DE2737354A1

DE2737354A1 - Einrichtung zur graphischen darstellung von funktionen auf einem aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE2737354A1
Application number: DE19772737354
Authority: DE
Inventors: William T Quarton
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1976-08-26
Filing date: 1977-08-18
Publication date: 1978-03-02
Also published as: GB1548054A; JPS5327330A; CA1084105A; US4074281A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Einrichtung zur Darstellung von Datensignalen, wie beispielsweise von analogen physiologischen Signalen und hierbei im speziellen auf die Aufzeichnung von mehrdeutigen Funktionen. Ein einfaches Beispiel

2 2 für eine mehrdeutige Funktion ist die Kreisgleichung X + Y =

2 r , von der bekannt ist, daß zu jedem Wert von X zwei Werte für Y und umgekehrt existieren. Darüberhinaus gibt es viele andere mehrdeutige Funktionen. Kurven von mehrdeutigen Funktionen sind insbesondere, wenn sie bleibend aufgezeichnet werden, in vielen Fällen und hierbei insbesondere auf dem Gebiet der Medizin sehr nützlich. Beispielsweise können solche Kurven eine Beziehung zwischen den von verschiedenen Körperteilen abgeleiteten Herzschlagsignalen angeben. Derartige Signale von drei verschiedenen Körperebenen, die als frontal, horizontal und sagital bezeichnet werden, sind für die Diagnose abnormaler Herzzustände sehr nützlich.

Einrichtungen zur Erzeugung einer bleibenden Aufzeichnung von Kurven und/oder von Amplitudenänderungen von periodisch abgetasteten analogen Datensignalen sind bekannt. Aus der US-PS 3 605 109 ist eine Einrichtung bekannt, mit der die Werte einer Vielzahl von Datensignalen auf einem beweglichen lichtempfindlichen Aufzeichnungsblatt mittels einer Kathodenstrahlröhre aufgezeichnet werden, die entlang einer einzelnen Zeile abgetastet wird. In einer Grundausführung verarbeitet eine solche Einrichtung direkt das aufgenommene Signal. Die Abtastung der Kathodenstrahlröhre erfolgt quer zum Aufzeichnungsblatt und bei jeder Abtastung wird der abtastende Lichtfleck hellgesteuert, wenn die Entfernung des Lichtfleckes vom Beginn der Abtastung aus betrachtet proportional zu dem gegenwärtigen Wert des Eingangssignales ist.

Ein solches System kann verbessert werden, indem ein Multiplexverfahren durchgeführt wird, so daß verschiedene Signale auf einmal aufgezeichnet werden können. Das System kann ferner

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verbessert werden durch die Anordnung von Umlaufspeiehern für die eingehenden Signale, so daß der Zeitmaßstab verändert werden kann und die Signale auf der Kathodenstrahlröhre in einer Rasterabtastung darstellbar sind. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, den Lichtfleck auf einer Strecke zwischen den Werten des Eingangssignales zweier aufeinanderfolgender Abtastungen hellzusteuern, so daß die sich ergebende Aufzeichnung aus einer Reihe eng benachbarter paralleler Liniensegmente anstelle einer Reihe von Punkten besteht, wodurch eine bessere visuelle Wirkung erzielt wird.

Die bekannten Systeme sind jedoch im allgemeinen auf die Darstellung der Beziehung zwischen zwei Variablen beschränkt, von denen eine Variable die Zeit darstellt. Hingegen ist es mit den bekannten Systemen nicht möglich, eine mehrdeutige Funktion darzustellen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie zur Darstellung mehrdeutiger Funktionen geeignet ist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten AusfUhrungsbeispieles sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild des Systems;

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Erzeugung der Aufzeichnung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des ZeitsteuerSchaltkreises; Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Interpolationsschaltkreises;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Teiles einer Bewertungseinrichtung und der Abtasthelligkeit-Speichereinrichtung; und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer praktischen Ausführungsform

