DE2922091C2

DE2922091C2 - Verfahren zur Analog-Digital-Umwandlung von gestörten Analogsignalen

Info

Publication number: DE2922091C2
Application number: DE2922091A
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiko Kyoto Yamada
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1978-06-02
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1983-03-17
Also published as: US4222077A; GB2022966A; FR2427740B1; JPS54157424A; GB2022966B; FR2427740A1; JPS6053938B2; DE2922091A1

Description

und wobei

in Abhängigkeit von dem bei einem definierten

Abtastvorgang identifizierten Augenblickswert des

ersten Analogsignale

entweder

el) dieser Augenblickswert digitalisiert wird, wenn

er ei«. Extremwert ist. oder
c2) alle in einem AbtastimervaH ermittelten Abtastwerte gemittelt und der Mittelwert digitalisiert wird,

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gekennzeichnet durch folgende weitere Verfahrensschritte zur Feststeilung, ob es sich bei einem identifizierten Extremwert um einen solchen im ersten Analogsignal an sich oder um Spitzen des überlagerten Signals handelt:

d) es wir* ein vom ersten Analogsigna! abgeleitetes zweites Analogsignal generiert, das gegenüber Jem ersten Analogsignal geglättet ist

e) aus erstem und zweitem Analogsignal wird in einem Differenz verstärk«., ein Differenzsignal (Kontrastsignal) erzeugt

Q das Differenzsignal wird einem Komparator zugeführt dessen Schwellwerte dem Unterschied zwischen einem Extremwert im Analogsignal an sich und einer Spitze in der Überlagerung entsprechend vorgegeben sind.

g) das Ausgangssignal des !Comparators wird einem Wellenformbildner zugeführt in dem den über den Schwellwerten liegenden Ausgangssignalen des !Comparators entsprechende Extremwerte im Analogsignal an sich repräsentierende Rechteckimpulse generiert werden (diskriminierendes Signal),

h) diese Rechteckimpulse werden der Digitalisierungss -haltung zugeführt, wo sie entweder die Digitalisierung des Extremwertes oder des Mittelwertes initiieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Abtastfrequenz zu Abtastintervall 3 (drei) beträgt.

3. Verfahren zur Bildreproduktion unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2. wobei ein Abtastkopf ein Originalbild abtastet und ein erstes analoges Originalbildsignal erzeugt wobei das genannte erste analoge Originalbildsignal in Öriginal-Digitalbildsignale umgewandelt wird, wobei die Digital-Originalbildsignale in einem Speicher gespeichert werden, wobei ferner Digital-Reproduktionsbildsignale vom Speicher herausgelesen und in ein Analog-Reproduktionsbildsignal umgewandelt werden, das dazu verwendet wird, ein Reproduktionsbild zu erzeugen, und wobei schließlich die Digital-Originalbildsignale bei einer bestimmten Abtastfrequenz erzeugt werden, wobei Werte erzeugt werden, die repräsentativ für das erste analoge Originalbildsignal sind, und zwar mit einer Abtastfrequenz, die ein Vielfaches π eines Abtastintervalls ist dadurch gekennzeichnet daß die Pegeldifferenz zwischen dem ersten analogen Originalbildsignal und einem zweiten Analogbild, das eine geglättete Version des ersten Ot .ginalbildsignals ist ermittelt wird, um ein drittes Analogsignal zu erlangen, das extreme Werte umfaßt daß extreme Positionen im dritten Analogsignal diskriminiert werden, und zwar in Synchronisation mit η aufeinanderfolgend erzeugten repräsentativen Werten durch Einstellen negativer und positiver Schwellwertpegel, um ein viertes Signal zu erzeugen, das mit den Extremwerten korrespondiert und daß jedes generierte Digitalsignal auf der Grundlage der π aufeinanderfolgend erzeugten repräsentativen Werte erzeugt wird, und zwar in folgender Weise:
Es wird entweder ein als Extremwert identifizierter Augenblickswert erkannt und digitalisiert oder es werden die in einem Abtastintervall ermittelten Abtastwerte gemittelt und der Mittelwert digitalisiert

4. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet daß r den Wert 3 (drei) hat

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Analog-Digital-Umwandlung von durch hochfrequente Signale überlagerten Analogsignalen, wobei

a) ein erstes Analogsignal mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz abgetastet wird, und
b) die Abtastfrequenz ein Vielfaches eines Abtastintervalls betragt, an dessen Ende jeweils eine Digitalisierung erfolgt.

und wobei

in Abhängigkeit von dem bei einem definierten Abtastvorgang identifizierten Augenblickswert des ersten Analogsignals entweder

el) dieser Augenblickswert digitalisiert wird, wenn er so ein Extremwert ist.

oder

c2) alle in einem Abtastintervall ermittelten Abtastwerte gemittelt und der Mittelwert digitalisiert wird.

