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Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Bildpunkt-
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signalen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Bildpunktsignalen
fir die Darstellung eines aus- matrixartig angeordneten Bildpunkten bestehenden
Bildes auf einer Darstellungsanordnung aus transformierten Bildpunktdaten, die durch
eine orthogonale Transformation nach einem schnellen Transformationsalgorithmus
aus den Bildpunktdaten jeweils eines quadratischen Unterbildes gegebener Größe eines
eben ills aus matrixartig angeordneten Bildpunkten bestehenden Originalbildes erzeugt
sind, sowie eine Anordnung zur Durchffihrun,g dieses Verfahrens.
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Derartige Transformationen von Bildern sind bekannt, beispielsweise
aus "Proceedings of the iEEE", Vol. 60, Nr. 7, Juli 1972, Seiten 809 - 820, wobei
verschiedene Transforkationen angegeben sind. Die technische Ausführungsolcher Transformationen
ist in dem Buch von L, R. Rabiner und B. Gold "Theory and Application of Digital
Signal Processing" Prentice-Hall, Inc. 1975 angegeben, insbesondere in den Abschnitten
6 auf Seite 356 bis Seite 381 und 10 auf den Seiten 573-bis 626. Derartige Transformationsverfahren
und -anordnungen dienen dazu, die für die Übertragung oder Speicherung von Bildern
benötigte Informationsmenge zu reduzieren, ohne die Bildqualität wesent-1 ich zu
beeinträchtigen. Die Durchführung einer Transformation kann dabei schrittweise erfolgen,
wobei in einem ersten Schritt jeweils aufeinanderfolgend zerschiedene Gruppen von
wenigen Bildpunkten eines Unterbildes verknüpft werden und diese Ergebnisse dann
in weiteren Schritten weiterverknüpft werden. Dadurch läßt sich durch die mögliche
Mehrfachausnutzung der Verkn#ipfungsscheltungen eine Einsparung erzielen, wenn auch
auf Kosten der Zeit.
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Anhand der Fig. 1 soll die Hadamsr-Transformation eines Bildes bzw
Untere es erläutert werden. Die #ig. . 1 zeigt ein Bild mit 8x8 Bildpunkten, die
zeilenweise von O bis 63 durchnumeriert sind. Zur schrittweisen vollstandigen Transformation
dieses Bildes kann nun wie folgt vorgegangen werden.
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Zunächst werden die Signale der Bildpunkte 0, 1, R und 9, die mit
einem ausgezogenen Viereck versehen sind, einer Basis-Hadamard-Transformation untensorfen,
d.h. mit der nachstehenden Hadamard-Matrix multipliziert:
Dabei entstehen vier transformierte T-:ierte aus den Werten der vier Bildpunkte
in nachstehend angegebener Weise, wobei die erte der Bildpunkte durch die in Klammern
gesetzte Nummer des Bildpunktes symbolisiert wird und jedem transformierten Wert
zur besseren Übersicht ein Platz in der Bildmatrix zugeordnet wird, wobei der transformierte
Wert durch die in Klammern gesetzte Nummer des zugeordneten Platzes und einem Apostroph
bezeichnet ist: (0)' (O) + (1) + (8) + (9) (1)'= (O) - (1) + (8) - (9) (2) (8)'=
(O) + (1) - (8) - (9) (9)'= (O) - (1) - (8) + (9) Hierfür kann eine festverdrahtete
Recheneinheit verwendet werden, wie später noch erläutert wird.
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Als nächstes werden die Bildpunkte 2, 3, 10 und 11, die gestrichelte
Vierecke enthalten, in gleicher Weise verarbeitet und entsprechend abgespeichert,
usw., bis schließlich das gesamte Unterbild in dieser Art verarbeitet worden ist
und eine Matrix von in einem ersten Schritt transformierten Bilddaten vorliegt.
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In einem zweiten Verarbeitungsschritt werden dann diese transformierten
Bilddaten weiterverarbeitet, und zwar beispielsweise zunächst die transformierten
J rìdaten der Punkte 0, 2, 16 und 18, die ein ausgezogenes Dreieck enthalten, und
die zweifach transformierten Bilddaten werden wieder entsprechend der Anordnung
der Punkte in einer weiteren Matrix zwischengespeichert. Danach werden die Teerte
der Bildpunkte Ii 3, 17 und 19? die gestrichelte Dreiecke enthalten, in gleicher
Weise verarbeitet und abgespeichert, usw. , bis alle transformierten Bilddaten ein
weiteres fJ.al transformiert sind, jedoch in anderer Anordnung, wie vorstehend beschrieben
ist.
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In einem dritten Schritt werden dann zunächst die doppelt transformierten
Bilddaten der Punkte 0, 4, 32 und 36 die einen ausgezogenen Kreis enthalten, mit
der Basis-Hadamard-Matrix verarbeitet und die dabei entstehenden Werte den entsprechenden
Punkten zugeordnet gespeichert. Danach ^/erden die doppelt transformierten Bilddaten
der Punkte 1,5, 33 und 37, die je einen gestrichelten Kreis enthalten, in entsprechender
Weise verarbeitet und zwischengespeichert, usw., bis schließlich die gesamte Matrix
der doppelt transformierten Bilddaten ein weiteres Mal transformiert worden ist.
Damit ist die Transformation des gesamten Bild-es bzw.
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Unterbildes abgeschlossen, und die einzelnen Koeffizienten, wie die
schließlich erhaltenen transformierten Bilddaten genannt werden, liegen in einer
bestimmten Anordnung in einer Matrix vor. Die weitere Beschreibung bezieht sich
nun immer auf eine solche Anordnung, wobei eine andere Anordnung bzw. Reihenfolge
der Koeffizienten, die beispielsweise durch Multiplikation aller Bilddaten des Bildes
bzw.
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Unterbildes parallel mit einer Hadamard-Matrix entsprechend höherer
Ordnung entsteht, durch entsprechende UmadressieruncM in der Matrix auf die vorher
beschriebene Anordnung der Koeffizienten zurückgeführt werden kann. Dies gilt nicht
nur für die Hadsmard-Transformation, sondern für alle Orthogonaltransformationen,
deren Transformationsmatrizen aufeinanderfolgend durch ein Kroneckerprodukt von
Basismatri-
zen erzeugt werden können, d-.h. beispielsweise auch
die schnelle Fourier-Tr?nsformation.
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Die Rücktransformation, d.h. die Erzeugung der ursprtinglichen Bildsignale
aus diesen transformierten Bilddaten bzw. Koeffizienten, geschieht durch ?klltiplik.?tion
mit einer inversen Transformationsmatrix, und eine solche Riicktransformation kann
in gleicher Weise wie die Hintransformation in mehreren Schritten vorgenommen werden.
Die Ouantisierung der Koeffizienten nach der Hintransformation ist dabei nicht näher
berSicksichtigt worden, da diese für die Erfindung keine Rolle spielt.
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In manchen Anwendungsfällen ist es nun erwünscht, ein rticktransformiertes
Bild mit einem verringerten Format zu erhalten, das also eine geringere Anzahl von
Bildpunkten enthalt, um beispielsweise auf einer kleinen Sichtfläche eine Übersichtsdarstellung
mehrerer Bilder nebeneinander zu erzeugen und daraus ein Bild auszuwählen, das anschließend
in vollem Format dargestellt werden soll. Eine derartige Darstellung mit verringertem
Format könnte dadurch erfolgen, daß von dem gesamten rücktransformierten Bild in
Zeilen- und Spaltenrichtung nicht jeder Bildpunkt, sondern nur jeder zweite, dritte
usw. Bildpunkt verwendet wird, entsprechend dem gewünschten Verkleinerungsrnaßstab.
