DE2912273A1

DE2912273A1 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung analoger massignale

Info

Publication number: DE2912273A1
Application number: DE19792912273
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Grad Buchner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-03-28
Filing date: 1979-03-28
Publication date: 1980-10-02

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung analoger
Meßsignale Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung analoger Meßsignale, bei denen das Analogsignal in einem ersten Verfahrensschritt zuerst in ein Digitalsignal, z.B. zwecks Zwischenspeicherung in einem Digitalspeicher, und in einem späteren Verfahrensschritt das Digitalsignal wieder in ein Analogsignal, vorzugsweise zur Darstellung auf einer BiRdaufzeichnungsvorrichtung, wie Bildröhre, Schreiber od.dgl., umgesetzt wird.
Bei der Analog-Digital-Umsetzung bzw. Rückumsetzung der Digitalsignale steigen die Anforderungen an die Qualität der benötigten Umsetzer hinsichtlich Auflösung und Umsetzgeschwindigkeit mit dem Wunsch nach hoher Auflösung der Signale. Sollen also in einem Meßsignal auch noch feinste Amplituden erkannt werden, so wird der Einsatz von dazu unbedingt benötigten schnellen hochauflösenden Wandlern sehr teuer. Dieses Problem ergibt sich beispielsweise in der Ultraschall-Bildtechnik, wo zur Erkennung feiner Strukturechos bisher zur Umsetzung der Echosignale nur Umsetzer höchster Qualität eingesetzt werden konnten. Das Gesantgerätwurde dadurch teuer und zwischengeschaltete Bildspeichersysteme erforderten darüber hinaus der Auflösung entsprechende hohe Speicherkapazitäten.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen Weg der Umsetzung aufzuzeigen, der bei weiterhin hoher Auflösung und hoher Ums etz geschwindigkeitdennoch sehr viel weniger hohe Anforderungen an die benötigten Umsetzer stellt, als dies bisher der Fall war.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Analogsignal vor Umwandlung in ein Digitalsignal vorvarzerrtwird in dem Sinne, daß im Zeitverlauf niedrige gegenüber höheren Signalwerten überproportional angehoben werden und daß das digitalisierte vorverzerrte Signal nach Rückwandlungin ein Analogsignal in komplementärer Weise wieder mit der inversen Verserrungsfunktion der Vorverzerrungentzerrt wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein einem Analog-Digital-Wandler vorzuschaltendes Vorverzerrgliedsowie ein dem Digital-Analog-Wand1ernachgeschaltetes Entzerrglied.
Durch die Verzerrung erfahren Analogsignalekleiner Amplitude eine höhere Auflösung als åenegrößererQmplitude. Im Falle der Ultraschall-Bildtechnikwerden also beispielsweise aufgrund der erfindungsgemäßen Verzerrung den kleinen Echosignalen bei der Digitalisierung durch die höhere Auflösung mehr Grauwerte zugeordnet, als dies für die Echosignale größerer Amplitude der Fall ist. Dies bedeutet jedoch, daß man insgesamt gesehen mit einem Analog-Digital-Wandler sehr viel geringerer Auflösung als bisher zu einer brauchbaren Signalumwandlung gelangt. Wie die Praxis gezeigt hat, können aufgrund der Erfindung jetzt Analog-Digital-Wandler eingesetzt werden, die mit einer Auflösung von z.B. nur 4 Bit gegenüber einer Auflösung von bisher 6 bis 8 Bit bei herkömmlichen Analog-Digital-Wandlern auskommen. Dasselbe gilt für den Digital-Analog-Wandler, der zur Rückgewinnung der digitalen Information in das ursprüngliche Echosignal das Digitalsignal mit der inversen Verzerrungskurve der Vorverzerrung wieder entzerrt. Man erhält auf diese Weise einen linearen Zusammenhang zwischen dem analogen Eingangssignal und dem analogen Ausgangssignal bei gleichzeitig stark erhöhter Auflösung der kleinen Struktursignale. In der Ultraschall-Bildtechnik ermöglicht speziell dieses Verfahren bei der Darstellung helligkeitsmodulierter Bildaufzeichnungen auf einer Bildröhre trotz geringer Gesamtauflösung des Analog-Digital-Umsetzers eine gute Differenzierung feiner Strukturechos im unteren Grauwertberaich. Die Signalumwandlung ist gleichzeitig an die Physiologie des Auges angepaßt, die im unteren Grauwertbereich eine höhere Empfindlichkeit aufweist als bei großen Helligkeitswerten.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbincu^-,gmit den U-qteransprüchen.
Es zeigen: dica die Erfindungim Prinz¾oschaItbild Fig. 2 bis 5 die Funktionsweise der Schaltung bei Übertragung einer Sägezahnspannung anhand von Spannungsdiagrammen, Fig. 6 in Form eines Diagrammes den Vergleich der Auflösung bei Konversion mit und ohne Verzerrung.
In der Fig. 1 wird das analoge Eingangssignal UE, z.B.
Ultraschall-Echosignal, in einem Vorverzerrer 1 vorverzerrt und die vorverzerrte Spannung UV dann einem Analog-Digital-Umsetzer 2 relativ geringer Auflösung (z.B. 4 Bit) zugeleitet. Die Fig. 2 und 3 zeigen die erreichte Verzerrung am Beispiel einer linear ansteigenden Spannung UE(t). Durch die Digitalisierung im Analog-Digital-Umsetzer 2 ergibt sich höhere Auflösung für niedrigere als für höhere Signalwer-te. Die so digitalisierten Werts werden über eine Digitalverarbeitungseinheit 3, z.B. Digitalspeicher zur Zwischenspeicherung und sonstigen erwünschten Signalverarbeitung, auf einen Digital-Analog-Umsetzer 4, z.B. ebenfalls geringer Auflösung (z.B. 4 Bit), zur Rückwandlung in Analogwerte gegeben. Das Ergebnis ist die Analogspannung UDA, die in Abhängigkeit von der ursprünglichen Eingangsspannung UE den in der Fig. 4 dargestellten Verlauf hat. Wird dieser Spannungsverlauf UDA in dem Entzerrglied 5 dann mit dem inversen Funktionsverlauf der Vorverzerrung wieder entzerrt, so ergibt sich der in der Fig. 5 dargestellte Verlauf UA in Abhängigkeit von UE. Man sieht, daß das gewonnene Analogsignal UA, bezogen auf das Eingangs signal UE, im Bereich niedriger Signalamplituden UE eine höhere Auflösung aufweist als im Bereich höherer Signalamplituden UE. Im Falle der Anwendung auf Ultraschall-Echodarstellung, insbesondere mittels Bildröhre ergibt sich somit eine Bilddarstellung, die trotz geringer Gesamtauflösung des Analog-Digital-Wandlers eine gute Differenzierung feiner Strukturechos im unteren Grauwertbereich erlaubt.
Wie gut die Auflösung im unteren Amplitudenbereich der Signale UE ist, zeigt das Diagramm der Fig. 6, das als Kurve II den Verlauf der Auflösung a in Abhängigkeit von der Eingangsspannung UE bei erfindungsgemäßer Vorverzerrung und hachfolgender Entzerrung zeigt. Die gestrichelte Lz:ie 1 zeigt den Verlauf der Auflösung nach herkömmlicher Ar@, also ohne Vorverzerrung und nachfolgender Entzerrung. Man sieht, daß im Bereich niedriger Spannungen UE, d.h. im erwünschten Strukturbereich der Signalspannung, bei Anwendung vorliegender Erfindung gegenüber bisher höhere Auflösungsgrade erreicht werden