der Speichereinrichtung. 809809/0803

Gemäß Fig. 1 wird ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium 10 durch einen Motor 11 mit gleichförmiger Geschwindigkeit abwärts bewegt. Der Schaltkreis 12 des Systems umfaßt einen Geschwindigkeitsauswahl-Steuerschalter 13, der durch seine Einstellung die Geschwindigkeit des Motors 11 vorgibt und ferner die Helligkeit einer Stabilisierungseinrichtung 14 steuert, die das Aufzeichnungsmedium 10 beleuchtet und die darauf gebildeten Aufzeichnungen fixiert. Eine Kathodenstrahlröhre 15 weist einen Bildschirm auf, in den ein flaches optisches Lichtleitfaserkabel 16 eingesetzt ist, wobei das andere Ende 17 des Kabels das Aufzeichnungsmedium 10 überspannt. Durch das System wird eine sichtbare Aufzeichnung einer Funktion 18 auf dem Aufzeichnungsmedium 10 gebildet, wobei diese Funktion durch Gruppen von X- und Y-Koordinatenpaaren in zwei Speichern 20 und 21 gespeichert ist. Wie der Darstellung entnehmbar, wird die Funktion in Form von benachbarten parallelen geraden Strichen durch das Ende 17 des Kabels 16 aufgezeichnet. Gemäß Fig.1 ist nur ein kleiner Teil der Funktion aufgezeichnet worden und der verbleibende durch eine gepunktete Linie angedeutete Teil weist Überschneidungen und Ausschläge sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung auf, wobei diese Richtungen durch ein Koordinatenkreuz in Fig. 1 angedeutet sind, obgleich sie auf dem Aufzeichnungsmedium normalerweise nicht aufgezeichnet werden.

Der Schaltkreis 12 umfaßt einen Sägezahngenerator 25, der ein sägezahnförmiges Abtastsignal erzeugt, welches der Kathodenstrahlröhre 15 zugeführt wird, um den Lichtfleck wiederholt abtastend über den Bildschirm und somit über das Ende 17· des Kabels 16 zu führen. Eine Helligkeitssteuereinrichtung 26 schaltet hierbei den Lichtfleck ein und aus. Dies kann geschehen entweder durch direkte Helligkeitssteuerung oder durch Ablenkung des Lichtfleckes quer hinweg von dem Kabel 16. Ein Register 27 mit 1024 Bit ist an den Schaltkreis 26 angeschlossen. Hie weiter unten noch näher erläutert, ist dieses Register 27 mit "1"-Bits an jenen Stellen besetzt, die den auf dem

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Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnenden Punkten entsprechen und das Register wird im Laufe einer Aufzeichnungsabtastung seriell ausgelesen. Hinsichtlich der gerade beendeten Aufzeichnungsabtastung ist somit das Register 27 zuvor an seinen Enden mit relativ kurzen Folgen von "!"-Bits geladen worden. Jedes ¹¹I"-Bit in dem Register 27 kann vereinbarungsgemäß als ein kurzer Linienzug vorbestimmter Länge aufgezeichnet werden, wobei die Y-Achse tatsächlich in 1024 Elemente unterteilt ist.

Das Aufzeichnungsmedium 10 ist in bestimmten Intervallen perforiert und jeder Abschnitt zwischen den Perforationen besitzt eine Dunkelmarke 28 an der Kante in der Nähe seines Anfanges. Eine Phctozelle fühlt diese Dunkelmarken 28 ab und beaufschlagt den Zeitsteuerschaltkreis 30, der den Schaltkreis 12 steuert. Dieser Zeitsteuerschaltkreis umfaßt einen auf 1024 zählenden Zähler, der die Anzahl der von dem System durchgeführten Abtastungen zählt. Die gesamte Funktion wird in 1024 Abtastungen aufgezeichnet und die X-Koordinate wird somit ebenfalls in 1024 Elemente unterteilt. Der Geschwindigkeitsauswahlschalter 13 ist ebenfalls an den Zeitsteuerschaltkreis angeschlossen. Die Geschwindigkeit kann dadurch um einen Faktor 2, 3 oder 4 im Hinblick auf die volle Geschwindigkeit unterteilt werden, was dazu führt, daß die aufzuzeichnende Funktion nur die Hälfte, ein Drittel oder ein Viertel des Abschnittes des Aufzeichnungsmediums einnimmt und der Zeitsteuerschaltkreis 30 wird hierbei dementsprechend 2, 3 oder 4-mal betätigt, um 2, 3 oder 4 Funktionen auf dem Abschnitt des Aufzeichnungsmediums aufzuzeichnen.

Die aufzuzeichnende Funktion ist als eine Gruppe von 512 Paaren von X- und Y-Koordinaten gespeichert, wobei jede Koordinate aus einer Zahl von 10 Bit besteht. Daher weist jeder der Speicher 20 und 21 512 Speicherplätze für 10 Bit auf. Diese Koordinaten können wiederholt aus diesen Speichern ausgelesen werden. Die Funktion besteht somit aus diesen 512 Punkten P_Q bis P,-«. Um die Form der Funktion leicht wahrnehmen zu können, werden daher

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tatsächlich 511 Liniensegmente P₀P₁, ^p-j^P2 ^usw* ^{bis P}51O* ^P511 aufgezeichnet.

