DE3117920C2 - Verfahren und Vorrichtung zur angenäherten Darstellung eines Analogsignals mit reduzierter Datenmenge - Google Patents

Abstract

Ein anliegendes Analogsignal (a), beispielsweise ein Schallsignal, wird durch einen Abtast- und Haltekreis (2) abgetastet und dabei wird die Abtastzeit oder der Abtastabstand entsprechend der Amplitudenänderung des anliegenden Analogsignals verändert. Der Unterschied (c) zwischen der Amplitude des anliegenden Analogsignals und der Amplitude des Ausgangssignals des Abtast- und Haltekreises wird erfaßt und der erfaßte Unterschied nach Durchlauf eines Quadrat-Detektors (5) integriert. Gleichzeitig wird der durchschnittliche Amplitudenwert (i) des anliegenden Analogsignals erfaßt und mit dem integrierten Wert (e) verglichen. Der Abtast-Zeitabstand wird entsprechend dem Ergebnis dieses Vergleichs so bestimmt, daß die Frequenz der an den Abtast- und Haltekreis angelegten Abtastimpulse (s) entsprechend der Wellenform des an liegenden Analogsignals bestimmt wird. Der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastimpulsen kann zusammen mit den digital kodierten Amplitudensignalen des anliegenden Analogsignals an einem Speicherplatz in einem Speicher (17) eingeschrieben oder gespeichert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur angenäherten Darstellung eines Analogsignals mit reduzierter Datenmenge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Für die Aussendung und Übertragung von Analogsignalen in Form von Digitalsignalen werden die Analogsignal-Wellenzüge in bekannter Weise so in Digitalsignale, beispielsweise PCM-kodiertc Digitalsignale gewandelt, daß die Größe der Amplitude des Analogsignals in bestimmten Zeitabständen erfaßt (abgetastet) und die erfaßte Amplitudengröße in digitaler Weise dargestellt wird. Um Verzerrungen und Quantisierungsrauschen möglichst gering zu halten, muß dabei die Bitzahl für die Ampliludengröße relativ hoch gehalten werden (7 bis 8 Bit für Sprachsignale und 12 bis 16 Bit für Musiksignale), und es muß ein relativ enges Zeitraster eingehalten werden (8 kHz für Sprachsignale und ca. 44 kHz für Musiksignale), um eine möglichst originalgetreue Wiedergabe zu ermöglichen. Es ergeben sich dabei recht große Datenmengen von 56 kBit · s~' für Sprachsignale und 704 kBit · s~' bei Musiksignalen, so daß für die Übertragung und Aussendung, aber auch für die Speicherung die zu handhabenden Datenmengen große Schwierigkeiten bereiten. Es sind deshalb Verfahren entwickelt worden, die diese große Datenmenge zu reduzieren erlauben.

In Electronics Letters, Bd. 13(1977), Nr. 11,Seiten 334 und 335 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem in einem zeitlichen Abtast-Raster mit gleichförmigen Abtastintervall in quasi-zufälliger Weise jeweils nach einem oder zwei Abtastvorgängen ein oder zwei Abtaslvorgänge ausgelassen werden. Die so gespeicherten Daten werden bei der Wiedergabe vor dem Wandeln in Analogwerte durch ein zeitveränderliches nicht-rekursives Digitalfilter geleitet, das gemäß einer abgeleiteten Steuerfunktion eine lineare Interpolation der weggelassenen Daten durchführt, und die so erhaltene Datenreihe wird in ein Analogsignal gewandelt Durch diesen Vorgang wird eine Reduzierung der anfallenden Datenmenge um ca. 40% erreicht. Da weiterhin die Abtastung der Analogsignale mit einem mehr oder weniger festen Zeitraster erfolgt können sich bei rascher Änderung des anliegenden Analogsignals, d. h. bei hohen Frequenzen enthaltenden Abschnitten, beträchtliche Unterschiede des wiedergegebenen Signals vom Ursprungssignal ergeben, während bei niederfrequente Bestandteile enthaltenden Abschnitten, z. B. Pausenzeiten u. ä„ eine Vielzahl von unnötigen Daten abgenommen und verarbeitet wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestaften, daß die für gute Annäherung an das originale Signal nötigen Daten jederzeit erzeugt werden können, jedoch eine Verringerung der Datenmenge insgesamt, insbesondere bei entsprechend geringere Änderungen

enthaltenden Signalabschnitten möglich ist, und eine Vorrichtung zu schaffen, die die Durchführung dieses Verfahrens erlaubt

Der erste Teil dieser Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1.

