DE2430018C3

DE2430018C3 - Anordnung zur stufenlosen Kompression digital gespeicherter Datenfolgen zwecks analoger Wiedergabe

Info

Publication number: DE2430018C3
Application number: DE2430018A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 3101 Wietze Helbig; Eike Dr. 3100 Celle Rietsch
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Wintershall Dea Deutschland AG
Priority date: 1974-06-22
Filing date: 1974-06-22
Publication date: 1980-03-13
Also published as: AR209106A1; CA1076260A; DE2430018B2; US4240070A; NL7507411A; CH607458A5; JPS5118461A; DE2430018A1; GB1510322A; FR2275827A1; FR2275827B3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur stufenlosen Kompression digital gespeicherter Datenfolgen zwecks analoger Wiedergabe, wobei die digitalen Datenfolgen eine große Variation ihres Absolutbetrags aufweisen und in Form von Mantisse und Exponent zu einer ganzzahligen Basis B — vorzugsweise 2,4,8,16 — gespeichert sind und wobei die digitalen Daten einem D/A-Wandler über ein Schieberegister zugeführt und die Amplituden der von dem D/A-Wandler abgegebenen Analogsignale dadurch in einem gewünschten Bereich gehalten werden, daß eine Referenzspannung, die von einem periodisch von einer Anfangsspannung kontinuierlich auf das ß-fache der Anfangsspannung ansteigenden Referenzspannungsgenerator abgegriffen und dem D/A-Wandler zugeführt wird, in Abhängigkeit von den Daten entsprechend variiert wird und die Verschiebung der Daten im Schieberegister entsprechend gesteuert wird.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Kompression seismischer Signale, deren analoge Darstellung, z. B. auf fotografischem Papier, ohne Kompression des großen Bereiches des Absolutbetrags nicht möglich wäre. Ganz allgemein liegt das Anwendungsgebiet jedoch überall dort, wo Daten mit großem Bereich der Variation 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 DE-OS 22 05 530 (1972) und in der US-PS 35 55 540 (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 v^-erden. ι ο

Bei dem in der Offenlegungsschrifi 22 05 530 beschriebenen Playbackverfahren wird die Dynamikkompression dadurch erreicht, daß sich die zur Digital-Analogumwandlung benötigte Referenzspannung mit der Zeit erhöht Die Zeitanhängigkeit des Spannungsanstiegs ist regelbar. Bei der Analogdarstellung einer in digitaler Form gegebenen Datenfolge werden dadurch später umgewandelte Digitalwerte in größere Analogsignale umgewandelt Das setzt voraus, daß die mittleren Amplituden der Signale mit der Zeit abnehmen. Diese Voraussetzung trifft für die Reflexionsseismik zu, bei der sich der Signalpegel von anfänglich bis zu einigen Volt auf weniger als 1 μν 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 der US-PS 35 55 540 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 großem Dynamikbereich werden in der Regel als Gleitkommazahlen der Form

Q= ±ΑΒ-ε

dargestellt. Dabei bedeutet A eine Mantisse, fidie Basis 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.

Im einzelnen arbeitet die Anordnung gemäß der US-PS 35 55 5^0 in der Weise, daß die jeweilige Mantisse übef ein Schieberegister und einen D/A-Wandler Einern regelbaren Verstärker zugeführt wird, der auf einen konstanten Ausgangspeak geregelt wird, und zwa^r dadurch, daß in Abhängigkeit vom Ist-Wert des At'sgangspeaks jeweils eine unterschiedli- t>o ehe Anzahl von Widerständen in einen Rückkopplungszweig des Verstärkers eingeschaltet werden. Bei Erreichen der fteg^lbereichsgrenze werden sowohl die Verstärkung auf Mie entgegengesetzte Grenze des Regelbereichs umgeschaltet als auch ein entsprechen- b5 der Verschiebeschfitt im Schieberegister durchgeführt. Die Steuersignale für derartige Verschiebungsschrittc werden von dem Rückkopplungszweig abgeleitet.

