DE2754230A1 - Anordnung zur codierten darstellung von daten - Google Patents

Description

Anmelderin: International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y., 10504

heb-cn Anordnung zur codierten Darstellung von Daten

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Codleren von rasterartig abgetasteten Daten einer Vorlage.

Es wurde bereits vorgeschlagen, daß Vorlagen, Dokumente u.dgl. abgetastet, die dort enthaltene Information digitalisiert und elektronisch In einer Datenverarbeitungsanlage abgespeichert werden können. Die so gespeicherten Daten können dann aus dem Speicher abgerufen, wieder zusammengesetzt und entweder auf eine Anzeigevorrichtung dargestellt, oder aber In einem Drucker/Plotter ausgedruckt werden. Ein zu digitalisierendes Dokument kann durch einen Abtaster abgetastet werden, der ausgangsseltlg eine Bitfolge liefert, die einzelne Bildelemente (Bei) in aufeinanderfolgenden Zeilen der Abtastung darstellen. Für ein Dokument der Größe A4 wären bei einer Abtastauflösung von 120 Bildelementen pro Zoll etwa 1,5 Millionen Bildelemente !erforderlich. Wenn man daher diese so abgetasteten Daten nicht !komprimiert, würde eine elektronische Speicherung von abgetasteten Dokumenten prohibitive Kosten verursachen.

Es sind bereite verschiedene Kompressionsverfahren vorgeschlagen worden. So beschreibt beispieleweise die deutsche Patentanmeldung P 22 64 090.0 der Anmelderin ein Verfahren, bei dem eine Vorrauseageschaltung eine Aussage darüber liefert, ob ein Bildelement eine Eins oder eine Null sein wird. Das so vorausgesagte Bildelement wird dann anschließend mit dem tatsächlich aufgefundenen Bildelement verglichen und es wird dann ein Fehlersignal erzeugt, wenn die beiden nicht übereinstimmen. Diese Fehlersignale werden längencodiert und die komprimierten Daten abgespeichert. In der deutschen Patentanmeldung P 25 57 553.5 der Anmelderin ist ein weiteres Verfahren offen- *002***^{ein Dokunu}$b iffiswft e° ^lange

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wird, bis ein Gegenstand (beispielsweise ein Zeichen) festgestellt wird. Dann folgt die Abtastung der Umrisse des Gegenstandes und die Aufzeichnung eines jeden Bildelements und weiter zum nächsten Bildelement, bis die Mitte des Gegenstandes gefunden ist. Die Rasterabtastung wird dann wieder aufgenommen, bis der nächste Gegenstand festgestellt wird.

In der britischen Patenanmeldung Nr. (Aktenzeichen der Anmelderin UK 975 0O8) wird ein Verfahren um eine Anordnung für die Umwandlung eines abgetasteten Dokuments in Vektoren beschrieben.

Gemäß der vorliegenden Krfindung besteht die Anordnung zum Codieren eines durch rasterartige Abtastung eines Dokumentes gewonnenen Rasterbitmusters darin, daß aus dem Rasterbitiuuster aktive Dits ausgeblendet werden, wodurch ein modifiziertes Rasterbitmuster erzeugt wird, dessen aktive Bita Linienzüge darstellen, die ein Hinweis auf die Form der Gegenstände sind, sowie mit einer Nachlaufvorrichtung, die dieses modifizierte Rasterbitmuster aufnimmt und daraus eine Liste von Segmenten in Form von Codeworten erzeugt, die jeweils die Endpunkte der Segmente darstellen, sowie weitere Codeworte liefert, die die Formen dieser Segmente angeben, wobei die Nachlaufvorrichtung in der Lage ist, jede Bitposition des modifizierten Rasterbitmusters darauf zu untersuchen, ob es ein aktives Bildelement ' darstellt, wobei ferner Schaltmittel vorgesehen sind, mit deren! Hilfe festgestellt wird, ob ein aktives Bildelement sich unmittelbar an ein zuvor festgestelltes aktives Bildelement, sei es auf der gleichen Abtastzeile oder auf der vorhergehenden Abtastzeile, anschließt, sowie mit Schaltmitteln zum Untersuchen, ob solche aufeinanderfolgenden aktiven Bildelemente in- I nerhalb bestimmter Grenzen liegen, sowie mit Mitteln zum Abschließen eines Segmentes und zum Einleiten eines neuen Segmentes, wenn aufeinander fortfolgende aktive Bildelemente dieser ; Forderung nicht genügen. |

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Innerhalb der nachfolgenden Beschreibung soll der Ausdruck "aktive Bits" und "aktive Bildelemente" solche Elemente bezeichnen, die eine Markierung auf dem Dokument darstellen. Somit können also Bits und Bildelemente schwarz (auf einem weißen Untergrund) oder weiß (auf einem schwarzen Untergrund) oder irgendeine andere Farbe oder Schattierung von grau aufweisen.

Vorzugsweise werden die Striche oder Linienzüge bis auf ihre Mittellinie verdünnt, obgleich auch das Verfahren zur Reduzierung der Gegenstände auf ihre Umrißlinien gemäß der vorgenannten britischen Patentanmeldung verwendet werden könnte. Das Bildcodierverfahren der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich grundsätzlich von den Codierverfahren der beiden oben genannten deutschen Patentanmeldungen darin, daß dort versucht wird, alle Daten auf einem abgetasteten Dokument wiederzugeben. Bei dem hier beschriebenen Verfahren ist es jedoch nicht möglich, das ursprüngliche Bild aus der codierten Form mit absoluter Formtreue wiederherzustellen. Das ist darauf zurückzuführen, daß die codierte Form zwar Information über die Form, Länge, Zusammenhang und Lage der das ursprüngliche Bild darstellenden Striche enthält, während jedoch die Information über die Dicke der Striche während der Ausdünnung verlorengegangen ist. Man könnte jedoch einen, eine Verdickung bewirkenden Algorithmus verwenden, wodurch man eine ausreichend genaue Wiederherstellung des ursprünglichen Aussehens gewinnen würde, so daß der Verlust an Lesbarkeit im allgemeinen sehr klein sein wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Gesamtanordnung gemäß UK 976 OO2 80982 5/07 0 4

Fig	. 8C
Fig	. 9
Fig	. 10
UK	976 002

der Erfindung,

Fig. 2Λ - 2F verschiedene Schritte während der Ausdünnung

von typischen Zeichen,

Fig. 3Λ - 3D die Feststellung von Kanten eines Gegenstandes,

Fig. 4a - 4D die Feststellung von rechten Winkeln von Gegenständen,

Fig. 5 wie der Zusammenhang eines Zeichens während

der Ausdünnung beibehalten v/erden kann,

Fig. 6 die für die Ausdünnung verwendeten Randbedin

gungen,

Fig. 7 ein Blockschaltbild für einen Teilzyklus bei

der Ausdünnung und

Fig. 7Λ eine Darstellung der Numerierung der einzelnen Bildelemente,

Fig. 8Λ ein typisches, eingangaseitig zugeführtes

Bild,

Fig. 8B wie das in Fig. 8A gezeigte Bild durch eine

Anzahl von Segmenten dargestellt werden kann,

einen mit Fig. 8B zu verwendenden Schlüssel, fünf Phasen bei der Segmentverfolgung,

wie zwei Zeichen aus Fig. 2 in Segmente unter teilt werden,

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Fig. 11 die Codierung der Segmente gemäß Fig. 10 während der Segmentverfolgung,

Fig. 12 eine bevorzugte Ausführungsform einer Segmentverfolgerschaltung, der eingangsseitig die ausgedünnten Rasterdaten für eine Verfolgung und Codierung der Segmente zugeführt werden,

Fig. 13 das Fomat eines Segment-Statuswortes, wie es

in Fig. 12 benutzt wird,

Fig. 14A - 14F ein Beispiel einer Segmentverfolgung, Fig. 15 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung

zum Codieren der Segmentverschiebungen und

Fig. 16 die Zeichen gemäß Fig. 2F, nachdem sie wieder

verdickt worden sind.

Bevor die bevorzugte Ausführungeform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, sei auf die bereits erwähnte britische Patentanmeldung (Aktenzeichen der Anmelderin: UK 975 O08), die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung in Deutschland eingereicht werden wird, hingewiesen. Abgesehen davon, daß bestimmte Verfahren oder Techniken beider Erfindungen austausch-

bar sind, unterstützt doch das Verständnis der einen Erfindung auch das Verständnis der anderen. Beispielsweise könnte das Ausblendverfahren zur Darstellung des Umrisses eines abgetasteten Gegenstandes zusammen mit dem Segmentverfolger oder dem Codierer gemäß der vorliegenden Erfindung anstelle des Ausdünnverfahrens benutzt werden, das nachfolgend beschrieben wird. Außerdem hat das Verfahren zur Vector-Verfolgung unter {Benutzung eines Festwertspeichers gewisse Ähnlichkeiten mit der !nachfolgend zu beschreibenden Segmentverfolgung.