Dabei besteht aber die Gefahr, daß mehrere aufeinanderfolgende ausgewählte Bildpunkte
zufällig eine unwesentliche Bildinformation oder gar einen Fehler enthalten, so
daß ein auf diese Weise erzeugtes Bild als Üiberaichtsbild ungeeignet ist, da es
die wesentliche Information des Bildes gerade nicht zeigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten
Art anzugeben, mit dem Bilder auf einfache Weise direkt in einem kleineren Format
aus den transformierten Bilddaten bzw. Koeffizienten erzeugt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung
der Bildpunktsignale eines gegenüber dem Orizinalbild
um den linearen
Faktor 2P verkleinerten Bildes mit einer um 22P verringerten Anzahl von Bildpunkten
~rittel einer Recheneinheit, bei Anordnung der ,@ransformiorten Bildpunktdaten weils
eines Unterbildes als quadratische Matrix nur die jeweils im Abstand des linearen
Verkleinerungsfaktors in Zeilen- und/oder Spaltenrichtung voneinander entfernten
Bildpunktdaten in mehreren Verarbeitungs -schritten verarbeitet werden. indem in
jedem V»rarbeitunfflsschritt Gruppen von jeweils 4 BildnunktHaten der Reeheneinheit
zum Multiplizieren mit en [erton der Basis-Rücktransformationsmatrix zugeführt
und die zwi schengespe 1 cherten Ausgangssignale der Recheneinheit jeweils als in
einer Natrix angeordnete Zwischendaten im folgenden Vararbeitung.sschritt weiterverarbeitet
werden, wobei die 4 Bildpunktdaten jeder Gruppe im ersten Verarbeitungsschritt im
Abstand von der halben Kantenlänge der Matrix in Zeilen-und/oder Spaltenrichtung
und in jedem folgenden Verarbeitungsschritt einen gegenüber dem vorhergehenden Verarbeitungaschritt
halbierten Abstand haben, und daß nach dem Verarbeitungsschritt, in dem die 4 Bildpunktdaten
jeweils einer Gruppe in der Matrix unmittelbar benachbart sind, die Ausgangssignale
der Recheneinheit als Bildpunktsignale der Darstellungsanordnung zugeführt werden.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß nur eine Anzahl von transformierten
Bildpunktdaten entsprechend der Größe des rückzutransformierenden Bildes verarbeitet
werden muß und daß dennoch jeder rücktransformierte Bildpunkt den Mittelwert des
entsprechenden Blocks von Bildptrnkten dos Originalbildes darstellt, die entsprechend
dem Verkleinerungsfaktor zu einem Punkt zusammenfallen, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis
wesentlich verbessert und die Auswirkung einer Störung verringert wird.
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Eine Verringerung des Aufwandes kann gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung dadurch erreicht werden, daß die transformierten Bildpunktdaten nacheinander
zugeführt und nur die anschließend zu verarbeitenden Bildpunktdaten zwischengespeichert
werden. Dadurch wird der Bedarf an Speicher-
platz verringert.
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Eine Anordnung. zur Durchführung des erfindungs.ema ßen Verfahrens
mit einem Speicher, der die transformierten Bildpunktdaten mindestens eines Unterbildes
auSnim einer Steuerung für das Einschreiben und Auslesen der Bildpunktdaten aus
bzw. in den Speicher, einer Rechene-inheit und eine r Bilddarstellungsanordnting
i St dadurch gekennzeichnet.
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daß die Steuereinheit Zähler enthalt, die die Folge der Verarbeitungsschritte
steuern und in jedem Verarbeitungsschritt aufeinanderfolgend jeweils 4 Speicherzellen
des Speichers entsprechend einer Gruppe von Bildpunktdaten dieses Verarbeitungsachrittes
ausliest und den Inhalt der Speicherzellen der Recheneinheit zuführt und die darin
durch Multiplizieren mit den Werten der Basis-Rücktransformationsmatrix erzeugten
Ausgangsdaten als Zwischendaten in den Speicher entsprechend einer weiteren Gruppe
von Bildpunktdaten wieder einschreibt und danach 4 andere Speicherzellen des Speichers
ausliest, bis alle Bildpunktdaten bzw. Zwischendaten einer Matrix gerade einmal
ausgelesen sind, und nach dem letzten Verarbeitungsachritt die zuletzt gespeicherten
Zwischendaten als Bildpunktsignale der Darstellungsanordnung zufiihrt..4uwf diese
Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einfachen technischen Mitteln durchgeführt
werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung bezüglich der Aufteilung des
Speichers und der Anzahl der Recheneinheiten sowie der Ausführung der Steuereinheit
sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 2a bis 2c die Werte einer beispielsweise angenommenen
Matrix nach den einzelnen Verarbe itungsschritten, Fig. 3 eine Anordnung mit je
einem als Schie-
beregister ausgebildeten Speicher ffir jeden Verarbe
itungsachritt, Fig. 4a und 4b zwei Möglichkoten für den Aufbau einer Recheneinheit,
Fig. 5 den Aufbau der Steuereinheit d.#r Anordnung nach [?ig. 3 Fig. 6 eine
Abwandlung der Anordnung nach Fig.3 mit kontinuierlicher Verarbeitung, Fig. 7 eine
Anordnung mit zwei aus je vier Schieberegistern aufgebauten Speichern und zwei Recheneinheiten,
Fig. 8a bis 8c die Anordnung der Bildpunkte in den einzelnen Schieberegistern vor
den einzelnen Verarbeitungsschritten, Fig. 9 eine Anordnung mit nur einem Speicher
mit wahlfreiem Zugriff und nur einer Recheneinheit.
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Zunächst soll der mathematische Hintergrund des erfindungsgemäßen
Verfahrens anhand einer Walsh-Hadamard-Transformation erläutert werden, da Walsh-Hadamard-Matrizen
durch ihre Eigenschaften der Unitarität und Symmetrie sowohl eine sehr einfache
Darstellungsweise als auch durch ihre +1, -1 Elemente eine einfache hardwaremäßige
Realisierung zulassen.
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Die Walsh-Hadamard-Transformation läßt sich für eine quadratische
Bildmatrix #ü von 2N (N = 1,2 ...) Zeilen und Spalten angeben als: [H2n] [M] LH2ni
= EM% (3) wo bei [H2n] die Walsh-Hadamard-Matrix der höchsten Sequenz 2n darstellt,
während [M]T das transformierte Bild ergibt. Eine Auf spaltung von [H2n] in ein
n-faches Kroneckerprodukt der Matrix [H2] läßt folgende Schreibweise
zu:
wobei # das Kroneckerprodi'kt angibt.
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Dabei soll die Schreibweise Fji andeuten, daß sukzessive bei Lösung
der direkten Matrixmultipl ikation von innen nach außen die Bildmatrix entsprechend
dem Index j partitioniert wird. Die Rücktransformation entspricht gemäß den oben
angeführten Eigenschaften der T,alsh-Hadamard-Matrix der Hintransformation; in Gleichung
(3) sind dann M und MT zu vertauschen.
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Es wird nun angenommen, daß ein in Blöcken von 16 x 16 Bildpunkten
aufgeteilten und Tlalsh-Hadamard kodiertes Bild linear um den Faktor 2 verkleinert
werden soll. Da der rüpktransformierte Block nur 8 x 8 Bildelemente enthält, braucht
in der Transformationsebene nur jeder zweite Koeffizient sowohl in Zeilen- als auch
in Spaltenrichtung betrachtet zu werden, so daß die unberücksichtigten Koeffizienten
in Fig. 2a nur mit einem x angegeben sind.
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Die Matrix in Fig. 2a sei in vier einzelne Untermatrizen PO, P1, P2
und P3 mit je 4x4 Bildpunkten aufgeteilt. Die verkleinerte rücktransformierte Bildpunktmatrix
[Mg ergibt sich als:
Die Zerlegung der Transformationsmatrix in ein Kroneckerprodukt von H4 ~ H2 liefert:
Dabei ist Po +P1 + P2 + P3 = Pol #o -P1 +P2 -P3 =P1' Po + P1 2 p3 =p2' P - P1 -
P D = Dl o -1 2-Mit erneuter Kroneckerzerlegung folgt:
Dabei sei P'kj, j = 0.. .3 die symmetrische Aufteilung von Pk in 4 Untermatrizen.
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Die erste Operation in Gleichung (6) sieht nach einer sl,mmetrischen
Zerlegung in Submatrizen eine Addition bzw. Subtraktion der Untermatrizen, also
der jeweils um 8 Stellen in Figur 2a in Zeilen- und Spaltenrichtung verschobenen
Elemente der transformierten Matrix vor. Dieser erste Schritt der Rü.cktransformati-on
entspricht also dem letzten Schritt der anhand der Fig. 1 erläuterten Hintransformation,
d.h. es werden zunächst die Koeffizienten der in Fig. 1 mit einem Kreis versehenen
Punkte 0, 4, 32 und 36 verarbeitet, danach die mit
einem gestrichelten
(reis versehenen Fllnktp 1, 5 7)7) und 37 usw. Dadurch ergibt sich die in Fig. 2b
dargestellte Matrix von Ttierten, wobei die nichtbenutzten Koeffizienten bereits
weggelassen sind und nach jeder Verarbeitwng eine Division durch 4 stattgefunden
hat.
