DE2750770A1 - Verfahren und vorrichtung zum darstellen eines symbols auf einem sichtgeraet - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum darstellen eines symbols auf einem sichtgeraet

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Description

ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED, Chelmsford, England
Verfahren und Vorrichtung zum Darstellen eines Symbols auf einem Sichtgerät
Die Erfindung befaßt sich mit Sichtgeräten von einer Art, bei der ein aus einer regelmäßigen Anordnung von Bildwiedergabeelementen oder kurz Bildelementen bestehender Sicht- oder Anzeigebereich vorgesehen ist, auf dem ein Symbol durch Erhellen von ausgewählten Bildelementen erzeugt wird.
Ein derartiges Sichtgerät kann beispielsweise eine Katodenstrahlröhre enthalten, die entsprechend einem Fersehraster unter Verwendung einer Digitalsteuerung für die Bildelementhelligkeit zeilenweise abgetastet wird. Das Sichtgerät kann aber auch beispielsweise eine Anordnung aus lichtemittierenden Dioden enthalten, die elektronisch abgetastet werden.
Ein Nachteil solcher Sichtgeräte besteht darin, daß infolge der diskreten oder unstetigen Natur der Bildelemente einige Symbollinien, beispielsweise diejenigen, die einen großen oder einen kleinen Winkel mit den Rasterzeilen in einem zeilenabgetasteten Rasteranzeigesystem bilden, am sog. "Treppenstufeneffekt" leiden. Das bedeutet, daß die betreffende Linie anstelle einer sauberen glatten Kante ein stufenartiges Aussehen hat, das an die Trittstufen und Setzstufen einer Treppe erinnert.
Aufgabe der Erfindung ist es, zum Darstellen eines Symbols auf einem Sichtgerät ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei denen der erwähnte Nachteil nicht auftritt.
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Ein Verfahren zum Darstellen eines Symbols auf einem Sichtgerät der beschriebenen Art zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß auf dem Anzeigebereich die Positionen einer zur Definition eines Symbols erforderlichen Vielzahl von gleichmäßig beanstandeten Symbolpunkten ausgewählt werden und daß zur Darstellung jedes Symbolpunktes die relativen Helligkeiten einer Gruppe von Bildelementen, die an die von diesem Symbolpunkt geforderte Position angrenzen, so eingestellt werden, daß diese Bildelementgruppe einen subjektiven Eindruck dieses Symbolpunktes an seiner geforderten Position erzeugt·
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung deckt jede Bildelementgruppe einen im wesentlichen quadratischen Bereich ab, dessen Seitenlängen gleich dem Zweifachen des Abstands zwischen den Symbolpunkten ist.
Vorzugsweise enthält jede Bildelementgruppe eine Anordnung aus 3x3 Elementen.
Bei einer Vorrichtung zum Darstellen eines Symbols auf einem Sichtgerät der beschriebenen Art zeichnen sich Mittel zum Erzeugen eines Helligkeitssteuersignals zur Eingabe an das Sichtgerät zwecks Darstellung eines Symbols, das durch eine Vielzahl von Symbolpunkten definiert ist, nach der Erfindung dadurch aus, daß Mittel vorhanden sind, die für jedes Bildelement nacheinander den Helligkeitsbeitrag, der in Anbetracht jedes Symbolpunktes, für den dieses Bildelement ein Element einer Gruppe von Elementen ist, die an diesen Symbolpunkt angrenzen, von dem Bildelement gefordert wird, so erzeugen, daß für jeden Symbolpunkt die betreffenden Helligkeitsbeiträge der Bildelemente der zugehörigen Gruppe einen subjektiven Eindruck dieses Symbolpunktes erzeugen, und daß Mittel vorhanden sind, die die Helligkeitsbeiträge für dieses Bildelement summieren.
