DE2430018A1

DE2430018A1 - Verfahren zur stufenlosen kompression digital gespeicherter datenfolgen, mit grosser variation des absolutbetrages zur nachtraeglichen visuellen darstellung und fuer monitorzwecke

Info

Publication number: DE2430018A1
Application number: DE2430018A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Helbig; Eike Dr Rietsch
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Wintershall Dea International AG
Priority date: 1974-06-22
Filing date: 1974-06-22
Publication date: 1976-01-08
Also published as: DE2430018C3; NL7507411A; DE2430018B2; CH607458A5; GB1510322A; CA1076260A; AR209106A1; US4240070A; FR2275827B3; JPS5118461A; FR2275827A1

Description

Hamburg, den 22.Mai 1974-770/ik

D 74 008

DEUTSCHE TEXACO AKTIENGESELLSCHAFT 2 Hamburg 13
Mittelweg 180

Verfahren zur stufenlosen Kompression digital gespeicherter Datenfolgen, mit großer Variation des Absolutbetrages zur nachträglichen visuellen Darstellung und für Monitorzwecke

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stufenlosen Kompression digital in Form von Mantisse und Exponent zu einer ganzzahligen Basis B - vorzugsweise 2,4-,8,16 gespeicherter Datenfolgen, bzw. von Gruppen verwandter Datenfolgen in Multiplex-Schreibweise, mit großer Variation des Absolutbetrages zur nachträglichen visu- eilen Darstellung und für Monitorzwecke unter Verwendung einer variablen Referenzspannung für einen an sich bekannten Digital-Analog-Vandler. Sie ist besonders, aber nicht ausschließlich, für die Kompression seismischer Signale bestimmt, deren analoge Darstellung, z.B. auf photographischem Papier, ohne Kompression des großen Bereiches des Absolutbetrages nicht möglich wäre. Ganz allgemein liegt- das Anwendungsgebiet überall dort, wo

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Daten mit großem Bereich der Variationen des Absolutbetrages, die aus diesem Grunde vorzugsweise digital gespeichert werden, in analoger Form dargestellt werden sollen.

Verfahren zur analogen Darstellung digitaler Signale mit großem Dynamikbereich sind z.B. in der Offenlegungsschrift 2 205 530 (1972) und in dem US Patent 3 555 540' (1971) offenbart.

Um starke und schwache Signale gleichermaßen sichtbar zu machen, müssen die schwachen Signale entsprechend verstärkt werden. Diese Verstärkung (Dynamikkompression) muß so graduell vor sich gehen, daß die unvermeidlichen Verzerrungen des Signals nicht zu groß werden.

Bei dem in der Offenlegungsschrift 2 205 530 beschriebenen Playbackverfahren wird die Dynamikkompression dadurch erreicht, daß sich die zur Digital-Analogumwandlung benötigte Referenzspannung mit der Zeit erhöht. Die Zeitabhängigkeit des Spannungsanstiegs ist regelbar. Bei der Analogdarstellung einer in digitaler Form gegebenen Batenfolge werden dadurch später umgewandelte Digitalwerte in größere Analogsignale umgewandelt. Das setzt voraus, daß die mittleren Amplituden der Signale mit der Seit abnehmen. Diese Voraussetzung trifft für die Reflexionsseismik zu, bei der sich der Signalpegel von

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anfänglich "bis zu einigen Volt auf weniger als 1 yuV am Ende der Aufzeichnung verringern kann.

Wenn jedoch die Voraussetzung, daß -die Signalamplitude mit der Zeit kleiner wird, nicht zutrifft, d.h. wenn einem allgemeinen Abfall des Signalpegels auch wieder ein Anstieg folgen kann, ist diese Art der Dynamikkompression nicht zu verwenden. Gerade so ein Anstieg des Signalpegels kann zum Beispiel in der Erdbebenseismik, in der Refraktionsseismik, oder - um ein anderes Gebiet zu nennen - in der Radartechnik auftreten* Für solche Fälle ist ein anderes Verfahren wünschenswert, bei dem die Verstärkung sowohl zeitabhängig einstellbar ist, als auch aus den Daten selbst bestimmt werden kann.

Eine solche von den Daten selbst abhängige Verstärkung wird in dem TJS Patent 3 555 5^O beschrieben. Abgesehen davon, daß die Dynamikkompression, die in diesem US-Patent beschrieben wird, in wenn auch geringem Maße diskret ist, wird ein beträchtlicher schaltungstechnischer Aufwand benötigt, um diese Dynamikkompression durchzuführen.

Digitalwerte von Signalen mit großen Dynamikbereich werden in der Regel als Gleitkommazahlen der Form

-E ■

Q = ± AB

dargestellt. Dabei bedeutet A eine Mantisse, B die Basis

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des Zahlensystems und E einen Exponenten. Übliche Werte für die Basis B sind z.B. 2,4-,8,10,16. Um die Anschaulichkeit zu erhöhen, wird im Folgenden bisweilen B=8 angenommen.