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Der zweite Verarbeitungsschritt erfordert eine weitere Unzerteilung
der in Fig. 2b dargestellten Matrix von Zwischenwerten sowie die Verarbeitung der
jeweils um zwei Stellen verschobenen Elemente entsprechend der eingangs genannten
Gleichung (2). Dies entspricht einer Verarbeitung der Zwischendaten gemäß einer
Folge, die in Fig. 1 durch#die åeweils mit einem Dreieck versehenen Bildpunkte angegeben
ist. Dabei sind die einzelnen Ergebnisse jeder Verarbeitung wieder durch 4 dividiert
worden, damit schließlich die ursprüngliche Größenordnung bzw. der ursprüngliche
Wertebereich der Bildsignale wieder erreicht wird. Diese T<er te sind in Fig.
2c angegeben, wobei wieder eine weitere Unzerteilung und eine Verarbeitung der dadurch
entstehenden 16 Submatrizen der Fig. 2c erfolgt, so daß schließlich die Matrix der
Fig. 2d entsteht, die die Bildaignale des rücktransformierten verkleinerten Bildes
angeben.
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Bei jedem Verarbeitungsschritt erfolgt also eine Aufteilung der transformierten
Matrix in Submatrizen, deren erstes Element jeweils dem arithmetischen Mittelwert
der gesamten, den Elementen der Teilmatrix entsprechenden Bildpunkte zugeordnet
ist. Auf diese reise entspräche das Auslesen der jeweils ersten Elemente, d.h. der
Elemente links oben der in Fig. 2b angedeuteten Submatrizen, einer Reduktion des
16x1n Bildelemente umfassenden transformationscodlerten Bildblocks der Fig. 2a auf
ein Bild mit 2x2 Bildpunkten, also einem linearen Varkleinerungsfaktor von 8. Das
Auslesen der entsprechenden Elemente nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, d.h.
der Elemente links oben in den Submatrizen der Fig. 2c, entspräche einem Verkleinerungsfaktor
von 4, und erst nach dem letzten Verarbeitungaschritt entsteht die in Fig. 2d angegebene
Matrix eines um den li-
nearen Verkleinerungsfaktor 2 verkleinerten
Bildes. Wenn jedoch von vornherein feststeht, daß beispielsweise ein um einen linearen
Verkleinerungsfaktor von 8 verkleinertes Bild ges sucht wird, ist es allerdings
zweckmäßig, aus der Matrix der transformierten Bilddaten nach Fig. 2a nur die entsprechenden
4 Koeffizienten zu entnehmen, da dann der Rechenaufwand geringer wird.
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Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung enthält für die Zwischendaten
der einzelnen Verarbeitungsschritte jeweils einen eigenen Speicher in Form eines
Schieberegisters 2,4, 6 und 8, die je eine Anzahl Stufen entsprechend der Matrix
der zu verarbeitenden transformierten Bildpunktdaten enthalten, wobei die Bildpunktdaten
vorzugsweise als mehrstellige Binärzahlen gespeichert und verarbeitet werden, so
daß jede Stufe jedes Registers eine Anzahl parallelbetriebener Speicherelemente
entsprechend der Bitanzahl der Bildpunktdaten bzw. Zwischendaten enthält. Die Serienausgänge
der Schieberegister 4, 6 und 8 sind mit ihren Serieneingängen verbunden, so daß
die Information in diesen Schieberegistern im Ring herumgeschoben werden kann.
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Die Schiebetakteingänge aller Schieberegister 2, 4, 6 und 8 erhalten
über die Leitung 5 parallel Schiebetakte aus der Steuereinheit 18, die bewirken,
daß die in den Schieberegistern enthaltene Information parallel um je eine Stufe
weitergeschoben wird, wobei die Information der letzten Stufe über die Ringverbindung
wieder in die erste Stufe des betreffenden Schieberegisters eingeschrieben wird
bzw. beim ersten Schieberegister 2 gelöscht wird.
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Über die Leitungen 3,7,9 und 11 werden den Schieberegistern von der
Steuereinheit 18 individuelle Steuersignale zugeführt, die bewirken, daß das erste
Schieberegister 2 Information vom Eingang 1 aufnimmt bzw. die anderen Schieberegister
4,6 und 8 eine an Paralleleingängen einiger Stufen angebotene Information anstelle
aus den diesen
Stufen vorhergehenden Stufen des Schieberegisters
übernommen wird, während in den übrigen Stufen die im Schieberegister vorhandene
Information parallel um je eine Stufe weitergeschoben wird.
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Jeweils 4 Ausgänge der Schieberegister 2,4 und 6 sind mit den entsprechenden
4 Eingängen einer Recheneinheit 12,14 bzw. 16 verbunden, die bei der Recheneinheit
12 mit A1 bis A4 bezeichnet sind. Die Ausgänge dieser Recheneinheiten, die bei der
Recheneinheit 12 mit B1 bis B4 bezeichnet sind, führen auf Paralleleingänge von
Stufen des jeweils folgenden Schieberegisters, wobei die Stellung der Stufen der
jeweils mit den Eingängen und Ausgängen der gleichen Recheneinheit verbundenen Schieberegister
übereinstimmt. Bei dem Schieberegister 2 sind dies die Stufen 0,4,32 und 36, die
mit den Eingängen Al bis A4 der Recheneinheit 12 verbunden sind, deren Ausgänge
B1 bis B4 mit parallelen Eingängen der entsprechenden Stufen 0,4,32 und 36 des Schieberegisters
4 verbunden sind. Entsprechend ist die Recheneinheit 14 mit den Stufen 0,2,16 und
18 der Schieberegister 4 und 6 verbunden und. die Recheneinheit 16 mit den Stufen
0,1,8 und 9 der Schieberegister 6 und 8.
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Der untereinander gleiche Aufbau der Recheneinheiten 12, 14 und 16
wird später erläutert.
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Zunächst werden dem Eingang 1 der Anordnung, der mit dem Serieneingang
des Schieberegisters 2 verbunden ist, die transformierten Bilddaten bzw. Koeffizienten
eines Unterbildes seriell synchron mit dem Schiebetakt der Leitung 5 zugeführt und
durch ein entsprechendes Signal auf der Leitung 3 in das Schieberegister 2 eingeschrieben.
Dabei wird in diesem Beispiel davon ausgegangen, daß ein Bild mit 8x8 Bildpunkten
erzeugt werden soll, so daß eine entsprechende Anzahl bzw. Auswahl von Koeffizienten
zugeführt wird bzw. bei Zufuhr aller Koeffizienten eines 16x16 Bildpunkte umfassenden
Blocks jeweils nur jeder zweite Koeffizient eingeschrieben wird.
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Sobald dies vollständig geschehen ist, wird die Zufuhr der Koeffizienten
unterbrochen, bis der erste Verarbeitungsschritt durchgeführt ist, wie ansciließend
erläutert wird.
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Nun werden dem Schieberegister 4 über die Leitung 7 während 4 aufeinanderfolgender
Schiebetaktaignale Steuersignale zugeführt, so daß die ersten 4 Gruppen von Koeffizienten
um einen Verarbeitungaschritt rücktransformiert in das Schieberegister 4 eingespeichert
werden. Diese 4 Gruppen entsprechen in Fig. 1 den Bildpunkten 0,4,32 und 36 bis
3,7,35 und 39. Dabei werden die in die Stufe O des Schieberegisters 4 eingeschriebenen
Zwischendaten mit dem jeweils nächsten Schiebetakt über die Ringverbindung zum Eingang
dieses Schieberegisters übertragen und dort eingeschrieben.
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Nach der Verarbeitung der ersten 4 Gruppen von Koeffizienten wird
4 Schiebetakte lang kein Steuersignal auf die Leitung 7 gegeben, so daß der Inhalt
des Schieberegisters 4 nur um 4 Stufen parallel weitergeschoben wird. Gleichzeitig
werden dabei auch die Koeffizienten in dem Schieberegister 2 um 4 Stufen weitergeschoben,
da beide Schieberegister den gleichen Schiebetakt von der Leitung 5 erhalten.