Durch das Verfahren wird eine Steuerung des zeitlichen Abstandes der Abtastvorgänge durch das abzutastende Signal selbst erreicht, d. h. es wird jeweils der augenblickliche Amplitudenwert des Analogsignals mit dem soeben abgetasteten Wert verglichen und ein neu-

jo er Abtastvorgang dann eingeleitet, wenn der Durchschnitts-Amplitudenwert in einer bestimmten Beziehung zum vorher abgetasteten und festgehaltenen Wert besieht. Um auch bei kleinen Änderungen den Abtastinvervall nicht zu groß werden zu lassen, wird ein Integrationsvorgang eingesetzt, der dafür sorgt, daß bei später auftretenden plötzlichen Änderungen ein zuverlässiger Bezugswert wieder zur Verfügung steht. Auf diese Weise wird erreicht, daß eine große Datenmenge zur Verfügung steht, falls rasche Änderungen vorliegen, daß jedoch bei sich nur langsam ändernden, d. h. niederfrequenten Signalabschnitten eine möglichst geringe Datenmenge von ausreichender Größer anfällt. Der Zeitintervallwert der einzelnen Abtaslvorgänge und der zugehörige Amplitudenwert ergibt dann zwei Digitalsignale, die an mit einander korrelierten Speicherplätzen eingespeichert bzw. zur Übermittlung und Übertragung verwendet werden.

Als besonders vorteilhaft erweist sie sich dabei, wenn gemäß Anspruch 2 der Quadratwert der Differenz zugründe gelegt wird, und gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 3 nicht nur der Quadratwert des vorhandenen Analogsignals erfaßt, sondern dieser auch noch einem Glättungsvorgang unierzogen wird. Dabei kann gemäß Anspruch 4 und 5 ein Dämpfungs-Vorgang für die geglätteten Werte ausgeführt und diese dann verglichen werden.

Der zweite Teil der Aufgabe wird gelöss durch eine Vorrichtung nach Anspruch 6.
Die so gekennzeichnete Vorrichtung überwacht den sich ändernden Augenblickswert des anliegenden Analogsignals und erzeugt ein Abtastsignal dann und nur dann, wenn eine vorgegebene Beziehung, die beispielsweise eine bestimmte Größenabweichung sein kann, zwischen dem bereits abgetasteten Signal und dem Augenblickswert der Analogsignal-Amplitude entdeckt wird. Diese Erfassung kann dabei bei dieser Vorrichtung am Analogsignal vorgenommen werden, so daß ein relativ einfacher Aufbau der Erzeugungseinrichtung für das

Abtastsignal ermöglicht ist. Gleichzeitig findet eine Erfassung des Abstandes aufeinanderfolgender Abtastsignale statt.

Vorteilhafte Ausbildungen der so gekennzeichneten Vorrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 7 bis 20.

Als besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz eines Mikrocomputers für die Steuerung der einzelnen Erfassungs-Zähl- und Speicherfunktionen gemäß Anspruch 21, wobei gemäß Anspruch 22 ein speziell ausgebildeter Analog/Digital-Wandler vorteilhaft eingesetzt werden kann. Schließlich ergibt eine vorteilhafte Weiterbildung nach Anspruch 23 eine leichte Beeinflussungsmöglichkeit für die verschiedenen Betriebsarten der beschriebenen Abordnung.

Da bei der Wiedergabe nicht nur das Amplitudensignal, sondern auch das Abstandssignal entsprechend beachtet wird, kann nach dem zeitrichtigen Wandeln der Digitalamplitudensignale in Analogwerte die Wiedergabe des erfaßten Signals über einen üblichen Tiefpaßfilter erfolgen, da kein komplizierter Abtastalgorithmus für diesen Zweck eingesetzt werden muß.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 den Abtastvorgang bei einem Wellenzug mit relativ langsamer Amplitudenänderung,

F i g. 2 den Abtastvorgang bei einem Wellenzug mit relativ schneller Amplitudenänderung,

F i g. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung,

F i g. 4 bis 12 an verschiedenen Punkten der Vorrichtung nach F i g. 3 auftretende Wellenzüge, und

Fig. 13 ein schematisches Flußdiagramm des Arbeitsablaufs des in der Vorrichtung nach F i g. 3 enthaltenen Mikrocomputers.