55 Bei bekannten Einrichtungen zum Reproduzieren eines Bildes, wobei ein Originalbild abgetastet und Analogfcldsignale erzeugt werden, werden die Analogsignale dadurch in digitale Bildsignale umgewandelt.

so daß mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz abgetastet wird. Diese digitalen Bildsignale werden den einem Speicher eingegeben, sodann gelesen, in analoge Ausgangssignale umgewandelt, und sodann wir ein Reproduktionsbild dadurch erzeugt, daß diese analogen Reproduktionsbildsignale benutzt werden. Auf diese Weise hängt der Frequenzbereich des vernünftigerweise reproduzierbaren Analogsignals im wesentlichen von der Abtastfrequenz ab; je höher die Abtastfrequenz ist,

umso feiner ist das reproJ.i.'ierbare Detail· Andererseits steigt mit dem GröOerwerden der Abtastfrequenz die notwendige Speicherkapazität, was wiederum höhere Kosten nach sich zieht Deswegen sind der Steigerung der Abtastfrequenz praktische Grenzen gesetzt

Um die zuvor erwähnten Nachteile zu vermeiden, wurden bereits von dem Erfinder selbst andere analog-digitale Umwandlungsmetnoden für ein Analogsignal vorgeschlagen. So wird beispielsweise in jenem Fall ein analoges Bildsignal in digitale Signale dadurch to umgewandelt, daß uas Abtasten mit einer bestimmten Abtastfrequenz geschieht die vom Analogbildsignal abhängt und zwar durch Abtasten von Untersignalen mit einer Frequenz von 3fa, die das Dreifache der Frequenz f₀ des Ausgangssignals selbst beträgt Als Pegel des Ausgangssignals erhält man dann den folgenden Wert:

Ist das zweite von drei aufeinanderfolgenden Abtast-Unteragnalen ein Extremwert d. h. ein Maximum oder ein Minimum, so ist es dieses selbst; andernfalls ist es der Mittelwert der drei aufeinanderfolgenden Entnahme-Untersignale.

Dieses Verfahren ist Gegenstand der alteren Patentanmeldung P 29 06 519.

In diesem Falle wird also die Frequenz des Signals zum Abtasten des Analogsignals auf den dreifachen Wert angehoben: die Anzahl der Abtastsignale, die dem Speicher zugeführt werden, ist jedoch bei dem · herkömmlichen Verfahren dieselbe.

Auf diese Weise läßt sich ein herkömmlicher Speicher ohne Steigerung seiner Kapazität einsetzen.

Dieses Verfahren hat jedoch ebenfalls einen Nachteil. Dieser besteht darin, daß beim Mischen von Geräuschkomponenten in ein Analogsignal gemäß Fig. ta und gemäß der gezackten Linie von F i g. Ib. die Geräuschkomponenten dann aufgenommen werden, wenn der Pegel des Abtastsignals bei einem Extrempunkt liegt oder diesem sehr nahekommt

Dies bedeutet folgendes: Wird das Bildsignal von Fig. Ib nach dem vorbeschriebenen Verfahren entnommen. und zwar während der Abtastintervalle I. IM und IV des Entnahmesignals mit der Frequenz /Ό (Abtastzeit I//0). so ist der Pegel des Probenabtastsignals gleich dem Mittelwert der drei Abtast-Untersignale mit der Frequenz 3/Ό (Abtast-Unter-Zeitspanne i/3/o) und in den Abtast-Intervallen II. V und VI des Abtastsignals ist der Pegel des Abtastsignals im wesentlichen gleich dem Extremwert der drei Abtast-Untersignale.

