinrichtungen verwendet werden, die 3-D-Tiefpaßfilter benutzen. Zwei der drei Dimensionen dieser Tiefpaßfilter sind räumlich und entsprechen zwei Raumdimensionen der zwei Tiefpaßfilter in jeder Stufe des zweidimensionalen Spektralanalysators nach Fig. 12. Die dritte Dimension ist zeitlich und entspricht den Feinstrukturcharakteristika des dreidimensionalen Spektrums aufgrund von Änderungen, die durch die Bewegung von Objekten in den Werten der Amplitudenpegel der entsprechenden Bildelemente des Wiedergabebildes von Vollbild zu Vollbild verursacht werden.Furthermore, the invention is suitable for analyzing the real time frequency spectrum of information defined by more than two dimensions. For example, in the case of three-dimensional information, all three dimensions may correspond to spatial information, or alternatively, two of the dimensions may correspond to spatial frequencies while the third dimension corresponds to time information. Of interest in this context is an image processing device that responds to the occurrence of motion in a reproduced television picture. In this case, the spatial frequency spectrum of the reproduced image corresponding to the stationary objects remains the same from video frame to frame of the video information, while the part of the spatial frequency spectrum of the reproduced picture corresponding to moving objects changes from frame to frame of the picture information. A spectrum analyzer according to the invention may also be used in such image processing equipment using 3-D low pass filters. Two of the three dimensions of these low-pass filters are spatial and correspond to two spatial dimensions of the two low-pass filters in each stage of the two-dimensional spectrum analyzer of Figure 12. The third dimension is temporal and corresponds to the fine structure characteristics of the three-dimensional spectrum due to changes caused by the movement of objects in the three-dimensional spectrum Values of the amplitude levels of the respective picture elements of the playback picture from frame to frame.

Bei der vorstehenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist angenommen worden, daß das zeitliche Signal Go ein Basisbandsignal mit einem Frequenzspektrum ist, welches Information einer oder mehrerer Dimensionen definiert. Bekanntermaßen wird solche Basisbandinformation häufig in Frequenzmultiplexformat übertragen, wobei die Basisbandinformation durch die Seitenbänder einer Trägerfrequenz dargestellt wird, welche mit einer Basisbandinformationskomponente moduliert ist. Durch Verwendung geeigneter Modulatoren und Demodulatoren bezüglich der Übertragungseinrichtungen 100-1 ...100-N aus Fig. 1 können Go und/oder irgendeines der Signale G1...Gn und/oder irgendeines der Signale L0... Ln _i Frequenzmultiplexsignalesein.In the above description of embodiments of the invention, it has been assumed that the temporal signal Go is a baseband signal having a frequency spectrum which defines information of one or more dimensions. As is known, such baseband information is often transmitted in frequency division multiplex format, the baseband information being represented by the sidebands of a carrier frequency modulated with a baseband information component. By using suitable modulators and demodulators with respect to the transmitters 100-1 ... 100-N of Fig. 1, Go and / or any of the signals G 1 ... Gn and / or any of the signals L 0 ... Ln _i may be frequency division multiplexed ,

Der Ausdruck „Schieberegister" ist in den Ansprüchen für Einrichtungen verwendet, welche die äquivalente Funktion ausführen, also beispielsweise ein seriell einzuspeichernder und auszulesender Speicher.The term "shift register" is used in the claims for devices that perform the equivalent function, such as a memory to be serially stored and read out.

Claims (40)

(1) das einzige zeitliche Signal durch einen bestimmten Strom von Informationskomponenten-Abtastwerten gebildet wird, welche das Frequenzspektrum der Information definiert, die eine gegebene Anzahl von Dimensionen mit einer speziellen Abtastwertdichte in jeder dieser Dimensionen hat,(1) the single temporal signal is formed by a particular stream of information component samples defining the frequency spectrum of the information having a given number of dimensions with a particular sample density in each of these dimensions, 1. Signalverarbeitungseinrichtung zur Analysierung des Frequenzspektrums einer Informationskomponente (Go) eines gegebenen zeitlichen Signals in (N + 1) getrennte Frequenzbänder, wobei diese Komponente einer Information mit einer gegebenen Anzahl von Dimensionen entspricht und N eine ganze Zahl größer als Eins ist und die höchste interessierende Frequenz in dem Frequenzspektrum nicht größer als eine Frequenz fo ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Analysierung des Frequenzspektrums in verzögerter Realzeit die Einrichtung eine Pipeline-Struktur (Figuren 1,1 a, 1 b) mit einem Satz von N reihenfolgemäßig angeordneten Übertragungseinrichtungen (100-1 ...100 N) für das abgetastete Signal enthält, daß jede der Übertragungseinrichtungen (Fig. 1 a) einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß sowie einen ersten und zweiten Ausgangsanschluß hat,Signal processing means for analyzing the frequency spectrum of an information component (Go) of a given temporal signal into (N + 1) separate frequency bands, said component corresponding to information having a given number of dimensions, and N is an integer greater than one and the highest one of interest Frequency in the frequency spectrum is not greater than a frequency f o , characterized in that for analyzing the frequency spectrum in real time delayed real time, the device a pipeline structure (Figures 1,1 a, 1 b) with a set of N arranged according to the train transmission facilities (100 -1 ... 100 N) for the sampled signal, that each of the transmission means (Figure 1 a) has first and second input terminals and first and second output terminals, daß dem ersten Eingangsanschluß der ersten Übertragungseinrichtung des Satzes das gegebene zeitliche Signal (G0) zugeführt wird,that the given time signal (G 0 ) is supplied to the first input terminal of the first transmission device of the set, daß der erste Eingangsanschluß je einer der zweiten bis N-ten Übertragungseinrichtung des Satzes mit dem ersten Ausgangsanschluß der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes gekoppelt ist zur Weiterleitung eines Signals (G1, G2 etc.) von je einer der Übertragungseinrichtungen zur unmittelbar nachfolgenden Übertragungseinrichtung des Satzes,in that the first input terminal of each of the second to Nth transmission means of the set is coupled to the first output terminal of the immediately preceding transmission means of the set for forwarding a signal (G 1 , G 2 , etc.) from either one of the transmission means to the immediately subsequent transmission means of the set . daß dem zweiten Eingangsanschluß jeder der Übertragungseinrichtungen des Satzes ein separater Abtastfrequenztakt (CL 1, CL2, etc.) zugeführt wird, um am ersten und zweiten Ausgang dieser Übertragungseinrichtung Signale abzuleiten, die mit einer Rate abgetastet sind, die gleich der Abtastfrequenz des ihr zugeführten Taktes ist, daß jede der Übertragungseinrichtungen des Satzes für die Informationskomponente eine Tiefpaß-Übertragungsfunktion zwischen ihrem ersten Eingangsanschluß und ihrem ersten Ausgangsanschluß aufweist und daß die Tief paßfunktion dieser Übertragungseinrichtung des Satzes mit einer nominellen Grenzfrequenz gewählt ist, die eine direkte Funktion der Abtastfrequenz des dem zweiten Eingangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführten Taktes ist, daß der dem zweiten Eingangsanschluß der ersten Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführte Takt eine Abtastfrequenz hat, die (a) zweimal so groß wie f0 ist und (b) für die Übertragungskomponente eine nominelle Grenzfrequenz der Tiefpaß-Übertragungsfunktion der ersten Übertragungseinrichtung des Satzes ergibt, die kleiner als f0 ist, daß der dem zweiten Eingangsanschluß jeder der zweiten bis N-ten Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführte Takt eine Abtastfrequenz hat, die (a) kleiner als die dem zweiten Eingangsanschluß der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes ist, (b) mindestens gleich zweimal der Maximalfrequenz der Informationskomponente des dem ersten Eingangsanschluß zugeführten Signals ist und (c) eine nominelle Grenzfrequenz für ihre Tiefpaßübertragungsfunktion