DE2461079A1

DE2461079A1 - Kompensationseinrichtung fuer synchronisierungsfehler langsam laufender bandsysteme

Info

Publication number: DE2461079A1
Application number: DE19742461079
Authority: DE
Inventors: Thomas K Naylor
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Co LLC
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1975-07-10
Also published as: GB1494510A; BR7410751D0; JPS5099312A; JPS5846761B2; DE2461079C2; US3982277A; USB427883I5

Description

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DI PL.-PHYS. F. ENDLICH «lefon _{(mOnchen) β43β3}β PATENTANWALT ^PHONE

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23.Dezember 1974

D/bö

A 3614

American Optical Corporation, Southbridge/Mass., USA

Kompensationseinrichtung für Synchronisierungsfehler langsam laufender Bandsysteme

Die Erfindung betrifft eine Kompensationseinrichtung für Synchronisierungsfehler langsam laufender Bandsysteme gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Erfindung befasst sich mit Bandgeräten, die eine niedrige Laufgeschwindigkeit haben, insbesondere mit Techniken zur Kompensation von Steuerungs- bzw. Synchronisierungsfehlem in den auf Bandgeräten mit einer niedrigen Laufgeschwindigkeit aufgezeichneten Signalen.

Bei vielen Anwendungsgebieten, in denen Bandgeräte zur Aufzeichnung verwendet werden, benötigt man eine genaue Geschwindigkeitssteuerung. Es gibt jedoch eine spezielle Klasse von Anwendungsbeispielen, bei denen eine derartige Steuerung sehr schwierig durchzuführen ist. Man kann allgemein sagen, dass, je grosser das Gerät und/oder die Bandgeschwindigkeit

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sind, es umso leichter gelingt, eine konstante Bandgeschwindigkeit zu erhalten. Die genannten Probleme entstehen im besonderen in Verbindung mit kleinen Aufzeichnungsgeräten mit niedriger Antriebs- bzw. Laufgeschwindigkeit.

Es sei zum Beispiel angenommen, dass ein tragbares Bandgerät verwendet werde, um physiologische Signale eines Patienten aufzuzeichnen, beispielsweise ein tragbares Bandgerät für die Aufzeichnungen eines EKG-Signals. In vielen Fällen ist es erwünscht, die EKG-Signale kontinuierlich über einen Zeitraum von 2h Stunden auf einer einzigen Standard-Bandkassette aufzunehmen. Zu diesem Zweck muss der Bandvorschub mit einer Geschwindigkeit erfolgen, die deutlich unterhalb 2,54 cm pro Sekunde liegt, zum Beispiel bei 1,59 mm/sec. Die Konstanthaltung der Bandgeschwindigkeit ist ausseist wichtig. Wenn das Band ausgewertet wird, werden die Zeitintervalle zwischen R-Tmpulsen von aufeinander folgenden Schlägen vielfach gemessen. Diese Zeitintervalle können erheblich variieren, wenn die Bandgeschwindigkeit während der Aufzeichnung und der Wiedergabe nicht konstantgehalten wird. Es ist deshalb notwendig, GleichlaufSchwankungen, dh. sowohl hochfrequente,als Flattern bezeichnete Schwankungen, als auch niederfrequente, als Jaulen bezeichnete Schwankungen auf einem Minimum zu halten. Bei einem Miniatur-, dh. bei einem tragbaren Bandgerät mit niedriger Laufgeschwindigkeit ist dies ausserordentlich schwierig zu erreichen. Eine im Stand der Technik verwendete Maßnahme zur Kompensation von Steuerungs- bzw. Synchronisierungsfehlern beruht in der Aufzeichnung von Taktsignalen auf dem gleichen Band, auf dem das interessierende Signal aufgezeichnet wird. Diese Taktsignale können auf dem gleichen oder auf einem unterschiedlichen Kanal aufgezeichnet werden. Da die Taktimpulse während des AufzeichnungsVorgangs mit einer festen zeitlichen Aufeinanderfolge auftreten, können bei der Wiedergabe diese Taktimpulse verwendet werden, um die Bandgeschwindigkeit zu steuern, so dass die Aufeinanderfolge der von dem Band abgelesenen Taktimpulse konstant bleibt. ·

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In dem Wiedergabesystem kann eine Rückkopplungsschleife vorgesehen sein, welche dazu dient, nach den Taktimpulsen zu arbeiten und eine Steuerspannung zu erzeugen, welche die Geschwindigkeit der Bandantriebsachse einstellt. Die Steuerspannung justiert die Geschwindigkeit der Bandantriebsachse derart ein, dass die Taktimpulse mit einer konstanten Frequenz aufeinanderfolgen. Wenn die Bandgeschwindigkeit kontinuierlich so eingestellt ist, dass die Taktimpulse mit einer "perfekten" Periodizität auftreten, ist sichergestellt, -dass das interessierende Signal ohne Synchronisierungsfehler wiedergegeben wird. Unglücklicherweise gelingt es mit der \'^rerwendimg einer derartigen Rückkopplungsschleife lediglich, lansame Synchronisierungsfehler auszugleichen, ^ährend der Mittelwert der zeitlichen Abstände von den Taktimpulsen gleichmässig sein kann, ist es möglich, dass während kurzer Zeitintervalle die Abstände zwischen den Taktimpulsen vollständig ungleichmässig ' sind. Im Falle eines EKG-Signals sind beispielsweise über kurze Zeiträume verlaufende Zeitmessungen ebenso wichtig, wie über lange Zeiträume verlaufende Messungen. Die herkömmlichen Rückkopplungssteuertechniken sind daher im allgemeinen nicht in der Lage, ein EKG-Signal von einem mit geringer Laufgeschwindigkeit vorgeschobenen Band genau wiederzugeben. Der vorliegenden Erfindung liegt dsher allgemein die Aufgabe zugrunde, eine Technik in Vorschlag zu bringen, mit der eine Kompensation von Synchronisierungsfehlern für ein Signal gelingt, das auf einem Band mit niedriger Laufgeschwindigkeit aufgezeichnet ist. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst.

