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Übertragungssystem für Bilder mit Differenz-Pulsmodulation.
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(Zusatz zu Patent . ... ... (Aktz. P 21 35 193.9)) Die Erfindung betrifft
ein Übertragungssystem für zeilenweise abgetastete Bilder mit Differenz-Pulsmodulation,
bei dem sendeseitig einem Analogsignal in äquidistanten Zeitabständen Amplitudenproben
entnommen werden, bei dem von jeder Amplitudenprobe durch eine erste Subtrahierschaltung
ein Schätzuert abgezogen wird, bei dem die den jeweiligen Schätzfehler ergebende
Differenz in einem Quantisierer quantlsiert wird, bei dem der Schätzwert für jede
Auplitudenprobe in einem sendeseitigen Schätzwertbildner aus dem wenigstens einen,
zeitlich vorhergegangenen quantisierten Schätzfehler abgeleitet wird1 bei dem die
quantisierten Schätzfehler vorzugsweise mittels Pulscodemodulation über einen Übertragungskanal
übertragen werden, bei dem empfangsseitig in einer ersten Addierschaltung jedes
Schätzfehler ein in einem empfangsseitigen Schätzwertbildner aus dem wenigstens
einen, zeitlich vorhergegangenen quantisierten Schatzfehler abgeleiteter Schätzwert
hinzugefügt wird, bei dem aus den wiedergewonnenen Amplitudenproben das Analogsignal
zurückgewonnen wird, bei dem als empfangsseitiger Schätzwertbildner und als erste
Addierschaltung zusammen ein erster Vierpol vorgesehen ist, der aus einer Kettenschaltung
aus drei oder vier normierten rekursiven Filtern oder einer empfangsseitigen Schaltung
besteht, die mit den Mitteln der Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne Veränderung
der Anzahl und Bewertungsfaktoren der Abgriffe an Verzögerungsleitungen, in eine
Kettenschaltung aus drei oder vier normierten rekursiven Filtern übergeführt werden
kann, bei dem als sendeseitiger Schätzwertbildner ein zweiter Vierpol vorgesehen
ist, der
aus einem dem ersten gleichen Vierpol und einer zweiten
Substrahierschaltung derart zusammengeschaltet ist, daß der quantisierte Schätzfehler
sowohl dem Eingang des dem ersten gleichen Vierpols als auch dem Minuseingang der
zweiten Subtrahierschaltung zugeführt wird, daß der Ausgang des dem ersten gleichen
Vierpols mit dem Pluseingang der zweiten Subtrahierschaltung verbunden'ist und daß
der Ausgabe der zweiten Subtrahierschaltung als Ausgang des zweiten Vierpols dient,
oder daß als sendeseitiger Schätzwertbildner eine sendeseitige Schaltung vorgesehen
ist, die mit den Mitteln der Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne Veränderung
der Anzahl und Bewertungsfaktoren der Abgriffe an Verzb.gerungsleitungen, in den
zweiten Vierpol übergeführt werden kann, und bei dem normIerte rekursive Filter
mit einer zweiten Addierschaltung vorgesehen sind, deren einer Eingang mit dem Eingang
des normierten rekursiven filters, deren Ausgang unmittelbar und deren anderer Eingang
über eine Reihenschaltung aus einem Verzögerungsglied und einem Bewertungsglied
mit dem Ausgang des normierten rekursiven Filters verbunden sind.
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Ein derartiges Übertragur£gssyatem ist Gegenstand des Hauptpatents.
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Ein normiertes rekursive Filter ist der Sonderfall eines Verzweigungsnetzwerkes
der ersten oder der zweiten kanonischen Form nach Schüssler, "Zur Allgemeinen Theorie
der Verzweigungsnetzwerke", Archiv der elektrischen Ubertragung, 22 (1968), Seiten
361 bis 367, Bild 1 bzw. Bild 2, bei dem entsprechend dortigem Absatz 3.1 die Teilsysteme
1/H(s) Verzögerungsglieder von der Länge einer Bildpunktabstandsdauer sind und bei
dem in der Darstellung nach Schüssler bn=1, b , v # n = 0 sind. Die Erfindung beschränkt
sich auf solche normierte rekursive Pilter, bei denen zusätzlich in der Darstellung
nach Schüssler alle c, mit Ausnahme eines einzigen c gleich Null sind.