ergibt, die kleiner als diejenige der ihr unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes ist,a separate sampling frequency clock (CL 1, CL 2, etc.) is supplied to the second input terminal of each of the transmission means of the set for deriving at the first and second outputs of said transmission means signals sampled at a rate equal to the sampling frequency of the clock supplied thereto in that each of the transmission means of the information component set has a lowpass transfer function between its first input terminal and its first output terminal, and that the low pass function of that set of nominal set point transmission means is a direct function of the sampling frequency of the second input terminal The clock supplied to this transmission means of the set is that the clock supplied to the second input terminal of the first transmission means of the set has a sampling frequency which is (a) twice as large as f 0 and (b) for the carry component gives a nominal cut-off frequency of the low-pass transfer function of the first transmission means of the set smaller than f 0 , that the clock supplied to the second input terminal of each of the second to N-th transmission means of the set has a sampling frequency which is (a) less than (b) is at least twice the maximum frequency of the information component of the signal applied to the first input terminal and (c) gives a nominal cutoff frequency for its low pass transfer function smaller than that of its immediately preceding transmission means of the Sentence is, und daß die Informationskomponente des am zweiten Ausgangsanschluß jeder der Übertragungseinrichtungen des Satzes abgeleiteten Signals der Differenz zwischen der Informationskomponente des ihrem ersten Eingangsanschiuß zugeführten Signals und einer direkten Funktion der an ihrem ersten Ausgangsanschluß abgeleiteten Informationskomponente des Signals ist, derart, daß die N jeweiligen Signale an den zweiten Ausgangsanschlüssen der N-Übertragungseinrichtungen zusammen mit dem Signal am ersten Ausgangsanschluß der N-ten Übertragungseinrichtung (N + 1) getrennte Frequenzbänder einnehmen.and in that the information component of the signal derived at the second output terminal of each of the transmission means of the set is the difference between the information component of the signal applied to its first input terminal and a direct function of the information component of the signal derived at its first output terminal, such that the N respective signals are applied to the signal second output terminals of the N-transmitting devices together with the signal at the first output terminal of the N-th transmission device (N + 1) occupy separate frequency bands. (2) das erste (Lo) des reihenfolgemäßig angeordneten Satzes von N getrennten Signalen durch einen Strom von Informationskomponenten-Abtastwerten gebildet wird, welche einen oberen Teil des Frequenzspektrums der Information definieren mit einer Abtastdichte, die im wesentlichen dieselbe wie die spezielle Abtastwertdichte in jeder der Dimensionen ist,(2) forming the first (Lo) of the series of N distinct signals arranged in order by a stream of information component samples which define an upper portion of the frequency spectrum of the information at a sampling density substantially the same as the particular sample density in each of Dimensions is, 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem zweiten Eingangsanschluß jeder der zweiten bis N-ten Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführte Takt eine Abtastfrequenz relativ zur Abtastfrequenz des dem zweiten Eingangsanschluß der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführten Takt hat, daß jede Dimension der ihrem ersten Eingang zugeführten Informationskomponente des Signals mit der halben Rate abgetastet wird wie diejenige, mit welcher die entsprechende Dimension der Informationskomponente des dem ersten Anschluß der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes abgetastet wird.2. A device according to claim 1, characterized in that the clock supplied to the second input terminal of each of the second to Nth transmission means of the set has a sampling frequency relative to the sampling frequency of the clock fed to the second input terminal of the immediately preceding transmission means of the set The information component of the signal supplied to its first input is sampled at half the rate as that with which the corresponding dimension of the information component of the first terminal of the immediately preceding transmission means of the set is sampled. (3) jedes der zweiten bis (N-1)-ten der N getrennten Signale (L1 ...L5) des reihenfolgemäßig angeordneten Satzes durch einen Strom von Informationskomponenten-Abtastwerten gebildet wird, welche einen individuellen Teil des Frequenzspektrums der Information in jeder ihrer Dimensionen definiert, der unterhalb desjenigen der entsprechenden Dimension des Spektrums dieses Teils liegt, welches durch das unmittelbar vorangehende getrennte der Signale des Satzes definiert wird und oberhalb der entsprechenden Dimension des Spektrums dieses Teils liegt, welches von dem unmittelbar nachfolgenden getrennten Signal dieses Satzes definiert ist,(3) each of the second through the (N-1) th of the N separate signals (L 1 ... L 5 ) of the sequence arranged in sequence is formed by a stream of information component samples representing an individual part of the frequency spectrum of the information in defines each of its dimensions which is below that of the corresponding dimension of the spectrum of that part, which is defined by the immediately preceding separation of the signals of the set and above the corresponding dimension of the spectrum of that part which defines from the immediately following separate signal of that set is 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem zweiten Eingangsanschluß jeder der zweiten bis N-ten Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführte Takt eine Abtastfrequenz relativ zur Abtastfrequenz des dem zweiten Eingangsanschluß der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes zugeführten Taktes hat, daß sich eine nominelle Grenzfrequenz ihrer Tiefpaßfunktion für jede Dimension der Informationskomponente des ihrem ersten Eingangsanschluß zugeführten Signals ergibt, die im wesentlichen halb so groß wie die nominelle Grenzfrequenz ist, die sich für die entsprechende Dimension dieser Informationskomponente durch die Tiefpaß-Übertragungsfunktion der unmittelbar vorangehenden Übertragungseinrichtung des Satzes ergibt, und daß die Informationskomponente des am zweiten Ausgangsanschluß jeder der Übertragungseinrichtung des Satzes abgeleiteten Signals in jeder ihrer Dimensionen einer anderen Oktave des Frequenzspektrums der Informationskomponente des gegebenen zeitlichen Signals in dieser Dimension entspricht.3. A device according to claim 2, characterized in that the clock supplied to the second input terminal of each of the second to Nth transmission means of the set has a sampling frequency relative to the sampling frequency of the clock fed to the second input terminal of the immediately preceding transmission means of the set to have a nominal Limit frequency of their low-pass function for each dimension of the information component of the signal supplied to its first input terminal, which is substantially half of the nominal cutoff frequency, which results for the corresponding dimension of this information component by the low-pass transfer function of the immediately preceding transmission means of the set, and in that the information component of the signal derived at the second output terminal of each of the transmission means of the set is in each of its dimensions of another octave of the frequency spectrum of the information component of the given temporal signal in this dimension. (4) der Strom von Informationskomponenten-Abtastwerten, der jedem der zweiten bis (N-1)-ten der N getrennten Signale (L1... L5) des reihenfolgemäßig angeordneten Satzes entspricht, eine Abtastwertdichte für jede seiner eigenen Informationsdimensionen hat, die kleiner als die Abtastwertdichte der entsprechenden Informatinsdimension des Stroms von Informationskomponenten-Abtastwerten, die seinem unmittelbar vorangehenden separaten Signal dieses Satzes entspricht,(4) the stream of information component samples corresponding to each of the second through (N-1) th of the N separate signals (L 1 ... L 5 ) of the ordered set has a sample density for each of its own information dimensions, less