Die Laufgeschwindigkeit für Standard-Bandkassetten beträgt 2,54 bis 2,22 cm/sec. Zur Aufzeichnung eines EKG-Signals über eine Zeitdauer von 2U Stunden auf einer Standard-Kassette muss die Bandgeschwindigkeit jedoch reduziert werden, und zwar auf einen Wert von annähernd 2,o3 mm/sec. (o,o8 inchss/sec.). Je niedriger die Bandgeschwindigkeit ist, um so niedriger ist auch die grösste Frequenzkomponente in dem interessierenden Signal, welche aufgezeichnet werden kann. Selbstverständlich wird der obere Grenzwert durch

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eine Vielzahl von unterschiedlichen Parametern bestimmt, wie beispielsweise von der Qualität der Aufnahme- und Wiedergabeköpfe. Um die Erfindung ins rechte Licht zu rücken, kann jedoch gesagt werden, dass sie für eine Aufzeichnung von Signalen auf Bändern anwendbar ist, die mit einer Geschwindigkeit bewegt werden, welche unter 2,54 cm pro Sekunde liegt. Bei einer Geschwindigkeit von 2,54 cm pro Sekunde lassen sich durch Verwendung der erfindungsgemässen Technik Signalkomponenten mit einer Frequenz bis zu 5 kHz genau aufzeichnen und reproduzieren, und zwar mit Bauelementen gemäss dem Stand der Technik. Bei noch niedrigeren Geschwindigkeiten, beispielsweise bei einer Geschwindigkeit von 2,o3 mm/sec. (0,08 inches/sec) liegt die höchste Frequenzkomponente, die genau aufgezeichnet und wiedergegeben werden kann, unter 1 kHz,- Dies reicht jedoch für eine Aufzeichnung der meisten physiologischen Signale, einschliesslich von EKG-Signalen aus. (Für die bestmöglichste Leistung wird die Verwendung von einem Antriebs- und Kopfhalterungsmechanismus bevorzugt, wie sie in den US-Patentanmeldungen Nr. 396 o25 vom 1o.9»1973 und Nr. 396 o26 vom 10.9.-3^73 von William Richards beschrieben sind). Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit darin zu sehen, dass Taktimpulse gemeinsam mit dem interessierenden Signal auf dem Band aufgezeichnet werden. (Da die Aufzeichnung der Taktimpulse gleichzeitig mit einem interessierenden Signal auf dem Band selbst als solches bekannt ist, wird diese Aufzeichnungstechnik selbst im folgenden nicht näher beschrieben.) Wie es beim Stand der Technik bekannt ist, werden während der Wiedergabe die Taktimpulse als Eingangssignal für eine Rückkopplungsscbleife verwendet, welche die Geschwindigkeit der Bandantriebsachse steuert» Zur Kompensation von rasch erfolgenden Synchronisierungsfehlern (bezogen auf die geringe Bandvorschubgeschwindigkeit) üben die aufgezeichneten Taktimpulse und die bekannte. Rückkopplungsschleife eine andere Funktion aus.

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Das Anlagesignal selbst kann direkt auf dem Band aufgezeichnet werden oder in Form eines modulierten Signals. In beiden Fällen wird es weiter aufbereitet, nachdem das ursprünglich auf dem Band aufgezeichnete Signal in herkömmlicher Weise gewonnen ist. Die Taktimpulse werden zur Abtastung des erhaltenen Signals verwendet. Die aus dem Band ausgelesenen Taktimpulse steuern den Betrieb einer Eingangsabtast- und Halteschaltung. Eine phasenstarre Schleife von Standardart arbeitet nach den aufgezeichneten Taktimpulsen und entnimmt eine Gleichspannung, die wie bei dem Stand der Technik dazu verwendet wird, um die Geschwindigkeit der Bandantriebsachse einzustellen. Die phasenstarre Schleife entnimmt des weiteren ein Taktsignal, das sich im Gleichlauf mit der mittleren Frequenz der Eingengst?>tfrecMienz befindet (der von dem Band abgelesenen Taktimpulse). Die ^T.\^Tellenform des von der phasenstarren Schleife erhaltenen TaktimpulsSignaIs zeigt nicht die raschen Änderungen.v/ie das Eingangs-Taktimpulssignal. Die von der phasenstarren Schleife erhaltenen Taktimpulse entstehen mit gleichen Zeitabständen. Die Frequenz des TaktimpulssignaIs am Ausgang der phasenstarren· Schleife könnte sich über lange Zeitperioden gesehen ändern. Da jedoch die Rückkopplungsschleife gemäss dem' Stand der Technik' die mittlere Bandgeschwindigkeit über lange Zeitperioden konstanthält, erhält man eine Änderung des Ausgangstaktimpulssignals, die innerhalb tolerierbarer Grenzen liegt. Die Ausgangstaktimpulse v/erden verwendet, um Abfragewerte von der Eingangsabtast- und Halteschaltung zu einer Ausgangsabtast- und Halteschaltung zu übertragen. Die zu der Ausgangsabtast- und Halteschaltung gelieferten Abfragewerte v/erden anschliessend geglättet, so dass ein reproduziertes Signal ohne Synchronisierungsfehler entsteht.