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Eine solche Schaltung ist im Oberbegriff und in der noch einzuführenden
Fig. 2 erläutert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Ubertragungssystem für zeilenweise
abgetastete Bilder mit Differenz-Pulsmodulation unter Verwendung von Kettenschaltungen
aus drei oder vier normierten rekursiven Filtern mit Verzögerungsgliedern deren
Verzögerungszeiten festzulegen.
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Ausgehend von einem Ubertragungssystem der einleitend geschilderten
Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entweder bei einer Kettenschaltung
aus drei in beliebiger Reihenfolge angeordneten normierten rekursiven Filtern die
Verzögerungszeiten der Verzögerungsglieder die Dauer einer Zeile lulus eines Bildpunktabstands,
die Dauer eincr Zeilc minus eines Bildpunktabstands und die Dauer einer bzw. zweier
Bildpunktabstände betragen oder daß bei einer Kettenschaltung aus vier in beliebiger
Reihenfolge angeordneten normierten rekursiven Filtern die Verzögerungszeiten der
Verzögerungsglieder die Dauer einer Zeile plus zweier Bildpunktabstände, die Dauer
einer Zeile, die Dauer einer Zeile minus zweier Bildpunktabstände und die Dauer
eines bzw. zweier Bildpunktabstände betragen.
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Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild des bekannten Ubertragungssystems.
Dieses enthält eine erste Subtrahierschaltung 1, einen Quantisierer 2, einen sendeseitigen
Schätzviertbildner 3, einen Ubertragungskanal 4, einen empfangsseitigen Schätzwertbildner
5 und eine erste Addierschaltung 6.
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Die sendeseitig einem Analogsignal in äquidistanten Zeitabständen
entnoi:unenen Amplitudenproben werden dem positiven Eingang der Subtrahierschaltung
1 zugeführt, während deren negativem Eingang ein Schätzwert zugeführt wird. Das
Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 1 ist der Schätzfehler, welcher dem Quantisierer
2 zugeführt und durch ihn quantisiert wird.
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Das Ausgangssignal des Quantisierers 2 ist der quantisierte Schätzfehler,
welcher sowohl de Übertragungskanal 4 als auch
dem sendeseitigen
Schätzwertbildner 3 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Schätzwertbildners 3
ist der Schätzwert, welcher wie bereits erwähnt, dem negativen Eingang der Subtrahierschaltung
1 zugeführt wird.
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Das Ausgangssignal des Ubertragungskanales 4 wird sowohl dem ersten
Eingang der ersten Addierschaltung 6 als auch dem Eingang des empfangsseitigen Schätzwertbildners
5 zugeführt dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der ersten Addierschaltung 6
verbunden ist.
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Der sendeseitige Schätzwertbildner 3 und der empfangsseitige Schäetzwertbildner
5 sind dann optimal dimensioniert, wenn bei Vorhandensein eines den quantisierten
Schätzfehler darstellenden Signales im Übertragungskanal 4 mit einer konstanten
iieistungsdichte im Frequenzbereich des Originalsigriales sich als Ausgangssignal
der ersten Addierschalturz 6 ein Signal mit einer Leistungsdichte im Frequenzbereich
des Originalsignales ergibt, deren frequenzabhängiger Verlauf detn der im Normalfall
zu erwartenden Leistungsdichte des Bildsignales möglichst gut angenähert ist. Diese
Aussage ist gleichbedeutend mit der Aussage, daß sich als husgangssignal der ersten
Addierschaltung 6 ein Bildsignal mit einer solchen zweidimensionalen Autokorrelationsfunktion
ergeben soll, wie das im Normalfall zu erwartende originale Bildsignal eine hat.
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Diese Bedingung kann nur näherungsweise erfüllt werden, da einesteils
das im NOrmalfall zu erwartende Originalbild nicht bekannt ist und da andernteils
der Aufwand für die Schätzwertbildner möglichst gering sein soll. In eigenen Experimenten
hat sich gezeigt, daß als im Normalfall vorliegendes Bild ein detailreiches Bild
anzunehmen ist.
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Bei den folgenden Erläuterungen wird vorausgesetzt, daß es sich bei
dem Bildsignal um ein Bildsignal in einem Bildübertragungssystem mit Zeilensprung
handelt.
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Bei der dreigliedrigen Kette erzeugt das Kettenglied mit der Verzögerungszeit
von einer oder zwei Bildpunktabstandsdauern Autokorrelationen im wesentlichen in
Zeilenrichtung im Bild.