Es ist — zum Beispiel aus der DE-PS 8 15 559 — grundsätzlich bekannt, zur Erzeugung einer funktionellen Verknüpfung zwischen zwei Veränderlichen sich zweier entsprechender periodischer Zeitfunktionen zu bedienen, die z. B. sägezahnartig sein können, und von denen die eine dadurch, daß sie einen dem vorgegebenen Wert der einen Veränderlichen entsprechenden Wert erreicht, den Zeitpunkt bestimmt, an dem der den entsprechenden Wert der anderen Veränderlichen darstellende Funktionswert der zweiten Zeitfunktion abgegriffen und als Ergebnis ausgegeben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch eine Verarbeitung von Datenfolgen ermöglicht, deren Amplituden sich in nichtmonotoner Weise mit der Zeit ändern, und bei der der mit einem digital arbeitenden Verstärker-Rückkopplungszweig verbundene Schaltungsaufwand vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Periode des Referenzspannungsgenerators gleich dem Umwandlungstakt oder einem ganzzahligen Bruchteil desselben ist,

daß der Referenzspannungsgenerator von einem eine innerhalb jedes Umwandlungstakts kontinuierlich abnehmende Vergleichsspannung erzeugenden Verzögerungszeitgeber in der Weise gesteuert wird, daß, wenn die Vergleichsspannung der mittleren Ausgangsamplitude des D/A-Wandlers gleich wird, der dann vorliegende Ausgangsspannungswert des Referenzspannungsgenerators dem D/A-Wandler als Referenzspannung zugeführt wird, und

daß der Anfangswert der von dem Verzögerungszeitgeber in jedem Umwandlungstakt erzeugten Vergleichsspannung nach Maßgabe eines im jeweils vorhergehenden Umwandlungstakt gewonnenen Spannungswerts variiert.

Der Referenzspannungsgenerator besteht z. B. aus einem Sägezahngenerator und einem Haltekreis, der im Sägezahngenerator integriert sein kann.

Der Sägezahngenerator liefert eine periodische Sägezahnspannung, die exponentiell von V₀ auf 5V₀ Volt ansteigt wobei B die Basis bezeichnet die für die Gleitkommadarstellung der digital gespeicherten Daten verwendet wird. Wählt man zum Beispiel die Anfangsspannung Vo des Sägezahngenerators gleich 1 V und ist die Basis B = 8, so steigt die Spannung am Sägezahngenerator innerhalb eines Taktes von 1 V auf 8 V.

Die Frequenz des Sägezahns ist gleich der inversen Taktzeit Δί, 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 werden sollten. Wenn, wit 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 Vr (t) innerhalb eines Taktes kann also durch die Gleichung

beschrieben werden, wobei

χ = In 8/ I (

oder allgemein

= In BI I ί .

Zu einer bestimmten Zeit τ (0 < r < At) wird die ^r> Spannung des Sägezahngenerators abgegriffen und einem Haltekreis zugeführt. Diese so gewonnene Spannung wird als V_rci verwendet. Eine Änderung der Verzögerungszeit τ ändert also die Höhe der Referenzspannung. Für T = O beträgt sie 1 V₀ für τ — Al beträgt ι ο sie SV₀VoIt.

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

Die Zeit τ, zu der die Referenzspannung an der Sägezahnspannung abgegriffen wird, wird mit Hilfe eines Verzögerungszeitgebers bestimmt. Sie hängt von der mittleren Ausgangsspannung des D/A Wandlers sowie von einem im jeweils vorhergehenden Umwandlungstakt gewonnenen Spannungswert ab.

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

= V(\-(xt)

J(I

abfällt. Der Parameter λ ist identisch mit dem in Forme[ (2). Aus der Summe von mittlerer Ausgangsspannung V und Sägezahnspannung Vv(t) — verringert um eine später erklärte Haltespannung V'h — wird eine mit der Zeit abnehmende Vergleichsspannung gebildet. Die Verzögerungszeit τ ist erreich* sobald diese Vergleichsspannung gleich der mittleren Ausgangsspannung V, des D/A Wandlers ist (d.h. sobald V + V(l-ar) = V'h + V₃). Ein zu dieser Zeit ausgesandter Impuls bewirkt, daß die augenblickliche Spannung V\(t) am V-Sägezahngenerator abgegriffen und einem Haltekreis zugeführt wird. Diese Spannung stellt die im nächsten Takt verwendete Haltespannung V« dar (d. h. Vh- V(I-(Xt). Gleichzeitig wird aber auch die Spannung am R-Sägezahngenerator abgegriffen und einem Haltekreis zugeführt. Sie wird im nächsten Takt als Referenzspannung zur D/A Umwandlung verwendet.