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275077Ü
Eine bevorzugte Weiterbildung ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch Speichermittel, die alle möglichen Helligkeitsbeiträge, die von diesem Bildelement gefordert werden, speichert, und durch Adreßmittel, die aufgrund von Eingangssignalen, die die tatsächlichen Positionen der Symbolpunkte definieren, aus den Speichermitteln die tatsächlich erforderlichen Helligkeitsbeiträge für dieses Bildelement auslesen.
Nach der Erfindung enthalten die Speichermittel vorzugsweise einen getrennten Abschnitt für jedes Bildelement in einer Gruppe, und jeder Abschnitt speichert die möglichen Helligkeitsbeiträge des zugehörigen Bildelements, die von einem besonderen Bildelement der Gruppe angefordert werden, wenn der Symbolpunkt verschiedene Positionen einnimmt.
Jede Elementgruppe enthält vorzugsweise eine Anordnung aus 3x3 Elementen, und das besondere Element ist das mittlere Element der Anordnung.
Wenn, wie es normalerweise der Fall ist, die Adreßmittel sequentiell die Eingangssignale erhalten, die die Positionen der Symbolpunkte darstellen, die das Symbol definieren, weisen die Adreßmittel vorzugsweise Verzögerungsmittel auf, die so angeordnet sind, daß jeder Speicherabschnitt gleichzeitig von einem dem Speicherabschnitt entsprechenden Symbolpunktpositions-Eingangssignal adressiert wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 Diagramme, die die scheinbaren Orte eines Symbolpunktes darstellen, der von zwei benachbarten BiIdeleraenten eines Sichtgerätes erzeugt wird,
Fig. 2 Diagramme, die die scheinbaren Orte eines Symbolpunktes darstellen, der von vier benachbarten Bildelementen eines Sichtgerätes erzeugt wird,
Fig. 3 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Helligkeitsbeitrags von einem Symbolpunkt, der von benachbarten Bildelementen erzeugt wird,
Fig. A zwei grafische Darstellungen, die über den Symbolpunktabstand die Helligkeitsbeiträge einer Vielzahl einzelner Symbolpunkte und den Gesamthelligkeitsbeitrag der Symbolpunkte aufzeigen, die eine Symbollinie bilden,
Fig. 5 mehrere grafische Darstellungen zur Erläuterung der Helligkeitsbeiträge von Symbolpunkten, die von benachbarten Bildelementen der ungeraden und geraden Zeilen eines Rasteranzeigegeräts gebildet werden und zur Erläuterung der Helligkeit der Bildelemente,
Fig. 6 bis 8 grafische Schaubilder zur Erläuterung der Helligkeitsbeiträge von Symbolpunkten,
Fig. 9 eine Anordnung aus 3x3 Bildelementen zur Darstellung der möglichen Orte von Symbolpunkten und zur Anzeige ihrer Helligkeitsbeiträge und
Fig. 10 bis 12 schematische Schaltbilder von Teilen eines Sichtgeräts zur automatischen Darstellung eines Symbols.
Zunächst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Es wurde entdeckt, daß, wenn man ein einfaches Symbol aus einem einzigen hellen Punkt oder einem Symbolpunkt 1 von einem Bildwiedergabeelement 2 zu einem anderen benachbarten Bildwiedergabeelement 3 bewegen will und zu diesem Zweck die Helligkeit des ersten Bildelements 2 zunehmend herabsetzt und gleichzeitig die Helligkeit des zweiten Bildelements 3 zunehmend erhöht, und zwar derart, daß die Gesamthelligkeit der beiden Bildelemente konstant bleibt, es den Anschein hat, als ob der Symbolpunkt 1 vom Bildelement 2
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stetig in das andere Bildelement 3 wandern würde. Wenn das Verhältnis zwischen den Helligkeiten der beiden Bildelemente 2 und 3 einen Wert von 50:50 hat, erwecken somit die beiden Bildeleraente den subjektiven Eindruck eines einzigen Symbolpunktes, der auf der gemeinsamen Grenze der beiden Bildelemente zu sein scheint. Der Symbolpunkt 1 tritt sommit scheinbar auf der gemeinsamen Grenze zwischen den beiden Bildelementen 2 und 3 auf. Wenn das Verhältnis zwischen den Helligkeiten der beiden Bildelemente 2 und 3 einen Wert von 75:25 oder von 25:75 hat, befindet sich der Syrabolpunkt 1 scheinbar in dem helleren Bildelement, jedoch in Richtung auf das dunklere Bildelement verschoben. Wenn das eine oder das andere der beiden Bildelemente 2 und 3 seine volle Helligkeit aufweist, was durch ein Verhältnis von 100:0 oder 0:100 in dem Diagramm nach der Fig. 1 dargestellt ist, erscheint der Symbolpunkt 1 in der Mitte des Bildelements mit der vollen Helligkeit. Durch entsprechende Wahl des Helligkeitsverhältnisses kann man somit den Eindruck erwecken, als ob der Symbolpunkt 1 über mehrere Zwischenpositionen in senkrechter Richtung vom Bildelement 2 zum Bildelement 3 oder umgekehrt vom Bildelement 3 zum Bildelement 2 bewegt werden würde.