Die auf dem Band aufgezeichneten Taktimpulse werden somit zur Abtastung des interessierenden Signals verwendet. Die Taktimpulse .treten aufgrund von Gleichlaufschwankungseffekten nicht in gleichen Intervallen auf. Da sie jedoch in

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gleichabständigen Intervallen aufgenommen wurden, entsprechen · sie, bezogen auf die Echtzeit, Abtastwerten in gleichen Abständen, auch wenn diese Abtastwerte tatsächlich nicht in gleichen Zeitabständen in Echtzeit gewonnen werden. Es ist somit die Wellenform der Taktimpulse an dem Ausgang der phasenstarren Schleife, welche die Rekonstruktion des Signals durch Abtastvrerte steuert, die in der Echtzeit in äquidistanten Intervallen betätigt werden. Ein Gleichlauf zwischen den beiden Abtast- und Halteschaltungen wird von der phasenstarren Schleife bewirkt, da sie die Erhaltung einer genauen Ausgangs-Taktimpuls-Wellenform aus einer ungenauen Fingangs-Taktimpuls-Wellenform erzielt. Selbstverständlich stellt diese Technik nicht sicher, dass die Frequenz der Ausgangs-Taktimpuls-Wellenform sich nicht ändert, wenn sich die Frequenz der Eingangs-Taktimpuls-Wellenform, gemittelt über ein relativ langes Zeitintervall, ändert. Derart über eine lange Zeitdauer verlaufende änderungen wurden notwendigerweise die genaue Wiedergabe des interessierenden Signals verhindern. Da jedoch die Rückkopplungsschleife gemäss dem Stand der Technik die Bandgeschwindigkat derart einstellt, dr.rr die mittlere Geschwindigkeit über lange Zeitintervalle konstantgehalten wird (gemessen in Sekunden oder sogar in Bruchteilen von Sekunden), wird die Ausgangs-Taktimpuls-Wellenform sowohl über kurze Zeitintervalle als auch über lange Zeitintervalle auf einer erheblich konstanteren Frequenz gehalten.

Mit der Erfindung wird somit eine Technik zur Kompensation von ftynchronisierungsfehlern bei langsam laufenden Bandsystemen geschaffen, wie beispielsweise bei einem System, in dem EKG-Signale auf einem Band aufgezeichnet werden, das sich sehr langsam, zB mit einer Geschwindigkeit von 2,o3 mm/sec. bewegt. Auf dem Band werden Taktimpulse gemeinsam mit dem interessierenden Signal aufgezeichnet.

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Nachdem das Signal während der Wiedergabe des Bandes erhalten ist, steuern die aufgezeichneten Taktimpulse die Abtastung des Signals. Die Abtastwerte werden zur Neubildung des Signals unter der Steuerung eines anderen Satzes von Taktimpulsen verwendet. Dieser zuletzt genannte Satz von Taktimpulsen wird von dem aufgezeichneten Satz mittels einer phasenstarren Schleife erhalten, welche gleiche Zeitabstände zwischen den wiedergebildeten Taktimpulsen auch dann herstellt, wenn die Abtastungstaktimpulse, welche von dem Band gelesen und zu dem Eingang der phasenstarren Schleife gegeben werden, ungleichmässige Zeitintervalle aufweisen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ins einzelne gehenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung ersichtlich.

Figur 1 zeigt eine Synchronisierungswe11enform, welche den Betrieb der Erfindung erläutert.

Figur 2 zeigt eine beispielhafte Ausbildungsform der Erfindung. ·

Figur 3 zeigt eine Synchronißierungswellenform zur Vereinfachung des Verständnisses von dem Betrieb des in Figur 2 · dargestellten Systems.

Vorstehend war bereits erwähnt worden, dass während der Aufnahme und der Wiedergabe von EKG-Signalen auf einem Magnetband Änderungen in der Geschwindigkeit, mit der das Band an dem Kopf vorbeiläuft, zu einer Verzeichnung der Wellenformen führen. Selbst wenn HaIl-Effekt-Wiedergabeköpfe zur Vermeidung von Verstärkungsfehlern verwendet werden, treten trotzdem noch Synchronisierungsfehler auf. Beim Stand der Technik war vorgeschlagen worden, ein Bezugssignal mit konstanter Frequenz auf einem Band mit der Aufzeichnung des EKG-Signals oder eines anderen interessierenden physiologischen Signals aufzuzeichnen, übliche Geschwindigkeitsänderun-

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gen beeinflussen daher die beiden Signale in der gleichen Weise. Die entstehenden Störungen des Bezugssignals können zur Korrektur der Verzerrung des EKG-Signals verwendet werden. Bei dem Stand der Technik wurde das Bezugssignal jedoch lediglich zur Steuerung der Bandgeschwindigkeit verwendet, so dass der Mittelwert der Bandgeschwindigkeit richtig ist. Die Korrektur der Bandgeschwindigkeit dauert jedoch bis zu einigen Sekunden. Es ist daher ersichtlich, dass rasch verlaufende Synchronisierungsfehler, insbesondere bei einem sehr langsam laufenden Band, nicht kompensiert werden können.

Figur 1. zeigt das grundsätzliche Steuerungs- bzw. Synchronisierungsschema der Erfindung. Die durchgezogenen vertikalen Pfeile geben die Lagen der einzelnen aufeinanderfolgenden Eingabe-/Abtastwerte auf der Zeitachse wieder. Jeder dieser Pfeile entspricht einem auf dem Band aufgezeichneten Taktimpuls. Die vier in der Zeichnung dargestellten Taktimpulse sind durch Zeitintervalle voneinander getrennt, welche mit · T1, T2 und T3 bezeichnet sind. Die Taktimpulse werden zwar bei dem Aufzeichnungsvorgang in gleichen Zeitintervallen erzeugt. Während der Wiedergabe treten jedoch die Taktimpulse nicht nach jeweils einem exakten Zeitschritt auf. Es wird jedoch angenommen, dass jeder Taktimpuls, der von dem Band abgelesen wird, an irgendeiner Stelle innerhalb eines Bereichs RI der Echtzeit auftritt. Das Steuerverfahren gemäss dem Stand der Technik stellt sicher, dass jeder Taktimpuls irgendwo innerhalb des entsprechenden RI-BereJchs auftritt. Die Bandgeschwindigkeit wird derart gesteuert, dass langsam verlaufende Änderungen kompensiert sind. Wenn auch kurzzeitig verlaufende Änderungen mit dieser bekannten Technik nicht korrigiert werden können^so dass jeder Taktimpuls an irgendeiner Stelle innerhalb des entsprechenden Zeitbereichs RI auftritt, so erfolgt jedoch dabei die Korrektur der mittleren Bandgeschwindigkeit rasch genug, um sicherzustellen, dass jeder der Taktimpulse jeweils an irgendeiner Stelle im Inneren des entsprechenden