Die Wirkungsweise des Systems sei nunmehr anhand von Fig. 2 erläutert. Es sei in Erinnerung gerufen, daß die verschiedenen Segmente der Funktion an beliebigen Stellen des Aufzeichnungsmediums auftreten können und daß jede Abtastung der Kathodenstrahlröhre eine veränderliche Anzahl von Segmenten von O aufwärts durchqueren kann. In Fig. 2 sind drei aufeinanderfolgende Abtastungen S_ß, S~ und S-_o der Kathodenstrahlröhre dargestellt, wobei zusätzlich zwei Segmente P₄P₅ und Pg₀Pg-I dargestellt sind, die von diesen Abtastungen durchquert werden. Betrachtet man diese Abtastungen als ideale Geraden im mathematischen Sinn, so definieren sie eine Reihe von aufeinanderfolgenden Bändern. Die Bänder Bg und B._Q wurden hierbei dargestellt, wobei jedes Band an seiner Kante durch die entsprechende Abtastlinie eingegrenzt ist. Bei jeder Abtastung wird die Kathodenstrahlröhre während jener Teile der Abtastung hellgesteuert, wo ein Segment der Funktion innerhalb des entsprechenden Bandes liegt. Somit wird hinsichtlich der Abtastung S_g die Kathodenstrahlröhre hellgesteuert, um die Linienstücke 35 und 36 aufzuzeichnen, entsprechend den Teilen der beiden Segmente, die innerhalb des Bandes B₉ liegen. Bei der Abtastung S₁₀ werden die Linienstücke 37 und 38 aufgezeichnet usw. Die gesamte Funktion wird auf diese Weise aufgezeichnet, wobei die Unstetigkeiten zwischen den Linienstücken klein genug sind, um im Erscheinungsbild eine im wesentlichen geschlossene Kurve vorzugeben .

Um dies zu bewerkstelligen, wird das Intervall zwischen jedem Abtastpaar benutzt, um eine vollständige Analyse der Funktion durchzuführen. Auf jedes der 511 Segmente wird der Reihe nach Zugriff genommen und diese werden verarbeitet, um festzustellen, ob irgendein Teil dieses Segmentes innerhalb des laufenden Bandes liegt oder nicht. Trifft dies für einen Teil zu, so wird dieser entsprechend in dem Register 27 aufgezeichnet. Wenn alle 511

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Segmente verarbeitet worden sind, so ist das Register 27 gefüllt und es wird die Aufzeichnungsabtastung durchgeführt.

Es sei darauf verwiesen, daß die Verarbeitung der Funktion eine ziemlich aufwendige Angelegenheit darstellt und eine wahrnehmbare Zeit in Anspruch nimmt. Um diese Zeit auf ein Minimum zu beschränken, werden logische Kochgeschwindigkeitsschaltkreise, z. B. eine Schottky-TTL-Synchronlogik benutzt. Der Sägezahngenerator 25 wird fortlaufend betrieben, wobei jedoch nur jeder 40. Sägezahn für eine Aufzeichnungsabtastung benutzt wird. Hinsichtlich der restlichen 39 Sägezahnschwingungen bleibt die Kathodenstrahlröhre dunkelgesteuert und die Zeit während dieser 39 Sägezahnschwingungen wird für die Funktionsverarbeitung benutzt, um in dem der 40. Sägezahnschwingung entsprechenden Band eine Aufzeichnungsabtastung durchzuführen.

Gemäß Fig. 3 ist der Zeitsteuerschaltkreis 30 in einem Blockschaltbild dargestellt, wobei darauf verwiesen sei, daß dieser Schaltkreis nur eine mögliche Ausführungsform darstellt und aus praktischen Gründen für manche Anwendungsfälle auch eine unterschiedliche Anordnung verwendet werden kann, um die gleichen Ziele zu erreichen. Ein Hochfrequenz-Taktgeber 40 mit einer Frequenz von 10 MHz steuert den Schaltkreis an und sein Ausgang wird durch eine Kette von Frequenzteilern in Form von Zählern 41 bis 45 aufeinanderfolgend durch die Faktoren 4, 1024, 40, 1024 und η heruntergeteilt. Der Zähler 42 steuert den Sägezahngenerator 25 an und definiert somit die Sägezahnschwingung, wobei 1024 Schwingungen entsprechend den 1024 Elementen erzeugt werden. Sofern gewünscht, kann der Kathodenstrahlröhrenlichtfleck digital und schrittweise durch den Zähler 42 geschaltet werden. Der Zähler 42 steuert einen durch 40 teilenden Zähler 43 an, der die Sägezahnschwingungen in der erläuterten Weise in Gruppen von 40 zählt. Das Ausgangssignal dieses Zählers, das bei jeder 40. Sägezahnschwingung auftritt, wird dem Helligkeitssteuerschaltkreis 26 der Kathodenstrahlröhre zugeführt, um diesen bei jeder 40. Sägesahnschwingung, d. h. für jede Aufzeichnungsabtastung freizugeben. Der Zähler 43 steuert ferner einen durch 1024 teilenden