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Fig. 1 zeigt die Datenkompressionsschaltung, in der die auf einem Dokument 1 befindlichen Daten digitalisiert und in komprimierter Form abgespeichert werden. Das Dokument 1 wird dabei durch einen Abtaster zeilenweise abgetastet, wodurch ausgangsseitig eine helle und dunkle Bereiche des Dokumentes darstellende Uitfolge erzeugt wird. Das vom Abtaster 2 kommende Rasterbitmuster gelangt über eine Leitung 4 nach einer Ausblendschaltung 3, in der aus dem Rasterbitmuster einzelne Bits entfernt werden, so daß ein modifiziertes oder bearbeitetes Uitiuuster verbleibt, bei dem die einzelnen Hits vorzugsweise nur ein Bildelement breite Linienzüge darstellen. Dabei kann entweder ein den Umriß angebender Linienzug benutzt werden, oder es wird hier vorzugsweise ein Ausdünnungsalgorithmus eingesetzt, durch den ein Uitmuster erzeugt wird, das nur noch das Skelett der auf dem Dokument abgetasteten Gegenstände darstellt. Ein bevorzugter Ausdünnungsalgorithmus wird noch beschrieben.

Das von der Ausblendschaltung 3 kommende, bearbeitete Bitmuster gelangt über eine Leitung 5 nach einem Segmentverfolger 6, der die Aufgabe hat, benachbarte schwarze Bildelemente zu Segmenten zu verbinden, die dann die Gegenstände darstellen. Die so verfolgten Segmente werden dann in einem Codierer 7 codiert, und die sich daraus ergebenden Daten werden in einem Datenspeicher 8 abgespeichert. Zu diesem Speicher ist ein Zugriff möglich, und die einem abgespeicherten Dokument entsprechenden Daten können in einer Dekompressionsschaltung 9 für einen nachfolgenden Druck oder einer Darstellung auf einem Plotter 10 oder für eine Anzeige auf einem Bildschirm 11 wieder expandiert werden. Die im Speicher 8 liegenden Daten können außerdem über einen Sender 12 in komprimierter Form an einen entfernten Empfänger 13 übertragen werden.

Der Abtaster 1, der Speicher o, der Plotter 10, die Bildschirmanzeige 11, der Sender 12 und der Empfänger 13 können ^! von an sich beliebiger Bauart sein, und stellen kein erfin- I

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dungswesentliches Teil der vorliegenden Erfindung dar und werden auch nicht im einzelnen beschrieben. Bezüglich des Abtasters wird auf die bereits erwähnte britische Patentanmeldung verwiesen. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Ausblendschaltung 3, der Segmentverfolger 6 und der Codierer etwas genauer beschrieben. Den Fachmann leuchtet sofort ein, daß die Dekompressionsschaltung 9 entsprechend dem verwendeten Kompressionsverfahren aufgebaut sein muß.

Fig. 2 dient der Erläuterung des bevorzugten, für die Ausdünnung in der Ausblendschaltung 3 verwendeten Algorithmus und stellt die erste Stufe des KompressionsVerfahrens dar. Fig. 2Λ zeigt drei durch Abtastung gewonnene, aus ihren digitalen Bildelementen zusammengesetzte Zeichen in stark vergrössertem Maßstab. Fign. 2B bis 2E zeigen die Auswirkung einer Iteration auf das Ausdünnverfahren für diese Zeichen. Fig. 2B zeigt dabei, wie in der ersten Phase des Ausdünnverfahrens die auf der linken Seite befindlichen Bildelemente entfernt werden. In bezug auf Fign. 5 und 6 werden nachher weitere verschiedene Randbedingungen beschrieben. Fig. 2C zeigt, wie in der zweiten Phase des AusdUnnverfahrens die an der rechten Grenze des Zeichens befindlichen Bildelemente entfernt werden. In einer dritten Phase des Ausdünnverfahrens gem. Fig. 2D werden die nicht erforderlichen Bildelemente an der Oberkante und in einer vierten Phase v/erden die nicht mehr erforderlichen Bildelemente gem. Fig. 2E an der Unterkante entfernt.

Jede Iteration dieses Algorithmus entfernt ganz allgemein eine Schicht aus Grenzbildelementen vom eingabeseitigen Gegenstand. Diese Iterationen können bis zur Erzielung eines Skelettes unbegrenzt lange fortgesetzt werden, bis das Bild invariant bleibt. In vielen Anwendungsgebieten ist dies jedoch aus zwei Gründen nicht praktisch durchführbar. Wenn einmal keine Pufferung der vollen Seite verwendet wird, sind für jede Iteration zusätzliche Schaltungen erforderlich. Außerdem kann das ein-

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gangsseitig zugeführte Bild andere, als aus dünnen Strichen bestehende Gegenstände enthalten. Jede große, aus schwarzen Bildelementen bestehende Fläche würde auf eine dünne Linie reduziert werden, was für die menschliche Beobachtung sich als unsinnig erweist. Die Lesbarheit von großen dicken Zeichen könnte ernsthaft verringert werden. Daher sollte die Anzahl der Iterationen so gewählt werden, daß sie für das bestimmte Anwendungsgebiet geeignet ist. In der hier beschriebenen Ausführungsform, die sich auf mit Schreibmaschine erstellte Dokumente bezieht, wird nur eine Iteration verwendet, da festgestellt wurde, daß dies ausreicht, um die meisten, mit Schreibmaschine hergestellten Zeichen auf ein nur ein Bildelement breites Skelett zu reduzieren, wenn diese Zeichen mit 120 Bildelementen je Zoll abgetastet worden sind.

Scharfe, 90 -Ecken enthalten bei nur ein Dildelernent starken Linien ein Bildelement, das für die Verbindung redundant ist. Gemäß Fig. 2JJ sind daher die Bildelemente 20 für eine Verbindung der oberen und linken Striche der Zeichen D und Ii nicht erforderlich. Der Ausdünnalgorithmus wird daher solche Ecken abrunden, wenn genügend Iterationen eingesetzt werden, wenn jedoch nur eine Iteraiton verwendet wird, werden einige 90°-Ecken abgerundet und andere nicht. Es wird daher gem. Fig. 2F eine letzte Phase des Ausdünnverfahrens zum Abrunden der verbleibenden 90°-Ecken verwendet. Man sieht, daß dadurch die Symmetrie der Zeichen und die Bildkompression verbessert wird, daß dagegen die Lesbarkeit alphanumerischer Zeichen nicht wesentlich verschlechtert wird.

Fig. 3 zeigt die logischen Operatoren für die Bestimmung, ob jedes Lsildelement in der eingangsseitigen Anordnung ein Eck-Bildelement ist, und je einer dieser Operatoren wird für jede Phase des Ausdünnalgorithmus verwendet. Das in der Mitte liegende Dildelement eines jeden aus 3x3 Bildelementen bestehenden Operators ist dann ein Eck-Bildelement, wenn die neun Bildelemente der nichtmodifizierten Eingangsdaten innerhalb des 3x3 I

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Bildelement großen Durchlaßbereichs die Bedingungen des Operators befriedigen. Fiy. 3Λ zeiyt «ien Operator für die rtestiumung, ob Uildelernente an der linken Kante des abgetasteten Gegenstandes liegen, wobei die Kreuze den unentschiedenen Zustand darstellen. Wird ein Bildeleinent als an der linken Kante liegend festgestellt, dann wird es unter Berücksichtigung der im Zusammenhang mit Fign. 5 und G zu beschreibenden Randbedingungen ausgeblendet. Λη der Kante liegende Bilonlernento v/erden aus dem eingangsseitig zugeführten Bild nacheinander in der Reihenfolge der Rasterabtastung von links nach rechts und von oben nach unten ausgeblendet. Fign. 21), 2C und 2ü zeigen dann die jeweiligen logischen Operatoren für die Bestimmung, ob ein Bildelement an der rechten Kante, an der Oberkante oder an der Unterkante liegt.

Fig. 4 zeigt die logischen Operatoren für eine Bestimmung, ob ein Bildelement eine 9O -Lcke bildet, und diese Operatoren v/erden bei der letzten Phase des Ausdünnalgorithir.us verwendet. Dabei werden die gleichen Bezeichnungen wie ein rig. 3 verwendet. Die Fign. 4Λ, 4B, 4C und 4D zeigen jeweils die Operatoren für die Bestimmung, ob das Bildelenent eine unten links liegende Ecke, eine unten rechts liegende Lcke, eine oben rechts liegende Lcke bzw. eine oben links liegende Ecke bildet. V.'onn eine 9O°-Ecke festgestellt ist, dann wird das in der Mitte liegende Bildelement als redundant entfernt.