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RI-Bereichs der Echtzeit auftritt.

Mit den Bereichen RO sind Zeitintervalle in der Echtzeit bezeichnet, während denen die Eingangsabfragewerte zu der Ausgangsabfrage- und Halteschaltung übertragen, werden. Die Zeitpunkte, an denen die Übertragung der Abtastwerte stattfindet, werden in Figur 1 durch die längeren vertikal verlaufenden und strichlierten Pfeile wiedergegeben. Jeder dieser Taktimpulse, der von einem dieser. Pfeile wiedergegeben ist, entsteht in der Mitte des entsprechenden RO-Zeitbereichs. Die Tatsache, dass diese Taktimpulse im gleichen Zeitintervall TO auftreten, ist äusserst wichtig. Entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung ist es eine zusätzliche Aufgabe der phasenstarren Schleife, den Betrieb durch die Steuerung der von ungleichen Zeitintervallen getrennten Eingangstaktimpulse durchzuführen und eine Reihe von Impulsen zu erhalten, die von gleichen Zeitabständen voneinander getrennt sind. Die Eingangstaktimpulse werden verwendet, um Abtastwerte des interessierenden Analogsignals zu erhalten. Es ist ersichtlich, dass zwar die Abtastwerte bei der Wieder- ■rshe :nicht in gleichen Zeitabständen bezogen auf die Echtheit.erhalten werden, dass jedoch die Abtastwerte bezüglich der Aufnahme des Signals gleichen zeitlichen Abständen entsprechen, da der Wellenzug der auf dem Band aufgezeichneten Taktimpulse von einem genauen Bezugsnormal- bzw. Eichoszillator erzeugt wird. Die Ausgangstaktimpulse, die bezüglich der Echtzeit in gleichen zeitlichen Abständen auftreten., werden jedoch zur Rekonstruktion des Signals aus den Abtastwerten verwendet, die unter der Steuerung des Wellenzugs der Eingangstaktimpulse gewonnen wurden.

Ein derartiges Vorgehen erweist sich entsprechend den vorstehenden Darlegungen für eine Wiedergabe eines genauen Signals an dem A.usgang des Systems lediglich dann als wirksam, wenn sich die mittlere Frequenz des Ausgangstaktimpulssignals nicht ändert. Dies wird durch die zur Steuerung der Bandge-

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schwindigkeit verwendete Rückkopplung gemäss dem Stand der Technik sichergestellt. Man muss daher für die Erhaltung eines wiedergegebenen Signals, das keine Synchronisierungs- bzw. Steuerungsfehler aufweist, lediglich sicherstellen, dass augenblicklich, dh. kurzfristig stattfindende Änderungen in der Folge der Eingangstaktimpulse nicht so gross werden, dass die Eingangstaktimpulse aus den entsprechenden RI-Bereichen herausfallen. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung, bei der sich ein Band mit einer Geschwindigkeit von 2,o3 mm/sec. (0,08 inches/sec.) bewegt und bei der die Eingangstaktimpulse mit einer Frequenz von 48o Hz auftreten, lassen sich normale Bauelemente und integrierte Schaltungen gemäss dem Stand der Technik für die Steuerung und die Wiedergabe eines EKG-Signals verwenden, wobei Synchronisierungsfehler so klein gehalten werden können, dass sie keine Rolle spielen.

Eine andere Betrachtungsart für den in Figur 1 dargestellten Synchronisierungswellenzug besteht darin, das EKG-Signal als eine Reihe von Abtastwerten anzusehen, die synchron mit einer konstanten Bezugsfrequenz auftreten, welche von den durchgezogenen vertikalen Pfeilen wiedergegeben ist. Änderungen in der Bandgeschwindigkeit bewirken, dass die Lagen des Wiedergabesignals, wie durch die RI-Bereiche. .gezeigt, aus mittleren oder Durchschnittsl.agen vor oder zurück verschoben werden. Wenn der Bandantriebsmechanismus in der Lage ist, eine Überlappung der Bereiche zu verhindern, in denen aufeinanderfolgende Abtastwerte auftreten können, können die EKG-Abtastwerte, welche in den einzelnen RI-Intervallen auftreten, bis zu dem unmittelbar darauffolgenden RO-Intervall gespeichert werden, in dem sie wiedergegeben bzw. ausgelesen werden. Indem man die Ausgangsabtastwerte (welche von.den strichlierten Pfeilen wiedergegeben sind) in die Mitte von jedem RO-Bereich nimmt, wird erreicht, dass die Abtastwerte in einer gleichmässigen Aufeinanderfolge auftreten und dass die Synchronisierungsstörungen vermieden sind. Die Frequenz der Bezugsimpulse sollte allgemein

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gesprochen wenigstens um einen Faktor 4 grosser sein als die grösste interessierende Frequenz in dem zu reproduzierenden Signal. Im Falle eines EKG-Signals, das auf einem Band aufgezeichnet ist, welches sich mit einer Geschwindigkeit von 2,o3 mm/sec. bewegt, sollten die Bezugstaktimpulse mit einer Frequenz Von nahezu 4oo Hz oder darüber auftreten. Wenn eine Rechteckwelle als Taktimpulssignal aufgezeichnet wird und wenn die vordere und die rückwärtige Kante des Rechteckimpulses als Taktimpuls dient, sollte die Frequenz des aufgezeichneten Taktsignals 2oo Hz betragen.