than the sample density of the corresponding information dimension of the stream of information component samples corresponding to its immediately preceding separate signal of that set, 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebene zeitliche Signal ein Analogsignal ist, welches eine Informationskomponente entsprechend einer eindimensionalen Information aufweist.4. Device according to claim 1, characterized in that the given temporal signal is an analog signal having an information component corresponding to a one-dimensional information. (5) die jeweiligen Ströme der Informationskomponenten-Abtastwerte mit vorbestimmter zeitlicher Verschiebungsbeziehung zueinander auftreten,(5) the respective streams of the information component samples occur with a predetermined temporal shift relationship to one another, und daß die Einrichtung (Fig.3) eine Gruppe von (N-1) Kombinationsschaltungen (363-353) für abgetastete Signale enthalten, von denen jede (z. B. 363,362) einzeln jeweils einem (beispielsweise L0) der ersten bis (N-1 )-ten reihenfolgemäßigen Signale (L0-L5) des Satzes separater Signale zur Kombinierung desjenigen reihenfolgemäßigen Signals (beispielsweise L0) des Satzes separater Signale, welches der Kombinationsschaltung zugeordnet ist, mit der kumulativen Gesamtheit (beispielsweise G-i) all derjenigen separaten Signale (beispielsweise L1, L2...GiI), die dem reihenfolgemäßig einen separaten Signal des Satzes folgen,and in that said means (Fig. 3) comprise a set of (N-1) sampled signal combining circuits (363-353) each of which (e.g., 363, 362) are individually connected to one (e.g., L 0 ) of the first to ( N-1) -th order sequence signals (L 0 -L 5 ) of the set of separate signals for combining that order-following signal (e.g., L 0 ) of the set of separate signals associated with the combining circuit with the cumulative set (e.g., Gi) of all those separate signals (for example L 1 , L 2 ... GiI) which follow a separate signal of the sentence in line with the sequence, und daß jede der Kombinationsschaltungen (beispielsweise 362,361), welche dem ersten (L0) und dem (N-2)-ten (L4) reihenfolgemäßigen Signal des Satzes getrennter Signale zugeordnet sind, eine Addierschaltung (beispielsweise 363), eine erste Anordnung (beispielsweise 340) zur Weiterleitung ihres zugehörigen reihenfolgemäßig separaten Signals als erstes Eingangssignal zur Addierschaltung, und eine zweite Anordnung (beispielsweise 362) zur Weiterleitung des Ausgangssignals der Addierschaltung (beispielsweise 361) der Kombinationsschaltung (beispielsweise 361), welche demjenigen separaten Signal (beispielsweise G-i) zugeordnet ist, das seinem reihenfolgemäßig separaten Signal unmittelbar folgt, als zweites Eingangssignal zu ihrer Addierschaltung mit derselben Abtastwertdichte, wie sie ihr reihenfolgemäßig separates Signal hat, enthält,and in that each of the combination circuits (for example, 362, 361) associated with the first (L 0 ) and the (N-2) th (L 4 ) order-related signal of the set of separate signals comprises an adder circuit (eg 363), a first arrangement ( for example, 340) for forwarding its associated series-separated signal as the first input signal to the adder circuit, and a second device (eg, 362) for forwarding the output of the adder circuit (eg, 361) of the combiner circuit (eg, 361) associated with that separate signal (eg, Gi) which immediately follows its sequence-specific separate signal as a second input signal to its adder circuit with the same sample density, as it has their separate sequence according to the sequence, daß die Kombinationsschaltung (353,352), die dem (N-1)-ten separaten Signal (L5) des Satzes zugeordnet ist, eine Addierschaltung (353), die erste Anordnung (350) zur Zuführung des (N-1 )-ten separaten Signals als erstes Eingangssignal zu ihrer Addierschaltung, und eine dritte Anordnung (352) zur Zuführung des N-ten separaten Signals (GiI) als zweites Eingangssignal zu ihrer Addierschaltung (353) mit derselben Abtastwertdichte wie sie das (N-1)-te separate Signal hat, enthält, undin that the combining circuit (353, 352) associated with the (N-1) th separate signal (L 5 ) of the set comprises an adder circuit (353), the first arrangement (350) for feeding the (N-1) th separate one Signal as the first input to its adder, and a third arrangement (352) for supplying the Nth separate signal (GiI) as a second input to its adder (353) having the same sample density as the (N-1) th separate signal has, contains, and daß die jeweils erste Anordnung (340,341 etc.), die jeweils zweite Anordnung (362,360 etc.) und die dritte Anordnung der (N-1) Kombinierschaltungen der Gruppe jeweils vorbestimmte Beträge zeitlicher Verzögerung bei der Weiterleitung der zeitlich verschobenen separaten Signale des Satzes einfügen, derart, daß für jede der jeweiligen (N-1) Kombinationsschaltungen entsprechende Informationsabtastwerte der jeweiligen Ströme von Informationskomponenten-Abtastwerten am ersten Eingang und am zweiten Eingang ihrer Addierschaltung im wesentlichen zeitlich koinzident zueinander auftreten, so daß das synthetisierte einzige zeitliche Signal am Ausgang der Addierschaltung der dem ersten separaten Signal des Satzes zugeordneten Kombinationsschaltung auftritt.the respective first arrangement (340, 341, etc.), the second arrangement (362, 360, etc.), and the third arrangement of the (N-1) combining circuits of the group respectively insert predetermined amounts of time delay in forwarding the time-shifted separate signals of the set, such that for each of the respective (N-1) combination circuits, corresponding information samples of the respective streams of information component samples at the first input and the second input of their adder circuit coincide substantially in time so that the synthesized single time signal at the output of the adder circuit the first separate signal of the set associated with combination circuit occurs. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebene zeitliche Signal ein Videosignal ist, welches eine zweidimensionale Bildinformation definiert.5. A device according to claim 1, characterized in that the given temporal signal is a video signal which defines a two-dimensional image information. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal aufeinanderfolgenden Vollbildern abgetasteter Fernsehbilder entspricht.6. Device according to claim 5, characterized in that the video signal corresponds to successive frames of scanned television images. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Übertragungseinrichtungen (10Oa-K, 10Ob-K in den Fig. 1 a und 1 b) des Satzes aufweist:7. Device according to claim 1, characterized in that each of the transmission means (10Oa-K, 10Ob-K in Figs. 1 a and 1 b) of the sentence comprises: eine mit dem ersten und zweiten Eingangsanschluß und einem ersten Ausgangsanschluß der einen Übertragungseinrichtung zur Bildung einer Tiefpaß-Übertragungsfunktion dieser Übertragungseinrichtung gekoppelte erste Anordnung (102,104), die ein Faltungsfilter (102) mit m-Abgriffen enthält, wobei m eine gegebene ganze Zahl größer als Eins ist, zur Faltung der Informationskomponente des dem ersten Eingangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung zugeführten Signals mit einer vorbestimmten Kernfunktion bei einer Abtastfrequenz, die derjenigen des dem zweiten Eingangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung zugeführten Signals entspricht, wobei die Kernfunktion und die Abtastfrequenz des Faltungsfilters dieser Übertragungseinrichtungen die Form bzw. Grenzfrequenz der Tiefpaßübertragungsfunktion dieser Übertragungseinrichtung in jeder Dimension der Informationskomponente bestimmen,a first array (102, 104) coupled to said first and second input ports and a first output port of said one transmission means for forming a low-pass transfer function of said transmission device, comprising an m-tap convolution filter (102), where m is a given integer greater than one for convolving the information component of the signal supplied to the first input terminal of this transmission device with a predetermined core function at a sampling frequency equal to that of the signal applied to the second input port of that transmission device, the kernel function and the sampling frequency of the convolution filter of these transmission devices being the shape or cutoff frequency of the Determine the low-pass transfer function of this transfer device in each dimension of the information component, und eine zur Ableitung des Differenzsignals