Es ist ein wesentliches Kennzeichen der in der Offenlegungsschrift 2 205 5JO und dem US Patent 3 555 540 beschriebenen Verfahren, daß eine Binärzahl K erzeugt · wird und daß die aus Q gebildete Gleitkommazahl Q¹ = - AB "~ in eine Festkommazahl umgewandelt wird. Diese Festkommazahl wird dann in einen Analogwert umgewandelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur stufenlosen Kompression digital in Form von Mantisse und Exponent zu einer ganzzahligen Basis B - vorzugsweise 2,4,8,16 - gespeicherter Datenfolgen, beziehungsweise von Ensembles verwandter Datenfolgen in Multiplex-Schreibweise, mit großer Variation des Absolutbetrages zur nachträglichen visuellen Darstellung und für Monitorzwecke unter Verwendung einer variablen Eeferenzspannung für den an sich bekannten Digital/Analog-Wandler zu schaffen, mit der auch Datenfolgen verarbeitet werden können, bei denen die anfängliche Signalamplitude mit der Zeit sowohl kleiner wird als auch wieder größer werden kann.

In Lösung der gestellten Aufgabe wurde ein Verfahren der vorgenannten Gattung geschaffen, das dadurch gekenn-

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zeichnet ist, daß diese Referenzspannung zu einem auf Grund der Daten bestimmten Zeitpunkt innerhalb eines ■Umwandlungstaktes Von einer Spannungsquelle abgegriffen wird, deren Spannung periodisch innerhalb eines Referenzspannungstaktes von einer Anfangsspannung kontinuierlich' auf das B-fache der Anfangsspannung ansteigt und wobei der Referenzspannungstakt gleich dem Umwandlungstakt oder einem ganzzahligen Bruchteil desselben ist.

Der Referenzspannungserzeuger besteht aus einem Sägezahngenerator, einer Verzögerungsschaltung und einem Haltekreis, der im Sägezahngenerator integriert sein kann.

Der Sägezahngenerator liefert eine periodische Sägezahnspannung, die exponentiell von V auf BV Volt ansteigt, wobei B die Basis bezeichnet, die für die Gleitkommadarstellung der digital gespeicherten Daten verwendet wird. Wählt man zum Beispiel die Anfangsspannung V des Sägezahngenerators gleich 1 V und ist die Basis B=8, so stiegt die Spannung am Sägezahngenerator innerhalb eines Taktes von 1 V auf 8 V.

Die Frequenz des Sägezahns ist gleich der- inversen Takt- zeit At, d.h. alle At Sekunden beginnt ein neuer Sägezahn. Die Taktzeit ist die Zeit, die zwischen der Umwandlung zweier Digitalzahlen in entsprechende Analogwerte liegt, wenn Daten aus nur einem Kanal umgewandelt

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werden sollten. Wenn, wie in der Seismik üblich, Daten aus mehreren Kanälen (z.B. 24 oder 48 Kanäle) gleichzeitig analog dargestellt werden sollen, ist sie die Zeit, die zwischen der Umwandlung zweier aufeinanderfolgender Digitalwerte des gleichen Kanals in Analogwerte vergeht. Wenn die Abspielung, wie in der Seismik für Monitorzwecke
(üblich, gleichzeitig mit der Aufnahme erfolgt, ist die Taktzeit identisch mit der Abtast-Rate. Die Zeitabhängigkeit der Sägezahnspannung Vn (t) innerhalb eines Taktes-kann also durch die Gleichung

(D V_E (t) - e** '
beschrieben werden, wobei

(2)o(=ln 8/ &t oder allgemein Oi = In B/^t

Zu einer bestimmten Zeit V (0- X ^ <£t)wird die Spannung des Sägezahngenerators abgegriffen und einem Haltekreis zugeführt. Diese so gewonnene Spannung wird als Vf verwendet. Eine Änderung der Verzögerungszeit *t ändert also die Höhe der Referenzspannung. Für X =CJbeträgt sie 1 V_o fürT^t beträgt sie BV_Q Volt.

Da dieser Sägezahngenerator zur Erzeugung der Referenzspannung dient, wird er im folgenden als R-Sägezahngenerator (Referenzspannungssägezahngenerator) bezeichnet.

Die Zeit %^ zu der die Referenzspannung an der Sägezahnspannung abgegriffen wird, wird mit Hilfe eines Verzögerungszeitgebers bestimmt. Sie hängt von der mittleren

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Ausgangsspannung des D/A Wandlers at», kann a"ber auch von außen gesteuert werden.

Eine mögliche Ausführung, des VerzögerungsZeitgebers besteht aus einer Spannungsquelle mit wählbarer konstanter Spannung, die die für die Abspielung günstigste mittlere Ausgangsspannung V des D/A Wandlers darstellt.

