DE2461079C2 - Einrichtung zur Kompensation von Synchronisierfehlern, bedingt durch Gleichlauffehler von Bandaufzeichnungsgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation von Synchronisierfehlern gemäß dem Oberbegriff des .Hauptanspruchs.

Die Erfindung befaßt sich mit Bandgeräten, die eine niedrige Laufgeschwindigkeit haben, insbesondere mit Techniken zur Kompensation von Steuerungs- bzw. Synchronisierungsfehlern in den von 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 spezieile Klai .e von Anwendungsbeispielen, bei denen eine derartige Steuerung sehr schwierig durchzuführen ist Man kann allgemein sagen, daß, je größer das Gerät und/oder die Bandgeschwindigkeit 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

J5 eines Patienten aufzuzeichnen, beispielsweise ein tragbares Bandgerät für die Aufzeichnungen eines EKG-Signals. In vielen Fällen ist es crwünsrht.die EKG-Signale kontinuierlich über einen Zeitraum von 24 Stunden auf einer einzigen Standard-Bandkasseute aufzunehmen. Zu

w diesem Zweck muß der Bandvorschub mit einer Geschwindigkeit erfolgen, die deutlich unterhalb 254 cm pro Sekunde liegt, zum Beispiel bei l,59mm/sec. Die Konstanthaltung der Bandgeschwindigkeit ist äußerst wichtig. Wenn das Band ausgewertet wird, werden die Zeitintervalle zwischen Ä-Impulsen von aufeinanderfolgenden Herzschlägen vielfach gemessen. Diese Zeitintervalle können erheblich variieren, wenn die Bandgeschwindigkeit während der Aufzeichnung und der Wiedergabe nicht konstant gehalten wird. Es ist deshalb notwendig, Gleichlaufschwankungen, d. h. sowohl hochfrequente, als Flattern bezeichnete Schwankungen, als auch niederfrequente, als Jaulen bezeichnete Schwankungen auf einem Minimum zu halten. Bei einem Miniatur-, d. h. 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

bo interessierende Signal aufgezeichnet wird. Diese Taktsignale können auf dem gleichen oder auf einem unterschiedlichen Kanal aufgezeichnet werden. Da die Taktinipulsc während des Atifzcichnungsvorgangs mit finer festen zeitlichen Aufeinanderfolge auftreten, können

h¹) bei der Wiedergabe diese Taktimpuls*.· verwendet wer den, um die Bandgeschwindigkeit /ti steuern, so dull die Aufeinanderfolge der von dem Band abgelesenen T.ikt impulse konstant bleibt.

In dem Wiedergabesystem kann eine Rüekkopplungsschleife 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 Bandantricbsachse derart ein, daß die Taktimpuls? 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 Verwendung einer derartigen Rückkopplungsschleife lediglich, langsame Synchronisierungsfehler auszugleichen. Während 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 iangc Zeiträume verlaufende Messungen. Die herkömmlichen Rückkopplungssteuertechniken sind daher im allgemeinen nicht in der Lage, ein EKG-Signa! von einem mit geringer Laufgeschwindigkeit vorgeschobenen Band genau wiederzugeben.