am zweiten Ausgangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung mit der ersten Anordnung und dem zweiten Eingangsanschluß sowie dem zweiten Ausgangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung gekoppelte zweite Anordnung (109,110), die eine Abtastwertsubstrahiereinrichtung (110) und eine Verzögerungseinrichtung (106,108,109 Fig. 1 a; 109 Figuren 1 b und 1 c) aufweisende dritte Anordnung enthält, um die Abtastwertsubtrahiereinrichtung über die Verzögerungseinrichtung mit der ersten Anordnung zu koppeln, daß die Abtastwertsubtrahiereinrichtung in zeitlicher Ausrichtung mit der Abtastfrequenz der gefalteten Abtastwerte dieser Übertragungseinrichtung jeden der aufeinanderfolgenden jeweiligen Abtastwertpegel der gefalteten Abtastwerte dieser Übertragungseinrichtung von jedem der entsprechenden aufeinanderfolgend auftretenden jeweiligen Pegel der Informationskomponente des am ersten Eingangsanschluß der Übertragungseinrichtung zugeführten Signals vor dessen Faltung mit der vorbestimmten Kernfunktion des Faltungsfilters dieser Übertragungseinrichtung, wobei das Ausgangssignal der Abtastwertsubtrahiereinrichtung jeden der aufeinanderfolgend auftretenden jeweiligen Differenzabtastpegel mit der Abtastfrequenz der gefalteten Abtastwerte dieser Übertragungseinrichtung enthält und die jeweiligen Differenzabtastpegel die Informationskomponente des am zweiten Ausgangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung entstehenden Signals bilden.and a second arrangement (109, 110), coupled to derive the difference signal at the second output terminal of said transmission means with the first arrangement and the second input terminal and the second output terminal of said transmission means, comprising a sample substray means (110) and a delay means (106, 108, 109, Figs 1 b and 1 c) in order to couple the sample subtractor to the first array via the delay means, the sampling subtractor being in time alignment with the sampling frequency of the convoluted samples of that transmitter each of the successive respective sample levels of the convolved samples of that transmitter of each the respective successively occurring respective level of the information component of the signal supplied at the first input terminal of the transmission device as prior to its convolution with the predetermined kernel function of the convolution filter of that transmission means, the output of the sample subtractor containing each of the consecutively occurring respective difference sample levels at the sampling frequency of the convolved samples of that transmitter and the respective difference sample levels forming the information component of the signal originating at the second output terminal of that transmitter. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Kernfunktion mindestens einer der Übertragungseinrichtungen des Satzes eine Tiefpaßübertragungsfunktionsform für diese Übertragungseinrichtung mit einem allmählichen Abfall definiert, der sich über die nominelle Filtergrenzfrequenz hinaus erstreckt.8. A device according to claim 7, characterized in that the predetermined kernel function of at least one of the transmission means of the set defines a low pass transfer function for that transfer means with a gradual drop extending beyond the nominal filter cutoff frequency. 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Kernfunktionen mindestens zweier der Übertragungseinrichtungen des Satzes einander im wesentlichen gleich sind.9. Device according to claim 7, characterized in that the respective core functions of at least two of the transmission means of the set are substantially equal to each other. 10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationskomponente mindestens zwei Dimensionen aufweist und daß das Faltungsfilter mindestens einer der Übertragungseinrichtungen ein in zumindest den beiden Dimensionen nicht trennbares Filter ist.10. Device according to claim 7, characterized in that the information component has at least two dimensions and that the folding filter is at least one of the transmission means in at least the two dimensions non-separable filter. 11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationskomponente mindestens zwei Dimensionen aufweist und daß das Faltungsfilter mindestens einer der Übertragungseinrichtungen ein in den beiden Dimensionen trennbares Filter ist.11. A device according to claim 7, characterized in that the information component has at least two dimensions and that the folding filter is at least one of the transmission means is a separable in the two dimensions filter. 12. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anordnung (102,104) mindestens einer der Übertragungseinrichtungen des Satzes von einem gegebenen Typ ist und dieser Typ das Faltungsfilter (102) und eine Dezimierschaltung (104) aufweist, welche in Reihe zwischen den Ausgang des Faltungsfilters und den ersten Ausgangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung des Satzes geschaltet ist, daß das Faltungsfilter des gegebenen Typs der ersten Anordnung an seinem Ausgang eine spezielle Abtastwertdichte in jeder Dimension der Informationskomponente ergibt, die der Abtastfrequenz des dem zweiten Takteingang dieser Übertragungseinrichtung zugeführten Taktes ist,A device according to claim 7, characterized in that the first arrangement (102, 104) is at least one of the transmission means of the set of a given type and this type comprises the convolution filter (102) and a decimator circuit (104) connected in series between the output the convolution filter and the first output terminal of this transmission means of the set is switched such that the convolution filter of the given type of the first arrangement gives at its output a special sample density in each dimension of the information component which is the sampling frequency of the clock supplied to the second clock input of this transmission means, und daß die Dezimierschaltung des gegebenen Typs der ersten Anordnung in jeder Dimension der Informationskomponente nur gewisse, jedoch nicht alle gefalteten Abtastwerte, die am Ausgang des Faltungsfilters des gegebenen Typs der ersten Anordnung erscheinen, zum ersten Ausgangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung weiterleitet, und daß die dezimierte Abtastwertdichte der gefalteten Abtastwerte in jeder der Dimensionen der Informationskomponente am ersten Ausgangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung reduziert ist hinsichtlich der speziellen Abtastwertdichte der entsprechenden Dimension der Informationskomponente am Ausgang des Faltungsfilters dieser Übertragungseinrichtung.and in that the decimator of the given type of the first array in each dimension of the information component passes only certain but not all convolved samples appearing at the output of the convolution filter of the given type of the first array to the first output port of that transmitter, and the decimated sample density passes folded samples in each of the dimensions of the information component at the first output terminal of this transmission device is reduced with respect to the specific sample density of the corresponding dimension of the information component at the output of the convolution filter of that transmission device. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dezimierschaltung des gegebenen Typs der ersten Anordnung in jeder der Dimensionen der Informationskomponente jeden zweiten der am Ausgang des Faltungsfilters des gegebenen Typs der ersten Einrichtung auftretenden Abtastwert an den ersten Ausgangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung weiterleitet, wobei die dezimierte Abtastwertdichte in jeder der Dimensionen der Informationskomponente auf die Hälfte der speziellen Abtastwertdichte der entsprechenden Dimension der Informationskomponente reduziert wird.A device according to claim 12, characterized in that the decimating circuit of the given type of the first arrangement in each of the dimensions of the information component forwards every other one of the samples occurring at the output of the convolution filter of the given type to the first output terminal of that transmission means; decimated sample density in each of the dimensions of the information component is reduced to one half the specific sample density of the corresponding dimension of the information component. 