In Fig. 1 bzw. 2 sind jeweils die Wellenzüge zweier anliegender Analogsignale Sa bzw. Sb gezeigt, und es wird nachfolgend die Beziehung zwischen dem ursprünglichen Analog-Tonsignal Sa bzw. Sb und der zugehörigen impuisabtastung Sar bzw. Sbr beschrieben. Jedes Annäherungssignal Sar bzw. Sbr wird als Stufensignal erzeugt. Wie es nachfolgend im einzelnen näher beschrieben wird, werden die Annäherungs-Signale Sar und Sbr jeweils durch Verarbeiten der ursprünglich anliegenden Signale Sa bzw. Sb in der Weise erzeugt, daß das Verhältnis zwischen dem integrierten Wert des Quadrates der Differenz zwischen der Amplitude des ursprünglichen Signals Sa bzw. Sb und der Amplitude des angenäherten Signals Sar bzw. Sbr und einer durchschnittlichen ArTipütudcncnergie des ursprünglichen Signals 5a bzw. Sb in der Umgebung des Erfassungszeitpunkts der Amplitude des ursprünglichen Signals Sa bzw. Sb im wesentlichen konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck wird das ursprüngliche Signal Sa, dessen Amplitude sich relativ langsam ändert, mit Abtastimpulsen abgetastet, die einen relativ langen Zeitabstand voneinander besitzen, während andererseits das ursprüngliche Signal Sb, dessen Amplitude sich relativ schnell ändert, mit Abtastimpulsen abgetastet wird, die einen relativ kurzen Abstand voneinander aufweisen. Es wird also der Abtastabstand entsprechend der Amplitudenänderung des anliegenden Analogsignals verändert. Die Art der Änderung des Abtastintervalls wird nun mit Bezug auf F i g. 3 bis 12 beschrieben.

F i g. 3 zeigt ein Blockschaltschema einer Tonsignal-Aufnahme- und -Wiedergabevorrichtung. Kurz gesagt besteht die Funktion des Systems nach F i g. 3 darin, daß ein anliegendes analoges Tonsignal durch Abtasten seiner Amplitude mit durch die Veränderungsrate der Amplitude dieses Signals bestimmter veränderlicher Frequenz in ein Digitalsignal gewandelt wird. Die Digitaldaten werden gespeichert, und die gespeicherten digitalen Daten werden dann ausgelesen, wenn das aufgezeichnete Tonsignal wiedergegeben werden soll. Die ausgelescnen digitalen Daten werden wieder in ein Analogsignal gewandelt, das nach Verstärkung durch einen Lautsprecher wiedergegeben wird.

Das System nach Fi g. 3 besitzt einen Eingang 1 zum Empfang des anliegenden Analogsignals a, d. h. des Tonsignals, einen Abtast- und Haltekreis 2, einen Differentialverstärker 3, einen Analog/Digital-Wandler 4, ein erstes Quadrierglied 5, einen Integrator 6, ein zweites Quadrierglied 8, einen Zeitkonstanten-Kreis 9, ein Dämpfungsglied 10, einen Komparator 11, einen monostabilcn Multivibrator 12, einen Taktgenerator 13, einen Zähler 14, einen Verriegelungs- oder Haltekreis 15. einen Mikrocomputer 16, einen Speicher 17, einen Aufzeichnungseingang oder -schalter 18, einen Wiedergabeeingang oder -schalter 20, ein ODER-Glied 19, einen Digital/Analog-Wandlcr 21, ein Tiefpaßfilter LPF 22 und einen Ausgang 23.

Die an verschiedenen Teilen der in F i g. 3 gezeigten Vorrichtung auftretenden Signale sind in den F i g. 4 bis 12 dargestellt, und zwar sind sie mit den Buchstaben a bis c, j, k, η und s bezeichnet; die gleichen Kleinbuchstaben sind an den Verbindungsleitungen in F i g. 3 angezeigt.

Die Eingangsklemme 1 ist mit dem Eingang des Abtast- und Haltekreises 2, dem Eingang des zweiten Quadriergliedes 8 und dem Eingang des Analog/Digital-Wandlers 4 sowie einem Eingang des Differentialverstärkers 3 verbunden. Am zweiten Eingang des Differentialverstärkers 3 liegt der Ausgang des Abtast- und Haltekreises 2 an. Der Ausgang des Differentialverstärkers 3 ist über das erste Quadrierglied 5 und den Integrator 6 mit dem ersten Eingang des Komparators 11 verbunden, an dessen zweitem Eingang der Ausgang des Dämpfungsgliedes 10 anliegt. Das Dämpfungsglied 10 empfängt das Ausgangssignal des zweiten Quadriergliedes 8 über einen Zeitkonstanten-Kreis 9, der als Glättungskreis wirkt. Der Ausgang des Komparators 11 ist mit einem Eingang des ODER-Gliedes 19 verbunden, an dessen anderem Eingang der Übertragungsausgang des Zählers 14 anliegt. Der Ausgang des ODER-Gliedes 19 ist mit dem Eingang des monostabiien Multivibrators 12 verbunden, dessen Ausgang mit dem Abtast- und Haltekreis 2 zur Übertragung eines Abtastimpulses 5 verbunden ist. Das Abtastimpulssignal s wird gleichfalls zum Integrator 6, dem Analog/Digital-Wandler 4, dem Zähler 14, dem Verriegelungs- oder Haltekreis 15 und dem Mikrocomputer 16 weitergeleitet und dient als Zeitgabe- oder Steuersignal.