Dazu kommt noch ein Sägezahngenerator, im Folgenden

C^spannungs

V-Sägezahngenerator (Vergleichs-Sägezahngenerator) genannt, dessen Spannung Vy(t) von V Volt zu Beginn jedes Taktes linear nach der Formel

V_v(t) = V (1-oct)

abfällt.- Der Parameter#ist identisch mit dem in Formel (2). Aus der .Summe von mittlerer Ausgangsspannung V und Sägezahnspannung Vy(t)-verringert um eine später erklärte Haltespannung V^ - wird eine mit der Zeit abnehmende Vergleichsspannung gebildet. Die Verzögerungszeit'fist erreicht sobald diese Vergleichsspannung gleich der mittleren Ausgangsspannung V des D/A Wandlers ist· (d.h.

sobald V+V ('1-0('C) ⁼ Vu+V_a). Ein zu dieser Zeit ausgesandter Impuls bewirkt, daß die augenblickliche Spannung Vy(Td am V-Sägezahngenerator abgegriffen und einem Haltekreis zugeführt wird. Diese Spannung stellt die im

nächsten Takt verwendete Haltespannung V^ dar (d.h. Vg= V(I-OCC)· Gleichzeitig wird aber auch die Spannung am E-Sägezahngenerator abgegriffen und einem Haltekreis zugeführt. Sie wird im nächsten Takt als Referenzspannung zur D/A Umwandlung verwendet.

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Aus dieser Beschreibung ergibt sich, daß die Verzögerungszeit ¹Cdiejenige Zeit ist, in der die Spannung Vy- auf

V^f abfällt, wenn V=V , das heißt, gewünschte und wirk-M a ' .

liehe mittlere Ausgangsspannung des D/A Wandlers gleich sind. Da aber V-L als die Spannung definiert ist, die an dem V-Sägezahngenerator zur Verzögerungszeit des vorhergehenden Taktes anlag, ändert sich die Verzögerungszeit und damit auch die zur D/A Wandlung verwendete Referenzspannung nicht.

Weicht die wirkliche mittlere Ausgangsspannung V aber ■um den Faktor γ= 1 -£ von der gewünschten Spannung V ab, so ergibt sich eine Änderung/iTder Verzögerungszeit aus der Formel

Dabei bedeutet %^% die Verzögerungszeit im vorhergehenden Zyklus.

Diese Änderung der Verzögerungszeit führt zu einer neuen Referenzspannung. Das Verhältnis von neuer Referenzspannung Vf zur Referenzspannung V¹ _f des vorhergegangenen Zyklus beträgt

^Vref^/V'ref⁼ j

Die Formel zeigt, daß ein Abweichen der wirklichen mittleren Ausgangsspannung V um den Faktor yvon der

^a 4

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gewünschten mxttleren Ausgangsspannung des D/A Wandlers zu einer Änderung der Referenzspannung um etwa den Paktor führt.

Verstreicht die Taktzeit ΔΓ ohne daß die Vergleichsspannung unter die mittlere Spannung am D/A Wandler abgefallen ist, so wird die Binärzahl K um eine Einheit erhöht; die im neuen Zyklus mit V Volt beginnende Spannung am R-Sägeζahngenerator wird als Referenzspannung und die im neuen Zyklus mit V Volt beginnende Spannung des V-Sägezahngenerators wird als neue Haltespannung verwendet. ·

Ist andererseits die Vergleichsspannung gleich am Beginn des Zyklus kleiner als die mittlere Spannung am D/A Wandler, so wird die Binärzahl K um eine Einheit verkleinert und die Endspannung von B V des R-Sägezahngenerators als Referenzspannung verwendet. Als neue Haltespannung dient die Endspannung V(i-oiAt) des V-Sägezahngenerators.

Bei einer anderen Ausführung des Verzögerungszeitgebers ist es vorteilhaft, wenn die untere Spannung V_Q des R-Sägeζahngenerators gleich V_t der gewünschten mittleren Ausgangsspannung des D/A Wandlers gewählt wird. Bei Beginn eines Taktes läßt man nun die im letzten Takt bestimmte

en

Referenzspannung V ~ expomfiell im gleichen Maße abfallen wie die Sägezahnspannung am R-Sägezahngenerator

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ansteigt. Sobald diese Vergleichsspannung, deren zeitlicher Verlauf also durch die Gleichung

" ^V ref^e

beschrieben wird, gleich der wirklichen mittleren Ausgangsspannung am D/A Wandler ist, wird die Spannung am R-Sägezahngenerator abgegriffen-und einem Haltekreis zugeführt. Sie dient im nächsten Zyklus als Referenzspannung für die D/A Umwandlung und als Anfangswert der Vergleichsspannung zur Verzögerungszeitbestimmung.

Weicht nun die wirkliche mittlere Spannung V am D/A Wandler um den Paktor γ· von der gewünschten Spannung V ab, so ergibt sich eine Verzögerungszeit fvon

Der Unterschied &.% zwischen alter und neuer Verzögerungszeit beträgt also

Δ%=τ-%^% = -^ inf.

Das Verhältnis von neuer Referenzspannung V» zur Referenzspannung V¹ ~ des vorhergehenden Zyklus beträgt

daher _v _/γι JX^t- Vv
^vref^/v ref ^e -Vf.

Ein Abweichen der wirklichen mittleren Ausgangsspannung des D/A Wandlers um den Faktor y- von der gewünschten mittleren Ausgangsspannung führt also zu einer Änderung der Referenzspannung um den Faktor"1/y .