14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb mindestens einer der Übertragungseinrichtungen (206 b-K, Fig. 1 b) die dritte Anordnung eine vierte Anodnung enthält, die zwischen den Ausgang des Faltungsfiltersund die Abtastwertsubstrahiereinrichtung geschaltet ist, um die gefaltete Informationskomponente vom Faltungsfilter direkt der Abtastwertsubtrahiereinrichtung (110) zuzuführen.14. A device according to claim 12, characterized in that within at least one of the transmission means (206 bK, Fig. 1 b), the third arrangement includes a fourth array connected between the output of the convolution filter and the sample substray means for convolving the folded information component from the convolution filter directly to the sample subtractor (110). 15. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Anordnung (106,108,109 Fig. 1 a) weiterhin eine vierte Anordnung (106,108) enthält, die zwischen die Dezimierschaltung und die Abtastwertsubtrahiereinrichtung geschaltet ist zur Expandierung der dezimierten Abtastwertdichte der am ersten Ausgangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung auftretenden gefalteten Abtastwerte in jeder Dimension dieser Informationskomponente zurück zu der speziellen Abtastwertdichte der gefalteten Abtastwerte in dieser Dimension, die an der Abtastwertsubtrahiereinrichtung auftreten, daß die vierte Anordnung eine Abtastwertexpandierschaltung (106) zum Einfügen zusätzlicher Abtastwerte, die in ihrem15. A device according to claim 12, characterized in that the third arrangement (106,108,109 Fig. 1 a) further includes a fourth arrangement (106,108) which is connected between the decimator and the Abtastubtubtiereinrichtung for expanding the decimated sample density at the first output terminal of this transmission device in each dimension of this information component, back to the particular sample density of the folded samples in that dimension occurring at the sample subtractor, the fourth array comprises a sample expanding circuit (106) for inserting additional samples included in its Auftreten jedem gefalteten Abtastwert am Ausgang des Faltungsfilters, der in der dezimierten Abtastwertdichte fehlt, entsprechen, wobei jeder der eingefügten zusätzlichen Abtastwerte einen Nullwertpegel hat, und weiterhin eine Interpolationseinrichtung (108) enthält, welche einen Interpolationswert-Abtastpegel für den Nullwertpegel jedes der eingefügten zusätzlichen Abtastwerte einsetzt.Occurring each folded sample at the output of the convolution filter which is absent in the decimated sample density, each of the inserted additional samples having a zero value level, and further including interpolation means (108) providing an interpolation value sample level for the zero value level of each of the inserted additional samples starts. 16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dezimierschaltung des gegebenen Typs der ersten Anordnung in jeder der Dimensionen der Informationskomponente jeden zweiten am Ausgang des Faltungsfilters des gegebenen Typs der ersten Anordnung auftretenden Abtastwert an den ersten Ausgangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung weiterleitet und daß die Expandierschaltung einen zusätzlichen Abtastwert zwischen jedes Paar aufeinanderfolgender gefalteter Abtastwerte der dezimierten Abtastwertdichte in jeder Dimension der Informationskomponente einfügt und daß die Interpolationsschaltung ein Interpolationsfilter mit η-Abgriffen (wobei η eine ganze Zahl größer als Eins ist) und mit einer Tiefpaß-Übertragungsfunktion aufweist.A device according to claim 14, characterized in that the decimating circuit of the given type of the first arrangement in each of the dimensions of the information component forwards every other sample appearing at the output of the convolution filter of the given type of the first arrangement to the first output terminal of that transmission means and in that the expansion circuit inserts an additional sample between each pair of successive folded samples of the decimated sample density in each dimension of the information component, and in that the interpolation circuit comprises an η-tapped interpolation filter (where η is an integer greater than one) and having a low-pass transfer function. 17. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationskomponente des Signals am ersten Eingangsanschluß dieser Übertragungseinrichtung ihrer Abtastwertsubtrahiereinrichtung über ihre Verzögerungseinrichtung zugeführt wird und daß die Verzögerungseinrichtung dieser Übertragungseinrichtung eine Zeitverzögerung ergibt, die im wesentlichen gleich der gesamten Verzögerungszeit ist, die durch das Faltungsfilter, die Dezimierschaltung und die vierte Anordnung dieser Übertragungseinrichtung bedingt sind.17. A device according to claim 14 or 15, characterized in that the information component of the signal at the first input terminal of this transmission means of their Abtastunterubtrahiereinrichtung is supplied via its delay means and that the delay means of this transmission means gives a time delay which is substantially equal to the total delay time, by the convolution filter, the decimator and the fourth arrangement of this transmission device are conditional. 18. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten bis (N-1 )-ten Übertragungseinrichtungen des Satzes eine erste Anordnung des gegebenen Typs (10Oa-K oder 100 b-K) enthält.18. A device according to claim 12, characterized in that each of the first to (N-1) th transmission means of the set comprises a first arrangement of the given type (10Oa-K or 100b-K). 19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die N-te Übertragungseinrichtung (Fig. 1 c) des Satzes auch eine erste Anordnung des gegebenen Typs enthält.19. Device according to claim 18, characterized in that the Nth transmission device (Figure 1 c) of the set also contains a first arrangement of the given type. 20. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die N-te Übertragungseinrichtung (Fig. 1 c) des Satzes eine erste Anordnung eines alternativen Typs enthält, bei welcher das Ausgangssignal des Faltungsfilters direkt dem ersten Ausgangsanschluß der N-ten Übertragungseinrichtung zugeführt wird.Apparatus according to claim 18, characterized in that the Nth transmission means (Figure 1c) of the set includes a first arrangement of an alternative type in which the output of the convolution filter is fed directly to the first output port of the Nth transmission means. 21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationskomponente des Signals (Gn-i) am ersten Eingang der N-ten Übertragungsschaltung des Schalters ihrer Abtastwertsubtrahierschaltung über ihre Verzögerungseinrichtung (109) zugeführt wird und daß die Verzögerungseinrichtung der N-ten Übertragungseinrichtung des Satzes eine Zeitverzögerung ergibt, die im wesentlichen gleich der durch ihr Faltungsfilter bedingten Verzögerung ist.21. A device according to claim 20, characterized in that the information component of the signal (Gn-i) at the first input of the Nth transmission circuit of the switch of their Abtastunterubtrahierschaltung via their delay means (109) is supplied and that the delay means of the Nth transmission means of Sets a time delay that is substantially equal to the delay caused by its convolution filter. 22. Einrichtung (Fig. 1) zur Durchführung einer Realzeit-Spektralanalyse, gekennzeichnet durch22 device (Fig. 1) for performing a real-time spectral analysis, characterized by eine Kaskadenschaltung von Tiefpaßabtastfiltern (102,104 in Fig. 1a, 1 b innerhalb von 100-1,100-2 etc.), die mit zunehmend niedrigeren Abtastraten (CL1,CL2, etc.) betrieben werden, wobei ein Eingangssignal (G0) dieser Kaskade das spektralzuanalysierende Signal ist und das Ausgangssignal (Gn) der Kaskade ein restliches Tiefpaßspektrum darstellt, eine Anordnung (106,108 in Fig. 1 a) zum Verschachtelnder Abtastwerte einer dezimierten Form des Ausgangssignals jedes der Tiefpaßabtastfilter (102,104) mit Nullen und zur Tief paßfilterung des Ergebnisses zu einem entsprechenden Interpolationsergebnis,a cascade connection of low-pass sampling filters (102, 104 in FIG. 1a, 1b within 100-1, 100-2, etc.), which are operated at increasingly lower sampling rates (CL1, CL2, etc.), wherein an input signal (G 0 ) of this cascade is the spectral analyzing signal and the output signal (G n ) of the cascade represents a residual low pass spectrum, an arrangement (106, 108 in Fig. 1a) for interleaving the samples of a decimated form of the output signal of each of the lowpass sampling filters (102, 104) with zeros and for low pass filtering the result a corresponding interpolation result, eine Einrichtung (109) zur Verzögerung der Abtastwerte des Eingangssignals jedes Tiefpaßfilters in dieser Kaskadenschaltung um einen Betrag, der gleich der Summe der Verzögerungen im Ausgangssignal dieses Filters und bei der Tiefpaßfilterung des mit Nullen verschachtelten Ausgangssignals ist, und durch eine Einrichtung (110) zur Differenzbildung der verzögerten Abtastwerte des Eingangssignals jedes Tiefpaßfilters in der Kaskadenschaltung mit dem aus dessen Ausgangssignal abgeleiteten Interpolationsergebnis zur Bildung jeweils eines Signais (LK.i) der Spektralanalyse des Eingangssignals der Kaskadenschaltung.means (109) for delaying the samples of the input signal of each low-pass filter in this cascade by an amount equal to the sum of the delays in the output of that filter and the low-pass filtering of the zero-interleaved output, and subtraction means (110) the delayed samples of the input signal of each low-pass filter in the cascade circuit with the interpolation result derived therefrom to form one signal (L K .i) of the spectral analysis of the input signal of the cascade circuit. 