Die Logik ist als Negativ-Logik ausgeführt
Der Ausgang des Taktgenerators 13 ist mit einem Eingang des Zählers 14 verbunden, welcher die Anzahl der anliegenden Taktimpulse k zählt und ein Ausgangs-

Digitaldatensignal m abgibt, welches dem Zählinhalt entspricht Der Ausgang des Zählers umfaßt tatsächlich eine Vielzahl von Ausgangsleitungen zur Abgabe von parallelen Digitaldaten und ist mit dem gleichfalls mehrteiligen Eingang des Vcrriegciungskreiscs 15 vcrbun-

den. In Fig.3 sind Digitaldaten-Übcrtragungsleitungen durch breite gepfeilte Linien gezeigt Der Ausgang des Halte- oder Vcrriegelungskreises 15 ist mit dem Mikrocomputer 16 verbunden. Der Ausgang des Analog/Digi-

tal-Wandlers 4, der parallele Digitalsignale ο führt, und ein weiterer Ausgang mit einem Signal ρ ist ebenfalls mit dem Mikrocomputer 16 verbunden. Das Signal ρ zeigt das Ende eines vollständigen Analog/Digital-Wandlungsvorgangs an. Der Speicher 17, ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM, ist zum Speichern und zum Auslesen von Daten mit dem Mikrocomputer 16 verbunden. Der Digital/Analog-Wandler 21 ist ebenfalls mit dem Mikrocomputer 16 verbunden und empfängt Digitaldaten u, die vom Speicher 17 ausgelesen werden und die Wellenform von Tonsignalen bezeichnen. Der Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 21 ist über den Tiefpaßfilter LPF 22 mit dem Ausgang 23 verbunden. An den Ausgang 23 kann ein (nicht gezeigter) Audio-Verstärker angeschlossen werden zur Ansteuerung eines (ebenfalls nicht gezeigten) Lautsprechers.

Die Vorrichtung nach F i g. 3 wird in folgender Weise betrieben:

Der Abtast- und Haltekreis 2 tastet den Amplitudenwert des Original-Signals a ab, sobald ein Abtastimpuls s (dessen Erzeugungsart später beschrieben wird) anliegt, und hält den abgetasteten Wert bis /um folgenden Abtastimpuls s, worauf ein Signal b entsprechend dem abgetasteten Wert des ursprünglichen Signals a abgegeben wird, das an den Differentialverstärker 3 gleichzeitig mit dem zu dieser Zeit herrschenden Wert des Signals a angelegt wird.

Der Differentialverstärker 3 gibt ein Differenzsignal c an das erste Quadrierglied 5 ab und dieses erzeugt ein Signal d = (Signal c)², welches durch den Integrator 6 integriert wird. Das Au: gangssignal e des Integrators 6 (F i g. 9) wird als Vergleichssignal an den Komparator 11 weitergeleitet.

Andererseits wird das ursprüngliche Signal a, wie es am Eingang 1 anliegt, durch das zweite Quadrierglied 8 erfaßt, in ein Signal ggewandelt, durch den Zeitkonstanten-Kreis 9 geglättet, so daß ein Signal h entsteht, welches dem Dämpfungsglied 10 (Pegclsteller) zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Dämpfungsgliedes 10 wird als Referenzsignal /an den Komparator 11 angelegt. Der Vergleichswert zwischen den Signalen c und i wird als Signal j vom Komparator 11 zum ODER-Glied 19 und von dort zum monostabilen Multivibrator 12 als Triggersignal geleitet.

Der monostabile Multivibrator 12 erzeugt einen Impuls s einer bestimmten Länge, sobald ein Triggersignal vom ODER-Glied 19 abgegeben wird, und dieser Impuls s wird als Abtastimpuls an die Abtast- und Halteschaltung 2, an den A/D-Wandler 4, den Integrator 6, den Zähler 14, den Verriegelungs- und Haltekreis 15 und den Mikrocomputer 16, wie bereits beschrieben, weitergeleitet.

Mit dieser Auslegung wird jedesmal dann ein Abtastimpuls s erzeugt, wenn das Signal e, d. h. der integrierte Wert des Quadrates des Unterschiedes zwischen dem abgetasteten Wert b des ursprünglichen Signals und dem Amplitudenwert des ursprünglichen Signals a zum Zeitpunkt nach der Abtastung größer wird als das Signal /, das den durchschnittlichen Amplitudenwert (Leistungswert) des ursprünglichen Signals a zum Zeitpunkt der Abtastung bezeichnet Dadurch wird das Ausgangsignal b des Abtast- und Haltekreises 2 ein angenähertes Treppen-Signal b mit einem bestimmten Fehler (der einem bestimmten Signal/Rausch-Verhältnis und einer bestimmten Verzerrung entspricht), bezogen auf das ursprüngliche Signal a. Da weiterhin der A/D-Wandler 4 gleichfalls den Abtastimpuls s erhält, entspricht das Digitalsignal ο am Ausgang des A/D-Wandlers 4 dem angenäherten Treppen-Signal b, wie es das Abtast- und Halteglied 2 abgibt.