Figur 2 zeigt ein Standard-Bandwiedergabesystem 1o mit zwei Ausgängen 12 und 14. Auf einem Band 6o werden sowohl das interessierende Signal als auch das Taktsignal aufgezeichnet. Das Band 6o wird von einer in der Zeichnung lediglich symbolisch dargestellten Bandantriebswelle 5.4 angetrieben. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden zwei Kanäle auf dem Band für die Aufzeichnung der beiden unterschiedlichen Signale verwendet, wobei das Analogsignal direkt auf dem Band aufgezeichnet wird. Es erscheint daher bei der Wiedergabe das Analogsignal auf.der dem Ausgang 12 entsprechenden Leitung, während das Bezugssignal auf der dem Ausgang 14 entsprechenden Leitung entsteht. Die Erfindung lässt sich jedoch in gleicher Weise auch bei einem System anwenden, bei dem die beiden Signale auf dem gleichen Kanal aufgezeichnet sind, oder bei einem, in dem das interessierende Analogsignal nicht direkt aufgezeichnet ist. So könnte beispielsweise eine Frequenzmodulation verwendet werden. In'jedem Fall muss jedoch das Bandwiedergabesystem die notwendige Demodulations- und Trennschaltung für die Herstellung von zwei Ausgangssignalen enthalten, dem Bezugstaktsignal auf dem Ausgang 14 und dem interessierenden, jedoch mit Synchronisierungsfehlern versehenen Analogsignal auf dem Ausgang 12. .

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Das Analogsignal an dem Ausgang 12 wird über ein Tiefpässfilter 16 übertragen. Das an dem Ausgang 14 auftretende Signal mit einer höheren Frequenz wird über ein Hochpass-Bezugssignal-Filter 18 übertragen. Die beiden Filter sind in bekannter Weise auf eine konstante Verzögerung abgeglichen. Im Falle eines EKG-Signals beträgt die höchste interessierende Frequenz annähernd 1oo Hz. Die Taktimpulse sollten daher mit einer Frequenz von zumindest 4oo Hz auftreten. Das auf dem Ausgang 14 erscheinende Signal ist eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von 24o Hz, Durch Erzeugung eines Taktimpul'ses bei jedem Nulldurchgang des Signals erhält man Taktimpulse mit einer Frequenz von 48o Hz. Die Verstärkungscharakteristik des Filters 16 sollte daher bis zu einem Bereich von 1oo Hz flach verlaufen und dann rasch abfallen, so dass das 24o Hz-Signal nicht in dem Ausgangssignal des Filters erscheint. Das Hochpassfilter 18 für das Bezugssignal hat· eine Grenzfrequenz von 24o Hz und lässt keinen Teil des EKG-Signals hindurch.

Des .am Ausgang des Filters 18 auf der Leitung 22 erhalt.ene Taktsignal wird differenziert, so dass bei jedem Nulldurchgang positive und negative Nadelimpulse entstehen. Diese %delimpulse werden anschliessend gleichgerichtet. Eine Differentiations- und Gleichrichterschaltung 24 liefert daher Taktimpulse mit einer Frequenz von 48o Hz, wobei jedoch aufgrund des Synchronisierungsfehlers die zeitliche Abstände zwischen diesen Impulsen nicht gleichmässig sind. Diese Impulse entsprechen den in Figur 1 mit durchgezogenen Linien wiedergegebenen Pfeilen. Das EKG-Signal an dem Ausgang des Filters 16 wird dem Eingang einer Abtast- und Halteschaltung 2o zugeführt. Diese Schaltung von Standardbauweise beginnt mit einem Betriebszyklus zu jedem Zeitpunkt, an dem ein Taktimpuls an seinen Taktimpulseingang von der Differentiator- und Verstärkerschaltung 24 angelegt wird. Es werden daher mit einer Frequenz von 48o Hz Werte des interessierenden Signals abgetastet und festgehalten. Auch wenn die Abtastwerte nicht mit einer konstanten zeitlichen Aufeinanderfolge gewonnen werden, stellen sie doch

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gleichabständige Abtastwerte, des tatsächlichen Signals dar. Auf der Leitung 28 erscheinen aufeinanderfolgende Abtastwerte, die zu dem Signaleingang der Ausgangsabtast- und Halteschaltung 3o weitergeführt werden.

Das Taktsignal in der Leitung 22 wird dem Eingang einer phasenstafren Schleife 26 zugeführt. Das Taktsignal ist in Figur 3 durch den Wellenzug A wiedergegeben. Die phasenstarre Schleife hat zwei Ausgänge 34 und 38. Das an dem Ausgang 34 entstehende Ausgangssignal weist die in Figur 3 mit B bezeichnete . Wellenform auf. Es entspricht dem Eingangs-Taktsignal,das in der Leitung 22 auftritt, mit Ausnahme zweier wesentlicher Unterschiede. Der erste Unterschied besteht darin, dass das Ausgangssignal eine !^^Phasenverschiebung zu dem Eingangssignal aufweist. Der zweite Unterschied besteht darin, dass die phasenstarre Schleife als ein sehr enges Bandpassfilter wirkt, so dass die Frequenz des Ausgangstakt impulses nicht momentanen Änderungen in dem Eingangstaktsignal folgt. Die Frequenz des Ausgangstaktsignals verbleibt konstant, vorausgesetzt, dass die mittlere Frequenz des Eingangstaktsignals sich nicht so weit ändert, dass sie aus dem Gleichlaufbereich der Schleife hinausfällt.