Aus dieser Beschreibung ergibt sich, daß die Verzögerungszeit τ diejenige Zeit ist, in der die Spannung V_v auf V'_H abfällt, wenn V = Va, das heißt, gewünschte und wirkliche mittlere Ausgangsspannung des D/A Wandlers gleich sind. Da aber V'h 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 V₁ aber um den Faktor γ = 1 — ε von der gewünschten Spannung V ab, so ergibt sich eine Änderung Ay der Verzögerungszeit aus der Formel

V + 7(1 - λτ) = V₁₁+ V_n = yV + K(I - m') Dabei bedeutet r' die Verzögerungszeit im vorherge henden Zyklus.

Diese Änderung der Verzögerungszeit führt zu einei neuen Referenzspannung. Das Verhältnis von neuei Referenzspannung V_rer zur Referenzspannung V'_rcf de· vorhergegangenen Zyklus beträgt

V_n-J ''ή·., = c"·¹¹ = c¹· * 1/(1 - <) = I/;·

für

Die Formel zeigt, daß ein Abweichen der wirklichen mittleren Ausgangsspannung V₃ um den Faktor γ von der gewünschten mittleren Ausgangsspannung des D/A Wandlers zu einer Änderung der Referenzspannung um etwa den Faktor l/}> führt.

Verstreicht die Taktzeit At 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 V₀ Volt beginnende Spannung am R-Sägezahngenerator wird als Referenzspannung und die im neuen Zyklus mit V Voll 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/Ä Wandler, so wird die Binärzahl K um eine Einheil verkleinert und die Endspannung von B Vo des R-Sägezahngenerators als Referenzspannung verwendet. Als neue Haltespannung dient die Endspannung V(I -(xAt)des V-Sägezahngenerators.

Bei einer anderen Ausführung des Verzögerungszeitgebers ist es vorteilhaft, wenn die unlere Spannung V₍ des R-Sägezahngenerators gleich V, der gewünschter mittleren Ausgangsspannung des D/A Wandlers gewählt wird. Bei Beginn eines Taktes läßt man nun die irr letzten Takt bestimmte Referenzspannung V'_rci exponentiell im gleichen Maße abfallen wie die Sägezahnspannung am R-Sägezahngenerator ansteigt. Sobald diese Vergleichsspannung, deren zeitlicher Verlauf alsc durch die Gleichung

beschrieben wird, gleich der wirklichen mittlerer Ausgangsspannung am D/A Wandler ist wird dk Spannung am R-Sägezahngenerator abgegriffen unt einem Haltekreis zugeführt Sie dient im nächstei Zyklus als Referenzspannung für die D/A Umwandlung und als Anfangswert der Vergleichsspannung zui Verzögerungszeitbestimmung. _

Weicht nun die wirkliche mittlere Spannung V an D/A Wandler um den Faktor γ von der gewünschtei Spannung V ab, so ergibt sich eine Verzögerungszeit 1 von

= - -MVJV^₁) = -—1

Der Unterschied Av zwischen alter und neuei Verzögerungszeit beträgt also

1 ,
It = T-T= — —In γ .

Das Verhältnis von neuer Referenzspannung
Referenzspannung VW des vorhergehenden Zyklu; beträgt daher

Krf/Kcf =

= My

Ein Abweichen der wirklichen mittleren Ausgangsspannung des D/A Wandlers um den Faktor γ von der gewünschten minieren Ausgangsspannung führt also zu einer Änderung der Referenzspannung um den Faktor Uy.

Verstreicht die Taktzeit Δτ 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 R-Sägczahngenerators 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 Vielfachen η der inversen Taktzeit Δι gemacht, d.h. alle AUn Sekunden beginnt ein neuer Sägezahn. Die zeitliche Änderung der Spannung am R-Sägezahngenerator wird also durch die Formel

Γ,,(ί) = Vc""

beschrieben, wobei wie bisher λ = In Β/Δι. 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 /n-ten Sägezahn, für normale Umwandlungen aus. Die ersten m— 1 Sägezähne werden dann benötigt, wenn die mittlere Ausgangsspannung am D/A Wandler stark steigt. Die letzten n-m Sägezähne innerhalb der Taktzeit werden verwendet, wenn die mittlere Ausgangsspannung des D/A Wandlers sehr stark abfällt.