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Verstreicht die Taktzeit δ Τ "bevor die Vergleichsspannung unter die mittlere Spannung am D/A Wandler abgefallen ist, so wird die Binärzahl K um"eine Einheit erhöht und im neuen Zyklus die Anfangsspannung des R-Sägezahngenerators als Referenzspannung verwendet.

Ist die Vergleichsspannung aber gleich zu Beginn des Zyklus kleiner als die mittlere Spannung am D/A Wandler, so wird die Binärzahl· K um eine Einheit verringert und die Endspannung B V des B-Sägezahngenerators als Referenzspannung verwendet.

Dieses Grundprinzip der Referenzspannungserzeugung und der damit verknüpften Bestimmung der Binärzahl K kann noch auf die folgende Weise modifiziert werden.

Die Frequenz des R-Sägezahngenerators wird gleich einem ganzen Vieifachen η der inversen Taktzeit £t gemacht, d.h. alle ^t/n Sekunden beginnt ein neuer Sägezahn. Die zeitliche Änd-erung der Spannung am R-Sägezahngenerator wird also durch die Formel

V_R(t)= Ve^nwt

beschrieben, wobei wie bisher^= ΙηΒ/Δ t. Mit dieser Anordnung kann man erreichen, daß stärkere Änderungen der mittleren Ausgangsspannung des D/A Wandlers noch erfaßt werden. Von den η Sägezähnen, die innerhalb einer Taktzeit liegen, wählt man einen, den'm-ten Sägezahn, für

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normale Umwandlungen aus. Die ersten m-1 ßägezähne werden dann benötigt, wenn die mittlere Ausgangsspannung am D/A Wandler stark steigt. Die letzten n-m Sägezähne innerhalb der laktzeit werden verwendet, wenn die mittlere Ausgangsspannung des D/A Wandlers sehr stark abfällt.

Zur Bestimmung der Verzögerungszeit ist die zweite Version des Verzogerungszeitgebers besser geeignet als die erstbeschriebene, da bei dieser die Referenzspannungsänderung nur annähernd umgekehrt proportional der Änderung der mittleren Ausgangsspannung ist. Die sich aufgrund der vervielfachten Frequenz des R-Sägezahngenerators ergebenden Änderungen werden deshalb nur für die zweite Version des Verzogerungszeitgebers beschrieben.

Die Vergleichsspannung im Verzögerungszeitgeber fällt exponentiell von der Anfangs spannung B^m~* V'_rej>» d.h. von der im letzten Takt bestimmten Eeferenzspannung multipliziert mit dem konstanten Faktor ^Cm-O**= _Bm-1 ^ gleichem Maße ab, wie die Spannung am R-Sägezahngenerator steigt. Sobald diese Vergleichsspannung, deren zeitlicher Abfall also durch die Formel

(5)

ⁿ *"

beschrieben wird, gleich der wirklichen mittleren Ausgangsspannung des D/A Wandlers ist, wird die Spannung am R-Sägezahngenerator abgegriffen und einem Haltekreis als neue Referenzspannung zugeführt.

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Bei Beginn des Zyklus wird die Binärzahl K um m-1 verringert und im Verlauf des Zyklus jedesmal dann um 1 erhöht, wenn ein neuer Sägezahn am E-Sägezahngenerator beginnt ohne daß die Vergleichsspannung "bereits auf die wirkliche mittlere Ausgangsspannung Υ" am D/A Wandler

abgefallen ist. Fällt die Vergleichsspannung auf den

Wert V ab, während am E-Sägezahngenerator gerade der a

m-te Sägezahn dieses Taktes anliegt, so ist die am Beginn des Taktes durchgeführte Verringerung des Binärzählers K' um m-1 durch die darauf folgenden m-1 Erhöhungen um jeweils 1 gerade kompensiert.

Wenn die Vergleichsspannung auf den Wert V abfällt während am R-Sägezahngenerator gerade der k-te Sägezahn des Taktes anliegt, so ist die Binärzahl K am Ende des Taktes um k-m größer oder - wenn (k-m) negativ ist - um m-k kleiner als am Ende des vorhergehenden Taktes.

Eine weitere Modifikation des Prinzips der Referenzspannungserzeugung und der damit verknüpften Bestimmung der Binärzahl K besteht darin, daß die Frequenz des R-Sägezahngenerators ebenfalls ein ganzes Vielfaches η der inversen Taktzeit At beträgt, die Sägezahnspannung aber nicht am Anfang des Taktes ihren Minimalwert V sondern den Wert Ye annimmt, daß sie also um eine bestimmte Zeit <£t gegenüber dem Beginn des Taktes verschoben ist. -

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Die Beschreibung des Verzögerungszeitgebers soll hier auf den wichtigsten Fall n=2 beschränkt werden. Die wenigen Änderungen, die nötig werden, wenn n> 2, ergeben sich aus der vorhergehenden Modifikation. .