23. Einrichtung (Fig. 1) zur Durchführung einer Realzeit-Spektralanalyse eines elektrischen Signals (G0), welches mit einer Rate R regelmäßig abgetastet wird, gekennzeichnet durch23 device (Fig. 1) for performing a real-time spectral analysis of an electrical signal (G 0 ), which is sampled at a rate R regularly, characterized by eine Mehrzahl von η Analysatorstufen (100-1,100-2 etc.), die aufeinanderfolgend mit Grundzahlen von 0 bis η numeriert sind und von denen jede (Fig.4) ein erstes Ausgangssignal (G(K +d) aufgrund der niedrigerfrequenten Komponenten ihres Eingangssignals (Gk) und ein separates zweites Ausgangssignal (Lk) aufgrund der höherfrequenten Komponenten ihres Eingangssignals (GK) liefert,a plurality of η analyzer stages (100-1,100-2, etc.) sequentially numbered with base numbers from 0 to η, each of which (Figure 4) has a first output signal (G (K + d) due to the lower frequency components of its input signal (Gk) and a separate second output signal (Lk) due to the higher-frequency components of its input signal (G K ), wobei der mit 0 numerierten Analysatorstufe (100-1) das elektrische Signal für die Spektralanalyse als Eingangssignal zugeführt wird und jeder der anderen Analysatorstufen als Eingangssignal das erste Ausgangssignal der Analysatorstufe mit der nächst niedrigeren Grundzahl zugeführt wird,wherein the analyzer stage (100-1) numbered 0 is supplied with the electrical signal for spectral analysis as an input signal, and each of the other analyzer stages is supplied as an input signal with the first output signal of the analyzer stage with the next lower basic number, daß die zweiten Ausgangssignale aller Stufen und das erste Ausgangssignal der mit η numerierten Analysatorstufe das Ergebnis der Spektralanalyse bilden,that the second output signals of all stages and the first output signal of the analyzer stage numbered with η form the result of the spectral analysis, wobei jede der Mehrzahl der Analysatorstufen (beispielsweise Fig. 4) enthält ein erstes m-stufiges Schieberegister (470) (wobei m eine ganze Zahl größer als Eins ist), deren Eingang das Eingangssignal (Gk) der Analysatorstufe zugeführt wird und das mit einer Taktrate von R/2k getaktet wird (wobei k die Grundzahl der Analysatorstufe ist),wherein each of the plurality of analyzer stages (eg, Fig. 4) includes a first m-stage shift register (470) (where m is an integer greater than one) whose input is supplied to the analyzer stage input signal (Gk) at a clock rate is clocked by R / 2 k (where k is the base number of the analyzer stage), eine Einrichtung (471) zur Gewichtung des Eingangssignals (Gk) der Analysatorstufe und des in jeder Stufe des ersten m-stufigen Registers verzögerten Eingangssignals mit einem Satz von Koeffizienten und zur Summierung der gewichteten Signale zur Erzeugung eines linearphasigen tiefpaßgefilterten Ausgangssignals (Gk +1), welches das erste Ausgangssignal der Analysatorstufe darstellt, aufgrund von deren Eingangssignal,means (471) for weighting the input signal (Gk) of the analyzer stage and the input signal delayed in each stage of the first m-stage register with a set of coefficients and summing the weighted signals to produce a linear phase low pass filtered output signal (Gk +1), which represents the first output signal of the analyzer stage, based on its input signal, eine Multiplexschaltung (472), welche so betrieben wird, daß sie abwechselnd mit der Rate R/2(k ~ ^ das erste Ausgangssignal der Analysatorstufe und einen Nullwert auswählt,a multiplexing circuit (472) operable to select, alternately at the rate R / 2 (k), the first output of the analyzer stage and a zero value, ein weiteres m-stufiges Schieberegister (473), dessen Eingang das vom Multiplexer ausgewählte Signal zugeführt wird und das mit der Taktrate R/2(k ~1) getaktet wird,another m-stage shift register (473), whose input is supplied with the signal selected by the multiplexer and which is clocked at the clock rate R / 2 (k ~ 1) , eine Einrichtung (474) zur Gewichtung des ausgewählten Signals dieser Analysatorstufe und des Signals, das in jeder Stufe des weiteren m-stufigen Registers verzögert worden ist, mit einem Satzvon Gewichtskoeffizienten undzurSummierungder gewichteten Signale zur Bildung eines neu abgetasteten ersten Ausgangssignals dieser Analysatorstufe und eine Einrichtung (475) zursubtraktiven Kombinierung des neu abgetasteten ersten Ausgangssignals dieser Analysatorstufe mit deren verzögertem Eingangssignal zur Erzeugung des zweiten Ausgangssignals (LK) dieser Analysatorstufe.means (474) for weighting the selected signal of this analyzer stage and the signal delayed in each stage of the further m-stage register with a set of weighting coefficients and summing the weighted signals to form a resampled first output of that analyzer stage and means ( 475) for subtractively combining the resampled first output signal of this analyzer stage with its delayed input signal to produce the second output signal (L K ) of that analyzer stage. 24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß m für jede Analysatorstufe gleich ist und daß jede Analysatorstufe Gewichtsfaktorsätze gleicher Werte benutzt.24. Device according to claim 23, characterized in that m is the same for each analyzer stage and that each analyzer stage uses weight factor sets of the same values. 25. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das verzögerte Eingangssignal jeder Analysatorstufe aus der m-ten Stufe ihres ersten m-stufigen Schieberegisters abgeleitet und zusätzlich verzögert ist (durch Element 476).25. Device according to claim 23, characterized in that the delayed input signal of each analyzer stage is derived from the m-th stage of its first m-stage shift register and additionally delayed (by element 476). 26. Digitalfilter (Fig. 1) zur Lieferung mindestens eines Ausgangssignals, gekennzeichnet durch26. Digital filter (Fig. 1) for supplying at least one output signal, characterized by eine Mehrzahl von mit Abgriffen versehenen getakteten Verzögerungsleitungen (beispielsweise 470 in Fig.4 in jeder der Einrichtungen 100-1,100-2 etc.), welche der Reihe nach numeriert sind und mit steigender Numerierungsfolge mit zunehmend niedrigeren Raten (R/1, R/2 etc.) getaktet werden,a plurality of tapped clocked delay lines (eg, 470 in Figure 4 in each of the devices 100-1, 100-2, etc.) which are numbered sequentially and increasing numbering sequence at progressively lower rates (R / 1, R / 2 etc.) are clocked, eine Einrichtung zur Zuführung eines zu filternden Eingangssignals (G0) zum Eingang der ersten dieser Verzögerungsleitungen,a device for supplying an input signal (G 0 ) to be filtered to the input of the first of these delay lines, Einrichtungen (beispielsweise 471 in jeder der Schaltungen 100-1,100-2 etc.) zur jeweiligen Gewichtung der Abtastwerte an den Abgriffen jeder Verzögerungsleitung und zur Kombinierung der gewichteten Abtastwerte zur Bildung jeweiliger Filterausgangssignale (Gi, G2) undMeans (eg, 471 in each of the circuits 100-1, 100-2, etc.) for respectively weighting the samples at the taps of each delay line and for combining the weighted samples to form respective filter output signals (Gi, G 2 ) and eine Einrichtung zur Zuführung der jeweiligen Filterausgangssignale, welche von den Abtastwerten abgeleitet werden, die von jeder Verzögerungsleitung mit Ausnahme derjenigen mit der höchsten Reihenfolgenummer abgenommen werden, als Eingangssignal zu der Verzögerungsleitung mit der nächst höheren Reihenfolgenummer, wobei mindestens ein Teil (Gn) des jeweiligen Filterausgangssignals, welches von den Abtastwerten abgeleitet ist, die von der Verzögerungsleitung mit der höchsten Reihenfolgenummer abgenommen sind, zur Erzeugung des Gesamtausgangssignals benutzt wird.means for supplying the respective filter output signals derived from the samples taken from each delay line except those having the highest order number as input to the delay line having the next higher order number, wherein at least a part (G n ) of the respective one Filter output signal derived from the sampled values taken from the highest order number delay line used to generate the overall output signal. 