Zur Bestimmung der Verzögerungszeit ist die zweite Version des Verzögerungszeitgebers 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 Verzögerungszeitgebers beschrieben.

Die Vergleichsspannung im Verzögerungszeitgeber fällt exponentiell von der Anfangsspannung β"¹"¹ VW. ■J. h. von der im letzten Takt bestimmten Referenzspannung multipliziert mit dem konstanten Faktor

in gleichem Maße ab, wie die Spannung am R-Sägezahngenerator steigt Sobald diese Vergleichsspannung, deren zeitlicher Abfall also durch die Formel

V_xU) = V„,e*^m-

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 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 R-Sägezahngenerator beginnt ohne daß die Vergleichsspannung bereits auf die wirkliche mittlere Ausgangsspannung V₃ am D/A Wandler abgefallen ist. Fällt die Vergleichsspannung auf den Wert V₃ ab. während am R-Sägezahngenerator gerade der /77-te Sägezahn dieses Taktes anliegt, so ist die am Beginn des Taktes durchgeführte Verringerung des Binärzählers K um m — 1 durch die darauffolgenden m- 1 Erhöhungen um jeweils 1 gerade kompensiert.

κι Wenn die Vergleichsspannung auf den Wert V⁷;, abfällt während am R-Sägezahngenerator gerade der Ar-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 /7? — Ar kleiner als am Ende des

r> vorhergehenden Taktes.

Eüine weitere Modifikation des Prinzips der Referenzspannungserzeugung und der damit verknüpften Bestimmung der Binärzahl K besteht darin, daß die Frequenz des R-Sägezahngenerators ebenfalls ein

2(i ganzes Vielfaches oder inversen Taktzeit Δt beträgt, die Sägezahnspannung aber nicht am Anfang des Taktes ihren Minimalwert Vsondern den Wert

Ie"""

annimmt, daß sie also um eine bestimmte Zeit öl gegenüber dem Beginn des Taktes verschoben ist.

Die Beschreibung des Verzögerungszeitgebers soll hier auf den wichtigsten Fall η = 2 beschränkt werden.

)i Die wenigen Änderungen, die nötig werden, wenn η > 2, ergeben sich aus der vorhergehenden Modifikation.

In diesem Spezialfal! liegt nur ein Sägezahn des R-Sägezahngenerators vollständig innerhalb eines Tak-

sj les. Die Vergleichsspannung im Verzögerungszeitgeber fällt exponentiell von der Anfangsspannung

4(i d. h. von der im letzten Zyklus bestimmten Referenzspannung multipliziert mit dem Faktor

4j im gleichen Maße ab, wie die Spannung am R-Sägezahngenerator steigt. Sobald diese Vergleichsspannung, deren zeitlicher Abfall also durch die Formel

beschrieben wird ^Isich 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 VergleichsspannungJjereits auf die wirkliche mittlere

bo Ausgangsspannung V_a am D/A Wandler abgefallen ist Fällt die Vergleichsspannung auf den Wert V₃ Volt ab, während am R-Sägezahngenerator gerade der einzige vollständig innerhalb des Zyklus liegende Sägezahn dieses Taktes anliegt so ist die am Beginn des Taktes

b5 durchgeführte Verringerung der Binärzahl K um 1 durch die bei 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_a ab (τ < dt), so ist die Binärzahl K am Ende dieses Takles um 1 kleiner als am Ende des vorherigen Takles. Fällt die Vergleichsspannung nach dem Ende des vollständigen Taktes auf den Wert V₁, Volt ab (r > (Hi + Δι/2), so ist die Binärzahl K am Ende dieses Taktes um 1 größer als am Ende des vorherigen Taktes.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 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-Sägezahr.generator (obere Hälfte der jeweiligen Figur) und den Verlauf der Vergleichsspannung im Verzögerungszeitgeber (untere Hälfte der jeweiligen Figur) für je zwei aufeinanderfolgende Takte.