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Das Kettenglied mit der Verzögerungszeit von einer Zeilendauer plus
einer Bildpunktabstandsdauer erzeugt Autokorrelationen im wesentlichen in einer
Richtung, die um etwa 60 Grad gegen die Zeilenrichtung geneigt ist, und das Kettenglied
mit der Verzögerungszeit von ein-er Zeilondauer minus einer Bildpunktabstandsdauer
im wesentlichen in einer Richtung, die um etwa 120 Grad gegen die Zeilenrichtung
geneigt ist. Auf diese Weise entsteht an Ausgang der.ersten Addierschaltung 6 ein
Bildsignal, das in allen in der Bild ebene liegenden Richtungen korreliert.
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ist. Eine zweidimensionale Autokorrelationsfunktion im hier verwendetem
Sinne ist definiert bei Kretzmer, "Statistics of Television Signals", The Bell System
Technical Journal, 1952, Seiten 751 bis 763, anhand der Gleickung (2) auf Seite
754.
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Ein besonderer Vorteil der dreigliedrigen Kette, bei der das eine
Kettenglned ein Verzögerungsglied mit einer Verzögerungszeit von zwei statt einer
Bildpunktabstandsdauer hat, besteht darin, dsF dann, wenn gleichzeitig de Zeilendauer
ein ungeradzahliges Vielfaches einer Bildpunktabstandsdauer ist, auf das über den
Übertragungskanal 4 übertragene Signal in einfacher Weise das punktverschachtelte
Bildwiederholverfahren nach einem älteren Vorschlag (P 21 48 712.2) angewendet worden
kann.
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Bei der viergliedrigen Kette erzeugt das Kettenglied riit der Verzögerungszeit
von einer oder zwei Bildpunktabstandsdauern Autokorrelationen im wesentlichen in
Zeilenrichtung im Bild.
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Das Kettenglied mit der Verzögerungszeit von einer Zeilendauer erzeugt
im wesentlichen Korrelationen in einer Richtung, die zur Zeilenrichtung senkrecht
verläuft. Das Kettenglied mit der Verzögerungszeit von einer Zeilendauer plus zwei
Bildpunktabstandsdauern erzeugt im wesentlichen Aotokorrelationen in einer
Richtung,
die gegen die Zeilenrichtung um etwa 45 Grad geneigt ist. Das Kettenglied mit der
Verzögerungszeit von einer Zeilendauer minus zwei Bildpunktabstandsdauern erzeugt
im wesentlichen Autokorrelationen in einer Richtung, die gegen die Zeilenrichtung
um etwa 135 Grad geneigt ist.
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Auf diese Weise entsteht am Ausgang der ersten Addierschaltung 6 ein
Bildsignal, das in allen in der Bildebene liegenden Richtungen korreliert ist.
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In den folgenden Ausführungsbeispielen sind zwei empfangsseitige Schaltungen
mit einer dreigliedrigen und einer vier gliedrigen Kette gezeigt. Zunächst zeigt
Fig. 2 ein normiertes rekursives Filter R mit einen Filtereingang e, einem Filterausgang
a, einer zweiten Addi.erschaltunv 7, einer der zögerungsglied 8, und einem Bewertungsglied
9.
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Die einzelnen ve:r:endeten normierten rekursiven Filters unterscheiden
sich in der Verzögerungszeit@@ des Verzögerungsgliedes 8 und den Bewertungsfaktor
des Bew@@@@@@@gliedes 9 oder beiden. Die Verzögerungszeit ist im einzelnen in einem
ersten normierten rekursiven Filter R1 eine oder zwei Bil@-punktabstandsdauein,
in einem zweiten normierten rekursiven Filter R2 eine Zeilendauer minus eine Bildpunktabstandsdauer,
in einem dritten. normierten rekursiven Filter R3 eine Zeilendauer plus eine Bildpunktabstandsdauer,
in einem vierten nornierten rekursiven Filter R4 eine oder zwei Bildpunktabstan@-dauern,
in eine... fünften normierten rekursiven Filter w5 £-In£ Zeilendauer, in einem sechsten
normierten rekursiven Filter R6 eine Zellendsuer minus zwei Bildpunktabstandsdauern
und in einen siebenten normierten rekursiven Filter R7 eine Zeilendauer plus zwei
Bildpunktabstandsdauern.
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Die Wirkungsweise der norrierten rekursiven Filter wird i folgenden
anhand Fig. 2 erläutert.