Wie in Fig. I beispielsweise in Abtast-Intervall V dargestellt, wird die Geräuschkomponente des Extremwertes als Ausgangspegel d?s Abtastsignals angenommen, da relativ große Geräuschkomponente im Bildsignal eingeschlossen ist. obgleich die Abtast-Untersignale einfach ansteigen oder abnehmen und der Mittelwert von diesen der richtige Ausgang sein sollte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine analog-digitale Umwandlungsmethode für ein Analogsignal anzugeben, bei der Überlagerungen des Analogsignals, die durch Störungen hervorgerufen sind, sicher als Störimpulse identifiziert und letztlich eliminiert eo werden.

Der Erfindung (tegt weiterhin die Aufgabe zugrunde. ein Bildreproduktionsverfahren zu schaffen, das die analog-digitale Umwandlung unter Verwendung der obengenannten Methode durchführt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe, festzustellen, ob es sich bei einem identifizierten Extremwert um einen solchen im ersten Analogsignal an sich oder um Spitzen des überlagerten Signals handelt wie folgt gelöst:

d) es wird ein vom ersten Analogsignal abgeleitetes zweites Analogsignal generiert, das gegenüber dem ersten Analogsignal geglättet ist

e) aus erstem und zweitem Analogsignal wird in einem Differenzverstärker ein Differenzsignal (Kontrastsignal) erzeugt

f) das Differenzsignal wird einem Komparator zugeführt, dessen Schwellwert dem Unterschied zwischen einem Extremwert im Analogsignal an sich und einer Spitze in der Oberlagerung entsprechend vorgegeben sind,

g) das Ausgangssignal des Komparators wird einem Wellenformbildner zugeführt in dem den über den Schwellwerten liegenden Ausgangssignalen des Komparators entsprechende Extremwerte im Analogsignal an sich repräsentierende Rechteckimpulse generiert werden (diskriminierendes Signal)

h) diese Rechteckimpulse werden der Digitalisierungsschaliung zugeführt wo sie ntwedcr die Digitaiisierung des Extremwertes odti' r'es Mittelwertes initiieren.

Weitere Einzelheiten der Erfindung, insbesondere im Hinblick au' ihre praktische Anwendung, sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

F i g. 1 zeigt in schematischer Ansicht e.n analoges Bildsignal, mit und ohne Geräuschkomponenten, sowie mit Abtast-Intervallen und Abtast-Unterintervallen:

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines diskriminierenden Signals, das gemäß der Erfindung verwendet wird;

F i g. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines in F i g. 2 dargestellten Spiegels:

F i g. 4 zeigt eine schematische Ansicht von Signalen zum Erläutern der Schaltungsanordnung von F i g. 2;

F i g. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Abtasten eines Bildsignals gemäß der Erfindung:

F i g. j zeigt eine schematische Ansicht eines Zeitdiagrammes von Zeitimpulsen gemäß F i g. 5.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform einer Schaltung zum Erzeugen eines diskriminierenden Signals g_t soll im folgenden beschrieben werden. Zunächst werden in herkömmlicher Weise ein Bildsignal oder scharfes Signal g\ (erstes Analogsignal) und ein unscharfes oder geglättetes Signal gi (zweites Analogsignal) in folgender Weise erzeugt: Es wird ein Lichtstrahl 1, der von einem nicht dargestellten Originalbild ausgesandt wird, auf das Zentrum eines Spiegels 2 gerichtet, der in diesem Zentrum eine kleine Aussparung 21 a-fweist (5. F i g. 3). Es tritt somit jener Teil des Lichtstrahls I. der eine starke Abtastfähigkeit hat. durch die Aussparung hindurch und fällt sodann nac','· seiner Reflexion an einem anderen Spiegel 3 auf einen fotoelektrischen Umwandler 7. Dieser fotoelektrische Umwandler 7 er/eupt ein Bildsignal oder Scharfsignal gu wie in F i g. 4 dargei .eilt. Andererseits wird derjenige Teil des Lichtst-ahls I. der keine so hohe Abtastfähigkeit wie der zentrale Teil hat, von den Kantenbereichen 22 des Spiegels 2 reflektiert — wie in F i g, 3 dargestellt — und fällt auf den fotoelektrischen Umwandler 6. Dieser fotoelektrische Umwandler 6 erzeugt das unscharfe oder geglättete Signal g2, das den allgemeinen Trend der Intensität des Originalbildes wiedergibt, und

zwar ohne scharfe Spitzen und Täler, die mit dem scharfen Signal g\ verbunden sind, so wie in Fig.4. Die Empfindlichkeiten der Umwandler 6 und 7 werden derart eingestellt, daß sie das scharfe Signal ^i und das unscharfe Signal gi auf denselben Maßstab bringen. Das unscharfe Signal ist somit eine Art von geglätteter Version des scharfen Signals.