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Danach erhält das Schieberegister 4 dann wieder über die Leitung 7
während 4 Schiebetakten ein Einschreibsignal, so daß die nächsten 4 Gruppen von
je 4 Zwischendaten eingeschrieben werden, die den Bildpunkten 8,12,40 und 44 bis
11,15,43 bis 47 in Fig. 1 entsprechen. Mit dieser Folge wird fortgefahren, bis schließlich
alle im Schieberegister 2 gespeicherten Koeffizienten einmal verarbeitet und die
entsprechenden Zwischendaten in das Schieberegister 4 eingeschrieben worden sind.
Dabei ist der letzte Koeffizient entsprechend dem Bildpunkt 63 gerade in der Stufe
36 des Schieberegisters 2 angelangt, so daß an-
schließend noch
36 Schiebetakte für die Schieberegister 2 und 4 folgen müssen, ohne daß ein Steuersignal
auf der Leitung 7 erscheint, bis die Zwischendaten im Schieberegister 4 in der gleichen
Anordnung enthalten sind wie die Koeffizienten im Schieberegister 2 vor Beginn des
ersten Verarbeitungsschrittes.
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Nun folgt der nächste Verarbeitungsschritt, bei dem die Zwischendaten
des Schieberegisters 4 der Recheneinheit 14 zugeführt und die Ausgangssignale dieser
Recheneinheit in entsprechende Stufen des Schieberegisters 6 eingeschrieben werden,
wobei letzteres über Steuersignale auf der Leitung 9 von der Steuereinheit 18 gesteuert
wird. Diese Steuersignale auf der Leitung 9 haben nun jedoch eine andere Folge,
denn zunächst werden zwei Gruppen von je 4 Zwischendaten des zweiten Verarbeitungsschrittes
in das Schieberegister 6 eingeschrieben und danach während 2 Schiebetakte nur eine
Parallelverschiebung durchgeführt. Danach werden wieder zwei Gruppen von Zwischendaten
eingeschrieben, usw., bis insgesamt 8 Gruppen von Zwischendaten in das Schieberegister
6 eingeschrieben sind , worauf dann 16 Schiebetakte ohne Einschreiben folgen und
dann der Vorgang sich wiederholt. Hier sind zum Abschluß nach dem letzten Einschreiben
von Zwischendaten in das Schieberegister 6 insgesamt 18 Schiebetakte notwendig,
bis die Ausgangsstellung wieder erreicht ist. Parallel zu diesem Vorgang können
in das Schieberegister 2 bereits die Koeffizienten des nächsten Unterbildes eingeschrieben
werden, Anschließend läuft der erste Verarbeitungsschritt für das zweite Unterbild
und der dritte Verarbeitungsschritt für das erste Unterbild ab. Da während des zweiten
Verarbeitungsschrittes die Zwischendaten aus dem Schieberegister 4 benötigt werden,
kann der erste Verarbeitungsschritt des zweiten Unterbildes nicht gleichzeitig ablaufen,
da sonst noch benötigte Information im Schieberegister 4 überschrieben und damit
vernichtet würde, sondern der erste Verar-
beitungsschritt des
folgenden Unterbildes kann erst während des dritten Verarbeitungsachrittes des ersten
Unterbildes ablaufen, wenn nämlich die Zwischetldalen des Schieberegisters 4 aus
dem ersten Unterbild vollständig verarbeitet sind.
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Bei diesem dritten Verarbeitungsachritt werden also die Zwischendaten
aus dem Schieberegister 6 der Recheneinheit 16 zugeführt und deren Ausgangssignale
in das Schieberegister 8 eingeschrieben. Dafür erhält dieses Schieberegister 8 über
die Leitung 11 aus der Steuereinheit 18 während eines Schiebetaktes ein Steuersignal
und während des folgenden Schiebetaktes kein Steuersignal, so daß jetzt jeweils
eine Gruppe von Zwischendaten von 4 unmittelbar benachbarten Bildpunkten verarbeitet
wird. Dies geschieht viermal nacheinander, und nach einer solchen Teilfolge von
abwechselnd einem Schiebetakt mit Steuersignal zum Einschreiben und einem Schiebetakt
lediglich zum weiterschieben folgen 8 Schiebetakte ohne Steuersignal, und dieser
Zyklus wiederholt sich viermal nacheinander, bis die gesamten Bildpunkte rücktransformiert
und die Bildsignale des darzustellenden Bildes erzeugt sind. Diese Bildsignale können
unmittelbar während des dritten Verarbeitungsschrittes am Ausgang 10 abgenommen
und einem Speicher 20 zugeführt werden, der als Bildwiederholungsspeicher dient
und die Darstellungsanordnung 22 steuert. Diese Übertragung der Bildsignale über
den Ausgang 10-kann auch während des folgenden Verarbeitungsachrittes erfolgen,
während dem der zweite Verarbeitungsachritt des zweiten Unterbildes erfolgt und
das Schieberegister 6 die entsprechenden Zwischendaten erhält.
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Die Recheneinheiten 12,14 und 16, die untereinander gleich aufgebaut
sind, sollen eine Multiplikation von jeweils 4 Koeffizienten bzw. Zwischendaten
mit der Basis-Hadamard-Matrix durchführen. Eine solche Recheneinheit kann ent-
sprechend
der Figur 4 aufgebaut sein und liefert an ihren Ausgängen 31 bis B4 Ausgangswerte,
die auf folgende Weise von den Eingangswerten an den Eingängen Al bis A4 abgeleitet
sind, wobei diese Werte der Einfachheit halber mit den Eingängen bzw. Ausgängen
bezeichnet sind: B1 = A1 + A2 + A3 + A4 B2 = Al - A2 + A3 - A4 33 = Al + A2 - A3
- A4 B4 = Al - A2 - A3 + A4 Diese Verknüpfungen werden in Figur 4a mit Hilfe einer
Anzahl von Addierern bzw. Subtrahierern 31 bis 42 durchgeführt, von denen jeder
2 Eingangswerte verknüpft, so daß zwei Ebenen von Addierern notwendig sind. Der
Addierer 31 bildet beispielsweise die Summe Al + A2, der Addierer 32 die Summe A3
+ A4, und der Addierer 33 bildet dann die Summe aus diesen beiden Werten entsprechend
der Gleichung für den Ausgangswert B1. Entsprechend bildet beispielsweise der Addierer
40 die Summe Al + A4 und der Addierer 41 die Summe A2 + A3, während der Addierer
42 die zweite Summe von der ersten subtrahiert, wie durch das Minuszeichen an dem
linken Eingang angedeutet ist, so daß der Ausgangswert 34 wieder der angegebenen
Gleichung entspricht. In entsprechender Weise werden die Werte 32 und B3 entsprechend
den angegebenen Gleichungen gebildet, wie sich aus der dargestellten Schaltung leicht
ablesen läßt.
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Eine andere Realisierung der Recheneinheit ist in Figur 4b dargestellt,
die nur 8 Addierer bzw. Subtrahierer 50 bis 57 benötigt, wobei die zu subtrahierenden
Werte durch einen Kreis am Eingang der Addierer angedeutet sind. Diese Recheneinheit
liefert ebenfalls an ihren Ausgängen 31 bis 34 die in den Gleichungen angegebenen
Werte, wie leicht zu erkennen ist, wenn in diesen Gleichungen jeweils zwei benachbarte
Terme zusammengefaßt werden. Aus Gründen der zeichnerischen Darstellung ist die
Reihenfolge der Ausgänge 32 und 33 gegenüber der Fig. 4a vertauscht.
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Wie aus der Erläuterung der Schieberegister 2,4,6 und 8 hervorgeht,
sind die Eingangs- und Ausgangswerte der Verknüpfungsschaltungen jeweils mehrsts"
ige sualwörter, so daß die Ad rsr bzw. Subtrahierer ebenfalls für mehrere Bit ausgelegt
sein müssen, etwa indem sie aus einer Parallelschaltung mehrerer 1 -Bit-Volladdierer
mit Übertragsverarbeitung aufgebaut sind, sofern nicht Bausteine verwendet werden,
die zwei mehr-Bit-Wörter parallel addieren bzw.