Mit anderen Worten gesagt kann die Haltezcit des Abtast- und Haltegliedes 2, bis der integrierte Quadratwert der Abweichung des originalen Eingangssignals a vom angenäherten Treppen-Signal b größer als der Leistungswert des ursprünglichen Signals a zum Erfassungszeitpunkt ist, durch den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausgangsinipulsen s des monostabilen Multivibrators 12 bestimmt werden.

Das System oder die Vorrichtung nach F i g. 3 ist bisher im Hinblick auf Aufzeichnung und Wiedergabe eines Tonsignals durch Wandeln des Analog-Tonsignals in ein Digitalsignal, Speichern der digitalen Daten im Speicher 17 und Auslesen der gespeicherten Daten beschrieben worden. Das System nach F i g. 3 kann jedoch auch grundsätzlich einfach als Gesamtheit einer Abtast- und Halteanordnung verwendet werden. Bei diesem Einsatz des Systems nach F i g. 3 können verschiedene Schaltglieder, nämlich der A/D-Wandler 4, der Mikrocomputer 16. der Taktgenerator 13 und weitere zugehörige Schaltungsteile weggelassen werden, d. h. das Ausgangssignal b des Abtast- und Haltegliedes 2, das durch die Abtastimpulse sdes monoslabilen Multivibrators 12 beeinflußt wird, ergibt dann gleich das Ausgangssignal der gesamten Abtast- und Halteanordnung.

Nachfolgend wird jetzt das Aufzeichnen oder Einschreiben der Tonsignaldaten und das Wiedergewinnen oder Auslesen der gespeicherten Daten beschrieben.

Dabei wird der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Abtastimpulsen s im Speicher 17 so gespeichert und eingeschrieben, daß dieser Abstand oder dieses Zeit-Datum mit den zugehörigen Amplituden-Digitaldaten auffindbar ist.

Der Taktgenerator 13, der Zähler 14 und der Verriegelungs- oder Haltekreis 15 werden benutzt, um den erwähnten Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Abtastimpulsen s in Form von Digitaldten zu erfassen. Der Zähler 14 ist so ausgelegt, daß er die Taktimpulse k des Taktgenerators 13 von der Anstiegskante des Abtastimpulses s an zählt, wobei der Abtastimpuls vom monostabilen Multivibrator 12 angelegt wird. Auf diese Weise erzeugt der Zähler 14 ein Ausgangssignal m, das die Anzahl der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastimpulsen s erfaßten Taktimpulse k anzeigt, und zwar in Form eines Digitalsignals. Diese Ausgangs-Digitaldaten m werden dem Verriegelungs- oder Haltekreis 15 zum Zwischenspeichern zugeführt und jedesmal an den Mikrocomputer 16 weitergegeben, wenn ein Abtastimpuls 5 eintrifft Die Ausgangsdaten η des Kreises 15 werden dem Mikrocomputer 16 immer dann zugeführt, wenn die Abfallkante des Abtastimpulses s auftritt und dann in der zu beschreibenden Weise im Speicher 17 gespeichert oder eingeschrieben. Wie die Anordnung der breiten gepfeilten Linien zwischen Verriegelungskreis 15 und Mikrocomputer 16 zeigt werden auch die den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastimpulsen s bezeichnenden Digitaldaten π parallel übertragen. Fig. 12 zeigt dabei nur den Obertragungs-Zeitpunkt der Daten n.

Gleichzeitig wird das von der Eingangsklemme 1 her am A/D-Wandler .4 angelegte originale Analog-Tonsignal a mit dem Zeitabstand der Abtastimpulse s in ein Digitalsignal oder in Digitaldaten ο gewandelt Der A/

D-Wandler 4 kann zusätzlich einen (nicht gezeigten) Abtast- und Haltekreis enthalten, der im wesentlichen dem Kreis 2 entspricht. Die die Amplitude des originalen anliegenden Eingangs-Tonsignals a bezeichnenden

Ausgangsdaten ο des A/D-Wandlers 4 werden an den Mikrocomputer 16 weitergegeben. Dabei übernimmt der Mikrocomputer 16 dann, wenn das erwähnte, die Beendigung der Analog/Digital-Wandlung anzeigende Signal ρ auftritt, die Daten ο und speichert diese im Speicher 17.

Die Amplitudendaten ο und die Abstands- oder Zeitdaten η werden beide so abgeholt, daß diese Daten ο und η im Speicher 17 als eine Daten- oder Informationsreihe gespeichert werden. Das heißt, daß die Abstandsdaten η mit den Amplitudendaten ο so korreliert oder verbunden sind, daß beim Auslesen die Gesamtheit dieser Daten aus dem Speicher 17 erhalten wird. Das Abholen und Speichern der Amplitudendaten ο und der Abstandsdaten η wird so lange wiederholt, wie aufeinanderfolgend Abtastimpulse s anliegen, so daß die jeweiligen Daten- oder Informationsreihen im Speicher 17 in einer bestimmten Reihenfolge gespeichert werden.