In diesem Spezialfall liegt nur ein Sägezahn des R-Sägezahngenerators vollständig innerhalb eines Taktes. Die Vergleichsspannung im Verzögerungszeitgeber fällt exponentiell von der Anfangsspannung e V «, d.h. von der im letzten Zyklus bestimmten Referenzspannung

^j 4-

multipliziert mit dem Faktor e im gleichen Maße ab, wie die Spannung am E-Sägezahngenerator steigt. Sobald diese Vergleichsspannung, deren zeitlicher Abfall also durch die Formel

W V₇Ct)- V'_refe^2otiV^2ott

"beschrieben wird, gleich der wirklichen mittleren Spannung am Ausgang des D/A Wandlers ist, wird die Spannung am R-Sägezahngenerator abgegriffen und einem Haltekreis als neue Referenzspannung für den nächsten Takt zugeführt. Zu Beginn des Zyklus wird die Binärzahl K um 1 · verringert und im Verlauf des Zyklus jedesmal dann um 1 erhöht, wenn ein neuer Sägezahn am R-Sägezahngenerator beginnt, ohne daß die Vergleichsspannung bereits auf die wirkliche mittlere Ausgangsspannung V am D/A Wandler abgefallen ist. Fällt die Vergleichsspannung auf den Wert V. Volt ab, während am R-Sägezahngenerator gerade der einzige vollständig innerhalb des Zyklus liegende Sägezahn dieses Taktes anliegt, so ist die am Beginn

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des Taktes durchgeführte Verringerung der Binärzahl E um 1 durch, die hei Beginn dieses vollständigen Sägezahns erfolgte Erhöhung von K um 1 gerade kompensiert. Fällt die Vergleichsspannung bereits vor dem Beginn dieses Sägezahns auf den Wert V . ab (f<^t), so ist die'Binärzahl X am Ende dieses Taktes um 1 kleiner als am Ende des vorherigen Taktes. Fällt die Vergleichsspannung nach dem Ende des vollständigen Taktes auf den Wert Y Volt ab ($>*St +

so ist die Binärzahl K am Ende dieses -Taktes um 1 größer als am Ende des vorherigen Taktes.

Die hier beschriebene Steuerung der Verstärkung durch die Daten selbst kann leicht durch eine Steuerung von außen aufgrund der Kenntnis der allgemeinen Eigenschaften der Daten, insbesondere ihres mittleren zeitlichen Amplitudenverhaltens, ersetzt werden, indem man die Vergleichsspannung nicht auf die mittlere Ausgangsspannung am D/A Wandler abfallen läßt, sondern auf eine von außen kontrollierte Steuerspannung. Ist diese Steuerspannung gleich der gewünschten mittleren Ausgangsspannung am D/A Wandler, so ändert sich die Referenzspannung nicht. Wird sie aber während eines Taktes um den Faktor y größer (oder kleiner) als V, so ist die Referenzspannung in allen folgenden Takten um den Faktor 1/^ kleiner (oder größer). Ist die Steuerspannung für die Dauer von zwei Takten um den Faktor ygrößer (oder kleiner) als V, so ist die Referenzspannung nach den zwei Takten um den Faktor Λ/ψ verkleinert (oder vergrößert). Liegt die Steuerspannung konstant um

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den Faktor ψ unter (oder über) V, so führt das zu einer exponentiell ansteigenden Verstärkung (oder Schwächung) des aufgezeichneten Signals. Auf diese Weise können große Änderungen der Verstärkung durch kleine Änderungen der Steuerspannung erreicht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Vorrichtung zur stufenlosen Dynamikkompression für die Durchführung von Playback- und Monitoraufzeichnungen digitaler Signale und

Fig. 2, 3, 4 und 5 den Verlauf der Spannung am R-Sägezahngenerator (obere Hälfte der jeweiligen Figur) und den Verlauf der Vergleichsspannung im Verzögerungszeitgeber (untere Hälfte der jeweiligen Figur) für je zwei aufeinanderfolgende Takte.

Figur 1 zeigt am Beispiel der in der Offenlegungsschrift 2 205 530 beschriebenen Schaltung zur Analogaufzeichnung digital gespeicherte Signale, in welcher Beziehung das hier beschriebene Verfahren zur Erzeugung einer geeigneten Referenzspannung zu bekannten Schaltungen für die Analogabspielung digitaler Daten steht. Das Register 10 enthält die umzuwandelnde Gleitkommazahl mit der Mantisse A (Vor-

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zeichen S^) und dem Exponenten E. Drei weitere Signale, dargestellt durch drei weitere Bits, die von einem 3-Bit-Binär-Zähler 20 kommen, werden an die Eingänge des Exponenten-Subtraktions-Schaltkreises 11 übermittelt. Der Binär-Zähler 20 erzeugt durch 3 Bits dargestellte Signale, die ihrerseits eine ganze Zahl K darstellen. Der Exponenten-Subtraktions-Schaltkreis 11 erzeugt ein digitales Ausgangs-Signal, das den Wert (K - E) darstellt. Dieses Ausgangs-Signal (K - E) wird an einem Schieberegister-Steuerschaltkreis 12 übermittelt. Der Schieberegister-Steuerschaltkreis 12 übermittelt ein Ausgangs-Steuer-Signal an das Schieberegister 13» das Verschiebungen um Vielfache von 3 Bits ausführen kann. Die von den verschobenen Binär-Steilen oder Bits dargestellten Digital-Signale im Schieberegister 13 werden danach an einen 15-Bit-Digital/Analog-Wandler 14 übermittelt. Die analoge Ausgangsspannung des Digital/Analog-Wandlers 14 kann, wenn es gewünscht wird, an den Eingang eines Verstärkers 21 mit einer Verstärkungsstufe G » 8 übermittelt werden. Der Verstärker 21 ist in der Fig. 1 mit gestrichelten Linien dargestellt, da er nicht benötigt wird, so lange die analoge Spannung eine ausreichende Höhe hat. Wird der Verstärker 21 nicht benötigt, kann die analoge Ausgangs-Spannung des Digital/Analog^Vemdlers 14 direkt einem Eingang eines Demultiplexers 19 übermittelt werden. Der Demultiplexer weist eine Anzahl von Ausgangs-Kanälen auf.