27. Digitalfilter nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die gewichteten Abtastwerte von den Abgriffen jeder Verzögerungsleitung zur Bildung von entsprechenden Filterausgangssignalen (G1, G2 etc.) mit Tiefpaßcharakter kombiniert werden.27. A digital filter according to claim 26, characterized in that the weighted samples from the taps of each delay line to form corresponding filter output signals (G 1 , G 2, etc.) are combined with low-pass character. 28. Digitalfilter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß dasjenige Filterausgangssignal (Gn), welches durch Gewichtung und Kombinierung der von der Verzögerungsleitung mit der höchsten Reihenfolgenummer abgenommenen Abtastwerte erhalten wird, als Ausgangssignal des digitalen Filters benutzt wird.A digital filter according to claim 27, characterized in that the filter output (G n ) obtained by weighting and combining the samples taken from the delay line with the highest order number is used as the output of the digital filter. 29. Digitalfilter nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine weitere mit Abgriffen versehene getaktete Verzögerungsleitung (473), die mit derselben Rate wie die ausgewählte (470) aus der Mehrzahl der mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitungen getaktet wird,The digital filter of claim 27, characterized by another tapped clocked delay line (473) clocked at the same rate as the selected (470) of the plurality of tapped delay lines, durch eine Einrichtung (472) zur selektiven Zuführung des Ausgangssignals der ausgewählten Verzögerungsleitung sowie von Nullen zum Eingang der weiteren Verzögerungsleitung,by means (472) for selectively supplying the output signal of the selected delay line and of zeros to the input of the further delay line, eine Einrichtung (474) zum Gewichten von Abtastwerten von den Abgriffen der weiteren Verzögerungsleitung und zur Kombinierung der Abtastwerte zur Bildung eines Tiefpaßfilterausgangssignals und eine Einrichtung (475) zur Differenzkombination des so erhaltenen Tiefpaßfilterausgangssignals mit dem Ausgangssignal der aus der Mehrzahl ausgewählten Verzögerungsleitungen zur Erzeugung eines Ausgangssignal (Lk) des Digitalfilters.means (474) for weighting samples from the taps of the further delay line and for combining the samples to form a low pass filter output; and means (475) for difference combining the low pass filter output thus obtained with the output of the plurality of selected delay lines to produce an output signal (474); Lk) of the digital filter. 30. Digitalfilter (Fig. 5) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die gewichteten Abtastwerte, die von den Abgriffen einer aus der Mehrzahl der mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitungen (570-0,570-1) ausgewählten Verzögerungsleitung (570-1) mit der Reihenfolgenummer (1), die um 1 höher als die Reihenfolgenummer (0) der vorangehenden Verzögerungsleitung ist, abgenommen sind, (a) bei jedem zweiten der Taktzyklen der vorangehenden Verzögerungsleitung unterschiedlich gewichtet werden, und (b) bei jedem dieser Taktzyklen zu einem Tiefpaßfilterausgangssignal kombiniert werden, und daß das so erhaltene Tiefpaßfilterausgangssignal mit dem Ausgangssignal der vorangehenden Verzögerungsleitung (570-0) in Differenzform kombinierrtwird (in 575-0) zur Bildung eines Ausgangssignals (Lo) des Digitalfilters.A digital filter (Fig. 5) according to claim 27, characterized in that the weighted samples selected from the taps of one of the plurality of tapped delay lines (570-0,570-1) are delay line (570-1) having the sequence number (1) which is 1 higher than the sequence number (0) of the previous delay line, (a) is differently weighted every other one of the clock cycles of the previous delay line, and (b) combined into a low pass filter output signal on each of these clock cycles and that the thus obtained low-pass filter output signal is combined with the output of the preceding delay line (570-0) in differential form (in 575-0) to form an output signal (Lo) of the digital filter. 31. Digitalfilter nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine weitere, mit Abgriffen versehene getaktete Verzögerungsleitung (473), die mit derselben Rate wie die aus der Mehrzahl der mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitungen ausgewählte Verzögerungsleitung (470) getaktet wird,A digital filter according to claim 26, characterized by another clocked clocked delay line (473) which is clocked at the same rate as the delay line (470) selected from the plurality of tapped delay lines. eine Einrichtung (472) zur selektiven Zuführung des Ausgangssignals der ausgewählten Verzögerungsleitung und von Nullen zum Eingang der weiteren Verzögerungsleitung,means (472) for selectively supplying the output signal of the selected delay line and of zeros to the input of the further delay line, eine Einrichtung (474) zur Gewichtung von Abtastwerten von den Abgriffen der weiteren Verzögerungsleitung und Kombinierung der Abtastwerte zu einem Ausgangssignal undmeans (474) for weighting samples from the taps of the further delay line and combining the samples into an output signal and eine Einrichtung (475) zur Kombinierung der so erhaltenen Ausgangswerte mit dem verzögerten Eingangssignal (Gk) der vorangehenden Verzögerungsleitung zur Bildung eines Ausgangssignals (Lk) des Digitalfilters.means (475) for combining the thus obtained output values with the delayed input signal (Gk) of the preceding delay line to form an output signal (Lk) of the digital filter. 32. Digitalfilter nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das verzögerte Eingangssignal der vorangehenden Verzögerungsleitung durch Einfügung der Verzögerung (476) an einem ihrer Abgriffe erhalten wird.32. Digital filter according to claim 31, characterized in that the delayed input signal of the preceding delay line is obtained by inserting the delay (476) at one of its taps. 33. Digitalfilter nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die gewichteten Abtastwerte von den Abgriffen einer aus der Mehrzahl von mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitungen ausgewählten Verzögerungsleitung, welche eine Reihenfolgenummer um 1 höher als eine vorangehende Verzögerungsleitung hat, bei jedem zweiten der Taktzyklen der vorangehenden Verzögerungsleitung unterschiedlich gewichtet und bei jedem zweiten Taktzyklus kombiniert werden, und daß dieses Kombinationsergebnis mit dem verzögerten Eingangssignal der vorangehenden Verzögerungsleitung zur Bildung eines Ausgangssignals des Digitalfilters kombiniert wird.A digital filter according to claim 32, characterized in that the weighted samples differ from the taps of one of the plurality of tapped delay lines selected delay line having a sequence number of 1 higher than a preceding delay line, every other one of the clock cycles of the preceding delay line are weighted and combined every other clock cycle, and that this combination result is combined with the delayed input signal of the previous delay line to form an output signal of the digital filter. 