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subtrahieren.
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Ein möglicher Aufbau der Steuereinheit 18 der Anordnung nach Fig.
3 ist in Fig. 5 dargestellt. Darin erzeugt ein Taktgenerator 60 kontinuierlich Impulse,
die zunächst über die Leitung 5 als Schiebetaktimpulse den Schieberegistern 2,4,6
und 8 in Fig. 3 zugeführt werden. Die Frequenz dieser Impulse wird so gewählt, daß
zwischen zwei Impulsen bzw.
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zwischen zwei gleichen Flanken aufeinanderfolgender Impulse die Recheneinheiten
12,14 und 16 jeweils die Ausgangswerte aus den mit dem vorhergehenden Impuls bzw.
der vorhergehenden Impulsflanke zugeführten Werte erzeugt haben.
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Ferner ist ein Dualzähler 62 mit mehreren Stufen vorgesehen, der das
Taktsignal des Taktgenerators 60 als Zähltakt erhält. Zweckmäßig ist dieser Dualzähler
so aufgebaut, daß er von einer anderen Taktflanke der Takte des Taktgenerators 60
weitergeschaltet wird1 als die Information in den an die Leitung 5 angeschlossenen
Schieberegister weitergeschoben werden, damit vor Beginn dieser letzteren Taktflanke
die Steuersignale auf den Leitungen 3,7,9 und 11 bereits sicher ihren stabilen Zustand
erreicht haben.
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Diese Steuersignale werden von Ausgängen des Dualzählers 62 zum größten
Teil durch Verknüpfung mehrerer Ausgänge abgeleitet. Zu Beginn der Verarbeitung
einer Reihe von Unterbildern mögen alle Stufen des Dualzählers 62 sich in der Ruhestellung
befinden. Da als Beispiel eine Unterbildgröße von 8x8 Bildpunkten angenommen wurde,
ist hier ein Dualzähler mit 7 Stufen dargestellt, wobei die Stufe höchster
Wertigkeit
ganz rechts jeweils am Ende eines Unterbildes das Ausgangssignal wechselt. Aus dem
Signal "O" zu Beginn erzeugt der Inverter 64 ein Signal ~1#, das über die Leitung
3 dem Schieberegister 2 zugeführt wird und die Einspeicherung der Koeffizienten
bewirkt. Dieses gleiche Signal wird auch zwei NOR-Gattern 66 und 70 zugeführt, so
daß diese am Ausgang auf der Leitung 7 bzw. 11 ein Signal "O" erzeugen und damit
die davon angesteuerten Schieberegister 4 und 8 gegen Aufnahme neuer Information
sperren. Das NOR-Gatter 68 erhält dagegen an allen drei Eingängen lgOtt-Signale,
so daß auf der Leitung 9 zunächst ein hohes Signal erzeugt wird und Schieberegister
6 die Zwischendaten des zweiten Verarbeitungsachrittes eines Unterbildes aufnimmt,
während das Schieberegister 2 die Koeffizienten des folgenden Unterbildes einspeichert.
Durch die Verbindung des einen Eingangs des NOR-Gatters 68 mit der zweiten Stufe
des Dualzählers 62 führt die Leitung 9 nach Beginn der Verarbeitung der Koeffizienten
bzw. Zwischendaten eines Unterbildes zunächst 2 Takte lang ein Signal ~1" und danach
zwei Takte lang ein Signal "O". Dieser Wechsel folgt viermal nacheinander, bis nach
insgesamt 16 Takten durch die Verbindung des mittleren Eingangs des NOR-Gatters
68 mit der fünften Stufe des Dualzählers 62 das Signal auf der Leitung 9 für weitere
16 Takte auf dem Signal "O" gehalten wird. Daran schließt sich ein weiteres Mal
diese Folge von Signalen an, bis das Ende der Verarbeitung des betreffenden Unterbildes
erreicht ist. Diese Folge von Signalen auf der Leitung 9 ist gerade diejenige Signalfolge,
die bei der Erläuterung der Fig. 3 für das Einschreiben des Schieberegisters 6 benötigt
wird.
-
Nun ändert sich das Ausgangssignal der letzten Stufe des Dualzählers
62 auf den logischen Wert ~1", so daß die Leitungen 3 und 9 einen vollständigen
Verarbeitungsachritt lang das Signal "O" erhalten. Gleichzeitig werden damit die
NOR-Gatter 66 und 70 freigegeben. Das NOR-Gatter 66 erzeugt durch die Verbindung
des einen Eingangs mit der
dritten Stufe des Dualzählers 62, dessen
unteren 6 Stufen zu Beginn eines Verarbeitungsschrittes alle das Signal '0" abgeben,
zunächst 4 Takte lang ein Signa 1'; auf der Leitung 7 und danach 4 Takte lang das
Signal "O", bis durch die Verbindung des mittleren Eingangs des NOR-Gatters 66 mit
der vorletzten Stufe des Dual zählers 62 für die zweite Hälfte des Verarbeitungsschrittes
auf-der Leitung 7 das Signal "O" erzeugt wird. In entsprechender Weise erzeugt das
NOR-Gatter 70 durch die Verwendung der unteren beiden Eingänge mit der ersten und
der vierten Stufe des Dual zählers 62 viermal aufeinanderfolgend einen Takt lang
das Signal 1111? und danach einen Takt lang das Signal "O" auf der Leitung 11 und
danach 8 Takte lang das Signal "O". Auf diese Weise sind mit einfachen Mitteln die
Steuersignale zum Einschreiben der Schieberegister 2,4,6 und 8 erzeugt. Es wird
aus der vorstehenden Beschreibung klar, daß für jede Erhöhung bzw. Erniedrigung
der Anzahl Bildpunkte des darzustellenden Bildes um den Faktor 2 die Anzahl der
Schieberegister und Recheneinheiten in Fig. 3 um eins erhöht bzw.
-
erniedrigt und die Länge der Schieberegister um den Faktor 4 erhöht
bzw. erniedrigt werden muß. Ferner muß jeweils die Anzahl Stufen des Dualzählers
62 in Fig. 5 sowie die Anzahl der NOR-Gatter um eins erhöht bzw. erniedrigt werden,
wobei die Verbindung der Eingänge jedes zusätzlichen NOR-Gatters mit der jeweils
nächsthöheren Stufe des Dual zählers 62 erfolgt.
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In Fig. 6 sind die wesentlichsten Teile einer abgewandelten Anordnung
nach Fig. 3 dargestellt, die es ermöglicht, daß dem Eingang 1 die Koeffizienten
aufeinanderfolgender Unterbilder kontinuierlich zugeführt und dem Ausgang 10 nach
einer gewissen konstanten Zeitverzögerung die rücktransformierten Bildsignale kontinuierlich
abgenommen werden können.
-
Dabei ist der Übersichtlichkeit halber die Steueranordnung 18 mit
den Steuerleitungen 3,5,7,9 und 11 sowie die Darstellungsanordnung 22 mit dem Bildwiederholungsspeicher
20 weggelassen worden. Wenn wieder davon ausgegangen wird, daß Unterbilder mit einer
Größe von 8x8 Bildpunkten erzeugt
werden sollen, ist das erste,
die über den Eingang 1 zugeführten Koeffizienten aufnehmende Schieberegister 2?
nur noch 37 Stufen lang, so daß die Eingänge der Recheneinheit 12 gerade an Stufen
mit den gleichen Abständen wie beim Schieberegister 2 in Fig. 3 angeschlossen werden
können, nämlich an die Stufen 0,4,32 und 36.
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Die Ausgänge der Recheneinheit 12 sind mit Paralleleingängen von Stufen
des Schieberegisters 41 verbunden, die die gleichen Abstände wie die Stufen des
Schieberegisters 2' haben, an deren Ausgängen die Eingänge der Recheneinheit 12
angeschlossen sind. Das Schieberegister 4' hat noch 18 weitere Stufen, bei denen
an die Stufen 0,2,16 und 18 die Recheneinheit 14 angeschlossen ist. Deren Ausgänge
sind wieder mit den entsprechenden Stufen des Schieberegisters 6' verbunden, das
9 weitere Stufen hat, von denen mit Ausgängen der Stufen 0,1,8 und 9 die Recheneinheit
16 verbunden ist, deren Ausgänge auf entsprechende Stufen des Schieberegisters 8'
führen, das ebenfalls 9 Stufen, jedoch keine zusätzlichen Stufen hat, da der Ausgang
der letzten Stufe dieses Schieberegisters 8' direkt auf den Ausgang 10 führt, über
den die Bildsignale aufeinanderfolgender Bildpunkte jeweils eines Unterbildes als
Mehrbit-Worte abgegeben werden.