Wie es aus der Fig. 2 hervorgeht, kann man das beschriebene Verfahren dahingehend abändern, daß der Symbolpunkt 1 auch in einem 2-Achsen-System scheinbar bewegbar ist. Zu diesem Zweck wird die Gesamthelligkeit von vier benachbarten Bildelementen 2, 3, 4- und 5, die eine 2x2 Anordnung bilden, in entsprechend gewünschter Weise auf die einzelnen Bildelemente verteilt. Wenn eines der Bildelemente, beispielsweise das Bildelement 2 oder das Bildelement 5, die volle Helligkeit aufweist, dann befindet sich, wie zuvor, der Symbolpunkt 1 in der Mitte des betreffenden Bildelements. Wenn andererseits die vier Bildelemente untereinander die gleiche Helligkeit haben, tritt der Symbolpunkt 1 scheinbar in der Mitte der 2x2 Anordnung auf. Andere Beispiele mit scheinbaren Positionen des Sym-
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bolpunkts 1 gehen aus der Fig. 2 hervor. Durch Verändern der relativen Helligkeit der einzelnen Bildelemente der gezeigten Anordnung, und zwar unter Beibehaltung einer konstanten Gesamthelligkeit, kann man den Symbolpunkt 1 innerhalb der Anordnung scheinbar auch in andere Positionen als den in Flg. 2 gezeigten bringen.
Die erläuterte Technik kann man auf die Erzeugung von Symbolen ausdehnen, die aus einer Vielzahl von einzelnen Symbolpunkten gebildet werden. Im folgenden soll die Anwendung des erläuterten Verfahrens auf ein nach dem Zeilensprungverfahren arbeitendes Fernsehrastersystem mit 625 Zeilen beschrieben werden, um Symbollinien mit der Breite eines Fernsehzeilenpaares zu erzeugen. Wenn der Bildwiedergabebereich unter Verwendung von 512 aktiven Zeilen ein Bildseitenverhältnis von 1:1 hat und die horizontale Achse in der gleichen Weise wie die vertikale Achse betrachtet wird, erfordern die 512 Bildelemente/Zeile eine Video-Aktualisierung oder Videofortschreibung von 100 ns/ Bildelement· Die Helligkeitspegel müssen mit der gleichen Geschwindigkeit erzeugt werden. Um eine Bildwechselgeschwindigkeit oder Auffrischungsgeschwindigkeit von 50 Hz aufrechtzuerhalten und damit für eine flimmerfreie Anzeige zu sorgen, sollte Jeder Anteil eines dargestellten Symbols gleiche Helligkeitsbeiträge von den ungeraden und geraden Halbbildern haben. Dies kann man nur erreichen, wenn die Symbollinien eine Breite von einer oder mehreren Fernsehzeilenpaaren haben. Der Helligkeitsbeitrag von jedem Symbolpunkt 1, der einen Teil einer Symbollinie bildet, muß sich daher um mehr als ein Bildelement nach beiden Seiten erstrecken, um eine Symbolbreite von zwei Fernsehzeilen zu erstellen. Eine symmetrische Rampen- oder Dreieckskurve, die in zwei Bildelementabständen auf Null abfällt, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist, würde sicherlich eine solche Symbolbreite vorsehen. In Wirklichkeit kann man, wie man später noch sieht, die erforderliche Linienbreite erzeu-
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gen, wenn der Helligkeitsbeitrag in einem und einem halben Bildelementabstand in jeder Achse auf Null abfällt.