Das Bildsignal g\ und das unscharfe Signal #2 werden einem Differenzverstärker 8 eingespeist. Hier wird die Pegeldifferenz zwischen den beiden Signalen g\ und ^erfaßt und ein Kontrastsignal g_} abgegeben, in welchem detailliert die extremen Werte in gewissen negativen und positiven Pegeln erscheinen (s. g_} in F ig-4).

Ein Kontrastsignal g% wird einem Absolutwertverstärker oder Signalpolarisationsseparator 9 inklusive Operationsverstärker 9a eingegeben und dann den Operationsverstärkern 10a und 11a von negativen und positiven Komparatoren 10 und 11 zugeführt. Jeder Komparator 10 oder 11 umfaßt ein Potentiometer 12 oder 13. das an eine nicht dargestellte, normale Spannungsquelle angeschlossen ist, sowie einen Eingang der Operationsverstärker 10a und Ha.

Um die extremen Werte im Kontrastsignal gj zu diskriminieren, werden positive und negative Schwellwerte 16 und 17 dadurch auf das Kontrastsignal g\ eingestellt, daß die Potentiometer 13 und 12 eingestellt werden, und zwar je nach Amplitude der Geräuschkomponenten, so wie g) in F i g. 4. Sodann diskriminieren die Komparatoren 10 und Il die negativen und positiven Extremwerte, an denen die Pegel außerhalb der Schwellwerte 16 und 17 liegen.

Die Ausgangssignale aus den negativen und positiven Komparatoren 10 und 11 werden einem Trennverstärker 14 und anschließend einem Wellenformbildner 15 zum Erzeugen einer scharfen Wellenform zugeführt. Der Wellenformbildner 15 gibt ein diskriminierendes Signal g* ab. bei dem negative und positive Extremwertsignale einen bestimmten Pegel haben (s. F i g. <*·). Wie sich aus Fig.4 klar erkennen läßt, entsprechen die Positionen der extremen Negativ- und Positivsignale des diskriminierenden Signals gt den Extremwerten des Kontrastsignals gi und auch den Extremwerten des Bildsignals g\.

Das diskriminierende Signal g* wid zum Regeln einer Vorrichtung zum Abtasten eines Bildsignals g\ verwendet, wie im folgenden beschrieben werden wird.

F i g. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Abtasten eines Bildsignals g, gemäß der Erfindung, wobei drei Abtast-Untersignale in einer Abtastperiopde gebildet werde.!.

Ein Analogsignal, z. B. ein Bildsignal, wird einem Abtast- und Haltekreis 30 eingegeben und dort in Synchronisation mit einem Zeitsteuerimpuls (a) gemäß Fig.6a abgetastet, der dieselbe Frequenz 3fo wie die Abtast-Untersignale hat Das abgetastete Analogsignal wird in einem Analog-Digital-Wandler 31 in ein Digitalsignal umgewandelt, und zwar in Synchronisation mit einem Zeitsteuerimpuls (b)gemäß Fig.6b.

Das digitalisierte Signal wird sodann aufeinanderfolgend in Schieberegistern 32,33 und 34 in Synchronisation mit einem Zeitsteuerimpuls (c) gemäß Fig.6c aufeinanderfolgend abgespeichert Die in den Schieberegistern aufeinanderfolgend aufgezeichneten drei Digitalwerte werden einem Addierwerk 35 eingegeben und addiert, und zwar in Synchronisation mit einem Zeitsteuerimpuis (d) gemäß F i g. 6d. Der addierte Wert wird einem Divisions-Schaltkreis 36 zugeführt und dort durch die Zahl 3 dividiert, um den Mittelwert /u erlangen, und /.war in Synchronisation mit einem Zeitsteuerimpuls (e) gemäß F i g. 6c. Der aus dem Divisions-Schaltkreis 36 kommende Mittelwert wird einem Multiplexer 37 zukgeführt, während die in den Schieberegistern 32, 33 und 34 aufgezeichneten, aufeinanderfolgenden drei Digitalwerte dem Multiplexer 37 eingegeben werden.