Fign. 5 und 6 zeigen die Randbedingungen, die dazu benutzt werden, festzustellen, ob ein an der Kante liegendes Bildelement entfernt wird oder nicht. Die erste Randbedingung ist in Fig. 5 und Fig. 6 A gezeigt. F. in Bilde leinen t wird dann nicht ausgeblendet, wenn dadurch der Anschluß zwischen den einzelnen Strichen oder Linien des eingabeseitig zugeführten Gegenstandes verändert würde. Diese Bedingung wird dann befriedigt, wenn die Anzahl der separaten Komponenten bei den acht benachbarten Bildelementen des in der Mitte liegenden Bildelementes exakt Eins ist. Die Anzahl der Komponenten wird dadurch bestimmt, daß eine kreisförmige Bahn um das in der Mitte liegende UK 976 002 809825/070A

Bildelenent, die acht benachbarten Hildcleinente überstreichend, loyisch beschrieben wird. Uie Anzahl der Übergänge von weiß nach schwarz zwischen aufeinanderfolgenden, axialen (nicht diagonalen), benachbarten Lilttelehienten v;ird dabei abgezählt, wodurch die Anzahl der iiberfahrcnen P.ildeleiaonte erhalten wird. Hin übergang von schv/arz nach weiß orh">ht den Zählorstand nicht. Ferner wird der Zählerntand für einen übergang zwischen zwei benachbarten, schwarzen, axialen nildelementen über ein dazwischenliegendes weißes, diagonales, benachbartes Bildcloliient erhöht. Mit anderen Worten, es kann der Zählerstand nur dann erhöht v/erden, wenn die Bewegung von einem weißen, axialen, benachbarten Bildelement ausgeht: Ob der Zählerstand dann dabei erhöht wird, hängt davon ob, daß entweder das unmittelbar folende diagonale 1,'achbarolenent oder das folgende axiale iJachbarelement schwarz ist. In dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel ist der Zählerstand 2. Wenn die Anzahl der überfahrenen BiIdcleinente 2, 3 oder 4 ist, dann ist das in der Mitte liegende Bildelemcnt P notwendig für den 7.usamnenhang, so daß seine Ausblendung während des Ausdünnverfahrens verhindert wird.

Uie zweite Randbedingung besteht darin, daß ein an der Kante liegendes Bildelement nicht um Lnde einer ein Bildelement breiten Linie liegt, niese Bedingung kann dadurch überprüft werden, daß man feststellt, ob ein Bildelement nur ein Ilachbarelement besitzt. Fign. 6B bis Gi; zeigen die logischen Operatoren mit einer den Fign. 3 und 4 gleichartigen Bezeichnung, für die Bestimmung, ob ein Bildelement am Ende einer nur ein Bildelement breiten Linie liegt. Ist dies der Fall, dann wird die Ausblendung dieses Bildelementes verhindert.

Ist das interessierende Bildelement das mittlere Bildolement, an einer T-formigeη Verbindung, dann könnte seine Entfernung die Lesbarkeit bestimmter alphanumerischer Zeichen herabsetzen. Fign. 6J bis 6M zeigen daher die für die Bestimmung, ob ein Bildelement in der Mitte einer T-fömiigen Verbindung liegt, notwendigen logische Operatoren. Ist dies der Fall, dann v/ird

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- 15 die Ausblendung ebenfalls verhindert.

Nach Beschreibung des Ausdünnalgorithmus soll eine bevorzugte Schaltungsanordnung zur Durchführung einer Phase des Ausdünnvorganges im Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben werden. !lan sieht, da/5 anstelle der Verwendung eines Pufferspeichers für das gesamte Bild, der alle rasterartig abgetasteten Hits enthält, eine Art Durchlauf- oder Pipelineanordnunc₍ verwendet wird, in der der rasterartig abgetastete Uitstrom der Reihe nach verarbeitet wird. (Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf eine derartige, in Durchlaufverfahren erfolgende Verarbeitung beschränkt ist).

In Fig. 7 ist eine aus neun Verriegelungsschaltungcn 51 bestehende Matrix 50 dargestellt, die den aus 3x3 Elementen bestehenden Durchlaßbereich darstellen. Die Kette der Verriegelungsschaltungen 51 in der oberen Zeile ist mit der zweiten Reihe der Matrix 50 über einen als Schieberegister aufgebauten Zeilenpuffer 52 verbunden, dessen Länge um 3 kleiner ist als die Anzahl der Spalten der Eingabeseite. Die Kette der in der zweiten Zeile der Matrix 50 liegenden Verriegelungsschaltungen 51 ist über einen Zeilenpuffer 53 mit der dritten Zeile der Matrix verbunden. Der Zeilenpuffer 53 ist dem Zeilenpuffor 52 gleich. Die Verriegelungsschaltungen 51 innerhalb der Matrix 5O stellen für die serial ankommenden Bilddaten einen beweglichen Durchlaßbereich dar. Der Inhalt der Verriegelungsschaltungen entspricht dabei dem Bildinhalt vor Ausblendung irgendeines Bildelementes. Die innerhalb der Verriegelungsschaltungen 51 angegebenen Zahlen zeigen ihre Beziehung mit den HiIdelementen an, und aus der Erläuterung der Fig. 7Λ erkennt man, daß die Verriegelungsschaltungen eine horizontal und vertikal invertierte Version der im Durchlaßbereich liegenden Bildelemente enthalten. Die Verriegelungsschaltungen 51 der Matrix 50 steuern eine Kantendetektorlogik 54 an, die von einen der logischen Operatoren in Fig. 3 oder allen vier zur Feststellung von Ecken dienenden Operatoren der Fig. 4 Gebrauch macht.

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-1G-

Das Ausgangssignal des Uantendetoktors 54 bildet ein Eingangssignal eines UilD-Gliedes 56, dessen zweites Eingangssignal durch das invertierte Ausgangssignal 57 des Randbedingungsdetektors 5£> gebildet wird. Das invertierte Ausgangssignal des UND-Gliedes 56 auf Leitung 59 bildet ein Eingangssignal eines zweiten UWD-Oliedes 60, dessen zweites Eingangssignal über Leitung 61 von der mittleren Verriegelungsschaltung 51 (22) uer :"atrix 50 abgeleitet wird. Der Ausgang 62 des UND-Gliedes f>0 ist an einer Verriegelungsschaltung 6 3 angeschlossen, uessen Ausgang über einen Zeilenpuffer 64 mit drei weite ren Verriegelungsschaltungen 6 5 verbunden ist. Die Verriegelungsschaltungen 6 3 und 6 5 enthalten den fortgeschriebenen Inhalt der entsprechenden Verriegelungsschaltungen 51 in der i;atrix 50. (Die mit 2λ , 13, 12 und 11 bezeichneten Verriegelungsschaltungen 51 entsprechen den mit 21", 13', 12' und 11' bezeichneten Verriegelungsschaltungen 6 3 und 65).

Die innerhalb der gestrichelten Umrandung 66 liegenden Verriegelungsschaltungen und die innerhalb uer gestrichelten Umrandung 6 7 liegenden Verriegelungsschaltungen 6 3 und 65 bilden einen zweiten Durchlaßhereich, der den Randbedingungsdetektor 58 ansteuert. Der Randbedingungsdetektor 58 überprüft das in cien daran angeschlossenen Verriegelungsschaltungen eingespeicherte Bitmuster und verwendet dabei die im Zusammenhang mit Fig. 5 und 6 gezeigten und beschriebenen Operatoren. Man erkennt sofort, daß dann, wenn die in der Mitte liegende, mit 22 bezeichnete Verriegelungsschaltung 51 in der Matrix 50 eine Lins enthält, dieses Bit dann gesperrt wird, wenn dieses Bit ;

ein an der Kante liegendes Bildelement darstellt, und wenn J keine Randbedingungen für seine Ausblendung vorhanden sind. j

ι Eine in der mittleren Verriegelungsschaltung eingespeicherte Eins wird nicht gesperrt, wenn sie kein an der Kante liegendes i Bildelement darstellt, oder aber, wenn sie ein an der Kante liegendes Bildelement darstellt, jedoch die im Zusammenhang mit Fign. 5 und 6 beschriebenen Randbedingungen befriedigt.

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Man sieht, daß die im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebene Schaltung einer !'hase des Ausdünnungsverfahrens entspricht. Hit einem aus fünf Phasen bestehenden Ausdiinnungsvorfcihrcn (vier Kantenphasen und eine I.ittelphase) sind fünf Stufen entsprechend der in Fig. 7 gezeiyten Schaltung erforderlich. üer Eckendetektor jeder Stufe würde die entsprechenden logischen Operatoren der Fign. 3 und 4 benötigen: andererseits führt cer Randbedingungsdetektor 50 seine überprüfung in jeder Stufe durch. Rasterartig abgetastete Daten werden soi'dt an der i'.incjangsklemme 60 zugeführt und derart verarbeitet, uaß an der Kante liegende bildelemente darstellende Hits dann entfernt v/erden, wenn die Randbedingungen nicht befriedigt v/erden und die so erhaltenen seriellen Daten v/erden dann vom Ausgang (>2 der nächsten Stufe zugeführt.

Damit die verschiedenen Operatoren für die an den Kanten des Bildes gelegene Cildelernente darstellende Bits richtig arbeiten können, nuß das Bild mit einem aus logischen Nullen bestehenden Rand versehen v/erden. Dies läßt sich gan?. leicht dadurch erreichen, daß man das Ausgangssignal der zugehörinen Verriegelungsschaltungen des Durchlaßbereiches dann sperrt, wenn die in der Mitte liegende Verriegelungsschaltung ein Kanten-Bildelement enthält. Dieser Sperrvorgang läßt sich durch einen Zähler (nicht gezeigt) für die Spalten des liildos steuern.