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Eine einzelne analoge Ausgangs-Spannung des Digital/Analog-Wandlers 14 wird durch den Demultiplexer 19 direkt mit dem Eingang des zugehörigen, an sich bekannten Halte-Schaltkreises (nicht dargestellt) verbunden. Vom Halte-Schaltkreis wird die Spannung einem an sich bekannten Filter-Schaltkreis (nicht dargestellt) übermittelt, von dem es letztlich einem Galvanometer-Oszillographen oder dgl. (nicht dargestellt) übermittelt und zu einem Oszillogramm oder Linienschrift-Bild geformt wird, wobei eine sichtbare Darstellung bzw. Aufzeichnung von interessierenden seismischen Signalen erzeugt wird.

Die analoge Ausgangs-Spannung vom Digital/Analog-Wandler ist ebenfalls an den Eingang einer Mittelungs-Schaltung 17 angelegt. Die Mittelungs-Schaltung 17 übermittelt ein analoges Ausgangs-Signal V_& an einen weiteren Eingang des Verzögerungszeitgebers 16. Weiterhin kann in einer anderen Ausbildung der Vorrichtung jedes der Ausgangs-Signale des Demultiplexers 19 nach Filterung im zugehörigen Filterschaltkreis direkt mit einem separaten Eingang einer Additions-Einrichtung 18 verbunden sein. Der Ausgang der Additions-Einrichtung 18 ist direkt mit dem Eingang der Mittelungs-Schaltung 17 verbunden. Die aus dem R-Sägezahngenerator 15 und Verzögerungszeitgeber 16 bestehende Anordnung zur Erzeugung der zur D/A Wandlung nötigen Referenzspannung V_re:£ ist durch einen gestrichelten Kasten hervorgehoben. Wie aus

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der Fig. 1 zu ersehen ist, hat der Verzögerungszeitgeber 16, 3e nach verwendeter Methode, zwei bis vier Eingänge. Die beiden, bei allen beschriebenen Varianten vorhandenen Eingange dienen der Zuführung der für die Analogaufzeichnung

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günstigsten mittleren Ausgangsspannung Y am D/A Wandler ■and der wirklichen mittleren Aasgangsspannung Y .

Yerzögerungszeitgeber 16 des zweiten Tjps benötigen noeh einen Eingang für die zuletzt im unmittelbar vorhergehenden Takt bestimmte und is gegenwärtigen Takt verwendete !Referenzspannung. Wenn die Jrequenz des. B-Sägezahngenerators 15 ein ganzes Yielfaches der inversen §?aktzeit beträgt, benötigt aan noch einen weiteren Eingang, durch den dem Yerzogemngszeitgeber 16 der Beginn eines neuen Sägezahns des B-Sägezahngenerators 15 signalisiert wird. ¥enn dieses Signal den Yerzögerungszeitgeber 16 erreicht, bevor die Yergleichsspannung auf den ¥ert Y„ abgefallen ist, wird die am Anfang des Taktes verkleinerte Binärzahl K im 3-Bit-Binärzähler 20 um eine Einheit erhöht. Der zum E-Sägezahngenerator 15 führende Ausgang des Verzögeningszeitgebers 16 dient der Übermittlung eines ßignals, das bewirkt, daß die augenblickliche Spannung am B-Säge ζ ahngenerator 15 abgegriffen und als Eeferenzspannung einem im Sägezahngenerator 15 integrierten Ealtekreis zugeführt wird. Die folgenden Piguren 2,3* 4 und 5 zeigen - für je zwei aufeinanderfolgende Takte den Verlauf der Spannung am B-Säge zahngener a tor 15 (obere Hälfte der !figuren) und den Verlauf der Yergleichsspannung im Yerzögerungszeitgeber 16 (untere Hälfte der figuren). Werte, die in jedem Takt neu bestimmt werden, sind durch zwei, einen oder keinen Strich gekennzeichnet. So bedeutet z.B. ^"_re£ die zur D/A Wandlung im ersten

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gezeichneten Takt verwendete Referenzspannung (sie wurde im vorhergehenden Takt bestimmt). V _f ist die im ersten dargestellten Takt bestimmte und im zweiten dargestellten Takt verwendete Referenzspannung, während V ~ die im zweiten dargestellten Takt bestimmte und im darauffolgenden, nicht mehr gezeichneten Takt verwendete Referenzspannung darstellt.