Das diskriminierende Signal g* mit den negativen und positiven Extremwertsignalen wird einem ODER-Gatter 40 zugeführt, und zwar über Dioder, sowie über einen nichtinvertierenden Trennverstärker JB und einen invertierenden Trennverstärker 39. Das ODER-Oatter 40 gibt dann ein Ausgangssignal ab, das das gleiche ist. wie das diskriminierende Signal g*. ausgenommen jedoch, daß alle Extremwertsignale positiv sind. Der Signalausgang von dem ODER-Gatter 40 wird Signalspeicherschaltungen AXa. 416 und 41c, sowie UND-Schaltungen 42a. 426 und 42c zugeführt. Ein Zeitschaltwerk gibt Impulse ha. hb und hc ab (siehe F i g. 6), und zwar zum Auswahlen der in den Schieberegistern Si, SS und 34 gespeicherten Digitalwerte, und iwar dann, wenn das Extremwertsignal von dem ODER-Signal abgegeben wird, und den UND-Schaltungen 42a. 426 und 42c zugeführt, wie im folgenden beschrieben. Jede UND-Schaltung 42a. 426 oder 42c gibt ein Hochpegei- oder ein Niedrigpegelsignal an den Eingang der Signalspeicherschaltung 41a, 416 ode· 41c ab

Ist der Pegel des Signalausgangs von dem ODER-Gatte* 40 hoch, d.h. wird das Extremsignal von dem ODER-Gatter 40 abgegeben, während der Pegel des Zeitschaltimpulses ha. hb oder hc hoch ist, so gibt die UND-Schaltung 42a. 42boder 4A-das Hochpegelsignal ab. Die Signalspeicherschaltung 41a. 416 oder 41c speichert den Signalausgang aus dem ODER-Gatter 40 und gibt ein Hochpegelsignal an einen Decodierer 43 weiter. Sodann gibt der Decodierer 43 einen Befehl ab. um den in den Schieberegistern 32,33 oder 34 aus dem Multiplexer 37 gespeicherten Digitalwert durchlaufen zu lassen. Ist andererseits der Pegel des Signalausgangs des ODER-Gatters 40 gleich Null oder sehr niedrig, d. h. das ODER-Gatter 40 gibt kein Extremwertsignal ab, so geben die UND-Schaltungen 42a. 426 und 42c Niedrigwertsignale ab. Sodann liefern die Signalspeicherschaltungen 41a, 416 und 41c die Niedrigpegelsignale dem Decodierer 43. Sodann liefert der Decoder 43 einen Befehl zum Durchlassen des Mittelwertes, der in dem Divisions-Schaltkreis 36 aus dem Multiplexer 37 errechnet wurde. Das Ausgangssignal des Multiplexers 37 wird der nachfolgenden Einrichtung, beispielsweise einem Digitalspeicher, zugeleitet.

Es ist ohne weiteres verständlich, daß si^h die Extremwerte der Abtast-Untersignale während der Abtastperiode V in Fig.4 entsprechend dem oben beschriebenen, vorbekannten Verfahren für den Pegel des Abtastsignals herausgreifen lassen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, da kein diskriminierendes Signal g* erfaßt ist, jedoch der Mittelwert der Abtast-Untersignale, als wahrer Pegel des Abtastsignals genommen.

Die während eines Abtastintervalls gebildeten Abtast-Untersignale sind jedoch bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens keineswegs auf drei beschränkt, sondern können auch mehr als drei betragen.

Ferner liegt es durchaus im Rahmen der Erfindung, an Stelle des unscharfen Signais gi ein weiteres analoges Signal zu verwenden, das dadurch erzeugt werden kann.

daß das Bildsigna! g\ durch ein geeignetes Tiefpaßfilter geschickt wird. Dabei entsteht ein dem unscharfen Signal ähnliches Signal, das seinerseits in Beziehung zu dem Bildsignal g\ steht.

Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, das diskriminierende Signal entsprechend den Extremwerten eines Analogsignals zu erlangen, das seinerseits mit dem Bildsignal g\ in Beziehung steht.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Analog-Digital-Umwandlung von durch hochfrequente Signale überlagerten Analogsignalen, wobei

a) ein erstes Analogsignal mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz abgetastet wird, und

b) die Abtastfrequenz ein Vielfaches eines Abtast- to Intervalls beträgt an dessen Ende jeweils eine Digitalisierung erfolgt,