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Zähler 44 an, der die Anzahl der Abtastungen zählt und somit die X-Koordinate der laufenden Abtastung definiert. Dieser Zähler 44 steuert einen durch η dividierenden Zähler 45 an, wobei η auf 1, 2, 3 oder 4 durch den Geschwindigkeitsauswahl* schalter 13 eingestellt wird.

Der Taktgenerator 40 steuert ferner einen durch 309 teilenden Zähler 46 an, der seinerseits einen durch 511 teilenden Zähler 47 beaufschlagt. Jeder vollständige Zyklus des Zählers 46 wird benutzt, um festzustellen, welcher Teil eines bestimmten Segmentes innerhalb des laufenden Bandes liegt, wobei die Bandnummer durch den Zähler 44 bestimmt wird. Der Zähler 47 bildet einen Segmentzähler für die 511 Segmente der Funktion. Der Zähler erreicht seinen endgültigen Zählstand (309 χ 511 =» 157899 Taktimpulse) etwa während der Hälfte des 39. Zählstandes (155649 bis 159744 Taktimpulse) des Zählers 40, d. h. etwa in der Hälfte des

39. Sägezahnes und das Register 27 ist zu diesem Zeitpunkt aufgefüllt worden und ist bereit für die Aufzeichnungsabtastung während des 40. Sägezahnes. Der Zähler 43 erzeugt ein Ausgangssignal für das UND-Gatter 48, das den Wert "1" während seiner beiden letzten Zählstände aufweist. Das UND-Gatter 48 wird ferner mit dem endgültigen Zählstand des Zählers 47 beaufschlagt und es steuert über einen Inverter 49 ein UND-Gatter 50 zwischen dem Taktgenerator 40 und dem Zähler 46 an. Auf diese Weise wird die Zählerkette 46 bis 47 für den Rest der 39. und die gesamte

40. Sägezahnschwingung auf ihrem endgültigen Zählstand gehalten und startet erneut synchron mit dem Beginn der nächsten Folge von Sägezahnschwingungen.

Während jeder durch das Ausgangssignal des Zählers 43 definierten Aufzeichnungsabtastung wird ein UND-Gatter 51 angesteuert und läßt 1024 Impulse von dem Zähler 41 in das Register 27 passieren, um die 1024 Bitpositionen dieses Registers auszulesen .

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Der Zähler 45 steuert ein ODER-Gatter 53 über einen Inverter 52 an und gibt dadurch ein UND-Gatter 54 am Ausgang des Taktgenerators 40 frei. Wenn somit der Zeitsteuerschaltkreis einen vollständigen Zyklus beendigt hat und die entsprechende Anzahl von Funktionen (1,2,3 oder 4) aufgezeichnet worden ist, so wird das UND-Gatter 54 gesperrt und der gesamte Zeitsteuerschaltkreis abgeschaltet. Das ODER-Gatter 53 wird ferner von der Photozelle 30 angesteuert, um den Zeitsteuerschaltkreis auszulösen, wenn der nächste Abschnitt des Aufzeichnungsmediums zwischen den Perforationen sich in einer Position befindet, in der eine Aufzeichnung auszulösen ist.

Wie zuvor erwähnt, werden pro Band und entsprechender Abtastung innerhalb der 1024 Abtastungen alle 511 Segmente der gesamten Funktion der Reihe nach analysiert. Der Zähler 47 zählt hierbei in der zuvor erwähnten Weise die Segmente. Die Art und Weise in der jedes Segment analysiert wird, soll nunmehr beschrieben werden, wobei diese Analyse durch den Zähler 46 gesteuert wird.