-
Wenn über den Eingang 1 die ersten 36 Koeffizienten des ersten Unterbildes
zugeführt und in das Schieberegister 2' eingeschrieben worden sind, beginnt die
Zufuhr von Signalen auf der Leitung 7, die die gleiche Folge haben wie die Signale
auf der Leitung 7 in Fig. 3 und die deswegen gleich bezeichnet ist. 18 Schiebetakte
nach dem Beginn dieser Signalfolge auf der Leitung 7 beginnt die Zufuhr einer Signalfolge
auf der Leitung 9, die ebenfalls die gleiche ist wie die Signalfolge auf der Leitung
9 in Fig. 3, wobei die Signalfolgen auf den Leitungen 7 und 9 lediglich eine andere
Verschiebung gegeneinander haben als in Fig. 3 notwendig. Entsprechendes gilt für
die Signalfolge der Leitung 11, die 9 Schiebetakte nach dem Beginn der Signalfolge
auf der Leitung 9 beginnt. Diese Signalfolgen auf
den Leitungen
7,9 und 11 können also auf die gleiche Weise wie in Fig. 5 dargestellt erzeugt werden,
wobei zweckmäßig für jede Leitung ein eigener Dualz~h er mit einer entsprechenden
gerirGPron Anzahl von Stufen verwendet wird und die Dualzähler entsprechend nacheinander
gestartet werden.
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Die Schieberegister 2', 6', 8' in Fig. 6 entsprechen den Schieberegistern
2, 4, 6 und 8 in Fig. 3, wobei von jedem Schieberegister der Anfantsteil mit einer
Länge, wie diese für den folgenden Verarbeitungsschritt benötigt wird, entsprechend
der Ringkopplung an das Ende angefügt und die Verbindungen der Ausgänge zur entsprechenden
Recheneinheit parallel verschoben sind. Hierdurch wird außer einer Verkürzung der
Schieberegister auch der Vorteil erreicht, daß die Verarbeitung aufeinanderfolgender
Unterbilder kontinuierlich erfolgen kann.
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Eine Anordnung, die besonders bei größeren Unterbildern einen geringeren
Aufwand an Speichern und Recheneinheiten erfordert, ist in Fig. 7 dargestellt. Darin
sind nur zwei Speicher 80 und 84 sowie zwei Recheneinheiten 82 und 86 vorhanden.
Der Aufbau der Recheneinheiten 82 und 86 kann völlig dem der Recheneinheiten 12,
14 und 16 nach Fig. 3 bzw. 6 entsprechen. Die Speicher 80 und 84 enthalten jeweils
4 Schieberegister 80-1 bis 80-4 bzw. 84-1 bis 84-4, wobei jedes Schieberegister
die Bilddaten eines viertels der Bildpunkte eines Unterbildes speichern kann. Die
Schieberegister erhalten individuelle Schiebetakte über die Leitungen 85-1 bis 83-4
bzw. 85-1 bis 85-4 aus der Steuereinheit 88. Die seriellen Ausgänge der Schieberegister
80-1 bis 80-4 sind mit den Eingängen der Recheneinheiten 82 sowie mit dem einen
Kontakt von Umschaltern 90-1 bis 90-4 verbunden, deren andere Kontakte mit den vier
Ausgängen der Recheneinheit 86 verbunden sind. Die Ausgänge dieser Umschalter 90-1
bis 90-4 führen auf die Leitung 91, die über den Umschalter 96 mit der Leitung 81
verbunden ist, die gemeinsam auf alle seriellen Dateneingänge der Schiebe-
register
80-1 bis 80-4 führt.
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Entsprechend führen die seriellen Ausgänge der Schieberegister 84-1
bis 84-4 auf die Recheneinheit 86 sowie auf den einen Kontakt je eines Umschalters
92-1 bis 92-4, dessen anderer Kontakt auf jeweils einen Ausgang der Recheneinheit
82 führt. Die Ausgänge der Umschalter 92-1 bis 92-4 führen auf eine gemeinsame Leitung
93, die direkt mit den seriellen Dateneingängen der Schieberegister 84-1 bis 84-4
verbunden ist.
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Die Umschalter 90-1 bis 90-4 haben drei Stellungen, d.h.
-
eine neutrale Mittelstellung, und werden über die gestrichelt angedeutete
Verbindung 89 individuell derart von der Steuereinheit gesteuert, daß stets nur
ein Umschalter mit einem Kontakt verbunden ist und die anderen drei Umschalter in
der neutralen Mittelstellung stehen. Gleiches gilt für die Umschalter 92-1 bis 92-4,
die individuell über die gestrichelt angedeutete Verbindung 87 von der Steuereinheit
88 gesteuert werden. Der Umschalter 96 hat nur zwei Stellungen und wird über die
Verbindung 91 von der Steuereinheit 88 gesteuert. Alle Schalter sind zweckmäßigerweise
als übliche elektronische Umschalter ausgebildet.
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Zu Beginn der Verarbeitung der Koeffizienten eines Unterbildes werden
diese über den Eingang 1 und den dann umgeschalteten Umschalter 96 den Dateneingängen
aller Schieberegister 80-1 bis 80-4 zugeführt, jedoch nur dann in ein Schieberegister
eingeschrieben, wenn dieses auch gleichzeitig einen Schiebetakt erhält. Zu Beginn
erhält nun das Schieberegister 80-1 vier Schiebetakte, so daß die ersten vier aufeinanderfolgenden
Koeffizienten darin eingeschrieben werden, und danach erhält das Schieberegister
80-2 vier aufeinanderfolgende Schiebetakte. Diese Folge von abwechselnd vier Schiebetakten
wird viermal nacheinander erzeugt, so daß danach die Schieberegister 80-1 und 80-2
die erste Hälfte der Koeffizienten des Unterbildes enthalten. Für die zweite Hälfte
der Koeffizienten erhalten die
Schieberegister 80-3 und 80-4 die
entsprechende Folge von Schiebetakten. Damit enthalten die vier Schieberegister
vor Beginn des ersten Verarbeitungss^hritles die Koeffizienten der Oin slnen Bildpunkte
eines Unterbildes in einer Folge, wie diese in Fig. 8a angegeben ist. Daraus ist
zu erkennen, daß die in den Schieberegistern 80-1 bis 80-4 an den gleichen Stellen
gespeicherten Koeffizienten jeweils eine Gruppe bilden, die von der Recheneinheit
82 parallel verarbeitet werden muß.
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Für den ersten Verarbeitungsschritt erhalten daher alle Schieberegister
80-1 bis 80-4 parallel sechzehn Schiebetakte, so daß nacheinander alle Gruppen von
Koeffizienten der Rechaneinheit 82 zugeführt werden. Nach dem ersten Schiebetakt
wird der Schalter 92-1 in die rechte Stellung umgelegt, so daß der Dateneingang
der Schieberegister 84-1 bis 84-4 mit dem linken Ausgang der Recheneinheit 82 verbunden
ist, während die übrigen Umschalter 92-2 bis 92-4 in der neutralen Mittelstellung
stehen, und das Schieberegister 84-1 erhält einen Schiebetakt. Danach wird der Umschalter
92-1 in die entgegengesetzte Lage umgeschaltet, so daß die Leitung 93 mit dem Ausgang
des Schieberegisters 84-1 verbunden ist, und dieses erhält einen weiteren Schiebetakt.