Aus der US-Patentschrift 33 47 997 ist ein Wiedergabesystem für Bandaufzeichnungsgeräte bekannt, bei dem zusätzlich zu der oben erläuterten Kompensation langsamer Geschwindigkeitsänderungen auch solche Änderungen ausgeglichen werden können, die schneller erfolgen als die schnellstmögliche Korrektur der Bandgeschwindigkeit; dazu wird aus dem Phasenunterschied zwischen den Taktsignalen, die vom Band ausgelesen werden und den Taktimpulsen eines Bezugsoszillators die jeweilige zeitliche Verschiebung der Analogsignale bestimmt und durch eine entsprechende Änderung des Abgriffs an der Verzögerungsleitung kompensiert. Diese Verzögerungsleitungen haben jedoch einen relativ komplizierten Aufbau und sind dementsprechend teuer; außerdem stellen sie nur einen begrenzten Bereich von Verzögerungen zur Verfugung (insbesondere ist die längste Verzögerung beschränkt), so daß auch die Geschwindigkeitsänderungen nur in einem begrenzten Bereich korrigiert werden können.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Kompensationseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der ohne großen Aufwand ein großer Bereich von Geschwindigkeitsänderungen, insbesondere bei sehr langsam laufenden Bandaufzeichnungsgeräten kompensiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Laufgeschwindigkeit für Standard-Bandkassetten beträgt 2,54 bis 2,22 cm/sec. Zur Aufzeichnung eines EKG-Signals über eine Zeitdauer von 24 Stunden auf einer Standard-Kassette muß die Bandgeschwindigkeit jedoch reduziert werden, und zwar auf einen Wert von annähernd 2,03mm/sec (0,08 inches/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 eine Vielzahl von unterschiedlichen Parametern bestimm'., wie beispielsweise von der Qualität der Aufnahme- und Wiedcrgabcköpfe. Um die Erfindung ins rechte Licht zu rücken, kann jedoch gesagt werden, daß sie für eine Aufzeichnung von Signalen auf Bändern anwendbar is", die mit einer Geschwindigkeit bewegt werden, weiche unter 2,54 cm pro Sekunde liegt Bei einer Geschwindigkeit von 2^4 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 2,03 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.

is (Für die bestmöglichste Leistung wird die Verwendung von einem Antriebs- und Kopfhalterungsmechanismus bevorzugt, wie sie in den deutscher: Patentanmeldungen 24 42 787 und 24 42 788 beschrieben sind). Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit darin zu sehen, daß Taktimpulse gemeinsam mit dem interessierenden Signa! 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 selbsi im folgenden nicht näher beschrieben). Wie es beim Stand der Technik bekannt ist, werden während der Wiedergabe die Taktimpulse als Eingangssignal für eine Rückkopplungsschleife 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.
Das Analogsignal 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 Taktimpul-Sv steuern den Betrieb einer Eingangsabtast- und Halteschaltung. Eine phasenstarre Schleife von Standardart arbeitet nach den aufgezeichneten Taklimpuisen 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 Eingangstaktfrequenz befindet (der von dem Band abgelesenen Taktimpulse). Die Wellenform des von der phasenstarren Schleife erhaltenen Taktimpulssignals zeigt nicht die raschen Änderungen wie das Eingangs-Taä. timpulssignal. Die von der phasenstarren Schleife erhaltenen Taktimpulse entstehen mit gleichen Zeitabständen. Die Frequenz des Taktimpulssigials 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 konstant

hält, erhält man eine Änderung des Ausgangstaktimpulssignals, die innerhalb toleriarbarer Grenzen liegt. Die Ausgangstaktimpulse werden verwendet, um Abfragewerte von der Eingangsabtast- und Halteschaltung zu einer Ausgangsabtast- und Halteschaltung zu übertragen. Die zu der Ausgangsabtast- und Halteschaltung gelieferten Abfragewerte werden 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 Gleichlaufschwankungseffektcn nicht in gleichen Intervallen auf. Da sie jedoch in 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 in Ausgang der phasenstarren Schleife, welche die Rekonstruktion des Signals durch Abtastwerte steuert, die in der Echtzeit in äquidistantcn Intervallen betätigt werden. Ein Gleichlauf zwischen den beiden Abtast- und Halteschaltungcn wird von der phasensnirren Schleife bewirkt, da sie die Erhaltung einer genauen Ausgangs-Taktimpuls-Wellenform aus einer ungenauen Eingangs-Taktimpuls-Wellenform erzielt. Selbstverständlich stellt diese Technik nicht sicher, daß die Frequenz der Ausgangs-Taktimpuls-Wcllcnform sich nicht iindert. wenn sich die Frequenz der Eingüngs-Taktimpuls-Wellenfonn, gcmiuelt über ein relativ langes Zeitintervall, ändert. Derart über eine lange Zeitdauer verlaufende Änderungen würden notwendigerweise die genaue Wiedergabe des interessierenden Signals verhindern. Da jedoch die Rückkopplungsschleife gemäß dem Stand der Technik die Bandgeschwindigkeit derart einstellt, daß die mittlere Geschwindigkeit über lange Zeitintervalle konstant gehalten 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 Synchronisierungsfehlern bei langsam laufenden Bandsystemen geschaffen, wie beispielsweise bei einem System, in dem EKG-Signale auf einem Band aufgezeichnet werden, das sich sehr langsam, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 2,03 mm/sec bewegt. Auf dem Band werden Taktimpulse gemeinsam mit dem inieressierenden Signal aufgezeichnet.