Die Segmentverfolgung hat die Aufgabe, benachbarte Bildelemente des eingangsseitig zugeführten Bildes zu Segmenten zusammenzuführen. Die Form eines bestimmten Segmentes kann durch einen Code der Ziffern 1 bis 8, gem. Fig. 8C dargestellt werden. per Sonderfall eines nur ein Bildelement enthaltenden Segments (wird durch den Code Null dargestellt. Die Position eines Seg mentes innerhalb des eingangsseitig zugeführten Bildes wird !durch die Zeilen- und Spaltenadresse des letzten Bildelementes, [d.h. die Endpunktadresse, bestimmt.

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Fig. CA zeigt ein typisches !'eichen, das so weit ausgedünnt ist, daß es nur noch aus Segmenten mit einer !!reite von einem Dildelement bestoht. Fig. 8B zeigt, wie dan deichen aln aus drei Segmenten ClO, Ü1, C2 bestehend codiert oder dargestellt werden kann. Aus rig. 8C erkennt man die Numerierung c'er verschiedenen Richtungen und nan sieht, v/ie jedes der Segmente 80 bis U2 entwickelt wird. Im Vector Co ist das Bildelement L3, vom !Uldelei.ient 84 ausgehend, in Richtung 5 gerichtet, uildeleinent L!5 ist, vom Bilc'.elernent C3 ausgehend, in Richtung 4 gerichtet usw. Die Segmente 8O, "1 und u2 enden an Punkton 86, o7 bzw. 33. Die drei Segmente können dabei v;ie folgt cargeste11t werden:

Segment BO - X ,Y (F.ncipunkt ί'6) 5,4,3,3,3,4,3,3,3 Segment 81 - X ,Y (Kndpunkt 87) 3,3,3,2,3,3,3 Segment 82 - >' ,Y„_ (Endpunkt (.8) 1

ο Ζ u/.

fian sieht, daß die Scgmentverfolgung eine Abwandlung der in der bereits mehrfach erwähnten britischen Patentanmeldung beschriebenen Vector-Verfolgung darstellt. Das eingangnseitig zugeführte üit gelangt nach einer Rasterabtastung als eine seriale Hitfolge an einen Puffer und die Pufferung ist dabei auf drei Zeilen beschränkt. Die Segmentverfolgung muß dabei in der Lage sein, mehrere Segmente parallel aufzubauen und die Verfolgung ist dabei auf die Richtungen 1 bis 5 in Fig. 8C beschränkt. Das zu beschreibende Verfahren ist besonders gut für eingangs zugeführte Daten geeignet, die Linienzüge aus Bildelenienten mit nur einer bilde leinentbrei te darstellen. Verbindungen von Segmenten und Ansammlungen von Bildelementen lassen sich verarbeiten, doch kann wegen des Fehlens einer RückwärtsVerfolgung oder einer wesentlichen Vorausschau eine , optimale Entscheidung dann nicht getroffen werden, wenn ein bildelement in mehr als einem Segment enthalten sein kann, oder) wenn sich ein Segment nach mehr als einem Bildelement fort- j setzen kann. Trotzdem wird jedes eingangsseitig zugeführte \ Dildelement in einem und nur in einem Segment enthalten sein.

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Lnnötige Unterteilung in viele Segmente wird dadurch vermieden, daß man bereits bestehende beonente unter jJinschluß neuer Dildelemente verlängert, statt möglicherweise neue Seg.no η te anzufangen. Damit das noch zu beschreibende Gegmont-Ariresser.-codierschema benutzt werden kann, treten vollständige Segmente am Ausgang des Segmentverfolgers in der Reihenfolge zunehmender Zeilen- und Spalten-Endpunktadressen auf.

Die Verfolgung kann so weit eingeschränkt v/erden, daß nur solche Segmente erzeugt v/erden, deren Codes Destanciteil einer Gruppe von gültigen Segmenten ist. Beispielsweise könnte eine Gruppe von Segmenten, deren Richtungsänderungen nicht mehr als 4 5 betragen, für alphanumerische Codierung vorwendet werden, während eine Gruppe linearer Segmente für graphische Bilder verwendet werden könnte. Die Segmentverfolgung arbeitet dabei zeilenweise mit zwei Puffern, die die Zeilen H und R+1 enthalten. Wenn die Verarbeitung der Bildelemer.te in Zeile R begonnen wird, dann sind alle Bildelemente einschließlich der Zeile R-1 bereits zu Segmenten verarbeitet. Die Verfolgung längs der Zeile R läuft in fünf Phasen ab wie folgt:

Phase 1

Aktive Segmente werden diagonal nach rechts oder senkrecht nach unten bis zur Zeile R fortgeführt. Das heißt, daß ein Bildelement in der relativen Position 2 oder 3 zu jedem erfolgreich fortgesetzten Segment hinzugefügt wird. Diese Segmente werden dann so weit als möglich nach rechts auf Zeile R durch Zuführung weiterer Bildelemente in der Relativposition 1 fortgeführt.

Phase 2

Aktive Segmente von Zeile R-1 werden diagonal nach links bis zur Zeile R fortgesetzt. Somit wird zu jedem erfolgreich fortgesetzten Segment ein Bildelement in der relativen Position 4 hinzugefügt. Die Segmente werden dann so weit als möglich nach links auf Zeile R dadurch fortgesetzt, daß weitere

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- 20 Bildelemente in der relativen Position 5 zugefügt werden.

Phase 3

Aktive Segnente, die nicht bis zur Zeile R fortgesetzt werden können, v/erden ausgegeben.

Phase 4

Neue Segmente v/erden an links offenen Enden von Bildelementen auf Zeile R begonnen und v/erden dann so weit als möglich durch Zufügung weiterer Bildelemente in Relativposition 1 auf Zeile R nach rechts fortgesetzt.

Phase 5

Neue Segmente werden an rechts liegenden FJnden von ggf. verbleibenden Bildelementen auf Zeile R begonnen und so weit als möglich auf Zeile R nach links dadurch fortgesetzt, daß weitere Bildelemente in Relativposition 5 zugefügt werden.

Fig. 9 zeigt Beispiele dieser fünf Phasen der Segmentverfolgung:. Während der Phase 1 v/erden die Bildelemente 30 bis 32 zu einem Segment hinzugefügt, das das Bildelement 9 3 auf Zeile | R-1 enthält. Während der Phase 2 werden Bildelemente 94 und 95 zu einem Segment hinzugefügt, das das Bildelement 96 in Zeile R-1 enthält. In Phase 3 wird das Segment mit Bildelement 97 auf Zeile R-1 abgeschlossen und ausgegeben. Während der Phase 4 wird ein neues Segment begonnen, das aus den Bildelementen 98 und 99 besteht, während in der Phase 5 ein neues Segment mit den Bildelementen 1OO und 101 begonnen wird. Man sieht, daß bei der Verarbeitung der Zeile R+1 im angegebenen Beispiel das Bildelement 102 während der Phase 1 dem aus Bildelementen 98 und 99 bestehenden Segment hinzugefügt wird, während das Bildelement 3 während der Phase 2 zu dem aus Bildelementen 100 und 101 bestehenden Segment hinzugefügt wird, während in der Phase 3 die aus den Bildelementen 93, 90, 91 und 92 sowie 96, 9 4 und 9 5 bestehenden Segmente abgeschlossen werden.

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Fig. 1O zeigt, wie die ausgedünnten Leichen C, D und ί·; von Fig. 2F durch eine Anzahl von Segmenten dargestellt v/erden können. Das Zeichen C kann somit aus vier Segmenten Λ bis D aufgebaut werden, das Zeichen U kann aus den vier Segmenten E bis II dargestellt und das Zeichen E kann curch drei Segmente I, J und K aufgebaut werden. Fig. 11 ist eine Tabelle und zeigt die Segmentendpunkte und die in Fig. 10 dargestellten Segmente. In Fig. 11 ist ebenfalls die Reihenfolge gezeigt, in der die Segmente am Ausgang des Segraentverfolgers auftreten, In dem in Fig. 10 und 11 dargestellten Beispiel sind die Segmente auf eine größte Länge von 13 Uildelementen und auf Richtungsänderungen von nicht mehr als 45° beschränkt.

Fig. 12 zeigt eine Schaltungsanordnung für die Verfolgung von Segmenten gemäß dem soeben beschriebenen bevorzugten Verfahren, Aktive Segmente, d.h. eben verfolgte Segmente, sind in einem Segment-Statusspeicher 11Ο enthalten, der für jede Dildelementspalte über das eingangsseitig zugeführte CiId eine entsprechende Reihe von Speicherzellen aufweist. Die Segmente werden dabei in derjenigen Reihe von Speicherzellen eingespeichert, die der derzeitigen Endpunktadresse entspricht. Ls kann dabei für jede Reihe von Speicherzellen nur ein aktives Segment geben. Fig. 13 zeigt das Format jedes innerhalb des Segment-Statusspeichers abgespeicherten Segment-Statuswortes. Lin erstes Feld 105 enthält ein Statuskennzeichen, das anzeigt, ob die Speicherreihe aktiv ist oder nicht, d.h., ob sie ein aktives Segment enthält. Ist dies der Fall, dann kann das Statuskennzeichen zwischen einem Segment, das bis zur derzeit betrachteten Zeile fortgesetzt werden muß, und einem Segment, das bereits bis zu dieser Zeile ausgedehnt worden ist, unterscheiden. Ein zweites Feld 106 im Segment-Statuswort enthält den Segmentcode: die Größe des Codes hängt natürlich von der Länge des gerade verfolgten Segmentes ab.