Die X- und Y-Koordinaten eines jeden der 512 Punkte der Funktion werden in entsprechenden Speicherplätzen der beiden Speicher 20 und 21 gespeichert und diese Speicher speisen gleiche Interpolationsschaltkreise 58 und 59. Die Fig. 4 zeigt den Aufbau des Interpolationsschaltkreises 58. Beim Beginn eines neuen Bandes wird der erste X-Wert X_Q aus dem Speicher 20 ausgelesen und an den linken 10-Bitstellen eines 18-Bit-Registers 60 abgelegt. Der nächste X-Wert X₁ wird ausgelesen und einem Addierer 62 zugeführt und zur gleichen Zeit wird der Wert X_ im Register 60 diesem Addierer über einen Komplementschaltkreis 61 zugeführt. Ein weiterer Voreinstelleingang kann diesem Addierer zugeführt werden, um die ganze Funktion gesamthaft auf das Aufzeichnungsmedium zu verschieben. Der Addierer erzeugt somit die Differenz ΔX zwischen den ersten beiden X-Werten und diese Differenz wird in einem 11-Bit-Register 63 gespeichert, wobei ein Bit für das Vorzeichen und 10 Bits für den Wert vorgesehen sind. Der Ausgang des Registers 63 wird um 8 Bit nach rechts

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verschoben, was einer Division durch 256 entspricht und danach in die 11 rechten Stellen eines 18-Bit-Addierers 64 eingegeben, der ebenfalls an das Register 60 angeschlossen ist. Das Vorzeichenbit des Registers 63 erstreckt sich über sämtliche 8 rechten Stellen des Addierers 64, um sicherzustellen, daß eine korrekte Addition erfolgt, ganz gleich ob das Vorzeichen positiv oder negativ ist. Der Addierer 64 ist auf das Register zurückgeführt, so daß bei jeder Zirkulation des Inhalts des Registers 60 über den Addierer 64 zurück der Inhalt um Δχ/256 erhöht wird.

Der Interpolationsschaltkreis 58 erzeugt somit 256 lineare Interpolationen zwischen dem Wert X_ und dem Wert X. und der Interpolationsschaltkreis 59 erzeugt entsprechende Werte hinsichtlich der Koordinate Y. Dieses Verfahren benötigt 256 fortlaufende Zählschritte des Zählers 46, wobei mit einem ausreichend hohen Zählstand begonnen wird, um genügend Zeit für die anfängliche Berechnung der Werte ΔX und Αϊ usw. bereitzustellen. Am Ende der 256 Interpolationsschritte ist der Wert im Register 60 auf den Wert X. erhöht worden. Hinsichtlich des nächsten Segmentes muß somit der Wert X₂ aus dem Speicher 20 ausgelesen und dem Addierer 62 zugeführt werden, worauf mit dem Interpolationsprozeß für dieses Segment fortgeschritten werden kann. Jedes der 511 Segmente wird auf diese Weise der Reihe nach interpoliert, wobei 256 Schritte in jedem Segment erzeugt werden.

Wie zuvor erwähnt, stellt der Zähler 44 den Abtast- und Bandzähler dar und sein Zählstand ist eine Zahl von 10 Bit, die als ganze dezimale Zahl im Bereich von 0 bis 1023 betrachtet werden kann und die das Band definiert, dessen Bereich von X-Werten einen integralen Teil entsprechend dem Inhalt des Zählers 44 aufweist. Auf Grund dieser Übereinkunft repräsentiert der Inhalt des 18-Bit-Registers 60 eine Binärzahl mit 10 Binärstellen links

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vom Komma und mit 8 Binärstellen rechts vom Komma. Um somit festzustellen, ob der X-Wert des Interpolationsschaltkreises 58 innerhalb des laufenden Bandes liegt oder nicht, wird der Zählstand im Zähler 44 einfach mit dem ganzen Teil (linke 1O Bits) des Inhalts des Registers 44 verglichen, um zu sehen, ob dieser größer, gleich oder kleiner als jener Zählerinhalt ist.

Ganz allgemein speisen daher der Interpolationsschaltkreis 58 (Fig. 1) für die X-Werte und der Zeitgeberschaltkreis 30 einen Vergleicher 70, um für jeden interpolierten Punkt festzustellen, ob er innerhalb des laufenden Bandes liegt oder nicht. Der Vergleicher 70 steuert einen Gatterschaltkreis 77, um für Punkte innerhalb des Bandes entsprechende Y-Werte in das Register 27 einzugeben.