34. Digitalfilter nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das verzögerte Eingangssignal der vorangehenden Verzögerungsleitung durch Einfügen der Verzögerung an einem ihrer Abgriffe erhalten wird.34. Digital filter according to claim 33, characterized in that the delayed input signal of the preceding delay line is obtained by inserting the delay at one of its taps. 35. Signalverarbeitungseinrichtung (Fig.3) zur Synthetisierung eines einzigen zeitlichen Signals (Go) aus einem nach einer Reihenfolge angeordneten Satz von N getrennten Zeitsignalen (Lo-Gfl), wobei N eine ganze Zahl > 1 ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synthetisierung des einzigen zeitlichen Signals auf verzögerter Realzeitbasis35. Signal processing means (Figure 3) for synthesizing a single time signal (Go) from a successively arranged set of N separate time signals (Lo-Gfl), where N is an integer> 1, characterized in that for synthesizing the single time signal on a delayed real-time basis 36. Einrichtung (Fig. 6) nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anordnung (beispielsweise 362 in Fig. 3) der jeweiligen Kombinationsschaltung, die individuell jedem der ersten bis (N-2)-ten reihenfolgemäßigen Signal (beispielsweise L(K-D) des Satzes getrennter Signale zugeordnet ist, eine Abtastwertexpandierschaltung (692,693,694), die aufgrund des Stromes niedriger Abtastwertdichte der Informationskomponenten-Abtastwerte (Gk), welche zum Ausgang der Addierschaltung weitergeleitet werden, zusätzliche Abtastwerte in den weitergeleiteten Strom einfügt, um die Abtastwertdichte am zweiten Eingang der Addierschaltung (695) dieser Kombinationsschaltung auf die Abtastwertdichte des reihenfolgemäßig separaten Signals (L(K-d) zu erhöhen, welches dieser Kombinationsschaltung zugeordnet ist, wobei jeder der eingefügten zusätzlichen Abtastwerte einen Nullwertpegel hat, und eine Interpolationseinrichtung (693,694) enthält, welche einen Interpolationswert-Abtastwertpegel für den Nullwertpegel jedes der eingefügten zusätzlichen Abtastwerte ersetzt.36. Device (Figure 6) according to Claim 35, characterized in that the second arrangement (for example 362 in Figure 3) of the respective combination circuit, which is individually assigned to each of the first to (N-2) th series-sequential signals (for example L ( KD) of the set of discrete signals, a sample expander circuit (692,693,694) which inserts additional samples into the passed current due to the low sample density stream of the information component samples (Gk) which are passed to the output of the adder circuit Input of the adder circuit (695) of this combinational circuit to the sample density of the orderly separate signal (L ( K- d) associated with that combination circuit, each of the added additional samples having a zero level, and including interpolation means (693, 694) an interpolation value sample level l is substituted for the zero level of each of the inserted additional samples. 37. Einrichtung (Fig. 6) nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das N-te separate Signal (GO) des Satzes eine niedrigere Abtastwertdichte als das (N-1 )-te separate Signal (L5) des Satzes hat und daß die dritte Anordnung (352) einen Abtastwertexpandierer und einen Interpolator (692,693,694) gleich denjenigen der zweiten Anordnung zur Weiterleitung des N-ten separaten Signals zum zweiten Eingang der Addierschaltung der dritten Anordnung enthält.A device (Fig. 6) according to claim 36, characterized in that the N th separate signal (GO) of the set has a lower sample density than the (N-1) th separate signal (L 5 ) of the set and the third arrangement (352) includes a sample expander and an interpolator (692,693,694) equal to those of the second arrangement for passing the Nth separate signal to the second input of the adder of the third arrangement. 38. Einrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß das N-te separate Signal (GiI) des Satzes im wesentlichen die gleiche Abtastwertdichte wie das (N-1 )-te separate Signal (L5) des Satzes hat und daß die dritte Anordnung das N-te separate Signal direkt zum zweiten Eingang der Addierschaltung der dritten Anordnung weiterleitet.38. Apparatus according to claim 37, characterized in that the N th separate signal (GiI) of the set has substantially the same sample density as the (N-1) th separate signal (L 5 ) of the set and that the third arrangement the Nth separate signal is forwarded directly to the second input of the adder circuit of the third arrangement. 39. Einrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Informationskomponenten-Abtastwerte entsprechend jeden von mindestens dem zweiten (L1) bis(N-1)-ten (L5) des reihenfolgemäßig angeordneten Satzes von N separaten Signalen eine Abtastwertdichte für jede seiner eigenen Informationsdimensionen hat, die halb so groß wie die Abtastwertdichte der entsprechenden Informationsdimension des Stromes von Informationskomponenten-Abtastwerten entsorechend seinem unmittelbar voranaehenden seoaraten Sianal des Satzes ist.39. A device according to claim 36, characterized in that the stream of information component samples corresponding to each of at least the second (L 1 ) to (N-1) th (L 5 ) of the sequence of N separate signals arranged in order of a sample density for has each of its own information dimensions, which is half the sample density of the corresponding information dimension of the stream of information component samples corresponding to its immediately preceding set point sianal. und daß in jeder der Kombinationsschaltungen (Fig. 6) der Expander (692) der zweiten Anordnung einen zusätzlichen Abtastwert zwischen jedes Paar aufeinanderfolgender Abtastwerte der niedrigeren Abtastwertdichte in jeder Dimension des Stromes der Informationskomponenten-Abtastwerte in das weiterzuleitende Ausgangssignal (GK,) der Addierschaltung einsetzt, und daß der Expander durch ein Interpolationsfilter (693) mitn-Abgriffen (n ist eine ganze Zahl > 1) mit einer Tiefpaß-Übertragungsfunktion gebildet wird.and in each of the combinational circuits (Figure 6), the second array expander (692) adds an additional sample between each pair of consecutive samples of the lower sample density in each dimension of the stream of information component samples into the output (G K ,) of the adder circuit to be forwarded and that the expander is formed by an interpolation filter (693) with n taps (n is an integer> 1) with a low-pass transfer function. 40) Einrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Anordnung und jede der jeweiligen zweiten Anordnungen der Gruppe von N-1 Kombinationsschaltungen für das abgetastete Signal ihren eigenen vorbestimmten Betrag zeitlicher Verzögerung bei der Weiterleitung ihres Stroms von Informationskomponenten-Abtastwerten als zweites Eingangssignal zu ihrer Addierschaltung einfügt,40) Apparatus according to claim 35, characterized in that the third arrangement and each of the respective second arrangements of the group of N-1 sampled signal combining circuits assign their own predetermined amount of time delay in forwarding their stream of information component samples as a second input signal their adder circuit inserts, und daß jede der ersten Anordnungen der Gruppe von N-1 Kombinationsschaltungen für abgetastete Signale eine Verzögerungseinrichtung (340,341 etc.) enthält, welche einen speziellen Betrag zeitlicher Verzögerung bei der Weiterleitung ihres reihenfolgemäßigen separaten Signals als erstes Eingangssignal an ihre Addierschaltung einfügt, der abhängt sowohl (1) von der jeweiligen Zeitverschiebung zwischen ihrem reihenfolgemäßigen separaten Signal und jedem derjenigen separaten Signale des Satzes, der seinem reihenfolgemäßigen separaten Signal folgt, als auch (2) vom Gesamtbetrag der Zeitverzögerung, welche von der dritten Anordnung und sämtlichen zweiten Anordnungen derjenigen Kombinationssschaltung bedingt sind, die den separaten Signalen des Satzes zugeordnet sind, die ihrem reihenfolgemäßigen separaten Signal folgen, und daß der spezielle Betrag der Verzögerung so bemessen ist, daß entsprechende Informationsabtastwerte der jeweiligen Ströme von Informationskomponenten-Abtastwerten am ersten Eingang und am zweiten Eingang ihrer Addierschaltung im wesentlichen in zeitlicher Koinzidenz miteinander auftreten.and that each of the first arrangements of the group of N-1 sampled signal combining circuits includes a delay means (340, 341, etc.) which inserts a particular amount of time delay in forwarding its sequential separate signal as its first input to its adder circuit, which depends both ( 1) from the respective time shift between its sequence-specific separate signal and each of those separate signals of the set following its sequential separate signal, and (2) the total amount of time delay imposed by the third arrangement and all the second arrangements of that combination circuit, associated with the separate signals of the set following their sequential separate signal and that the particular amount of delay is such that corresponding information samples of the respective streams of information components Samples occur at the first input and the second input of their adder circuit in substantially coincident coincidence with each other.
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