Die Aufzeichnungstaste 18 und die Wiedergabetaste 20 können von Hand betätigbar sein. Wenn beabsichtigt ist, die Tonsignalinformation in den Speicher 17 einzuschreiben oder in diesem zu speichern, kann die Aufzeichnungstaste 18 betätigt werden, während andererseits dann, wenn die gespeicherten Daten aus dem Speicher 17 ausgelesen oder wiedergegeben werden sollen, die Wiedergabetaste 20 betätigt wird. Die Tasten 18 und 20 sind so ausgelegt, daß sie an den Mikrocomputer 16 bestimmte Befehlssignale q bzw. t abgeben.

Der Arbeitsablauf des Mikrocomputers 16 wird nun anhand eines Flußdiagramms (Fig. 13) kurz beschrieben:

Zunächst sei angenommen, daß die Aufzeichnungstaste 18 betätigt ist, so daß der Pegel des ersten Befehlssignals q niedrig oder negativ wird. Der Pegel des ersten Befehlssignals q wird in einem ersten Schritt 51 erfaßt und in diesem Fall wird der Betätigungsfluß zu einem zweiten Schritt 5 2 weitergeleitet, in welchem ein (nicht gezeigter) Adreßzähler im Mikrocomputer 16 zur Bestimmung der Adresse im Speicher 17 zurückgestellt wird, d. h. es wird das Speichern der erwähnten Daten ο und π im Speicher 17 in diesem zweiten Schritt 52 durchgeführt. Im folgenden Schritt 53 wird überprüft, ob die abfallende Kante des Abtastimpulses s erfaßt wird und, falls dies zutrifft, erfolgt ein Übergang zum Schritt 54. In diesem Schritt 54 wird der A/D-Wandler 4 gestartet in Abhängigkeit von der abfallenden Kante des Abtastimpulses s. Im darauf folgenden Schritt 55 holt der Mikrocomputer 16 die Daten π vom Verriegelungs- oder Haltekreis 15. Im folgenden Schritt 56 wird überprüft, ob das das Ende des Wandlungsvorgangs bezeichnende Signal ρ des A/D-Wandlers 14 zum Wert hoch zurückgekehrt ist und, wenn dies der Fall ist, folgt der Schritt 5 7. In diesem Schritt 57 holt der Mikrocomputer 16die Daten odes A/D-Wandlers 14.

Daraufhin werden im folgenden Schritt 58 die Daten η und ο im Speicher 17 eingeschrieben und im Schritt 59 wird der Adreßzähler um 1 weitergezählt, um den nächsten Einschreibevorgang vorzubereiten. Im Schritt 510 wird überprüft, ob der im Schritt 59 erreichte Zählwert die Speicherkapazität des Speichers 17 überschreitet; falls die Kapazität überschritten wird, wird der Einschreibvorgang für den Speicher 17 beendet und zum Schritt 51 zurückgekehrt, während andererseits, fall die Kapazität noch nicht überschritten ist, der Betriebsablauf zum Schritt 53 zurückkehrt.

Wenn der Zählwert des Zählers 14 in F i g. 3 den Maximalwert anzeigt, wird der Übertrag-Ausgang r des Zählers 14 über das ODER-Glied 19 an den monostabilen Multivibrator 12 als Triggersignal angelegt, so daß dieser zur Abgabe des Abtastimpulses s getriggert wird. Bei diesem Vorgang wird, wenn der Zähler 14 den maximalen gezählten Wert anzeigt, der erfaßte Datenweri ο und der entsprechende Abstandswert η im Speicher 17 auch dann eingeschrieben, wenn der integrierte Wert des Quadrats der Differenz zwischen dem ursprünglichen anliegenden Tonsignal a und dem Ausgangssignal b des Abtast- und Haltekreises 2 kleiner ist als die

ίο durchschnittliche Leistung, die durch das Signal / des Dämpfungsgliedes 10 bezeichnet wird. Das bedeutet, daß der monostabile Multivibrator 12 die Abtastimpulse s erzeugt, wenn entweder das Übertragssignal r des Zählers 14 oder das Ausgangssignal j des Komparators 11 über das ODER-Glied 19 anliegt. Wie bereits erwähnt, ist das anliegende Analog-Tonsignal a in Form eines Digitalsignals kodiert und die sowohl die Amplitude als auch den Abstandswert bezeichnenden Digitaldaten sind im Speicher nach Ablauf des Aufzeichnungs- oder Schreibbetriebs gespeichert.