Danach wird der Umschalter 92-1 in die neutrale Mittelstellung und der Umschalter
92-2 in die rechte Stellung umgeschaltet, und das Schieberegister 84-1 erhält wieder
einen Schiebetakt. Danach wird der Umschalter 92-1 in die linke Stellung geschaltet,
während die übrigen Umschalter in der neutralen Stellung stehen, und das Schieberegister
84-1 erhält fünf Schiebetakte. Danach wird der Umschalter 92-3 in die rechte Stellung
geschaltet und dem Schieberegister 84-1 ein Schiebetakt zugeführt, dann wird der
Umschalter 92-1 in die linke Stellung umgeschaltet und dem Schieberegister 84-1
ein Schiebetakt zugeführt, und danach wird der Umschalter 92-4 in die rechte Stellung
umgeschaltet und dem Schieberegister 84-1 ein Schiebetakt zugeführt. Damit sind
die vier von der Recheneinheit 82 aus der ersten Gruppe von vier Koeffizienten erzeugten
Zwischendaten
in das Schieberegister 84-1 eingeschrieben, und dieses erhält abschließend noch
sechs Schiebetakte, wobei der Umschalter 92-1 in der linken Stellung steht.
-
Nun können die Schieberegister 80-1 bis 80-4 parallel einen Schiebetakt
erhalten und die zweite Gruppe von vier Koeffizienten der Recheneinheit 82 zuführen.
Die daraus erzeugten Zwischendaten werden in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben
in das Schieberegister 84-1 eingeschrieben. Die weiteren Zwischendaten werden dann
abwechselnd in entsprechender Weise in das Schieberegister 84-2 und wieder in das
Schieberegister 84-1 eingeschrieben, bis diese gefüllt sind, und danach in die Schieberegister
84-3 und 84-4. Diese Schieberegister enthalten zum Schluß des ersten Verarbeitungsschrittes
die dabei erzeugten Zwischendaten in einer Anordnung, wie diese in Fig. 8b angedeutet
ist. Der Deutlichkeit halber sind die aus der ersten Gruppe von Koeffizienten gewonnenen
Zwischenwerte mit Pfeilen markiert, um darüber die Folge der Betätigung der Umschalter
92-1 bis 92-4 anzudeuten. Diese Folgen der Betätigungssignale für die Umschalter,
die über die Verbindung 87 zugeführt werden,kann in der Steuereinheit 88 mit Hilfe
von Zählern und Verknüpfungsgattern in ähnlicher Weise erzeugt werden, wie dies
in Fig. 5 dargestellt ist.
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Für den zweiten Verarbeitungsschritt vertauschen nun die Speicher
80 und 84 ihre Rollen, d.h. die Schieberegister 84-1 bis 84-4 erhalten parallel
Schiebetakte und führen die in gleichen Stufen enthaltenen Zwischendaten der Recheneinheit
86 parallel zu, da die Anordnung der Zwischendaten in diesen Schieberegistern durch
die beschriebene Folge des Einschreibens gerade so ist, daß Gruppen von zusammengehörigen
Zwischendaten parallel an den Ausgängen der Schieberegister erscheinen. Die Ausgänge
der Recheneinheit 86 sind über die Umschalter 90-1 bis 90-4 mit den Eingängen der
Schieberegister 80-1 bis 80-4 verbunden, werden jedoch in einer etwas anderen Folge
gesteuert, da-
mit die beim zweiten Verarbeitungsschritt erhaltenen
Zwischendaten in den Schieberegistern 80-1 bis 80-4 derart angeordnet sind, daß
die gleichen Stufen çseils eine Gruppe zusammengehöriger Zwischendaten enthalten.
Dafür wird zunächst der Umschalter 90-1 in die rechte Stellung umgeschaltet und
dem Schieberegister 80-1 ein Schiebetakt zugeführt, danach wird der Umschalter 90-2
in die rechte Stellung umgeschaltet und dem Schieberegister 80-1 wieder ein Schiebetakt
zugeführt. Dann wird der Umschalter 90-1 für zwei Schiebetakte des Schieberegisters
80-1 in die linke Stellung umgeschaltet, und danach werden nacheinander die Umschalter
90-3 und 90-4 für jeweils einen Schiebetakt in die rechte Stellung umgeschaltet.
Damit sind die Ausgangssignale der Recheneinheit 86 verarbeitet, und die Schieberegister
84-1 und 84-4 erhalten parallel einen Schiebetakt zum Zuführen der nächsten Gruppe
von Zwischendaten zur Recheneinheit 86, während oder nach dem das Schieberegister
80-1 noch zwölf Schiebetakte erhält, wobei der Umschalter 90-1 in der linken Stellung
steht. Die nächsten Gruppen von Zwischendaten werden dann in entsprechender Weise
abwechselnd in das Schieberegister 80-2 und 80-1 eingeschrieben, bis diese halb
gefüllt sind, danach werden die Schieberegister 80-3 und 80-4 in entsprechender
Weise halb gefüllt und dann der gesamte Vorgang nochmals wiederholt, bis die Schieberegister
80-1 bis 80-4 vollständig mit den Zwischendaten des zweiten Verarbeitungsschrittes
gefüllt sind. Damit ergibt sich eine Anordnung der Zwischendaten in diesen Schieberegistern,
wie diese in Fig. 8c dargestellt ist, wobei die dabei als erste erzeugte Gruppe
von Zwischendaten ebenfalls mit Pfeilen markiert ist.
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Beim folgenden dritten Verarbeitungsschritt wird nun der Inhalt der
Schieberegister 80-1 bis 80-4 durch parallele Schiebetakte parallel ausgelesen und
der Recheneinheit 82 zugeführt. Aus der Fig. 8c ist zu erkennen, daß dann durch
aufeinanderfolgendes Umschalten der Umschalter 92-1 bis 92-4 nacheinander die Bildsignale
der ersten beiden Zeilen des zu erzeugenden Bildes verschachtelt auf der Leitung
93
erscheinen, so daß diese mit dem Ausgang 10, der zum Bildwiederholungsspeicher
20 in Fig. 3 führt, verbunden ist, denn das dann notwendige Einschreiben der Bildsignale
in Speicherplätze für zwei aufeinanderfolgende Zeilen kann leicht beim Bildwiederholungsspeicher
20 gesteuert werden. Falls dies jedoch nicht möglich ist, können die von der Recheneinheit
82 erzeugten Bildsignale auch in die Schieberegister 84-1 bis 84-4 in einer derartigen
Folge eingeschrieben werden, wie diese in Fig. Bd angedeutet ist, und danach wird
der Inhalt dieser Schieberegister durch entsprechende Steuerung der Schiebetakte
so ausgelesen und dem Ausgang 10 zugeführt, daß die Bildsignale der Bildpunkte jeweils
eines Unterbildes zeilenweise erscheinen.
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Nun kann mit der Verarbeitung des nächsten Unterbildes begonnen werden,
indem dessen Koeffizienten dem Eingang 1 zugeführt werden. Daraus ist zu ersehen,
daß eine kontinuierliche Verarbeitung der Koeffizienten aufeinanderfolgender Unterbilder
nicht möglich ist. Dafür ist der Aufwand an Speicherplatz und Recheneinheit bei
der Anordnung nach Fig. 7 geringer.
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Eine Anordnung, bei der nur ein Speicher und nur eine Recheneinheit
verwendet wird, ist in Fig. 9 dargestellt.
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Darin ist ein Speicher 104 mit wahlfreiem Zugriff vorgesehen, dessen
Adresseneingänge ADO bis AD5 sowie der das Umschalten von Schreiben auf Lesen bzw.
umgekehrt steuernde Eingang R/W von der Steuereinheit 108 angesteuert werden. Der
Mehrbit-Datenausgang 107 des Speichers 104 ist mit dem Ausgang verbunden, um am
Schluß der Verarbeitung die rücktransformierten Bilddaten zur Darstellungsanordnung
abzugeben, und mit dem Dateneingang eines Schieberegisters 120 mit vier Stufen,
wobei jede Stufe ein Mehrbit-Datenwort entsprechend der Länge der Koeffizienten
bzw. Zwischendaten speichern kann. Die Ausgänge des Schieberegisters 120 führen
auf die Eingänge einer Recheneinheit 122, die wie die Recheneinheiten in Fig. 3
bzw.
-
Fig. 7 aufgebaut sein kann. Die Ausgänge der Recheneinheit 122 führen
auf einen Abtastschalter bzw. Mehrbit-Multiplexer 124, dessen Ausgang über din Leitung
123 und einen Umschalter 106 mit dem Mehrbit-Dateneingang 105 des Speichers 104
verbunden sind. Der Umschalter 106 verbindet in der entgegengesetzten Stellung den
Dateneingang 105 des Speichers 104 mit dem Eingang 1 für die zu verarbeitenden Koeffizienten
der Unterbilder.