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 wiedergebiideten 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 Zeichnung ersichtlich.

F i g. 1 zeigt eine Synchronisierungswellenform, welche den Betrieb der Erfindung erläutert.

F i g. 2 zeigt eine beispielhafte Ausbildungsform der ho Erfindung.

Fig.3 zeigt eine Synchronisierungswellenform zur Vereinfachung des Verständnisses von dem Betrieb des in F i g. 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 Hall-Effekt-Wiedergabeköpfe zur Vermeidung von Verstärkungsfehlern verwendet werden, treten trotzdem noch Synchronisierungsfehler auf. Beim Stand der Technik war vorgeschlagen worden, ein Bezugssigna! mit konstanter Frequenz auf einem Band mit der Aufzeichnung des EKG-Signals oder eines anderen interessierenden physiologischen Signals aufzuzeichnen. Übliche Geschwindigkeitsänderungen 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.

Fig. I zeigt das grundsätzliche Steuerungs- bzw. Sy π ■ chronisicrungsschema der Erfindung. Die durchgezogenen vertikalen Pfeile geben die Lagen der einzelnen aufeinanderfolgenden Eingabe-/Abtastwerte auf der Zeitaci"V 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 7"I. T2 und T3 bezeichnet sind- Die Ta'nimpulsc werden zwar bei dem Aufzeichnungsvorgang in gleichen Zcitintervallen 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 Rl der Echtzeit auftritt. Das Steuerverfahren gemäß dem Stand der Technik stellt sicher, daß jeder Taktimpuls irgendwo innerhalb des entsprechenden ^/-Bereiches 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 Rl 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 ÄABereichs der Echtzeit auftritt.

Mit den Bereichen ROsind 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 F i g. i 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 ÄO-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 Abtasiwerte des interessierenden Analogsignais zu erhalten. Es ist ersieht-

!ich, daß zwar die Abtastwerte bei der Wiedergabe nicht in gleichen Zeitabstanden bezogen auf die Echtzeit erhalten werden, daü jedoch die Abtastwerte bezüglich der Aufnahme des Signals gleichen zeillichen Absländen entsprechen, da der Wcllcnziig der auf dem Band aufgezeichneten Takiimpulsc von einem genauen Be-/ugsnoniial- b/w. Eichos/illutor erzeugt wird. Die Ausganjjslyktiinpulsc. die bezüglich der Lichtzeil in gleichen zeitlichen Abständen auftreten, werden jedoch zur Rekonstruktion des Signals aus den Abiastwertcn verwcndei. die unier der Steuerung des Wellenzugs der Eingungstakiinipiilsc gewonnen wurden.

L^;in derartiges Vorgehen erweist sich entsprechend den vorsiehenden Darlegungen für eine Wiedergabe eines genauen Signals an dem Ausgang des Systems lediglich dann als wirksam, wenn sich die mittlere Frequenz des Ausgangstaklimpulssignals nicht ändert. Dies wird durch die zur Steuerung der Bandgeschwindigkeit 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, d. h. kurzfristig stattfindende Änderungen in der Folge der Einganstaktimpulse nicht so groß werden, daß die Eingangstaktimpulse aus den entsprechenden Ä/-Bereichen herausfallen. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung, bei der sich ein Band mit einer Geschwindigkeit von 2,03 mm/sec (0.08 inches/sec) bewegt und bei der die Eingangstaktimpi'lse mit einer Frequenz von 480 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 Synchronisierungsfehlcr so klein gehalten werden können, daß sie keine Rolle spielen.