F i g. 1 zeigt am Beispiel der in der DE-Offenlegungsschrift 22 05 530 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 (Vorzeichen 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- £^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 Digitai-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, solange die analoge Spannung eine ausreichende Höhe hat. Wird der Verstärker 21 nicht benötigt, kann die analoge rKicCninniinn rl ^

Γ^ιγτι t«al / Δ r»ol#*\fT_W/o r» «-liiere 1Λ

■ ^ j ^ g ^ ^ ^ j g g k A 4 14 A ^J f W ψ U A t ^t A ^ A j ■ %

direkt einem Eingang eines Demultiplexers 19 übermittelt werden. Der Demultiplexer weist eine Anzahl von Ausgangs-Kanälen auf.

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 dergleichen (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 14 ist ebenfalls an den Eingang einer Mittelungs-Schaltung 17 angelegt. Die Mittelungs-Schaltung 17 übermittelt ein analoges Ausgangs-Signal Ki 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

in 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_rcr ist durch einen gestrichelten Kasten hervorgehoben. Wie aus der

!=, F i g. 1 zu ersehen ist, hat der Verzögerungszeitgeber 16, je nach verwendeter Methode, zwei bis vier Eingänge. Die beiden, bei allen beschriebenen Varianten vorhandenen Eingänge dienen der Zuführung der für die Analogaufzejchnung günstigsten mittleren Ausgangs-

2t) spannung V am D/A Wandler und der wirklichen mittleren Ausgangsspannung V₃. Verzögerungszeitgeber 16 des zweiten Typs benötigen noch einen Eingang für die zuletzt im unmittelbar vorhergehenden Takt bestimmte und im gegenwärtigen Takt verwendete

2) Referenzspannung. Wenn die Frequenz des R-Sägezahngenerators 15 ein ganzes Vielfaches der inversen Taktzeit beträgt, benötigt man noch einen weiteren Eingang, durch den dem Verzögerungszeitgeber 16 der Beginn eines neuen Sägezahns des R-Sägezahngenera-

JD tors 15 signalisiert wird. Wenn dieses Signal den Verzögerungszeitgeber 16 erreicht, bevor die Vergleichsspannung auf den Wert Ki abgefallen ist, wird die am Anfang des Taktes verkleinerte Binärzahl K im 3-Bit-Binärzähler 20 um eine Einheit erhöht. Der zum

j) R-Sägezahngenerator 15 führende Ausgang des Verzögerungszeitgebers 16 dient der Übermittlung eines Signals, das bewirkt, daß die augenblickliche Spannung am R-Sägezahngenerator 15 abgegriffen und als Referenzspannung einem im Sägezahngenerator 15

ad integrierten Haltekreis zugeführt wird. Die folgenden F i g. 2, 3, 4 und 5 zeigen — für je zwei aufeinanderfolgende Takte — den Verlauf der Spannung am R-Sägezahngenerator 15 (obere Hälfte der Figuren) und den Verlauf der Vergleichsspannung im Verzögerungszeitgeber 1.6 (untere Hälfte der Figuren). Werte, die in jedem Takt neu bestimmt werden, sind durch zwei, einen oder keinen Strich gekennzeichnet. So bedeutet z. B. V'rcidie zur D/A Wandlung im ersten gezeichneten Takt verwendete Referenzspannung (sie wurde im

■-><> vorhergehenden Takt bestimmt). V'_rcr ist die im ersten dargestellten Takt bestimmte und im zweiten dargestellten Takt verwendete Referenzspannung, während V_rer die im zweiten dargestellten Takt bestimmte und im darauffolgenden, nicht mehr gezeichneten Takt verwendete Referenzspannung darstellt

F i g. 2 stellt die Verhältnisse dar, wie sie sich aufgrund der Beschreibung der ersten Version des Verzögerungszeitgebers 16 ergeben. Die Vergleichsspannung V'v, die sich aus der Differenz der Spannung V und der im

bo vorhergehenden Takt bestimmten Haltespannung V"_H zuzüglich einer von der Spannung V linear abnehmenden Sägezahnspannung ergibt, fällt bis auf die Spannung V₃ ab. Die zu dieser Zeit erreichte Spannung V^r am R-Sägezahngenerator 15 wird im nächsten Takt als

b5 Referenzspannung zur D/A Wandlung verwendet Die zur gleichen Zeit festgehaltene Spannung V'h am V-Sägezahngenerator ist für die Festlegung der Vergleichsspannung VVim nächsten Takt bestimmt

Die Verhältnisse, die sich aufgrund der Beschreibung der zweiten Version des Verzögerungszeitgebers 16 ergeben, werden in Fig. 3 gezeigt. Hier fällt die Vergleichsspannung exponentiell von der in dem vorhergehenden Takt bestimmten Referenzspannung V"_rcf ab. Die Spannung V"_rt-r, die am R-Sägezahngenerator 15 liegt wenn die Vergleichsspannung_ gleich der wirklichen mittleren Ausgangsspannung 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^y-bestimmt wird.