Die phasenstaree Schleife, die in der dargestellten Ausführungsform von einer RCA-Type CD4o46A gebildet "ist,· .enthält einen Synchronmodulator 6o', ein Tiefpassfilter aus einem Widerstand 62, einen Kondensator 64, einen spannungsgesteuerten Gleichrichter 66 und einen Rückkopplungsweg, der durch das Bezugszeichen 68 wiedergegeben ist. Die an dem Ausgang des Tiefpassfilters herrschende Spannung ändert sich langsam, wobei sie den Mittelwert des Eingangstaktsignals an die Eingangsleitung 22 anlegt. Dieses Gleichstromsignal wird intern zur Steuerung der Frequenz von dem spannungsgesteuerten Oszillator in bekannter Weise verwendet, wobei das Ausgangssignal des Oszillators dem Synchrondemodulator zurückgeführt wird.

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Die Gesamtwirkung der phasenstarren Schleife beruht darin, dass die augenblickliche Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators gleich der mittleren Eingangsfrequenz ist, wobei die Gleichspannung am Ausgang des Tiefpassfilters auf der Leitung 38 die mittlere Frequenz des Eingangstaktsignals wiedergibt. .

Dieses Gleichstromsignal dient zur Steuerung der Bandgeschwindigkeit - um sicherzustellen, dass die Änderungen der Bandgeschwindigkeit konstant korrigiert werden, so dass jeder Eingangsabt.astwert (der durchgezogene Pfeil von Figur 1) in den entsprechenden Abtastbereich RI hineinfällt. Die Rückkopplungsschleife selbst ist an sich bekannt. Eine Spannungsquelle 42, ein Potentiometer 46 und ein Widerstand 44 dienen zur Anlegung eines vorbestimmten positiven Potentials an dem positiven Eingang einer Additionsschaltung 4o. Von diesem Potential wird dort das "Fehler"-Signal der Leitung 38 sowie das Fehlersignal der Leitung 56 subtrahiert. Das Ausgangssignal der Additionsschaltung wird durch einen Verstärker 5o geleitet, dessen Ausgangssignal einen Motor-Tachometer 52 antreibt. Diese Einheit bewirkt nicht nur eine Drehung der Bandantriebswelle, sie liefert vielmehr auch .ein Potential auf die Leitung 56, das die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebswelle wiedergibt (bei der in dem Beispiel dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird für. die Einheit 52 ein Siemens-Motor mit der Nr. 1AD-31O1-OM verwendet). Die Wirkung der gesamten Rückkopplungsschleife (von dem Taktsignal an dem Ausgang 14 bis zu der Bandantriebswelle) sowie der internen Rückkopplungsschleife, welche die Rückkopplungsleitung 56 enthält, dient zur Steuerung der Bandgeschwindigkeit entsprechend der Einstellung des Potentiometers 46. Das Taktsignal am Ausgang 14 wird zur Zinsteilung der Motorgeschwindigkeit verwendet, so dass die Taktimpulse mit einer mittleren Frequenz auftreten, die von der Einstellung des Potentiometers 46 bestimmt ist, welches seinerseits zu Beginn derart eingestellt wird, dass die mittlere

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Taktfrequenz die gleiche wie bei der Aufzeichnung ist. Diese Standard-Bandgeschwindigkeits-Steuerschleife korrigiert langsame Änderungen in der Bandgeschwindigkeit. Der Verstärker 5o. sollte in bekannter Weise ein Stabilisierungsnetzwerk enthalten, um ein Schwingen zu verhindern.

Wenn eine noch bessere Geschwindigkeitskorrektur stattfinden soll, kann man das Taktsignal in der Leitung 34 mit dem Ausgangssignal eines stabilisierten Oszillators vergleichen,, anstatt das Ausgangssignal des Tiefpassfilters in der phasenstarren Schleife als Eingangssignal für die .Summierschaltung zu verwenden. In einem derartigen Fall kann ein Additions- und Subtraktionszähler verwendet werden, bei dem jeder von dem Oszillator herkommende. Impuls die Zählrate erhöht, und. jeder Schritt in der Wellenform des Leiters 34 die Zählrate um einen Schritt erniedrigt bzw. umgekehrt. Das Ausgangssignal des Zählers, eine Gleichspannung, welche der Gesamtzählrate proportional ist, kann dem Minuseinang der Summierschaltung angelegt werden anstelle der hierzu verwendeten Spannung an der Leitung 38. Irgendeine der vielen Standard-Hücltkopplungsschleifen kann zur Steuerung der Bandgeschwindigkeit entsprechend den am Ausgang 14 auftretenden Impulsen verwendet iirerden.

Die Funktion der gesamten unteren Schleife bei dem in Figur 2 dargestellten System dient allgemein um sicherzustellen, dass die Taktimpulse an dem Ausgang 14 innerhalb ihrer entsprechenden RI-Bereiche bezüglich der Echtzeit verbleiben, selbst wenn rasche Änderungen hierdurch nicht kompensiert werden können und wenn jeder Taktimpuls an irgendeiner Stelle innerhalb des entsprechenden Bereichs auftreten kann.