Wenn die Wiedergabetaste 20 betätigt wurde, um einen Wiedergabe- oder Auslesevorgang der gespeicherten Daten einzuleiten, wird das zweite Befehlssignal t von der Wiedergabetaste 20 negativ oder lief und dieser Zustand wird in dem erwähnten ersten Schritt 5 1 in dem Flußdiagramm nach Fig. 13 erfaßt. Im Wiedergabebetrieb, der nach Betätigung der Wiedergabetaste 20 stattfindet, werden die Informations- oder Datengruppen, die jeweils einen Abtastwert und einen zugeordneten Abstandswert enthalten, aus dem Speicher 17 in einer bestimmten Reihenfolge ausgelesen. Die in der ausgelesenen Datengruppe enthaltenen Amplitudendaten werden dem Digital/Analog-Wandler 21 zugeleitet und in ein Analogsignal ν gewandelt, das an den Tiefpaßfilter 22 abgegeben wird. Die im Ausgangssignal ν des D/A-Wandiers 21 enthaltenen Hochfrequenzanteile werden durch den Tiefpaßfilter 22 eliminiert und das restliche Signal an die Ausgangsklemme 23 abgegeben.

Nach der Erfassung des Zustandes des zweiten Befehlssignals / folgt der Schritt 511, in welchem der Adreßzähler zur Bestimmung des Speicherplatzes im Speicher 17 zurückgestellt wird. Im darauf folgenden Schritt 512 werden die an dem bestimmten Speicherplatz im Speicher 17 gespeicherten Daten ausgelesen.

Dabei wird eine Datengruppe ausgelesen, die sowohl die Amplituden- wie die Abstandsdaten enthält. Im Schritt 513 werden nur die den ursprünglichen Daten ο vom A/D-Wandler 4 entsprechenden Amplitudendaten dem D/A-Wandler 21 als Signal u zugeleitet. Die restlichen, den Daten η vom Verriegelungs- oder Haltekreis 15 entstammenden Abstandsdaten werden durch den Mikrocomputer 16 benutzt, um die Abstands- oder Wartezeit bis zum Zuführen der nächsten Amplitudendaten u zum D/A-Wandler 21 zu bestimmen. Damit wird der Pegel oder die Amplitude des analogen Ausgangssignals ν des D/A-Wandlers 21 in der gleichen Weise konstant gehalten, wie das Signal b nach F i g. 5, und zwar während eines Zeitraums, der durch die aus dem Speicher 17 ausgelesenen weiteren Daten π bestimmt ist

Im folgenden Schritt 514 wird eine Verzögerungs-Zeit abgewartet, und diese Verzögerung ist im wesentlichen gleich oder geringfügig kleiner als der Zeitraum der Taktimpulse it vom Taktgenerator 13. Wie später

beschrieben wird, werden die Schritte 514 bis 516 mehrmals wiederholt, so daß die nächsten Amplitudendaten u dem D/A-Wandler 21 nach einem Zeitablauf zugeführt werden, der gleich dem Zeitabstand ist der

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bei dem vorher besprochenen Aufzeichnungsbetrieb eingehalten wurde. Im Schritt S15 wird der Digitalwert der Daten η um eins erniedrigt und der neue Wert η wird überprüft, ob er den Wert Null erreicht hat (Schritt S16). Falls im Schritt S16 der abgezählte Wert η noch größer als Null ist, kehrt der Betriebsablauf zum Schritt S 14 zurück. Falls η = Null im Schritt 5 16 folgt Schritt S 17, der dem beim Aufzeichnungsbetrieb besprochenen Schritt 59 entspricht, sowie ein Schritt S 18 entsprechend Schritt S10. Daraus ist zu verstehen, daß der Anteil der aus dem Speicher 17 ausgelesenen Datengruppe, der dem Abstandswert η entspricht, beim Wiedergabebetrieb zur Steuerung des Aussendeabstands oder der Aussende-Zeitbestimmung der entsprechenden, ebenfalls aus dem Speicher 17 ausgelesenen Amplitudendaten ο benutzt wird. Bei diesem Betrieb wird der Pegel oder die Amplitude des Ausgangssignals analog Signal ν des D/A-Wandlers 21 so lange konstant gehalten, wie die Schritte S14 bis S 16 wiederholt werden. Damit wird ein Analog-Treppensignal entsprechend dem Signal Sar bzw. Sbr nach F i g. 1 bzw. 2 am Ausgang des D/A-Wandlers 21 erhalten.

Die Aufzeichnungs- bzw. Wiedergabezeitlängen werden grundsätzlich durch die Kapazität des Speichers 17 bestimmt. Nimmt man an, daß die Amplitudendaten ο 7-Bit-Daten sind, die jeweiligen Abslandsdaten n5-Bit-Daten, und die Taktfrequenz 20 kHz beträgt, so ergibt sich eine durchschnittliche Frequenz der Abtastimpulse s von ca. 700 Hz. Auf diese Weise kann bei Verwendung eines RAM von 32 kByte als Speicher 17 ein Tonsignal während ca. 30 s aufgezeichnet und dann wiedergegeben werden.