Es wäre auch möglich, für jeden interpolierten Punkt, der innerhalb des laufenden Bandes gefunden wird, den entsprechenden Y-Wert zu decodieren bzw. um es genauer zu sagen, die ganze Zahl dieses Wertes zu decodieren, so daß sich dieser Wert als eine 1 aus 1024-Zahl darstellt und sodann das entsprechende Bit in dem Register 27 zu setzen. Dies wäre jedoch sehr zeitaufwendig, da dies für jeden Interpolationspunkt geschehen müßte. Es ist schneller und daher vorzuziehen, für jedes Segment lediglich die Y-Werte - sofern vorhanden - zu notieren, hinsichtlich deren das Segment in das Band eintritt und dieses verläßt und sodann, wenn die Interpolation des Segmentes vervollständigt ist, einige der letzten Zählstände des Zyklus des Zählers 46 zu benutzen, um aus den resultierenden beiden Y-Kerten die geeignete Folge von "1"-Bits abzuleiten, die in das Register 27 einzugeben sind. Wenn das Segment in dem Band beginnt oder endet, so wird natürlich der Y-Wert für dieses Ende des Segmentes benutzt.

Fig. 5 zeigt den Schaltkreis zum Auffüllen des Registers 27. Der Vergleicher 70 besitzt drei Ausgänge G, E und L, welche ein Signal abgeben, wenn der interpolierte X-Wert INTX des Interplationsschaltkreises 58 größer, gleich oder kleiner als der Bandzählstand

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des Zählers 44 ist. Die beiden Ausgänge G und L steuern entsprechende Impulsschaltkreise 71 und 72 an, die Impulse erzeugen, wenn der entsprechende Vergleicherausgang eine Änderung erfährt. Diese beiden Impulsschaltkreise speisen ein ODER-Gatter 73, das an ein UND-Gatter 74 angeschlossen ist, welchem ferner fiber einen Inverter 75 das Signal am Ausgang E zugeführt wird. Wenn somit während des Interpolationsprozesses der Wert von X das Band verläßt, so verändert sich eines der Signale an den Ausgängen G bzw. L und einer der beiden Impulsschaltkreise 71 und 72 erzeugt einen Impuls. Ferner weist das Signal am Ausgang E den Wert "0" auf, so daß das UND-Gatter 74 einen Impuls erzeugt. Die beiden Impulsschaltkreise 71 und 72 und das Signal am Ausgang E speisen ferner ein Majoritätsgatter 76. Dieses Gatter erzeugt ein Ausgangssignal, wenn zwei von drei Signalen vorliegen. Wenn während des Interpolationsprozesses der X-Wert in das Band eintritt, so nimmt das Signal E den Wert "1" ein und der eine oder andere der beiden Impulsschaltkreise 71 und 72 erzeugt einen Impuls, so daß das Gatter 46 ebenfalls einen Impuls erzeugt. Wenn ferner der Wert X das Band verläßt, ohne hierbei einen Wert Innerhalb des Bandes einzunehmen, so erzeugen beide Schaltkreise 71 und 72 zusammen Impulse, worauf das Gatter 76 ebenfalls ein Ausgangssignal abgibt.

Die Gatter 74 und 76 sind über einen logischen Schaltkreis 80 an zwei UND-Gatter 81 und 82 entsprechend angeschlossen. Der Logikschaltkreis 80 wird durch das Vorzeichenbit εΔγ des Differenzwertes ΔY im Y-Interpolationsschaltkreis 59 gesteuert. Kenn das Vorzeichenbit positiv ist, wodurch angezeigt wird, daß der Y-Wert bei der Interpolation durch das Band anwächst, so ergeben sich die Verbindungen, wie sie durch ausgezogene Linien in dem Schaltkreis 80 dargestellt sind und wenn das Vorzeichenbit negativ ist, so ergeben sich die durch die gestrichelten Linien angedeuteten Verbindungen.

Die Gatter 81 und 82 werden ferner von den 10 linken Bits, d. h.

von den die ganze Zahl repräsentierenden Bits des interpolierten

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Y-Wertes INTY des Interpolationsschaltkreises 59 angesteuert. Wenn somit der Interpolationsprozeß in das Band eintritt und dieses Band verläßt, so werden die beiden Y-Werte durch die Gatter 81 und 82 weitergeschaltet und in die beiden 1O-Bit-Register 83 und 84 eingegeben, wobei der Schaltkreis 80 sicherstellt, daß der Wert im Register 84 größer (oder gleich) als derjenige im Register 83 ist.