Das in der Leitung 34 auftretende Taktsignal wird von der Differentiations- und Verstärkerschaltung 36 differenziert und verstärkt.. Es werden daher Taktimpulse zu dem Steuer- eingang der Abtast- und Halteschaltung 3o mit einer Frequenz von 48o Hz angelegt. Für diese Täktimpulse ist es von wesentlicher Bedeutung, dass sie in gleichen Zeitabständen

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auftreten, wie dies durch die strichlierten Pfeile von Figur 1 dargestellt ist. Jeder Taktimpuls bewirkt, dass der zuvor erhaltene Abtastwert des interessierenden Analogsignals, der in der Abtast- und Halteschaltung 2o gespeichert ist und in der Leitung 28 anliegt, zu der Ausgangsabtastund Halteschaltung übertragen wird. Die auf diese Weise zu dieser Schaltung übertragenen Abtastwerte sind nicht nur in gleichen zeitlichen Abständen gewonnene Abtastwerte des wahren Signals, sondern sie werden auch tatsächlich in gleiche zeitliche Abstände übergeführt. Die Abtastwerte können dann von einem herkömmlichen Tiefpassfilter 32 aufbereitet v/erden, so dass das Analogsignal wieder gebildet wird. Das Ausgangsfilter filtert die 48o Hz-Schrittkomponenten an dem Ausgang der Abtast- und Halteschaltung 3o aus, welche durch den Synchronisierungsvorgang eingeführt worden waren. (Wenn das Ausgangssignal in digitaler Form vorliegen soll, für eine Übertragung zu beispielsweise einem Rechner, können die beiden Abtast- und .Halteschaltungen von einem Analog-Digital wandler er.-setzt werden, der von einem Zuerst-hinein-ZZuerst-hinaus-Pufferspeieher gefolgt ist. In diesem Fall würden, wie für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist, die Eihgangstaktimpulse aufeinanderfolgende Umwandlungen von der Analog- zur Digitalfdrm steuern, und die Äusgangstaktimpulse würden die Speicherung der abgetasteten Werte in dem Pufferspeicher sowie das Auslesen der abgetasteten Werte aus dem Speicher steuern. Bei einer derartigen Anordnung wäre das Ausgangsfilter 32 nicht notwendig.)

Es ist wichtig festzuhalten, dass das Taktsignal auf der Leitung 34 an dem Ausgang der phasenstarren Schleife gegenüber dem Taktsignal auf der Leitung 22 an dem Eingang der Schleife 90 -phasenverschoben ist, wie dies Figur 3 zeigt. (Wenn auch die aufeinanderfolgenden Schritte in den beiden Wellenformen so dargestellt sind, dass sie in Intervallen von t-Sektmden auftreten, versteht sich jedoch, dass sich UIe Synchronisie-

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rung der Wellenform A an den Eingang der phasenstarren Schleife, wie oben beschrieben, ändert und dass lediglich die Schritte des Taktsignals in der Leitung 34 in gleichen zeitlichen Intervallen auftreten.) Die entsprechenden Abtast- und Halteschaltungen werden sowohl von.positiven als auch von negativen Schritten in den entsprechenden Wellenformen getriggert. Da jedoch die beiden Taktsignale um 90° zueinander phasenverschoben sind, wird ein Abtastwert zu der Ausgangsabtast- und Halteschaltung zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten übertragen, welche von der Eingangsabtast- und Halteschaltung gewonnen werden. Es ist die veränderliche Verzögerung zwischen der Gewinnung der einzelnen Abtastwerte und ihrer Übertragung zu der Ausgangsschaltung, welche die Rekonstruktion des Signals aus aufeinanderfolgenden Abtastwerten ermöglicht, die in der Echtzeit in gleichen zeitlichen Abständen auftreten.

Die Erfindung war vorstehend derart beschrieben worden, dass die Übertragung eines früher gewonnenen Abtastwerts auf die Ausgangsschaltung stattfindet, bevor ein weiterer Abtastwert von der Eingangsschaltung gewonnen wird. Damit dies erreicht v/erden kann, muss - wie vorstehend beschrieben die Bandgeschwindigkeit derart gesteuert werden, dass jeder Eingangstaktimpuls innerhalb seines entsprechenden RI-Bereichs auftritt. Wenn jedoch die Steuerung der Bandgeschwindigkeit nicht schnell genug erfolgt, ist es trotzdem möglich, das reproduzierte Signal auf dem Ausgang 12 abzutasten und es dann erfindungsgemäss zu rekonstruieren. In diesem Fall könnte die einzige Eingangsabtast- und Halteschaltung durch. zv/ei oder mehrere derartige Schaltungen ersetzt werden, so dass Abtastwerte des Analogsignals gespeichert werden können, bis sie seriell, dh. der Reihe nach zu der Ausgangsabtast- und Halteschaltung übertragen werden. Die RI- und die RO-Intervalle von Figur 1 wurden sich hierbei überlappen, und man würde zusätzliche Speicherzellen benötigen, um .einen zweiten bzw. einen dritten Abtastwert zu speichern, bevor der erste tatsächlich zu der Ausgangsäbtast- und Halteschaltung übertragen wird. Je schlechter das Ansprechen der

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Bandgeschwindigkeit-Rückkopplungsschleife ist, um so grosser wird die Anzahl der Abtastwerte sein, die gespeichert werden müssen, bevor sie zu der Ausgangsschaltung übertragen v/erden können. In jedem Fall muss jedoch die Bandgeschwindigkeit in der beschriebenen Weise gesteuert werden. Falls dies nicht der Fall ist, kommt es zu einer Verlangsamung der Ausgangssteuerimpulse oder zu einer Beschleunigung mit den Eingangstaktimpulsen über relativ lange Zeitperioden. Die erfindungsgemässe. Technik stellt sicher, dass das Analogsignal von Abtastwerten, die in gleichen Abständen bezüglich der Echtzeit auftreten, lediglich dann wiedergebildet wird, wenn eine gewisse Steuerung über die Frequenz der Eingangstaktimpulse ausgeübt wird.