Der direkteste Weg in der Angabe der Position, der Gestalt und der Abmessungen eines Symbols besteht in der Verwendung einer Reihe von Koordinaten. Um diesen Weg zu ermöglichen, müssen alle Symbolpunkte 1 identisch behandelt werden, und zwar unabhängig von der Gestalt des Symbols und der Neigung der Linie oder der Linien, die das Symbol bilden. Dennoch soll die wahrgenommene Helligkeit der Symbollinie in ihrer Längsrichtung konstant sein, und die wahrgenommene Helligkeit des Symbols soll konstant bleiben, wenn das Symbol in bezug auf das Bildelementgitter verschoben oder gedreht wird. Die erste Bedingung wird dadurch erfüllt, daß der Abstand der Symbolpunkte (Koordinatenabstand) so gewählt wird, daß er der Helligkeitsbeitragsfunktion angepaßt ist. Wenn, wie es in der Fig. 4 gezeigt ist, der Helligkeitsbeitrag von jedem Symbolpunkt 1 im Symbolpunktabstand linear auf Null abfällt und wenn die Helligkeitsbeiträge linear vereinigt (addiert) werden, erhalten alle Bildelemente, die auf einer die Symbolpunkte verbindenden Linie 6 liegen, eine konstante Helligkeit. Wenn der Abstand zwischen den Symbolpunkten ein und ein halbes Bildelement ist, wird gefordert, daß die Helligkeitsfunktion auf dieser Strecke auf Null abfällt.
Die zweite Bedingung ist für ein vollständiges Symbol erfüllt, wenn sie für die einzelnen Symbolpunkte erfüllt ist, da die Helligkeit des Symbols eine lineare Summe der Symbolpunkthelligkeitsfunktionen ist. Unglücklicherweise wird diese Bedingung von der bisher benutzten Helligkeitsfunktion nicht erfüllt. Die Auswirkungen sind in Fig. ersichtlich. Wie man sieht, ändert sich die Gesamthelligkeit £ H um 20% des Maximalwerts, und der Unterschied von 30% im Wert zwischen dem geraden und ungeraden Halbbild verursacht ein merkliches Flimmern.
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Dieser Widerstreit wird dadurch gelöst, daß ein oberer Grenzwert von etwa 2/3 des Maximalwerts der Bildelementhelligkeit auferlegt wird, wie es in der Fig. 6 gezeigt ist. Eine lineare Helligkeitsfunktion wird jedem Symbolpunkt zugeordnet, und die Helligkeitsbeiträge werden summiert, um die Bildelementhelligkeit sicherzustellen. Der obere Grenzwert von 2/3 der Maximalhelligkeit wird dann jedem Bildelement auferlegt. Eine solche Begrenzung des Helligkeitspegels gestattet es, im Hinblick auf den Symbolpunktabstand Fehler bis zu 0,5 Bildelementen zu tolerieren, und zwar ohne Modulation des Hauptkörpers des Symbols.
Bisher wurde angenommen, daß die Helligkeitsfunktion mit ihrem Ursprungspunkt bei jedem Symbolpunkt liegt, d.h., die Helligkeitsverteilung von einem Symbolpunkt 1 erstreckt sich auf mehr als ein Bildelement, wie es in der Fig. 7 dargestellt ist. Bei einem Rastersystem ist es notwendig, die Gesamthelligkeit jedes Bildelements von allen möglichen Helligkeitsbeiträgen abzuleiten, und dies mit einer Durchgangsgeschwindigkeit von einem Bildelement alle 100 ns zu ermöglichen.