Die durch Rasterabtastung erhaltenen Daten, die Segmente von der Breite nur eines Bildelementes darstellen, wird am Daten-

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eingang 111 aufgenommen und von dort in die drei Zeilenpuffer 112, 113 und 114 geladen, die den Inhalt der Zeilen R, U+1 bzw. R+2 enthalten. Wie noch später klar erkennbar sein v/ird, sind für die tatsächliche Segmentverfolgung nur zwei Puffer (112 und 113) erforderlich. Der Puffer 114 für Zeile R+2 wird zum Laden der Zeilen in die Puffer benutzt. Die Puffer 112, 113 unu 114 sind mit einer Gruppe von Verriegelungsschaltungen 115 bis 120 verbunden, die zusammen für die aufgenommene Bitfolge einen logischen Durchlaßbereich 121 bilden. Die Zeilenpuffer 112 bis 114 sind als umlaufende, in beiden Richtungen betreibbare Schieberegister dargestellt, können in der Praxis aber auch als Speicher mit wahlfreiem Zugriff aufgebaut sein. Die drei Puffer v/erden in Fangschaltung betrieben, d.h., daß für eine bestimmte Zeile das Ilachlaufverfahren mit Jen Puffern 112 und 113 durchgeführt v/ird. In der Zwischenzeit wird der Puffer 114 durch einen nicht dargestellten weiteren Zähler angesteuert und mit neuen Eingabedaten gefüllt.

Da es manchmal notwendig ist, den Speicherinhalt einer benachbarten Speicherreihe im Segment-Statusspeicher 110 zu überprüfen, sind am Ausgang des Segment-Statusspeichers 110 zwei Segmentpuffer 123 und 124 vorgesehen. Die für eine bestimmte BiIdanwendung gültige Gruppe von Segmenten ist in einem Festwertspeicher 125 eingespeichert, der durch eine Kombination des derzeitigen Segmentcodes auf Leitung 126 und die Relativposi tion des neuen Bildelementes auf Leitung 127 angesteuert wird. Das Ausgangssignal des Festwertspeichers 125 tritt als fortgeschriebener Segmentcode auf Leitung 128 auf und wird in der zu-i gehörigen Speicherreihe im Speicher 110 abgespeichert, während auf Leitung 129 ein Bit auftritt, das die Gültigkeit der dadurah dargestellten Ausdehnung des Segments anzeigt. Eine Steuerlogik 13ü steuert die Arbeitsweise einer AufwHrts/Abwärts-Steuerung 131, die bestimmt, ob der Zählerstand im ZeilenzSh- \ ler 122 beibehalten, um Eins vermindert oder um Eins erhöht werden soll. Die Steuerlogik enthalt außerdem ein über Leitung 134 kommendes Ausgangssignal des Durchlaßbereichs 121,

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welches die Bedingungen für Anfang und Ende eines Segmentes bestimmt, sowie ein Gültiykeitsbit auf Leitung 129, den Statuskennzeichen, der in Segmentpuffern 123 und 124 eingespeicherten Statusworte über Leitungen 135 bzw. 13G. An Ausgang 137 der Steuerlogik 130 v/erden Fortschreibe- und Aktivbits an den Segment-Statusspeicher 110 abgegeben. Die fortgeschriebenen Segmentcodes vom Festwertspeicher 125 v/erden unmittelbar auf Leitung 128 an den Segment-Statusspeichor 110 abgegeben. Die Hinzufügung eines neuen Bildelementes zu einem Segment kann nur eintreten, wenn der fortgeschriebene Segmentcode in der Gruppe von gültigen Segmentcodes enthalten ist, die im Segment-Statusspeicher 110 abgespeichert sind, und wenn die neue Endpunktadresse nicht einer Speicherreihe entspricht, die bereits von einein anderen aktiven Segment besetzt ist.

Die in Fig. 12 dargestellte Schaltung arbeitet dabei wie folgt: Zunächst werden, falls dies möglich ist, aktive Segmente verlängert. Während der Phase 1 werden die Speicherreihen im Segment-Statusspeicher 11O in aufsteigender Reihenfolge aufgerufen, wobei die Steuerlogik 130 prüft, ob aktive Segmente vorhanden sind, die noch nicht fortgeschrieben sind. Wird ein solches festgestellt, dann wird der Versuch unternommen, dieses Segment dadurch bis zur Zeile R fortzusetzen, daß ein Bildelement in Relativposition 2 oder 3 hinzugefügt wird. Wird dies erreicht, wird das Statuskennzeichen in der ursprünglichen Speicherreihe auf inaktiv gestellt. Falls möglich, wird das Segment auf Zeile R weiter dadurch fortgesetzt, daß Bildelemente in Relativposition 1 hinzugefügt werden. Wenn schließlich das Segment nicht weiter fortgesetzt werden kann, wird das Segment-Statuswort in dem Segment-Statusspeicher in der dem derzeitigen Endpunkt entsprechenden Speicherreihe abgespeichert, während das Statuskennzeichen auf "aktiv, fortgesetztes Segment" eingestellt wird. Die verbleibenden Speicherreihen werden dann der Reihe nach abgefragt und es wird bestimmt, ob noch weitere aktive Segmente vorhanden sind, die noch nicht bis zur '■ Zeile R fortgeführt wurden. Auf Phase 1 folgt Phase 2, die

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gleichartig abläuft, mit der Ausnahme, daß die im Segment-Statusspeicher 110 lieenden Speicherreihen in absteigender Reihenfolge aufgerufen werden. Wird ein aktives, noch nicht fortgeschriebenes Segment während der Phase 2 gefunden, dann wird es dadurch fortgesetzt, aß ein Bildelement in Relativposition 4 hinzugefügt wird (wenn zuerst gefunden) oder in Relativposition 5 für eine Fortsetzung längs der Zeile R.

Während der Ausgabephasc (Phase 3) werden die Speicherreihen in ansteigender Ordnung aufgerufen und es wird auf aktive Segmente überprüft, die noch nicht v/ährend der Phasen 1 und 2 (die Ausdehnungsphasen) bis Zeile R fortgeschrieben wurden. Die Segmentcodes aus irgendwelchen Speicherreihen mit diesem Status v/erden nach der Äusgabe-Segmentliste über Leitung 13C zusammen mit den Endpunktadressen über Leitungen 139 und 140 aus den derzeitigen Werten der Zeilen- und SpaltenzShler 133 bzw. 132 abgeleitet und abgegeben. Die letzten beiden Phasen der Nachlaufoperation sind Ctartphasen. Während der Phase 4 werden die Zeilenpuffer 112 und 113 in aufsteigender Reihenfolge über Durchlaßbereich 121 auf gültige Anfangsbedingungen überprüft. Während der Phase 4 wird eine Anfangsbedingung dadurch definiert, daß ein zwei oder mehr Bildelemente enthaltender Linienzug an der linken Seite offen ist. (Diese Bedingung ist in Fiy. 14i: gezeigt). Während der Phase 5 werden die Zei- i lenpuffer 112 und 113 in absteigender Reihenfolge überprüft. ! Da die Phase 5 die letzte Verarbeitungsphase für Zeile R ist, wird jedes verbleibende Bildelement v/ährend der Phase 5 als Anfangsbedingung angesehen. Wenn eine Anfangsbedingung festgestellt wird, dann wird das Segment so weit als möglich längs der Zeile R dadurch fortgesetzt, daß Bildelemente in der Relativposition 1 (Phase 4) oder Relativposition 5 (Phase 5) zugefügt werden. Wenn das Segment nicht weiter ausgedehnt oder erstreckt werden kann, dann wird der Segmentcode im Segment-Statusspeicher 110 in der der derzeitigen Spaltenadresse entsprechenden Speicherreihe abgespeichert. Die Abtastung für Anfangsbedingungen wird dann für die nächste Spalte UK 976 002 809825/07CU

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wieder aufgenommen, bis alle Anfangsbedingungen festgestellt sind.

Die Segmente werden über Leitungen 130, 139 und 140 asynchron abgegeben und es kann bei manchen Bedingungen erwünscht sein, ausgabeseitig eine gewisse Pufferung (nicht gezeigt) vozusehen.

Fig. 14A zeigt die Anfangsbedingungen der Zeilenpuffer It und R+1 und die entsprechenden Segment-Statusworte für fünf Deispiele. Fig. 14B zeigt den Zustand der Segment-Statusworte nach Ablauf der ersten Phase der Segmentverfolgung. Während der Phase 1 war ein Segment durch zwei Ui lde lernen te in den r.clativrichtungen 2 und 1 ausgedehnt worden, während ein anderes Segment durch ein Bilde lenient in Relativrichtung 3 erstreckt wurde. Bei Verfolgung der Hilde leinen te v.-errlen sie aus dem Zeilenpuffer der Zelle K entfernt. Fig. 14C zeigt den Zustand nach Phase 2, bei der ein Segment um ein Bildelernent in Relativrichtung 4 erstreckt wurde. Fig. 14D zeigt, wie während Phase 3 zwei Segmente nach der Segmentliste ausgegeben werden, da sie nicht bis Zeile R ausgedehnt werden können.