Figur 2 stellt die Verhältnisse dar, wie sie sich aufgrund der Beschreibung der ersten Version des Verzögerungszeitgebers 16 ergeben. Die Vergleichsspannung V*y, die sich aus der Differenz der Spannung V und der im vorhergehenden Takt bestimmten Haltespannung ?"„ zuzüglich einer von der Spannung V linear abnehmenden Sägezahnspannung ergibt, fällt bis auf die Spannung V ab. Die zu dieser Zeit er-

reichte Spannung V » am R-Sägezahngenerator 15 wird im nächsten Takt als Referenzspannung zur D/A Wandlung verwendet. Die zur gleichen Zeit festgehaltene Spannung VV am V-Sägezahngenerator ist für die Festlegung der Vergleichsspannung Vy im nächsten Takt bestimmt.

Die Verhältnisse, die sich aufgrund der Beschreibung der zweiten Version des Verzögerungszeitgebers 16 ergeben, werden in Figur 3 gezeigt. Hier fällt die Vergleichsspannung exponentiell von der in dem vorhergehenden Takt bestimmten Referenzspannung V"_ref ab. Sie Spannung V'_ref» die am R-Sägezahngenerator 15 liegt wenn die Vergleichsspannung gleich der wirklichen mittleren Ausgangsspannung

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V'_a am D/A Wandler ist, wird als Referenzspannung für den nächsten Takt verwendet und dient außerdem als Anfangswert der Vergleichsspannung für den nächsten Takt, in dem die im darauffolgenden, nicht gezeichneten Takt verwendete Referenzspannung V~ bestimmt wird.

Die Figur 4- stellt die Spannung am R-Sägezahngenerator und die Vergleichsspannung im Verzögerungszeitgeber 16 dar, wie sie sich aus der Annahme ergeben, daß nicht wie vorher alle At Sekunden, sondern alle δt/3 Sekunden ein neuer Sägezahn am R-Sägezahngenerator 15 beginnt (n=3). Außerdem wurde m=2 gewählt, d.h. der mittlere der drei Sägezähne pro Ta kfcwird für normale Umwandlungen verwendet. In diesem Fall fällt die Vergleichsspannung exponentiell von dem achtfachen der im vorhergehenden Takt bestimmten Vergleichsspannung ^" _f, d.h. von 8 V" ^, ab. Die Spannung V -, die am R-Sägezahngenerator 15 liegt, wenn die Vergleichsspannung gleich der wirklichen mittleren Ausgangsspannung V' am D/A Wandler 14 ist, wird als Referenzspannung für den nächsten Takt verwendet. Mit dem Faktor 8 multipliziert dient sie außerdem als Anfangswert für die exponentiell abfallende Vergleichsspannung Vy im nächsten Takt. In dem hier gezeichneten Fall m=2 muß die Binärzahl K am Beginn des Taktes um 1 verringert werden. Durch ein bei Beginn des zweiten Sägezahns nach £t/3 Sekunden ausgelöstes Signal wird die Binärzahl K wieder um 1 erhöht. Liegt also die Verzögerungszeit wie im ersten gezeichneten Takt zwischen £t/3 und 2&fc/3» so

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tritt insgesamt keine Jnderung der Binär zahl K ein. Im zweiten gezeichneten 3?akt fällt die Yergleiehsspannong bereits auf den Wert Y_Q YoIt ab, während am B-Sagezahmgenerator 15 noch der erste "Sägezahn anliegt. Die "am Begiaam des Taktes erfolgte Yerringerung der Binärzahl X ■us 1 bleibt, also in diesem Fall unverändert.

Die Figur 5 zeigt den Yerlauf der E-Sägezahnspannung und der Yergleichsspanniang für den Fall, daß ein Minimalwert der Sägezahnspannung nicht mit dem Beginn des Taktes zusammenfällt, sondern im. die Zeit St gegen den Beginn des Taktes verschoben ist. Für den hier dargestellten Fall, £t =i$fc/6 hat die Spannung am B-Sägezahngenerator 15 bei Beginn des Taktes bereits 4 Y erreicht. Eier fällt die Yergleichsspaniiung exponentiell vom Doppelten der im vorhergehenden Takt bestimmten Eef erenzspannung Y"_re£ ab. Bie Spannung V¹ _f, die am E-Sägezahngenerator 15 liegt, wenn die Yergleichsspannung gleich der wirklichen mittleren Ausgangs spannung Y¹ am D/A Wandler 14 ist, wird als Beferenzspannung für den nächsten Takt verwendet. Mit dem Faktor 2 multipliziert, dient sie außerdem als Anfangswert für die exponentiell abfallende Yergleichsspannung im nächsten Takt. Die Binärzahl K wird zu Beginn des Taktes um 1 verringert. Durch ein nach Jt Sekunden, zu Beginn des neuen Sägezahns, ausgelöstes Signal wird die Binärzahl K wieder um 1 erhöht. Liegt also die Verzögerungszeit, wie im ersten gezeichneten Takt, zwischen Ot und St +At/2, so tritt insgesamt keine Änderung der

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Binärzahl K ein. Im zweiten gezeichneten Takt fällt die Vergleichs spannung erst nach <ft + At/2 Sekunden auf den Wert ? Volt ab. Durch die jeweils hei Beginn der

beiden Sägezähne - nach Jt und <ft +At/2 Sekunden - ausgelösten Signale wurde die anfangs um 1 verminderte Binärzahl K zweimal um 1 erhöht. Sie ist also am Ende des Taktes um Λ höher als am Ende des vorhergehenden Taktes.