Eine andere Betrachtungsart für den in Fig. I dargesiciiien Synchronisierungsweüenzug 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 Durchschnittslagen 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 /?/-lntervallen auftreten, bis zu dem unmittelbar darauffolgenden flO-lntervall 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 gesprochen wenigstens um einen Faktor 4 größer 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 2,03 mm/sec bewegt, sollten die Bezugstaktimpulse mit einer Frequenz von nahezu 400 Hz oder darüber auftreten. Wenn eine Rechteckweiie als Taktimpulssignal aufgezeichnet wird und wenn die vordere und die rückwärtige Kante des Rechteckimpulses als Taktimpuls dient, sollte die Frequenz des aufgezeichneten Taktsignals 200 Hz betra gen.

Fig.2 zeigt ein Standard-Bandwiedergabesystem 10 mit zwei Ausgängen 12 und 14. Auf einem Band 60 werden sowohl das interessierende Signal als auch das Taktsignal aufgezeichnet. Das Band 60 wird von einer in der Zeichnung lediglich symbolisch dargestellten Bandantricbswcllc54 angetrieben. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden zwei Kanäle auf dem Band für die Aufzeichnung der beiden unterschiedto liehen 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, wührend das Bezugssignal auf der dem Ausgang 14 entsprechenden Leiis tung 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 wer den. In jedem Fall muß jedoch das Bandwiedergabesystem die notwendige Demodulations- und Trennschaltung für die Herstellung von zwei Ausgangssignalcn enthalten, dem Bezugstaktsignal auf dem Ausgang 14 und dem interessierenden, jedoch mit Synchronisierungsfehlern versehenen Analogsignal auf dem Ausgang 12

Das Analogsignal an dem Ausgang 12 wird über ein Tiefpaßfilter 16 übertragen. Das an dem Ausgang 14 jo 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 j5 annähernd 100 Hz. Die Taktimpulse sollten daher mit einer Frequenz von zumindest 400 Hz auftreten. Das auf dem Ausgang i4 erscheinende Signal ist eine Rechteckweiie mit einer Frequenz von 240 Hz. Durch Erzeugung eines Taktimpulses bei jedem Nulldurchgang des Signals erhält man Taktimpulse mit einer Frequenz von 480 Hz. Die Verstärkungscharakteristik des Filters 16 sollte daher bis zu einem Bereich von 100 Hz flach verlaufen und dann rasch abfallen, so daß das 240 Hz-Signal nicht in dem Ausgangssignal des Filters erscheint. Das Hochpaßfilter 18 für das Bezugssignal hat eine Grenzfrequenz von 240 Hz und läßt keinen Teil des EKG-Signals hindurch.

Das am Ausgang des Filters 18 auf der Leitung 22 erhaltene Taktsignal wird differenziert, so daß bei jedem Nulldurchgang positive und negative Nadelimpul se entstehen. Diese Nadelimpulse werden anschließend gleichgerichtet. Eine Differentiations- und Gleichrichterschaltung 24 liefert daher Taktimpulse mit einer Frequenz von 480 Hz. wobei jedoch aufgrund des Synchronisierungsfehlers die zeitlichen Abstände zwischen die sen Impulsen nicht gleichmäßig sind. Diese Impulse entsprechen den in F i g. I mit durchgezogenen Linien wiedergegebenen Pfeilen. Das EKG-Signal an dem Ausgang des Filters 16 wird dem Eingang einer Abtast- und Halteschaltung 20 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 480 Hz Werte des interessierenden Signals abgetastet und festgehalten. Auch wenn die Abtastwerte nicht mit einer konstanten zeitlichen Aufeinanderfolge gewonnen werden, stellen sie doch gleichab-

ständige Abtastwerte des tatsächlichen Signals dar. Auf der Leitung 28 erscheinen aufeinanderfolgende Abtastwerte, die zu dem Signaleingang der Ausgangsabtast- und Halteschaltung30 weitergeführt werden.

Das Taktsignal in der Leitung 22 wird dem Eingang einer phasenstarren Schleife 26 zugeführt. Das Taktsignal ist in Fig.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 F i g. 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 90"-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 AusgängMaktimpuises nicht momentanen Änderungen in dem Eir.gangstaktsignal 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 phasenstarre Schleife, die in der dargestellten Ausführungsform von einer RCA-Type CD4046A gebildet ist, enthält einen Synchronmodulator 60', ein Tiefpaßfilter aus einem Widerstand 62. einen Kondensator 64, einen spannungsgesteuerten Oszillator 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 Gieichstromsignal wird intern zur Steuerung der Frequenz von dem spannungsgesteuerten Oszillator in bekannter Weise verwendet, wobei das Ausgangssignal des Oszillators dem Synchronmodulator zurückgeführt wird.