Dies ist durchführbar, wenn die Helligkeitsfunktion in bezug auf jedes Bildelement so ist, wie es in der Fig. 8 gezeigt ist, d.h. Helligkeitsbeiträge zu jedem Bildelement von allen möglichen Symbolpunkten. Da die Helligkeitsfunktion symmetrisch ist, bleibt sie unverändert, wenn sie in dieser Weise transformiert wird. Wenn man annimmt, daß der Nicht-Null-Anteil der Funktion eine 3x3 Anordnung von Bildelementen abdeckt, ist es zur Berechnung der erforderlichen Helligkeit irgendeines Bildelementes auf dem Raster lediglich erforderlich, den Ort irgendeines Symbolpunktes, der in der Anordnung auftritt, zu kennen, d.h. das besondere Bildelement und die dieses Bildelement umgebenden acht Bildelemente. In der Fig. 9, die eine solche
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Anordnung zeigt, sind die möglichen Stellen von Symbolpunkten, die in der 3x3 Anordnung von Bildelementen 21 bis 29 auftreten, jeweils mit einer Helligkeitszahl in einem Bereich von 1 bis 15 versehen, die den Helligkeitsbeitrag zum Bildelement 25 in der Mitte der Anordnung angibt. Der Helligkeitsbeitrag der Symbolpunkte zum Bildelement 25 in der Mitte der Anordnung ist daher die Summe der Helligkeitszahlen, die den Symbolpunkten zugeordnet ist, die das Symbol bilden. In der Fig. 9 findet man zwei solcher Symbolpunkte, die durch einen Ring dargestellt sind und die die Helligkeitszahlen 11 und 5 haben. Bei einer praktischen Begrenzung von einem Symbolpunkt/Bildelement ist die erforderliche Helligkeit jedes Bildelements der Anordnung durch neun oder weniger Helligkeitsbeiträge gegeben. Für ein Symbol, das aus einer einzigen Linie besteht, hat man dann lediglich drei oder weniger Helligkeitsbeiträge.
Die Fig. 10 bis 12 zeigen eine Vorrichtung zur automatischen Darstellung eines Symbols. In einem Rasterhalbbild werden Symboldaten, die sich auf jedes Bildelement dieses Rasterhalbbildes beziehen, in Sequenz erzeugt, und zwar zusammen mit den Symboldaten für jedes benachbarte Bildelement des anderen Rasterhalbbildes, also beispielsweise für die in der Fig. 10 dargestellten Bildelemente 26 und 29. Verzögerungsglieder 41 bis 47 sind vorgesehen, um Verzögerungen bereitzustellen, die den gleichzeitigen Zugriff zu allen Daten in der 3x3 Bildelementanordnung 48 zu gestatten. Für jedes Bildelement in jeder möglichen 3 x 3-Anordnung, wie der Anordnung 48, wird ein i6-Wort-x-4-Bit-Festwertspeicher 49 durch die bruchteiligen Koordinaten der Symboldaten adressiert. Der 4-Bit-Inhalt wird nur ausgelesen, wenn ein Symbolpunkt in dem betreffenden Bildelementbereich vorhanden ist. Dieser ausgelesene Inhalt wird dann mit den anderen möglichen Helligkeitsbeiträgen in einem in der
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Fig. 11 dargestellten Addierer-Baum addiert. Ein oberer Grenzwert für die Helligkeit wird dadurch festgelegt, daß es irgendeinem "Übertrag", der innerhalb des Addierer-Baums erzeugt wird, gestattet ist, im endgültigen Helligkeitsausgang 50 die Binärzahl von 15 zu erzwingen. Register 51 und 52, die verwendet werden, um Zwischenergebnisse in dem Addierer-Baum zu speichern, können ebenfalls herangezogen werden, um die erforderlichen relativen Verzögerungen bereitzustellen, die zwischen den neun Datenwegen erforderlich sind. Die in der Fig. 12 gezeigte Schaltungsanordnung stellt eine Positionsauflösung von 0,25 Bildelementen sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Achse bereit, ohne Anwendung einer Systemtaktfrequenz, die höher als die Videogeschwindigkeit selbst ist.