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Die Steuereinheit 108 enthält einen Taktgenerator 110, dessen Ausgang
mit dem Zähleingang eines Dualzählers 112 sowie mit der Leitung 101 verbunden ist,
von der aus der Abtastschalter 124 gesteuert wird und das Schieberegister 120 über
das UND-Gatter 118 Schiebetakte erhält, wenn auf der Leitung 103, mit der der andere
Eingang des UND-Gatters 118 verbunden ist, ein solches Signal vorhanden ist, das
den Speicher 104 auf Lesen schaltet.
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Der Dualzähler 112 enthält eine Anzahl Stufen, die durch die Größe
des zu verarbeitenden Unterbildes bestimmt ist.
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Bei der hier beispielsweise angenommenen Unterbildgröße von 8x8 Bildpunkten
sind sieben Stufen vorhanden, wobei die Ausgänge der Stufen 1,2 und 4 bis 7 mit
Eingängen von Umschaltern bzw. Ein-Bit-Multiplexern 116-0 bis 116-5 verbunden sind,
deren Ausgänge mit den Adresseneingängen ADO bis AD5 des Speichers 104 verbunden
sind. Dabei wird angenommen, daß die Ziffer in dem Bezugszeichen der Adresseneingänge
deren Wertigkeit angibt. Die Umschalter 116-0 bis 116-5 werden von einer Anordnung
114 gesteuert, die von dem Dualzähler 112 am Ende jedes Verarbeitungsschrittes ein
Übertrags signal erhält und somit die Verarbeitungsschritte zählt und am einfachsten
aus einem Zähler mit vier Stellungen bestehen kann.
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Zu Beginn wird angenommen, daß der Speicher 104 die Koeffizienten
eines Unterbildes in solchen Speicherplätzen enthält, deren Adressen mit der in
Fig. 1 angegebenen Nummer der Bildpunkte des Unterbildes übereinstimmt. Vor Beginn
des
ersten Verarbeitungsschrittes stehen die Umschalter 116-0 bis 116-5 in der gezeichneten
Stellung. Dadurch ist der Adresseneingang AD2 mit der ersten Stufe des Dualzählers
112 verbunden, so daß jeweils zwei Koeffizienten ausgelesen werden, die zu Bildpunkten
gehören, die einen Abstand von vier Bildpunkte haben. Der Adresseneingang AD5 ist
mit dem Ausgang der zweiten Stufe des Dualzählers 112 verbunden, wodurch danach
zwei Koeffizienten ausgelesen werden, die zu Bildpunkten gehören, die zu den ersten
beiden Bildpunkten um genau ein halbes Unterbild versetzt sind. Dies sind also die
in Fig. 1 mit Kreisen versehene Bildpunkte 0,4,32 und 36 usw. Es wird ferner angenommen,
daß die dritte Stufe des Dualzählers 112 ein Signal auf der Leitung 103 erzeugt,
die den Speicher 104 auf Lesen schalten. Dadurch erhält gleichzeitig das Schieberegister
120 über das UND-Gatter 118 vier Schiebetakte, so daß die über die Mehrfachleitung
107 ausgelesenen vier Koeffizienten in das Schieberegister 120 eingeschrieben und
damit der Recheneinheit 122 parallel zugeführt werden.
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Nach dem vierten Takt des Taktgenerators 110 wechselt die dritte Stufe
des Dualzählers 112 den Zustand, so daß- über die Leitung 103 der Speicher 104 auf
Schreiben umgeschaltet wird. Bei den folgenden vier Takten des Taktgenerators 110
werden die gleichen Adressen wie vorher im Speicher 104 aufgerufen, und der Abtastschalter
124 tastet die Ausgänge der Recheneinheit 122 nacheinander ab und führt über die
Leitung 123 und den dann in der gezeichneten Stellung stehenden Umschalter 106 die
Zwischendaten der ersten Gruppe dem Dateneingang 105 des Speichers 104 zu und schreibt
diese Zwischendaten in die gleichen Adressen ein, in denen vorher die zugehörigen
Koeffizienten enthalten waren.
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Falls die Recheneinheit 122 wesentlich langsamer arbeitet als der
Periodendauer der Taktimpulse des Taktgenerators 110 entspricht, kann beispielsweise
der Taktgenerator 110 nach den ersten vier Takten bzw. nach jeweils vier Takten,
mit denen vier Werte aus dem Speicher 104 ausgelesen wer-
den,
für eine Zeit entsprechend der Verarbeitungszeit der Recheneinheit 122 angehalten
werden.
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Nachdem die slen vier Zwischendaten in den Speicher 104 eingeschrieben
sind, schaltet die vierte Stufe des Dualzählers 112 um, mit der der Adresseneingang
ADO verbunden ist, so daß nun die um einen Bildpunkt versetzte Gruppe von Koeffizienten
ausgelesen und anschließend wieder zurückgeschrieben wird, usw.
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Am Schluß des ersten Verarbeitungsschrittes, wenn die Inhalte aller
Adressen verarbeitet sind, erzeugt der Dualzähler 112 ein Übertragssignal, das die
Stufe 114 veranlaßt, die Umschalter 116-0 bis 116-5 auf die nächste Stellung weiterzuschalten.
Damit werden jeweils vier aufeinanderfolgende Adressen erzeugt, die den in Fig.
1 mit einem Dreieck versehenen Bildpunkten entsprechen. Entsprechendes gilt dann
auch für den dritten Verarbeitungsschritt, nachdem der Speicher 104 die rücktransformierten
Bildsignale enthält und die Schalter 116-0 bis 116-5 in der untersten Stellung stehen.
Dadurch sind die Adresseneingänge mit den Stufen gleicher Wertigkeit des Dualzählers
112, abgesehen von der dritten Stufe, verbunden, und die Inhalte der Adressen des
Speichers 104 werden in der natürlichen Zahlenfolge, d.h. bezogen auf das Unterbild
zeilenweise, ausgelesen und dem Ausgang 10 zugeführt. Da nun beim reinen Auslesen
des Speichers 104 die Umschaltung zwischen Schreiben und Lesen nicht notwendig ist,
kann die dritte Stufe des Dualzählers 112 überbrückt werden, oder es werden gleichzeitig
die Koeffizienten des nächsten Unterbildes eingelesen, indem der Umschalter 106
in die entgegengesetzte Stellung umgeschaltet und damit der Dateneingang 105 des
Speichers 104 mit dem Eingang 1 für die Koeffizienten verbunden wird. In diesem
Falle würden jeweils vier Bildsignale ausgelesen und danach vier neue Koeffizienten
eingeschrieben.
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Auch bei der Anordnung nach Fig. 9 ist somit eine kontinu-
ierliche
Verarbeitung der Koeffizienten aufeinanderfolgender Unterbilder nicht ohne weiteres
möglich. Wenn dies erwünscht ist, müssten entsprechend mehrere Speicher 104 sowie
Recheneinheiten 122 und Schieberegister 120 vorhanden sein, wobei die Steuereinheit
108 nur für jeden Speicher eine Gruppe von Umschaltern 116-0 bis 116-5 für die Adresseneingänge
enthalten muß, während der Taktgenerator 110, der Dualzähler 112 und die Stufe 114
gemeinsam sein können.
-
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, müssen in den einzelnen
Verarbeitungsstufen die Adressen des Speichers 104 in bestimmten Folgen adressiert
werden, was in der Anordnung nach Fig. 9 durch die Steuereinheit 108 erreicht wird.
Diese Steuereinheit 108 kann selbstverständlich auch anders aufgebaut sein, insbesondere
kann sie durch einen Mikroprozessor realisiert werden, der die Adressensprünge der
einzelnen Verarbeitungsschritte durch arithmetische Operationen bestimmt. Die durch
einen solchen Mikroprozessor zu bestimmende Adressenfolge ergibt sich beispielsweise
aus der Fig. 1 oder aus der Fig. 8.
-
Sofern es die geforderte Verarbeitungsgeschwindigkeit zuläßt, kann
auch der durch das Schieberegister 120 gebildete Zwischenspeicher und die Recheneinheit
122, letztere durch Ausnutzung der Recheneinheit des Mikroprozessors seriell für
die einzelnen Verarbeitungsschritte, verwendet werden.
-
L eerseite