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Claims

. D 74 008 Patentansprüche

1) Verfahren zur stufenlosen Kompression digital in Form von Mantisse und Exponent zu einer ganzzahligen Basis B - vorzugsweise 2,4,8,16 - gespeicherter Datenfolgen, beziehungsweise von Ensembles verwandter Datenfolgen in Multiplex-Schreibweise, mit großer Variation des Absolutbetrages zur nachträglichen visuellen Darstellung und für Monitorzwecke unter Verwendung einer variablen Referenzspannung für den an sich bekannten Digital-Analog-Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß diese Referenzspannung zu einem auf Grund der Daten bestimmten Zeitpunkt innerhalb eines TJmwandlungstaktes von einer Spannungsquelle abgegriffen wird, deren Spannung periodisch innerhalb eines Referenzspannungstaktes von einer Anfangsspannung kontinuierlich auf das B-faehe der Anfangsspannung ansteigt und wobei der Referenzspannungstakt gleich dem Umwandlungstakt oder einem ganzzahligen Bruchteil desselben ist.

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2) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung V_R am R-Sägezahngenerator exponentiell von einer Minimalspannung V zu Beginn eines Taktes auf eine Maximalspannung BV, das B-fache der Anfangsspannung V , am Ende des Taktes ansteigt, wobei B die Basis des Zahlensystems bedeutet_>in dem die Daten dargestellt sind.

3) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Spannung V_R am R-Sägezahngenerator mehrmals innerhalb eines Taktes exponentiell von der Minimalspannung V_Q auf die Maximalspannung BV_Q ansteigt, und daß bei Beginn eines neuen Sägezahns ein Signal zum Verzögerungszeitgeber gesandt wird.

4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Minimalwert der Sägezahnspannung mit dem Beginn eines Taktes zusammenfällt.

5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit erreicht wird, wenn eine Vergleichsspannung auf die mittlere Ausgangsspannung am D/A Wandler abfällt.

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6) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,.

daß die zur Normalisierung der die Daten darstellenden Gleitkommazahlen benötigte Binärzahl K um 1 erhöht wird, wenn die Verzögerungszeit langer als die Taktzeit dauert, wobei die Anfangsspannung des R-Sägezahngenerators als neue Referenzspannung gewählt wird.

7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Binärzahl K um 1 verringert wird, wenn die Vergleichsspannung zu Beginn des Taktes kleiner als die mittlere Ausgangs- . spannung am D/A-Wandler ist, wobei die Endspannung des R-Sägezahngenerators als neue Referenzspannung gewählt wird.

8) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung aus der Summe aus einer · konstanten Spannung und einer von einem Vergleichsspannungssägezahngenerator (V-Sägezahngenerator) erzeugten, linear von der Anfangsspannung V abfallenden Spannung erzeugt wird, wobei die konstante Spannung durch Verminderung der Spannung V und die Spannung V^ , die im vorhergehenden Takt bei Erreichen der

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Verzögerungszeit am V-Sägezahngenerator anliegt, gebildet wird.

9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung exponentiell von der im letzten Takt bestimmten Referenzspannung V^x _ref in gleichem Maße abfällt, wie die Spannung am R-Sägezahngenerator ansteigt, wobei die Minimalspannung V des R-Sägezahngenerators gleich der gewünschten mittleren Ausgangsspannung V am D/A Wandler ist.

10) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 9 , dadurch gekennzeichnet, daß von den innerhalb eines Taktes liegenden η Sägezähnen am R-Sägezahngenerator einer (der m-te) als Arbeitssägezahn für die normalen Umwandlungen ausgewählt wird, daß die Minimalspannung V_Q des R-Sägezahngenerators gleich V ist und daß die Vergleichsspannung Vy exponentiell von einer Anfangsspannung im gleichen Maße abfällt, wie die Spannung am R-Sägezahngenerator ansteigt, wobei diese Anfangsspannung so gewählt wird, daß die Vergleichsspannung bis zum Beginn des Arbeitssägezahns auf die im letzten Takt bestimmte Vergleichsspannung V¹ ^ abfällt, daß eine Binärzahl K bei Beginn des Taktes um (m-1) verringert

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_ae-.

wird und jedesmal um 1 erhöht wird, wenn am R-Sägezahn-• generator ein neuer Sägezahn beginnt, ohne daß die Vergleichsspannung bereits auf die mittlere Ausgangsspannung am D/A Wandler abgefallen ist.

11) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichsspannung, die auf eine freiwählbare, von außen zugeführte, gegebenenfalls zeitabhängige Spannung abgefallen ist, verwendet wird.

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