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Claims

Patentansprüche

Kompensationseinrichtung für Synchroni s'ierungsfehler langsam laufender Bandsysteme zur Erzielung eines synchrohisierungsfehlerfreien Analogsignals von einem Band, auf dem ein ursprüngliches Analogsignal gemeinsam mit einem Taktsignal aufgezeichnet wurde, wobei das Taktsignal eine Frequenz aufweist, die grosser ist als die grösste interessierende Frequenzkomponente des -ursprünglichen Analogsignals, und wobei die Nominalantriebsgeschwindigkeit des Bandes unter einem Wert von 2,54 cm/sec. liegt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (52,54) zur Bewegung des Bandes (6o) .sowie eine Einrichtung (1o) zur Gewinnung von einem getrennten Analogsignal und einem getrennten Taktsignal, die auf dem Band aufgezeichnet sind, durch eine Steuereinrichtung (26), welche auf das vom Band erhaltene Taktsignal anspricht und dazu dient, die Geschwindigkeit des Bandes derart zu steuern, dass langsam verlaufende Änderungen ausgeglichen werden, so dass die mittlere Bandgeschwindigkeit konstant bleibt und zur Erzeugung eines korrigierten Taktsignals, dessen Frequenz konstant und gleich der mittleren Frequenz des vom Band erhaltenen Taktsignals ist, durch eine Abtasteinrichtung (2o), welche dazu dient, Abtastwerte für das vom Band erhaltene Analogsignal synchron zu dem von dem Band erhaltenen Taktsignal zu gewinnen, und durch eine Einrichtung (3o), welche von dem korrigierten Taktsignal gesteuert wird, um aufeinanderfolgende, von der Abtasteinrichtung gewonnene Abtastwerte in äquidistanten Intervallen zu betätigen,. so dass hiervon das ursprüngliche Analogsignal wiedergewonnen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 -,. dadurch gekennzeichnet, -dass die Steuereinrichtung eine phasenstarre Schleife (26) ent-

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hält, die ein Tiefpassfilter (62,64) aufweist sowie einen Oszillator (66), wobei der Tiefpassfilter einen Ausgleich von Änderungen in den von dem Band erhaltenen Taktsignalen bewirkt, so dass der Oszillator mit einer konstanten Frequenz zur Erzeugung des korrigierten Taktsignals arbeitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine Rückkopplungseinrichtung (52) enthält, welche auf den Betrieb der phasenstarren Schleife (26) anspricht, um die Geschwindigkeit des Bandes (6o) derart zu regeln, dass langsame Änderungen der Bandgeschwindigkeit ausgeglichen werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung das korrigierte Taktsignal mit einer gegenüber dem von dem Band erhaltenen Taktsignal um 90 verschobenen Phasenlage erzeugt, so dass die Abtasteinrichtung (2o) und die Rekonstruktionseinrichtung (3o) alternierend arbeiten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Band erhaltene Taktsignal und das erzeugete korrigierte Taktsignal jeweils eine Reihe von entsprechenden Betriebszeiten für die Abtasteinrichtung (2o) und die Rekonstruktionseinrichtung (3o) festlegen, und dass die Steuereinrichtung die Bandgeschwindigkeit und die Erzeugung des korrigierten Taktsignals derart regelt, dass die von den beiden Taktsignalen wiedergegebenen Betriebszeiten alternierend zueinander und in sich gegenseitig ausschliessenden Zeitbereichen bezüglich der Echtzeit auftreten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Band erhaltene Taktsignal eine Reihe von Betriebszeiten der Abtasteinrichtung (2o) festlegt und dass

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die Steuereinrichtung die Bandgeschwindigkeit derart regelt, dass jede in dem von dem Band erhaltenen Taktsignal wiedergegebene Betriebszeit innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls (RI) während des kontinuierlichen Betriebs der Vorrichtung erhalten wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine Rückkopplungseinrichtung enthält, welche auf den Betrieb der phasenstarren Schleife anspricht und dazu dient, die Bandgeschwindigkeit derart zu regeln, dass langsam verlaufende.Änderungen derselben ausgeglichen werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung das korrigierte Taktsignal mit einer Phasenlage erzeugt, die gegenüber der Phasenlage des'von dem Band erhaltenen Taktsignals um 90 verschoben ist, so dass die Abtasteinrichtung'(2o) und die Rekonstruktionseinrichtung (3o) alternierend zueinander arbeiten.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Band erhaltene Taktsignal und das erzeugte korrigierte Taktsignal jeweils eine Reihe von -entsprechenden Betriebszeiten für die Abtasteinrichtung (2o) und für die Rekonstruktionseinrichtung (3o) festlegen, und dass die Steuereinrichtung die Bandgeschwindigkeit sowie die Erzeugung des korrigierten.Taktsignals derart regelt, dass die den beiden Taktsignalen entsprechenden Betriebszeiten alternierend aufeinanderfolgen und in einander ausschliessenden Zeitbereichen bezüglich der Echtzeit auftreten.

1o. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Band erhaltene Taktsignal eine Reihe von Betriebszeiten für die Abtasteinrichtung (4o) festlegt, und dass die Steuereinrichtung die Bandgeschwindigkeit derart regelt, dass jede dem von dem Band erhaltenen

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Taktsignal entsprechende Betriebszeit in einem entsprechend festgelegten Zeitbereich während des kontinuierlichen Betriebs der Vorrichtung gehalten wird.

11. Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Barid erhaltene Taktsignal eine Reihe von Betriebszeiten für die Abtasteinrichtung festlegt und dass die Steuereinrichtung die Bandgeschwindigkeit derart steuert, dass jede dem von dem Band erhaltenen Taktsignal entsprechende Betriebszeit in einem entsprechend vorbestimmten Zeitbereich während des kontinuierlichen Betriebs der Vorrichtung gehalten wird.

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