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 Eingangsabtastwert (der durchgezogene Pfeil von F i g. 1) in den entsprechenden Abtastbereich RI hineinfällt. Die Rückkopplungsschleife selbst ist an sich bekannt Eine Spannungsquelle 42, ein Potentiometer^ und ein Widerstand 44 dienen zur Anlegung eines vorbestimmten positiven Potentials an dem positiven Eingang einer Additionsschaltung 40. Von diesem Potential wird dort das »Fehler«-Signal der Leitung sowie das Fehlersignal der Leitung 56 subtrahiert Das Ausgangssignal der Additionsschaltung wird durch einen Verstärker 50 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 Ausführungsfcrrn der Erfindung wird für die Einheit 52 ein Siemens-Motor mit der Nr. 1AD-3101-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 Einstellung 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 Taktfrequenz die gleiche wie bei der Aufzeichnung ist. Diese Standard-Bandgeschwindigkeits-Steuerschlcife korrigiert langsame Änderungen in der Bandgeschwindigkeit. Der Verstärker 50 sollte in bekannter Weise ein Stabilisierungsnetzwerk enthalten, um ein Schwingen zu verhindern.

Wenn eine noch bessere Geschwindigkeiiskorrekiur stattfinden soll, kann man das Taktsignal in der Leitung 34 mit dem Ausgangssignal eines stabilisierten Oszillators vergleichen, anstatt das Ausgangssignai 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 Minuseingang der Suminicrschaltung angelegt werden anstelle der hierzu verwendeten Spannung an der Leitung 38. Irgendeine der vielen Standard-Rückkopplungsschloifen kann zur Steuerung der Bandgeschwindigkeit entsprechend den am Ausgang 14 auftretenden Impulsen verwendet werden.

Die Funktion der gesamten unteren Schleife bei dem in Fig.2 dargestellten System dient allgemein um sicherzustellen, daß die Taktirnpuise an dem Ausgang 54 innerhalb ihrer entsprechenden /?/-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 Steuereingang der Abtast- und Halteschaltung 30 mit einer Frequenz von 480 Hz angelegt. Für diese Taktimpulse ist es von wesentlicher Bedeutung, daß sie in gleichen Zeitabständen auftreten, wie dies durch die strichliertcn Pfeile von Fig. I dargestellt ist. so Jeder Taktimpuls bewirkt, daß der zuvor erhaltene Abtastwert des interessierenden Analogsignals, der in der Abtast- und Halteschaltung 20 gespeichert ist und in der Leitung 28 anliegt, zu der Ausgangsabtast- und Halteschaltung übertragen wird. Die auf diese Weise zu diescr 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 bo Tiefpaßfilter 32 aufbereitet werden, so daß das Analogsignal wieder gebildet wird. Das AusgangsfiHer filtert die 480 Hz-Schrittkomponenten an dem Ausgang der Abtast- und Halteschaltung 30 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-Digitalwandler ersetzt werden.