Die Fig.4 stellt die Spannung am R-Sägezahngenerator 15 und die Vcrglcichsspannung im Verzögerungszeitgeber 16 dar, wie sie sich aus der Annahme ergeben, daß nicht wie vorher alle Δ t Sekunden, sondern alle Δ t/i Sekunden ein neuer Sägezahn am R-Sägezahngenerator 15 beginnt (n = 3). Außerdem wurde m = 2 gewählt, d. h. der mittlere der drei Sägezähne pro Takt wird für normale Umwandlungen verwendet. In diesem Fall fällt die Vergleichsspannung exponentiell von dem Achtfachen der im vorhergehenden Takt bestimmten Vergleichsspannung V"_ref, d. h. von 8 V"_Kr, ab. Die Spannung V'_rcr, die am R-Sägezahngenerator 15 liegt, wenn die Vergleichsspannung gleich der wirklichen mittleren Ausgangsspannung V'_a 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 VV 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 ,4 r/3 Sekunden ausgelöstes Signal wird die Binärzahl K wieder um 1 erhöht. Liegt also die Verzögerungszeit wie im ersten gezeichneten Takt zwischen Δ t/i und 24 i/3, so tritt insgesamt keine Änderung der Binärzahl K ein. Im zweiten gezeichneten Takt fällt die Vergleichsspannung bereits auf den Wert V_a Volt ab, während am R-Sägeznhngeneiator 15 noch der erste Sägezahn anliegt. Die am Beginn des Taktes erfolgte Verringerung der Binärzahl K um 1 bleibt also in diesem Fall unverändert.

Die Fig. 5 zeigt den Verlauf der R-Sägezahnspannung und der Vergleichsspannung für den Fall, daß ein

κι Minimalwert der Sägezahnspannung nicht mit dem Beginn des Taktes zusammenfällt, sondern um die Zeit öt gegen den Beginn des Taktes verschoben ist. Für den hier dargestellten Fall, öl = Δι/ο hat die Spannung am R-Sägezahngenerator 15 bei Beginn des Taktes bereits

i) 4 Verreicht. Hier fällt die Vergleichsspannung exponentiell vom Doppelten der im vorhergehenden Takt bestimmten Referenzspannung VW ab. Die Spannung V'rcf, die am R-Sägezahngenerator 15 liegt, wenn die Vergleichsspannung_gleich der wirklichen mittleren

Ausgangsspannung V₂ am D/A Wandler 14 ist, wird als Referenzspannung für den nächsten Takt verwendet. Mit dem Faktor 2 multipliziert, dient sie außerdem als Anfangswert für die exponentiell abfallende Vergleichsspannung im nächsten Takt. Die Binärzahl K wird zu

2> Beginn des Taktes um 1 verringert. Durch ein nach Ot 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 öt und 6t + Δι/2, so tritt insgesamt keine

jo Änderung der Binärzahl K ein. Im zweiten gezeichneten Takt fällt die Vergleichsspannung erst nach Oi + Δΐ/2 Sekunden auf den Wert V_u Volt ab. Durch die jeweils bei Beginn der beiden Sägezähnc — nach dt und or + Δι/2 Sekunden - ausgelösten Signale wurde die anfangs um

j-, 1 verminderte Binärzahl K zweimal um 1 erhöht. Sie ist also am Ende des Taktes um 1 höher als am Ende des vorhergehenden Taktes.