Das Register 27, welches ein 1024-Bit-Register ist, wird tatsächlich durch einen Speicher 90 mit wahlfreiem Zugriff und einer Speicherkapazität von 8 χ 128 Bit gebildet, dem ein Adressenschaltkreis 91 und ein 8-Bit-Eingang/Ausgang-Register 92 zugeordnet ist. Der Inhalt des Registers 27 wird daher in 8 Bit-Abschnitte unterteilt und es kann auf jeden Abschnitt Zugriff genommen werden. Das Register 83 ist in seinen höchsten 7 Bit als Zähler ausgebildet, der den Adressenschaltkreis 91 ansteuert. Die Register 83 und 84 sind ferner an den Vergleicherschaltkreis 85 angeschlossen, der einen Logik- und Ladeschaltkreis 93 ansteuert. Am Ende des Interpolationsprozesses für ein Segment sind die Register 83 und 84 mit zwei Y-Werten geladen worden, vorausgesetzt natürlich, daß das Segment das vorliegende Band durchquert hat. Die oberen 7 Bits des Registers 83 ergeben den Zugriff zu dem entsprechenden 8-Bit-Abschnitt des Registers 27, der Vergleicherschaltkreis 85 legt fest, welche Bits jenes Teiles auf "1" zu setzen sind und der Logik- und Ladeschaltkreis 93 setzt entsprechend jene Bits. Der Vergleicherschaltkreis 85 stellt ferner fest, ob auf einen weiteren Abschnitt des Registers 27 Zugriff zu nehmen ist oder nicht (durch Vergleich der oberen 7 Bits der Register 83 und 84); wenn dem so ist, so wird der Zählstand in den oberen 7 Bits des Registers 83 um 1 erhöht (und seine unteren 3 Bits werden auf "0" gesetzt) und es wird auf den nächsten Speicherplatz im Speicher 90 Zugriff genommen .

Zusätzliche Register können mit den Registern 83 und 84 erforderlichenfalls in Serie geschaltet sein, um eine Pufferung vorzunehmen, so daß die Einstellung des Registers 27 für ein Segment

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vervollständigt werden kann, nachdem die Interpolation des nächsten Segmentes begonnen worden ist. Es ist ferner in der Praxis wünschenswert, mit dem Laden des Registers 27 im Hinblick auf ein Segment zu beginnen, sobald beide Register 83 und 84 gefüllt worden sind.

Während der Aufzeichnungsabtastung wird der Adressenschaltkreis 91 vom Zähler 42 angesteuert und ein geeigneter ηicht-dargesteliter Parallel-Serienwandler verbindet das Ein/Ausgang-Register 92 mit dem Helligkeitssteuerschaltkreis 26. Während der Aufzeichnungsabtastung wird somit jedes 8-Bit-Wort im Speicher 90 der Reihe nach ausgelesen und seine Bits werden der Reihe nach dem Steuerschaltkreis 26 zugeführt.

Fig. 6 zeigt ein Datenspeichersystern, das in dem System enthalten sein kann, um ein funktionsmäßiges Äquivalent zu den Speichern 20 und 21 zu bilden. Mehrere Analogsignale, z. B. physiologische Signale im Bereich von -5 V bis +5 V werden einem Multiplexer 100 zugeführt, der durch einen Auswahlschaltkreis 101 gesteuert wird. Der Multiplexer 100 steuert einen Abtast- und Speicherschaltkreis 1Ο2, welcher seinerseits einen Analog/Digital-Wandler 103 ansteuert. Der D/A-Wandler 103 ist an eine Gruppe von Umlaufspeichern 104-1 bis 104-n angeschlossen, von denen jeder eine Speicherkapazität von 512 Worten mit 10 Bit aufweist. Der Auswahlschaltkreis 101 steuert diesen Speicheranschluß, um die Signale entsprechend aufzuteilen, wobei jeder Analogkanal mit einer geeignet hohen Frequenz abgetastet wird und die abgetasteten Werte in digitaler Form in entsprechende Umlaufspeicher eingegeben werden.

Ein SpeicherSteuerschaltkreis 105 steuert den Umlauf der Information in den Speichern. Bei der Eingabe eines jeden neuen Wortes in einen Speicher wird das älteste Wort aus dem entsprechenden Speicher herausgeschoben und die Information in den Speichern wird daher mit einer durch den Steuerschaltkreis 105 vorgegebenen Frequenz fortgeschrieben.