der von einem Zuerst-hinein-ZZuerst-hinaus-Pufferspeicher gefolgt ist. In diesem Fall wurden, wie für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist. die Ei.ngangstakiimpulse aufeinanderfolgende Umwandlunger, von der Analog- zur Digitalform steuern, und die Ausgangstaktimpulse würden die Speicherung der abgetasteten Werte in dem Pufferspeicher sowie das Auslesen der abgeiasieien Werte aus dem Speicher steuern. Bei einer derartigen Anordnung war 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 Fig.3 zeigt. (Wenn auch die aufeinanderfolgenden r. Schritte in den beiden Wellenformen so dargestellt sind, daß sie in Intervallen von f-Sekunden auftreten, versteht sich jedoch, daß sich die Synchronisierung der Wellcn-ίύί'ΓΓι A äii den Eingang der pnäbciibiaitcii Schleife, wie oben beschrieben, ändert und daß lediglich die Schritte jo 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 jo 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 werden kann, muß — wie vorstehend beschrieben — die Bandgeschwindigkeit derart gesteuert werden, daß jeder Eingangstaktimpuls innerhalb seines entsprechenden ^/-Bereiches 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 zwei oder mehrere derartige Schaltungen ersetzt werden, so daß Abtastwerte des Analog- so signals gespeichert werden können, bis sie seriell, d. h. der Reihe nach zu der Ausgangsabtast- und Halteschaltung übertragen werden. Die RI- und die ΛΟ-lntervalle von Fig. 1 würden sich hierbei überlappen, und man würde zusätzliche Speicherzellen benötigen, um einen zweiten bzw. einen dritten Abtastwert zu speichern, bevor der erste tatsächlich zu der Ausgangsabtast- und Halteschaltung übertragen wird. Je schlechter das Ansprechen der Bandgeschwindigkeit-Rückkopplungsschleife ist, um so größer wird die Anzahl der Abtastwerte sein, die gespeichert werden müssen, bevor sie zu der Ausgangsschaltung übertragen werden können. In jedem Fall muß jedoch die Bandgeschwindigkeit in der beschriebenen Weise gesteuert werden. Falls dies nicht der Fall ist, kommt es zu einer Vcrlangsamung 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Kompensation von Synchronisierfehlern, bedingt durch Gleichlauffehler von Bandaufzeichnungsgeräten bei der Wiedergabe gespeicherter Analoginformation, mit einer Steuereinrichtung, der vom Band gelesene Taktsignale zugeführt werden, um langsam ablaufende Änderungen der Bandgeschwindigkeit durch eine Regelung des Bandantriebs auszugleichen und schneller ablaufende Änderungen durch eine variable Verzögerung des ausgelesenen Analogsignals, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtasteinrichtung (20) vorgesehen ist, mit der synchron zu den direkt vom Band gelesenen Taktsignalen das Analogsignal abgetastet wird und deren Ausgang mit einer Rekonstruktions»inrichtung (30) verbunden ist, die zur Wiederherstellung des ursprünglichen Analogsignals den in der Abtasteinrichtung enthaltenen Analogwert in regelmäßigen Zeitabständen gemäß einem korrigierten Taktsignal abtastet, dessen Frequenz der mittleren Frequenz des aufgezeichneten Taktsignals entspricht

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereini ichtung eine phasenstarre Schleife (26) mit einem Tiefpaßfilter (62, 64) und einem Oszillator (66) aufweist, wobei der Tiefpaßfilter Änderungen in den von dem Band erhaltenen Taktsignalen ausgleicht, so daß der Oszillator mit einer konstanten Frequenz z^r Erzeugung des korrigierten Taktsignats arbeitst.

3. Einrichtung nach Ansprwi 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Rückkopplungseinrichtung (52) enthält, welche auf den Betrieb der phasenstarren Schleife (26) anspricht, um die Geschwindigkeit des Bandes (60) derart zu regeln, daß langsame Änderungen der Bandgeschwindigkeit ausgeglichen werden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung das korrigierte Taktsignal mit einer gegenüber dem von dem Band enthaltenen Taktsignal um 90° verschobenen Phasenlage erzeugt, so daß die Abtasteinrichtung (20) und die Rekonstruktionseinrichtung (30) alternierend arbeiten.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Band erhaltene Taktsignal und das erzeugte korrigierte Taktsignal jeweils eine Reihe von entsprechenden Betriebszeiten für die Abtasteinrichtung (20) und die Rekonstruktionseinrichtung (30) 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. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Band erhaltene Taktsignal cine Reihe von Betriebszeiten der Abtasteinrichtung (20) festlegt und daß die Steuereinrichtung die Bandgeschwindigkeit derart regelt. daU jede in dein von dem Band erhaltenen Taktsignal wiedergegebene ßeiricbs/cit inneihalb eines vorbestimmten Zeitintervalls (Rl) wahrend des kontinuierlichen Betriebs der Vorrichtung erhallen wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche I —b,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (20) und die Rekonstruktionseinrichtung (30) aus elektronischen Abtast- und Halteschaltungen besteht.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—7, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in Bandaufzeichnungsgeräten mit Bandgeschwindigki «en unter 2^4 cm/sec.