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Claims (8)

Patentanwälte O 7 c: η 7 7 Q Dr-In8. Wilhelm Beichdl ^'° Dipl-Ing. Wcligang Bsichel 6 Frankfurt a. M. 1 Puilisiiaße 13 ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED, Chelmsford, England Patentansprüche
1.; Verfahren zum Darstellen eines Symbols auf einem Sichtgerät mit einem aus einer regelmäßigen Anordnung von Bildelementen bestehenden Anzeigebereich, auf dem durch Erhellen von ausgewählten Bildelementen ein Symbol erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Anzeigebereich die Positionen einer zur Definition eines Symbols erforderlichen Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten Symbolpunkten ausgewählt werden und daß für jeden dieser Symbolpunkte die relativen Helligkeiten einer Gruppe von Bildelementen, die an die für diesen Symbolpunkt erforderliche Position angrenzen, so eingestellt werden, daß die Gruppe von Bildelementen einen subjektiven Eindruck dieses Symbolpunktes an seiner geforderten Position hervorruft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bildelementgruppe einen im wesentlichen quadratischen Bereich abdeckt, dessen Seitenlänge gleich dem zweifachen Abstand zwischen Symbolpunkten ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bildelementgruppe eine Anordnung aus 3x3 Bildelementen enthält.
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ORIGINAL INSPECTED
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4. Vorrichtung zum Darstellen eines Symbols auf einem Sichtgerät mit einem aus einer regelmäßigen Anordnung von Bildelementen bestehenden Anzeigebereich, auf dem durch Erhellen von ausgewählten Bildelementen ein Symbol erzeugt wird, und mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Helligkeitssteuersignals zur Eingabe an das Sichtgerät, gekennzeichnet durch Mittel (Fig. 10), die für jedes Bildelement nacheinander den Helligkeitsbeitrag, der in Anbetracht jedes Symbolpunktes, für den dieses Bildelement ein Element einer Gruppe von Elementen ist, die an diesen Symbolpunkt angrenzen, von dem Bildelement gefordert wird, so erzeugen, daß für jeden Symbolpunkt die betreffenden Helligkeitsbeiträge der Bildelemente der zugehörigen Gruppe einen subjektiven Eindruck dieses Symbolpunktes erzeugen, und Mittel (Fig. 11 oder Fig. 12) zum Summieren der Helligkeitsbeiträge für dieses Bildelement.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsmittel enthalten: Speichermittel (49) zum Speichern aller möglichen Helligkeitsbeiträge, die von diesem Element gefordert werden, und Adreßmittel (41 bis 47) zum Auslesen aus den Speichermitteln die tatsächlich erforderlichen Helligkeitsbeiträge dieses Elementes, und zwar aufgrund von Eingaben, die die tatsächlichen Positionen von Symbolpunkten definieren.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel für jedes Element in einer Gruppe einen getrennten Abschnitt aufweisen und daß in jedem Abschnitt die möglichen Helligkeitsbeiträge gespeichert sind, die in dem dem Speicherabschnitt zugeordneten Element von einem besonderen Element der Gruppe gefordert werden, wenn sich der Symbolpunkt an unterschiedlichen Positionen befindet.
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7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Elementgruppe eine Anordnung (21 bis 29) aus 3x3 Elementen enthält und daß das besondere Element das mittlere Element der Anordnung ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Adreßmitteln sequentiell Eingangssignale zugeführt werden, die die Positionen der Symbolpunkte darstellen, die das Symbol definieren, und daß die Adreßmittel Verzögerungseinrichtungen (41 bis 47) enthalten, die so angeordnet sind, daß jeder Speicherabschnitt gleichzeitig von einem die Symbolpunktposition darstellenden Eingangssignal adressiert wird, das dem Speicherabschnitt zugeordnet ist.
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