Claims

Patentansprüche Verfahrenzur Verarbeitung analoger Meßsignale, bei dem das Analogsignal in einem ersten Verfahrensschritt zuerst in ein Digitalsignal, z.B. zwecks Zwischenspeicherung in einem Digitalspeicher, und in einem späteren Verfahrensschritt das Digitalsignal wieder in ein Analogsignal, vorzugsweise zur Darstellung auf einer Bildaufzeichnungsvorrichtung, wie Bildröhre, Schreiber oder dgl., umgesetzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Analogsignal (UE) vor Umwandlung in ein Digitalsignal vorverzerrt wird in dem Sinne, daß im Zeitverlauf niedrige gegenüber höheren Signalwerten überproportional angehoben werden und daß das digitalisierte vorverzerrte Signal nach Rückwandlung in ein Analogsignal (UDA) in komplementärer Weise wieder mit der inversen Verzerrungsfunktion der Vorverzerrung entzerrt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Vorverzerrungmittels einer Verzerrungsfunktion erfolgt, die einen nichtlinearen, vorzugsweise exponentiellen oder quadratischen, Verlauf aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Entzerrung entsprechend mittels inversem nichtlinearen, vorzugsweise exponentiellem oder quadratischem, Zeitverlauf erfolgt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h ein einem Analog-Digital-Wandler (2) vorzuschaltendes Vorverzerrglied (1) sowie ein dem Digital-Analog-Wandler (4) nachgeschaltetes Entzerrglied (5).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens der Analog-Digital-Wandler (2), vorzugsweise jedoch auch noch der Digital-Analog-Wandler (4), niedrige Auflösung, z.B.

etwa 4 Bit, aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Digitalschnittstelle 2;wischenAnalog-Digital-Wandler (2) und Digital-Analog-Wandler eine Anordnung (3) zur Verarbeitung der Digitalsignale, insbesondere Digitalspeicher, eingeschaltet ist.