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Der Eingange des normierten rekursiven Filters R ist dem ersten Eingang
der zweiten Addierschaltung 7 verbunden; deren Ausgang ist sowohl mit dem Ausgang
a des normierten rekursiven Filters R als auch mit dem Eingang des Verzögerungsgliedes
8 verbunden, dessen Ausgang mit dem Bewertungsgliçd 9 verbunden ist, dessen Ausgang
mit dem zweiten Eingang der zweiten Addierschaltung 7 verbunden ist.
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Zu dem der Eingang e des normierten rekursiven Filters R zugeführten
Signal wird in der zweiten Addierschaltung 7 ein mit d(u Raktor#i bewertetes, am
#i' verzögertes, an der Ausgangskl@@@@ a des normierten rekursiven Filters R anliegendes
Signal addiert. Dadurch entsteht eine Filterwirkung, die von der Wahl der Werte
i und #i abhängt.
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Pig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße empfangsseitige
Schaltung mit dreigliedriger Kettenschaltung, die aus der ersten Addierschaltung
6 und dem empfangsseitigen Schätzwertbildner 5. zusammengenommen besteht (erster
Vierpol).
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Fig. X zeigt im einzelnen einen Eingang e', einen Ausgang a', und
die Ketbense-haltung aus einem ersten R1, zweiten R2 und dritten R3 normierten rekursiven
Filter.
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Der Eingang e' ist mit dem Eingang e1 des ersten normierten rekursiven
Filters R1, dessen Ausgang al mit dem Eingang e2 des zweiten normierten rekursiven
Filters R2, dessen Ausgang a2 mi.t dem Eingang e3*des dritten normierten rekursiven
Filters R3 und dessen Ausgang a3 mit dem Ausgang a' der empfangsseitigen Schaltung
(erster Vierpol) verbunden.
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Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße empfangsseitige
Schaltung mit viergliedriger Kettenschaltung, die aus einem Eingang e'', normierten
rekursiven Fil.tern R4 bis R7 und einem Ausgang a'' besteht und gegenüber
Der
Anordnung nach Fig. 3 lediglich ein Filter mehr aufweist.
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Bei der praktischen Realisierung des Systems können der empfangsseitige
Schätzwertbildner 5 und die erste Addierschaltung 6 zusammengenommen wie die beschriebene
Kettenschaltung realisiert werden. In der Hauptpatentschrift ist abgehandelt, wie
man andere günstige Realisierungsmöglichkeiten findet.-In den folgenden Ausführungsbeispielen
der Erfindung sind sendeseitige Schätzwertblldner 3 zu den erfindungsgemäßen empfangsseitigen
Schaltungen mit dreigliedriger und viergliedriger Kettenschaltung gezeigt.
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Für die Realisierung der empfangsseitigen Schaltung kann man auch
einen empfangsseitigen Schätzwertbildner 5 explizit vorsehen unA diesen entsprechend
Fig. 1 mit der ersten Addierschaltung 6 zusammenschalten. Es handelt sich dann auf
der Empfangsseite um Schaltungen, die mit den Mitteln der Algebra der Blockschaltbilder,
jedoch ohne Veränderung der Anzahl und Bewertungsfaktoren der Abgriffe an Verzögerungsleitungen,
in eine Kettenschaltung aus drei-oder vier normierten rekursiven Filtern übergeführt
werden können. Der sendeseitige Schätzwertbildner 3 und der empfangsseitige Schätzwertbildner
5 können dann gleich aufgebaut sein. In den folgenden Ausführungsbeispielen ist
dies angenommen. Die Algebra der Blockschaltbilder ist bei Merz "Grundkurs der Regelungstechnik,
2. Auflage, Verlag Oldenbourg, München 1964, S. B/30 bis B/34, Abs. 4.5, erläutert.
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Fig. 5 zeigt das Wesentliche der Schätzwertbildner 3 bzw. 5 mit einer
dreigliedrigen Kette, und zwar im einzelnen ein erster Filter F1, ein zweites Filter
F2 und ein drittes Filter F3.
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Das Eingangs signal des Schätzwertbildners 3 bzw. 5 wird über den
Eingang E jeweils dem zweiten Eingang B 21, E 22, E 23 des ersten'F 1,des zweiten
F 2 und des dritten F 3 Filters zugeführt. Der erste Ausgang A 11 des ersten Filters
F 1 ist mit dem ersten Eingang E 12 des zweiten Filters F'2 verbunden-, dessen erster
Ausgang A 12 mit dem ersten Eingang E 13 des dritten Filters F 3, dessen zweiter
Ausgang A 23 mit dem Ausgang A des Schätzwertbildners 3 bzw. 5 identis-ch ist.