Hierzu 3 Bhitt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur stufenlosen Kompression digital gespeicherter Datenfolgen zwecks analoger Wiedergabe, wobei die digitalen Datenfolgen eine große Variation ihres Absolutbetrags aufweisen und in Form von Mantisse und Exponent zu einer ganzzahligen Basis B — vorzugsweise 2, 4, 8, 16 — gespeichert sind und wobei die digitalen Daten einem D/A-Wandler über ein Schieberegister zugeführt und die Amplituden der von dem D/A-Wandler abgegebenen Analogsignale dadurch in einem gewünschten Bereich gehalten werden, daß eine Referenzspannung, die von einem periodisch von einer Anfangsspannung kontinuierlich auf das ß-fache der Anfangsspannung ansteigenden Referenzspannungsgenerator abgegriffen und dem D/A-Wandler zugeführt wird, in Abhängigkeit von den Daten entsprechend variiert wird und die Verschiebung der Daten im Schieberegister entsprechend gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,

daß die Periode des Referenzspannungsgenerators (15) gleich dem Umwandlungstakt oder einem ganzzahligen Bruchteil desselben ist,
daß der Referenzspannungsgenerator (15) von einem eine innerhalb jedes Umwandlungstakts kontinuierlich abnehmende Vergleichsspannung erzeugenden Verzögerungszeitgeber (16) in der Weise gesteuert wird, daß, wenn die Vergleichsspannung der mittleren Ausgangsamplitude des D/A-Wandlers (14) gleich wird, der dann vorliegende Ausgangsspannungswert des Referenzspannungsgenerators (15) dem D/A-Wandler (14) als Referenzspannung zugeführt wird, und
daß der Anfangswert der von dem Verzögerungszeitgeber (16) in jedem Umwandlungstakt erzeugten Vergleichsspannung nach Maßgabe eines im jeweils vorhergehenden Umwandlungstakt gewonnenen Spannungswerts variiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei ein Zähler vorgesehen ist, dessen Zählstand eine die Verschiebung der Daten im Schieberegister bestimmende Binärzahl K darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungszeitgeber (16) den Zählstand des Zählers (20) um Eins eröht und eine Zuführung der Anfangsspannung des Referenzspannungsgenerators (15) zum D/A-Wandler (14) als neue Referenzspannung bewirkt, wenn die Vergleichsspannung zu Beginn des Takts größer als die mittlere Ausgangsspannung am D/A-Wandler ist und während der Taktzeit nicht auf diese mittlere Ausgangsspannung abfällt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- ■>■> zeichnet, daß der Verzögerungszeitgeber (16) den Zählstand des Zählers (20) um Eins verringert und eine Zuführung der E.idspannung des Referenzspannungsgenerators (15) zum D/A-Wandler (14) bewirkt, wenn die Vergleichsspannung zu Beginn des t>o Takts kleiner als die mittlere Ausgangsspannung am D/A-Wandler (14) ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungszeitgeber (16) die Vergleichsspannung als Summe aus einer während des jeweiligen Takts konstanten Spannung und einer von einem Vergleichsspannungs-Sägezahngenerator erzeugten, linear von der gewünschten mittleren Ausgangsspannung Farn D/A-Wandler(14) abfallenden Spannung erzeugt, wobei die konstante Spannung aus der Spannung V, vermindert um eine Spannung V'n, besteht, die im vorhergehenden Takt bei Erreichen der Verzögerungszeit am Vergleichsspannungs-Sägezahngenerator anliegt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungszeitgeber (16) die Vergleichsspannung in der Weise erzeugt, daß die Vergleichsspannung von der im vorhergehenden Takt abgegriffenen Referenzspannung V'rer'm gleichem Maß exponentiell abfällt, wie die Spannung am Referenzspannungsgenerator (15) exponentiell ansteigt, wobei die Minimalspannung des Referenzspannungsgenerators (15) die gewünschte mittlere Ausgangsspannung V am D/A-Wandler (14) ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Referenzspannungsgenerators (15) mehrmals innerhalb eines Umwandlungstakts exponentiell von der Minimalspannung VO auf die Maximalspannung SK₀ ansteigt, und daß, wenn die Referenzspannung an einem dem /η-ten Referenzsägezahn (Arbeitssägezahn für normale Umwandlungen) innerhalb jedes Takts vorhergehenden oder diesem folgenden Sägezahn abgegriffen wird, der Zählstand eines Zählers (20), der eine die Verschiebungen des Schieberegisters (13) steuernde Binärzahl K speichert, entsprechend erhöht bzw. verringert wird.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert der Ausgangsspannung des Referenzspannungsgenerators (15) nicht mit dem Beginn eines Takts zusammenfällt.