Fig. 14E zeigt eine während Phase 4 festgestellte Anfangsbedingung, während, wie in Fig. 14F gezeigt, in Phase 5 ein zweites Segment begonnen und in Relativrichtung 5 erstreckt wird.

In der bis jetzt beschriebenen Anordnung wurden aus einem rasterartig abgetasteten Bild redundante Bildelemente entfernt jund das sich daraus ergebende Bitmuster, das ein ausgedünntes Abbild darstellt, wurde in eine Segmentliste umgewandelt, die aus den Endpunktadressen der einzelnen Segmente und den entsprechenden Codes für die Formen der an diesen Endpunkten endigenden Segmente besteht. Die Kompression kann selbstverständlich noch höher getrieben werden, wenn das Ausgangssignal der Segmentverfolgung mit so wenig Bits als möglich codiert wird. (Das Kompressionsverhältnis ist dabei durch die Anzahl der in dem digitalen Bild enthaltenen Bits zur Anzahl der in

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der codierten Darstellung enthaltenen Hits definiert).

Dabei gibt as jedoch gewöhnlich einen Ausgleich zwischen den Kompressionsverhältnis und den Kosten der Codier- und Decodierschaltungen. Dies führt zu eier Forderung, daß das Codewort ohne Hinweis auf nachfolgende Codeworte decodierbar sein soll und daß für die Codier- unci Decodierverfahren keine großen Verzeichnisse erforderlich sein sollen. Die Entwicklung von Codes erfordert zwei getrennte Ouelldatensiitzc, einen Lernsatz und einen Prüfsatz. Der Lernsatz wird zum Gewinnen von statistischen i/erten benutzt, um den Entwurf des Codes einem optimalen Wert zuzuführen, während der Prüf satz zur Bewertung des Hetriebsverhaltens des sich dabei ergebenden Codes benutzt und nicht für dessen optimale! Auslegung verwendet v/erden soll. Im allgemeinen werden die Lern- und Prüfsätze durch Abtastung aller zu codierender Dokumente erzeugt. In der Praxis wird jedoch eine ausreichend große Probe gewühlt, um damit die Möglichkeit, daß die Probe nicht für die Dokumente als Ganzes typisch sei, auf vernachlSssigbarc Werte zu verringern.

Devor ein Code für Segiuentformen entworfen wird, muß eine Entscheidung über die Randbedingungen der Segmentverfolgungsverfahren getroffen v/erden, da diese Randbedingungen die Seginentstatistik und damit die optimale Auslegung des Codes beeinflussen. Für eine begrenzung der Länge der Segmentstatu3worte im Segment-Statusspeicher muß für die Anzahl der in einem einzigen Segment enthaltenen iUldelemente eine Obergrenze festgelegt werden. Um eine Verschlechterung des Kompressionsverhältnisses für Zeichendaten zu vermeiden, sollte ein einziges Segment Bildelemente aus einem typischen senkrecheten und einem typischen waagrechten Zeichenstrich enthalten. Für linienförmige Zeichnungen enthaltende Daten sollte ein Segment eine ausreichende Anzahl von Bildelementen enthalten, so daß die zusätzlichen Kosten für den Deginn neuer Segmente gering sind. Solche , Überlegungen führen zur Auswahl von 24 Bildelementen als größte-Segmentlänge für die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. UK 976 002 809825/0704

Eine zweite Randbedingung wird für zulässige Segmentformen festgelegt. Ist diese Randbedingung zu streng, dann erhält man zu viele kleine Segmente bei der Verfolgung nicht zulässiger Formen und das Kompressionsverhältnis leidet. Ist die zulässige Anzahl zu groß, dann wird der Segmentcode viel zu konpliziert. Ein brauchbarer Kompromiß besteht darin, alle Formen mit Richtungsänderungen um 45° zuzulassen und andere nicht. Der Segiiient-Statusspeicher enthält dabei vorzugsweise die Segmentformen bereits in codierter Form und führt daher Decodier- und Codieroperationen in logischer Form durch, wenn einem Segment neue Bildelemente hinzugefügt werden.

In jedem der nachfolgend beschriebenen Codierbeispiele wird die Form eines Segmentes durch ein Anfangscodewort, gefolgt durch eine Anzahl von Richtungsänderungs-Codeworte gekennzeichnet. Das Anfangscodewort gibt die Richtung des zweiten Bildelementes in dem Segment in bezug auf das erste an, und das kann die Werte 1 bis 5 annehmen. Der Sonderfall eines Punktsegmentes erfordert ein sechstes Anfangscodewort.

Die folgende Tabelle I gibt die Wahrscheinlichkeit für jedes Anfangsereignis und die entsprechenden Codeworte, wie sie beispielsweise durch den Huffman'sehen Algorithmus zugeordnet sind, wie er in Proc. I.R.E., September 1952, auf Seiten 1098 bis 1101 beschrieben ist.

Tabelle I	Wahrscheinlichkeit	Codewort
Anfangsrichtung	0,24	00
2	0,22	01
3	0,20	10
5	0,18	110
Punkt	0,10	1110
4	0,06	1111
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Man sieht, aaß bei den überprüften Dokumenten die fünf Richtungen für das zweite Bildelement recht unterschiedliche Wahrscheinlichkeiten aufweisen. Man sieht, daß die Richtung 1 viel wahrscheinlicher ist als die Richtung 5, da die Anfangsbedingung für Phase 4 der Segmentverfolgung wesentlich strenger ist als die für Phase 5.

Die Codeworte für Richtungsänderung beschreiben die Form des Segmentes nach den ersten beiden Bildelementen durch schrittweise Codierung der Riehtungsänderungen, falls vorhanden, und die Richtung der Änderungen. Für Punktsegmente werden keine Codeworte für Richtungsänderungen benutzt. Für die Kennzeichnung des Lndes eines Segmentes wird ein Lndcodewort für Richtungsänderung verv/endet. Normalerweise gibt es drei Möglichkeiten für die Richtung zum nächsten Bildelement, nämlich keine Richtungsänderung, nach links oder nach rechts. Wenn jedoch die vorhergehende Richtung 1 oder 5 ist, dann liegt die Richtungsänderung zwangsläufig fest, da die Verfolgung immer in Richtung zunehmender Zeilenzahl führen muß und dies kann bei der Codierung dieser Richtungsänderungen zu erhöhter Wirtschaft- j lichkeit führen. Da alle zulässigen Richtungsänderungen 45° j nicht überschreiten, besteht für die bevorzugte Ausführungsforrjt keine Notwendigkeit, den Betrag der Richtungsänderung gesondert^ anzugeben.

Dieses Codierverfahren hat die Eigenschaft, daß zwei Segmente mit identischer Form, jedoch unterschiedlicher Ausrichtung, dieselbe Folge von Codeworten für Richtungsänderung haben, obgleich ihre Anfangscodeworte unterschiedlich sind. Drei ver schiedene Codes für Richtungsänderungen werden nun beschrie ben. Die Codes für Richtungsänderungen gemäß Tabelle II codie ren immer nur ein Bildelement und verwenden, mit Vorteil, zwangsläufige Richtungsänderungen.

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0,62	0
0,16	10
O,1O	110
0,09	111
0,03	11

- 29 -'fabeile II

Ereignis Wahrscheinlichkeit Codewort

Keine änderung Abschluß

Richtungsänderung links Richtungsänderung rechts Erzwungene Richtungsänderung

Der in Tabelle II dargestellte Code für Richtungsändcruagen ist am einfachsten durchzuführen. Die kleine Anzahl von Ereignissen eröffnet jedoch nur geringe Höflichkeiten für eine Anpassung der Codewortlängen an die Wahrscheinlichkeiten, so daß ein schlechterer Wirkungsgrad die Folge sein kann. Das Betriebsverhalten bei linienförmigen Zeichnungen wäre nur mäßig, da der Code immer mindestens ein TUt je Bildelement benutzt.

Die Richtungsänderungscodes in Tabelle III stellen einen Versuch dar, diesen Nachteil dadurch zu überwinden, daß imaer jeweils zwei Bildelemente gleichzeitig codiert werden. Vorteile ergeben sich aus jeder gegenseitigen Beziehung zwischen aufeinanderfolgenden Richtungsänderungen, wobei jedoch zwangsläufig erfolgende Richtungsänderungen keinen Vorteil bringen, da dies hier wesentlich schwieriger wäre als mit dem Code gemäß Tabelle II.