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Ein weiterer Auswahlschaltkreis 107 verbindet die Umlaufspeicher wahlweise mit einer Datenschiene 106, die an die Interpolationsschaltkreise 58 und 59 angeschlossen ist. Der Auswahlschaltkreis 107 kann somit irgendein Paar der Umlaufspeicher als X- und Y-Speicher 20 und 21 auswählen, wobei die ausgewählten Speicher Information auf die Datenschiene 106 zu verschiedenen Zeitpunkten geben. Die Datenschiene kann ferner an nicht dargestellte andere Einrichtungen angeschlossen sein, beispielsweise an eine Kathodenstrahlröhre zur Anzeige irgendeines ausgewählten Signalverlaufes, bezogen auf die Zeit.

Das zuvor beschriebene Interpolationsverfahren stellt eine einfache lineare Interpolation zwischen aufeinanderfolgenden Datenpunkten dar. Mit einer großen Anzahl von Datenpunkten (512) ergibt sich normalerweise eine befriedigende Annäherungskurve an die vorliegende Funktion. Es ist selbstverständlich auch möglich, ausgefeiltere Interpolationsverfahren zu verwenden, bei denen mehr als zwei Datenpunkte auf einmal verwendet werden und die anstelle gerader Linien zu gebogenen Kurvensegmenten führen.

Es liegt ferner auf der Hand, daß die Aufzeichnung der Funktionen auch auf der Kathodenstrahlröhre selbst erfolgen kann, indem eine zusätzliche Vertikalablenkung eingeführt wird, wie dies in der Fernsehtechnik üblich ist. In diesem Fall ist ein vorbeibewegliches Aufzeichnungsmedium nicht erforderlich. Das Bild auf der Kathodenstrahlröhre könnte jedoch auf ein feststehendes Aufzeichnungsmedium projiziert werden.

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L e e r s e i f e

Claims

Honeywell inc. 18· Aug. 1977

Honeywell Plaza 2737354 04-4070 Ge

Minneapolis, Minn./ USA

Einrichtung zur graphischen Darstellung von Funktionen auf einem Aufzeichnungsmedium.

Patentansprüche:

/ Einrichtung zur graphischen Darstellung von Funktionen auf ^v" einem Aufzeichnungsmedium, das vor einer Kathodenstrahlröhre vorbeibev/egt wird, gekennzeichnet durch Speicher (20,21) zur Speicherung der Funktion in Form mehrerer Koordinatenpaare, wobei jedes Koordinatenpaar einen Kurvenpunkt der Funktion darstellt;

eine Abtasthelligkeit-Speichereinrichtung (26,27) zur Steuerung der Lichtfleckhelligkeit während jeder Abtastung; eine Bewertungseinrichtung (Fig. 5) zur Feststellung hinsichtlich jedes fortlaufend gelesenen Punktes, ob das Funktionssegment zwischen diesem Punkt und dem vorangegangenen Punkt ein Band zwischen der nächsten Abtastung und der vorangegangenen Abtastung auf dem Aufzeichnungsmedium überschreitet; und

eine Einrichtung (77) zur Eingabe der Koordinaten des auf diese Weise gefundenen Segmentteiles in Richtung der Abtastungen in die Abtasthelligkeit-Speichereinrichtung (27).

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kathodenstrahlröhre (15) entlang einer einzigen Abtastlinie abgetastet wird und daß ein photoempfindliches Aufzeichnungsmedium verwendet wird, das senkrecht zur Abtastlinie bewegt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bewertungseinrichtung aufweist:

Interpolationseinrichtungen (58,59) zur Ermittlung einer Reihe von linear interpolierten Punkten zwischen einem gelesenen Punkt und dem vorangegangenen Punkt und eine Einrichtung (70), um hinsichtlich jedes interpolierten Punktes festzustellen, ob dieser innerhalb des vorgegebenen Bandes liegt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine weitere Einrichtung in der Bewertungseinrichtung, um festzustellen, ob ein interpolierter Punkt in Bezug auf den vorangegangenen interpolierten Punkt auf der anderen Seite des vorgegebenen Bandes liegt, worauf eine einzige Koordinate in die Abtasthelligkeit-Speichereinrichtung (26) eingegeben wird.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung in der Bewertungseinrichtung, um den ersten innerhalb des Bandes und den ersten außerhalb des Bandes liegenden Punkt festzustellen, eine Einrichtung zur Speicherung dieser beiden Punkte in Richtung der Abtastungen und eine Einrichtung zur Eingabe aller Koordinaten zwischen diesen beiden Werten in die Abtasthelligkeit-Speichereinrichtung.

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