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Der erste Eingang E 11 und der zweite Ausgang A 21 des ersten Filters
F 1, der zweite Ausgang A 22 des zweiten Filters F 2 und der erste Ausgang A 13
des dritten Filters F 3 sind nicht verwendet.
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Fig. 6 zeigt das '.'lesentliche des Schätzwertbildners 3 bzw. 5.
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mit einer viergliedligen Kette und zwar im einzelnen ein viertes Filter
F 4, ein fünftes Filter F 5, ein sechstes Filter E 6 und ein siebentes Filter F
7.
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Das Eingangssignal des Schätzwertbildners 3 bzw. 5 wird über den eingang
E' jeweils dem zweiten Eingang E 24, E 25, E 26, E 27 des vierten F 4,fünften F
5, sechsten F 6 und siebenten F 7 Filters zugeführt. Der erste Ausgang A 14 des
vierten Filters F 4 ist mit dem ersten Eingang E 15 des fünften Fi.lters F 5 verbunden,
deren erster Ausgang A 15 mit dem ersten Eingang E 16 des sechsten Filters F 6 verbunden
ist, deren erster Ausgang A 16 wiederum mit dem ersten Singang E 17 des siebenten
Filters F 7 verbunden ist, und deren zweiter Ausgang A 27 schließlich mit dem Ausgang
A des Schätzwertbildners 3 bzw. 5 identisch ist.
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Der erste Eingang E 14 und der zweite Ausgang A 24 des vierten Filters
F 4, jeweils der zweite Ausgang A 25, A 26 des fünften F 5 und des sechsten 6, und
der erste Ausgang A 17 des siebenten Filters F 7 sind nicht verwendet.
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Das Prinzipielle der Filter F 1 bis F 7 ist in Fig. 7 gezeigt. Die
Darstellung enthält im einzelnen eine zweite Addierschaltung 7, eine dritte Addierschaltung
i0, ein Verzögerungsglied 8'und ein Bewertungsglied 9'.
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Der Unterschied zwischen den Filtern F 1 bis F 7 liegt in der Verzögerungszeit#i
des Verzögerungsgliedes 8' oder dem Bewertungsfaktor#i des Bewertungsgliedes 9'
oder beiden.
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Die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 8' ist im einzelnen in
dem ersten Filter F 1 eine oder zwei Bildpunktabstandsdauern, in dem zweiten Filter
F 2 eine Zeilendauer minus eine Bildpunktabstandsdaucr, in den dritten Filter. 9
eine Zeilendauer plus eine Bildpunktabstandsdauer, in dem vierten Filter F 4 eine
oder zwei Bildpunktabstandsdauern, in dem fünften Filter F 5 eine Zeilendauer, in
dem sechsten Filter F 6 eine Zeilendauer minus zwei Bildpunktabstanlsdauern und
in dem siebenten Filter F 7 eine Zeilendauer plur einer Bi1dpunktbstandsdauer.
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Die Wirkungsweise der Filter wird im folgenden arihand Fig. 7 erläutert.
Der erste Eingang El des Filters F ist -,it dem ersten Eingang der zweiten Addierschaltung
7' verbunden.
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Der Ausgang der zweiten Äddiersehaltung 7' ist sowohl mit dem zweiten
Ausgang A 2 des Filters F als auch mit dem zweiten Eingang der dritten Addierschaltung
10 verbunden, deren erster Eingang mit dem zweiten Eingang E 2 des Filters F und
dercn Ausgang mit dem Eingang des Verzögerungsgliedes 8' verbunden ist. Der Ausgang
des Verzögerungsgliedes 8' ist mit dem Eingang des Bewertungsgliedes 9' verbunden,
dessen Ausgang sowohl mit dem zweiten Eingang der zweiten Addierschaltung 7' als
auch mit dem ersten Ausgang A 1 des Filters P verbunden ist.
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Die Filter F 1 bis F 7 gegen aus den normierten rekursiven Filtern
R 1 bis R 7 durch Hinzufügen eines zusätzlichen Einganges, eines zusätzlichen Ausganges
und einer Addierschaltung 10 hervor. Verzögerungszeit #i und Bewertungsfaktor sind
bei Ri und Fi gleich.
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1 Patentanspruch 7 Figuren