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Tabelle III

Richtungsänderungspaar

Wahrscheinlichkeit Codewort

0,473	0
0,170	100
0,059	1010
0,054	1011
0,044	1100
0,030	11010
0,036	11Θ11
0,034	111OO
0,033	11101
0,019	111100
0,017	111101
0,013	11111O
0,012	111111

SS T

SL LS ST SR RS LR RL LL RT LT RR

S = keine Änderung; L = Richtungsünderung links; R = Richtungsänderung rechts; T = Unde

Mit diesem Richtungsünderungscode können gerade Linien, deren Neigung ein beliebiges Vielfaches von 45 gegen die Waagrechte darstellt, mit 0,5 Uit je Bildelement codiert werden, falls
Seginentbeginn und Ende nicht betrachtet werden. Man sieht aus Tabelle III, daß für Segmente mit einer geraden oder ungeraden Anzahl von Bildelementen vier Abschlußcodeworte erforderlich
sind. Das Codeverzeichnis kann entweder in einem kleinen Festwertspeicher oder in einer logischen Schaltung mit wahlfreiem Zugriff verwirklicht werden.

In einem vierten, in Tabelle IV gezeigten Codeschema für Richtungsänderungscodes werden Richtungsändervmgen von links
nach rechts jeweils einzeln codiert, während Bildelemente ohne Richtungsänderung längencodiert werden. Hier werden zwangsläufige Richtungsänderungen mit Vorteil ausgenutzt. Um günstige

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Betriebswerke ohne Verwendung eines Codewortverzeichninnos zu erzielen, bestehen die Codeworte für längencodierte Bildelemente aus einem Vorläufer, gefolgt von einem zueiten, die Länge der Längencodierung anzeigenden Codewort. Der Vorläufer genügt für eine Unterscheidung einer Längencodierung von anderen Ereignissen.

Tabelle IV

Lreignis

Wahrscheinlichkeit Codewort

Jede Längencodierung Abschluß Richtungsänderung links Richtungsänderung rechts

0,30 00 + Länge

0,2 O1

0,20 10

0,18 11

Zwangsläufige Richtungsänderung 0,06 1 Die Codeworte für die Längencodierung sind in Rabelle V zusammengestellt.

Tabelle V

Codewort Teilfelder (binär) Anzahl der Länge

Codes

Anzahl der Bits

0	00	1	0	00-01
1	01-1	1	1	10-11 0-1
1	01-1	1	1
1	01-1
1

1 1
3
6
12

1
2

3-5

6-11

12-23

Die Codeworte für die Längencodierung können durch eine Kette von fünf Zählern auf dualer Basis mit den Basen (1,1) (1,3) (1,1) (2,2)(2,0) erzeugt werden. Bei dieser Notation gibt jedes Zahlenpaar die Reihenfolge der beiden Basen, die für den entsprechenden Zähler in der Kette benutzt werden. Die Verwendung von Zählern auf dualer Basis für einen solchen Zweck wird im , Zusammenhang mit Fig. 15 beschrieben. Der in den Tabellen IV j

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und V dargestellte Code hat zur Längencodierung mit mehr als Mi Dildelementen gegenüber den in Tabelle III gezeigten Codes Vorteile, ist jedoch für kürzere Codierungen schlechter. Dies v/ird jedoch durch seinen höheren Wirkungsgrad für Richtungsänderungen und Abschlüsse ausgeglichen und dadurch, daß dieser Code leicht verwirklicht v/erden kann, ohne daß dazu ein Festv/ertspeicher erforderlich ist.

Die Position eines Segmentes könnte einfach durch ein Zahlenpaar codiert werden, das die Zeilen- und Spaltenadrosse des Endpunktes angibt, doch hat ein solches Verfahren zwei Redundanzen. Zunächst wird die Tatsache, daß Segmente der Segmentliste in Reihenfolge von ansteigender Zeilen- und Spaltenadresse hinzugefügt wird, nicht mit Vorteil verwendet. Außerdem wird die gegenseitige Beziehung zwischen den Endpunkten nicht berücksichtigt. In einem alphanumerischen Bild v/ird daher jedes Zeichen durch mehrere Segmente dargestellt, wobei ihre Endpunkte nahe beisammenliegen und diese Gruppen von Endpunkten v/erden sich offensichtlich bei Vielfachen der Zeilen- und Zeichenabstände wiederholen.

Diese Überlegungen führen dazu, daß ein Segment-Positionscodierschema, das auf Relativadressen aufgebaut ist, eine bessere Kompression liefert. Der komprimierte Datenstrom besteht dabei aus einer geordneten Liste von Codewortpaaren, wobei jedes Paar die Position eines Segmentes und dessen Form angibt. Die Position v/ird vorzugsv/eise durch eine einzige Zahl codiert, die die Spaltenverschiebung des Segmentendpunktes in bezug auf den unmittelbar vorhergehenden Endpunkt in der gleichen Zeile anzeigt. Die Verschiebung vom Beginn der Zeile wird für den ersten Punkt in einer Zeile benutzt. Das Ende jeder Zeile wird durch ein Codewort "Ende der Zeile" an geeigneten Stellen in der komprimierten Liste angezeigt, so daß der Zeilenendpunkt eines Segmentes durch die Anzahl der vorhergehenden Codeworte "Ende der Zeile" bestimmt ist. Das Codewort "Ende der Zeile"

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unterscheidet sich von anderen Codev.'orten in der Liste dadurch, daß es nicht paarweise mit einem die Form eines Segmentes angebenden Codeworts zusammengefaßt ist. Rci Versuchen mit rasterartig abgetasteten, alphanumerische Daten enthaltenden Dokumenten wurde festgestellt, claR 5O Z der Verschiebungen η eine Größe von weniger als 10 hatten. Das bedeutet eine beträchtliche Einsparung in der Anzahl von komprimierten Bits bei Verwendung von Codeworten variabler Länge an. Eine Kotto von Zählern auf Dualbasis ist insbesondere hochv.'irksam, da diose Kette während des Codierens und Decodierens unmittelbar zum Auszählen der Verschiebung benutzt werden kann. FJino geeignete Code-Erzeugungsschaltung unter Verwendung von sieben Zählern ist in Tabelle VI gezeigt. In diener Anordnung v/ürder ciio Zähler auf dualer Basis die Basen (1,7)(2,2)(2,2)(2,2)(2,2) (2,2)(4,0) verwenden.

Tabelle VI

Codewort Teilfelder (dezimal)

Anzahl Verschiebung Anzahl der der

Codes Mti.

0	0-1	0-1	O-1	0-1	O-1
1-7	2-3	2-3	2-3	2-3	2-3
1-7	2-3	2-3	2-3	2-3
1-7	2-3	2-3	2-3
1-7	2-3	2-3
1-7	2-3
!1-7

1	Ende d. KeiIo	3
14	1-14	5
20	14-42	7
56	43-98	9
112	99-210	11
224	211-434	13
896	435-1330	15

0-3

Zähler auf dualer Basis stellen eine wirtschaftliche Art der Erzeugung von Codeworten unterschiedlicher Länge aus einer Kr- eigniszahl dar, da sie alle ganzzahligen Werte von Null bis zu einem vorbestimmten Höchstwert annehmen können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Anzahl der Ereignisse groß ist und andere Verfahren, wie z.B. die Iluffman-Codierung wegen

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cior erforderlichen Große ucs Codeverzcichnisscs unv/irtschaftlieh sind. Jedes Codewort besteht dabei aus einem oder mehrerrn Teilfeluern. In dem Codiorverfahrcn wird der t'ert eines jeden Teilfeldes von einen entsprechenden Zi^:hlcr abgeleitet, der die Jur.uner des i.reiynisses auszahlt. Das Decodieren kann durch ein komplementäres Verfahren durchgeführt werden. Die ToiIfelder sind von feststehender Länge und die Anzahl der Toilfeldcr in einem Codewort ist eine monoton ansteigende Funktion der Kreigniszahl. Die Wahrscheinlichkeit einzelner Ereignisse sollte im allgemeinen mit zunehmenaer Ereignisanznhl für eine wirksame Codierung abnehmen. Doch kann die Wahrscheinlichkeitsverteilung örtliche Maxima aufweisen, ohne daß dadurch der Wirkungsgrad zu sehr beeinflußt wird.

Ls v/ar bereits gesagt worden, daß die Segnentverschiebungen in einfacher Weise durch eine Kette von Zählern auf dualer Basis mit den Basen (1_f7) (2,2) (2,2) (2,2) (2,2) (2,2) (4,0) durchgeführt v/erden kann, wobei jedes Paar ganzer Zahlen (131, D2) , in der Reihenfolge, die beiden Basen, die durch den entsprechenden Zähler benutzt werden, angibt. Tig. 15 zeigt ein Blockschaltbilu der ersten drei Zähler 150 bis 152 in der Codierkette. Zur Erzeugung eines einer bestimmten Verschiebung entsprechenden Codewortes wird die Kette zunächst über Leitung 153 bereitgestellt, wodurch alle Zähler auf Null zurückgestellt werden. Dann wird am Eingang 154 eine Anzahl von wählimpulsen zugeführt. Jeder Zähler zählt zunächst normal bis zu seinem obersten Wert B1+B2-1. (Mit anderen Worten wird in dem besprochenen Beispiel der Zähler 150 bis zum Wert 7, der Zähler 151 bis zum Wert 3 und der Zähler 152 bis zum Wert 3 zählen).

Der nächste Impuls bewirkt einen übertrag und der Zählerstand springt zurück auf den Wert B1. Ein nachfolgender Zählvorgang durchläuft die werte B1, B1+1 ... B1+B2-1, effektiv zur Dasis j B2. Die Eingänge 155 bis 157 stellen symbolisch das Laden der

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Zähler 150 bis 152 mit den Werten 1, 2 bzw. 2 ciar. Da üie Werte der Zähler, die auf Leitungen 150, 159 und 1GO auftreten, unmittelbar die Werte der entsprechenden Teilfelder in dem Codewort angeben, muß log_ (B1+B2) eine ganze Zahl gleich der Anzahl der Bits in dem bestimmten Teilfeld sein. Sonst würden einige Kombinationen des Teilfoldes niemals benutzt v/erden, was den Wirkungsgrad verschlechtern würde. B1 und B2 können nicht Null sein, mit Ausnahme des letzten Zählers in der Kette, bei dem B2 Null sein kann. Wenn die Einspeisung von Impulsen über Leitung 154 abgeschlossen ist, dann enthalten die Zähler das geforderte Codewort. Die Gültigkeit eines bestimmten Teilfeldes und damit die Länge des Codewortes wird durch einen Decodierer des vorhergehenden Zählers in der Kette nit den Decodierern 161, 162 und 163 bestimmt. Ist der Zf.hlstnnö größer als oder gleich der Basis B1, dann ist das nächste Teilfeld gültig.

Wenn die komprimierten Bilddaten angezeigt und/oder ausgedruckt werden sollen, müssen sie in ein für die Anzeige oder für den Drucker geeignetes Format expandiert werden. Die Dekompression bildet dabei kein Teil der vorliegenden Erfindung und wird demzufolge nicht beschrieben. Es sei jedoch darauf verwiesen, daß bestimmte Bildelemente aus den eingangsseitig zugeführten Bild ausgeblendet worden sind, so dai? das Bild nicht in seine genaue ursprüngliche Form zurückgeführt werden kann, da keine Aufzeichnung über die ursprüngliche Dicke aufbewahrt worden ist.

Man hat jedoch bei Benutzung der soeben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung für mit alphanumerischen Daten versehene Dokumente festgestellt, daß die Lesbarkeit erhalten bleibt. Da die Bilder auf nur ein Bildelement breite Striche reduziert v/orden sind, kann es manchmal erforderlich sein, einen Strichverstärkungsalgorithmus zur Verstärkung der dargestellten oder gedruckten Zeichen zu verwenden. Ein geeigneter

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einfacher Algorithmus besteht darin, jedes Bildelement, das die Mittellinie darstellt, als ein (beispielsweise unteres rechtes) Bildeleiaent einer aus 2x2 Dildeleinenten bestehenden Gruppe anzusehen. Ist uas Eckbildelement schwarz, dann werden alle Dilelemente der Gruppe in dem verstärkten Bild schwarz. Fig. 16 zeigt das Aussehen der ausgedünnten Zeichen gemäß Fig. 2F nach einer solchen Verstärkung. Das Verstärkungsverfahren glättet das Quantivierungsrauschen aus, so daß das verdickte Abbild tatsächlich angenehmer für das Auge sein kann als das Original. Wenn man außerdem eine Rasterabtastung in einer Kathodenstrahlröhre mit ständiger Wiederholung benutzt, dann ist das verdickte Abbild häufig leichter lesbar als nur die Mittellinie. Der Grund dafür besteht darin, daß die begrenzte Videobandbreitc und die Gauß'sche Punktform den Kontrast von Linien mit nur einer Bildelementstärke herabsetzen.

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Claims (13)

1. ί 7 5 Λ 2 3

   P Λ T E ΓΙ T Λ U S P R U C Ii L

   Anordnung zum Codieren eines ein Abbild einer rasterartig abgetasteten Vorlage darstellenden Haster-Uitimsters, gekennzeichnet durch eine Ausblendschaltung (3; Fig. 7) zur Erzeugung eines codifizierten Raster-Bitmusters, dessen aktive Bits die Fonr von Gegenständen in dem Abbild kennzeichnenden Strichen darstellen, ferner durch einen Segmentverfolger (6; Fig. 12), der aus den aufgenommenen, modifizierten Raster-Bitmustern eine Liste von Segmenten in der Form von die Endpunkte und die Form der Segmente kennzeichnenden Codeworten bildet, derart, daß zunächst jede Bitposition in dem modifizierten Raster-Uitmuster daraufhin untersucht wird, ob sie ein aktives Bildelement enthält, sowie durch Detektoren (54) zur Feststellung, ob ein festgestelltes, aktives Bildelement sich unmittelbar an ein auf der gleichen oder einer vorhergehenden Abtastzeile aktives Bildelement anschließt, sowie durch einen weite ren Detektor (58) für die Ermittlung, ob einander benachbarte, aktive Bildelemente vorgegebene, ihre Lage betreffende Randbedingungen erfüllen, sowie durch Schaltmittel zur Beendigung eines Segments und zum Beginn eines neuen Segments, wenn einander benachbarte Bildelemente die Randbedingungen nicht erfüllen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auablendschaltung (3; Fig. 7) derart aufgebaut ist, ι daß sie ein modifiziertes Raster-Bitmuster erzeugt, das j den Mittellinien der Gegenstände des Abbilds entsprechende Striche darstellt.

   ORIGINAL INSPECTED

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3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ciie Ausblendschaltung (Fig. 7) logische Schaltungen (54; Fig. 3) für die Feststellung von an einer linken Kante, einer rechten Kante, einer Oberkante und einer Unterkante liegenden, in dem Raster-nitmuster enthaltenen, aktiven Bits enthält, die die entsprechenden rechten, linken, oberen und unteren Kanten von Gegenständen in dem Abbild darstellen, und daß logische Schaltmittel (55, 56, 57, 59, 6O, 62, 67) für die Ausblendung von solche Kanten darstellenden, aktiven Bits aus dem Raster-Bitmustcr für die Urzeugung eines modifizierten Raster-Bitmusters vorgesehen sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendschaltung v/eitere logische Schaltkreise (54; Fig. 4) für die Feststellung enthält, ob in dem aufgenommenen Raster-Bitmuster enthaltene, aktive Bits einen rechten Winkel darstellen, und daß ferner Schaltmittel (Fig. 7) für die Ausblendung solcher, einen rechten Winkel darstellenden, aktiven Bits vorgesehen sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendschaltung (3; Fig. 7) eine Detektorschaltung für Randbedingungen (Fig. 5, 6) enthält, bei deren Vorhandensein die Ausblendung eines an sich sonst auszublendenden, aktiven Bits gesperrt ist.
6. 6. Anordnung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendschaltung für die Feststellung von an Kanten und Ecken liegenden aktiven Bits neun nach Art einer 3x3-Matrix angeordneter Verriegelungsschaltungen (51) enthält, durch die eine Untersuchung eines jeden Bits in dem aufgenommenen Raster-Bitmuster und seiner acht benachbarten Bits möglich ist.

   UK 976 002 809825/07CU
7. 7. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentverfolger (6; Fig. 12) einen zur Aufnahme von dem Status gerade verfolgter Segmente anzeigenden Segnent-Statusworten (Fig. 13) dienenden Segmentstatusspeicher (110) aufweist, und daß dabei jedes Segment-Statusvort ein die derzeitige Form des Segmentes angebendes Codewort enthält .
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentstatusspeicher (110) eine der Anzahl der Bildelementpositionen in einer Rasterabtastzeile des Bildes entsprechende Anzahl von Speicherplätzen aufweist, und daß jedes Segment-Statuswort an dem seinem derzeitigen Endpunkt entsprechenden Speicherplatz abgespeichert ist.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentverfolger (6; Fig. 12) auf einen Festwertspeicher (125) mit einem darin abgespeicherten Satz von gültigen Segmentformen besteht, und daß logische Schaltungsmittel (112, 113, 121, 123, 124, 125) vorgesehen sind, die bestimmen, ob eine beabsichtigte Verlängerung eines derzeit verfolgten Segmentes innerhalb eines Satzes gültiger Segmente liegt.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentverfolger (6; Fig. 12) jede modifizierte Rasterabtastzeile in beiden Richtungen abzutasten vermag, um zu bestimmen, ob die Zeile aktive, eine gültige Ausdehung bereits verfolgter Segmente darstellender Bits enthält, für eine Fortschreibung eines solchen, eine gültige Ausdehnung aufweisenden Segmentes, und um zu bestimmen, ob ein vorhandenes Segment beendet werden oder ob neue Segmente begonnen werden sollen.

    UK 976 002 809825/0704
11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Segmentliste liegenden Segmente nach aufsteigender Reihenfolge ihrer Endpunkte geordnet sind.
12. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Endpunkt eines jeden Segmentes entsprechend seinem Abstand von dem Endpunkt des unmittelbar vorhergehenden Segmentes codierbar ist.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der in der Segmentliste enthaltenen Segmente durch ein erstes, die Ausrichtung des Segmentes kennzeichnendes Codewort und durch ein zweites, die Form des Segmentes darstellendes Codewort gekennzeichnet ist.

    UK 976 002 809825/07CU