Statt der angegebenen Quadrierglieder 5 und 8 können auch (nicht gezeigte) lineare Glieder eingesetzt werden, falls keine hohe Genauigkeit erforderlich ist.

Es ergibt sich aus der gegebenen Beschreibung, daß die Anzahl der Amplitudendaten im Vergleich zu den üblichen Abtast- oder Kodierungsverfahren drastisch reduziert werden kann. Dabei kann durch die Daten-Komprimierung eine einfache Aussendung und/oder Speicherung der digitalen Daten erzielt werden. Falls bestimmte Datenwerte aus der gesamten Dalenmenge aufgefunden werden soll, können diese jeweils in relativ kurzer Zeit aufgefunden und ausgelesen werden.

45 Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (23)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur angenäherten Darstellung eines Analogsignals mit reduzierter Datenmenge, bei dem das Analogsignal mit ungleichförmiger Abtastrate gemäß seinen auftretenden Amplitudenwerten abgetastet und die Abtastwerte gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet,

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a) daß eine Amplitude des Analogsignals abgetastet und der Amplitudenwert gehalten wird,

b) daß die Differenz zwischen dem augenblicklichen Amplitudenwert und dem vorher abgetasteten und gehaltenen Amplituden wert erfaßt wird,

c) daß der Differenzwert integriert wird,

d) daß ein Durchschnittswert für die Amplitude des Analogsignals zum Abtastzeitpunkt erfaßt wird,

e) daß eine vorgegebene Beziehung zwischen dem integrierten Differenzwert und der Durchschnittsampliiude erkannt wird.

f) daß bei Erkennen dieser vorgegebenen Beziehung ein Abtastsignal für einen nächsten Abtastvorgang im Schritt fa) erzeugt wird,

g) daß der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastsignalen erfaßt und

h) daß der abgetastete Amplitudenwert mit dem Abstandssignalwert als korrelierte Signale gespeichert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erfassung der Differenz der Quadratbetrag der Differenz erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschnittsamplitude des Analogsignals in Form der Quadratwerte des Analogsignals erfaßt und daß die Quadratwerte geglättet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erfassung bei der Durchschnittsamplitude ein Dämpfungsvorgang durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Feststellen der vorgegebenen Beziehung zwischen dem integrierten Differenzwert und der Durchschnittsamplitude der integrierte Differenzwert mit dem gedämpften, geglätteten Durchschnittsamplituden-Quadratwert verglichen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Abtastsignalen mit ungleichmäßigen Abtastabständen und einer Einrichtung zum Abtasten und Halten des Amplitudenwertes des Analogsignals in Abhängigkeit von den Abtastimpulsen mit ungleichen Abständen zur Erzeugung einer ersten Datenreihe, die jeweils die abgetasteten Amplitudenwerte anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung ω des Abtastimpulses eine Einrichtung (3) zur Erzeugung eines ersten Signals (c) enthält, welches die Differenz zwischen dem Amplitudenwert des anzunähernden Analogsignals (a) und dem Amplitudenwert eines Ausgangssignals (b)der Abtast- und Hai- teeinrichtung (2) enthält, daß eine Einrichtung (8, 9, 10) vorgesehen ist zur Erzeugung eines zweiten Signals (i), welches einen durchschnittlichen Amplitudenwert des Analogsignals (a) in der Gegend des Abtastzeitpunktes bezeichnet, daß eine Einrichtung (11) vorgesehen ist zur Erzeugung eine: dritten Signals O')zu dem Zeitpunkt, in dem das erste Signal (c) eine bestimmte Beziehung zu dem zweiten Signal (i) besitzt, daß eine Einrichtung (12) zur Erzeugung der Abtastimpulse (s) in Abhängigkeit von dem Auftreten des dritten Signales (j) vorgesehen ist, und daß die Vorrichtung Einrichtungen (13, 14) enthält, um den Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastimpulssignalen (S) und zur Abgabe eines entsprechenden zweiten Datensignals (n) enthält, wobei die zweiten Daten (n) mit den zugehörigen Amplituden-Abtastsignalen fojkorrelien sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des ersten Signals föl ein Differentialverstärker (3) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Differentialverstärkers (3) einem Integrator (6) angelegt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (c) des Differentialverstärkers (3) vor dem Anlegen an den Integrator (6) durch ein Quadrierglied (5) geleitet wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals feinen Glättungskreis (9) enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (h) des Glättungskreises (9) einem Dämpfungsglied (10) zur Erzeugung des zweiten Signals ft) angelegt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Glättungskreis (9) ein das Analogsignal (a) empfangendes Quadrierglied (8) geschaltet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des dritten Signals (j) einen Komparator

(11) enthält, an dem das Differenzsignal (e) und das Durchschnittsamplituden-Signal ft)angelegt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Abtastimpulse (s) ein monostabiler Multivibrator

(12) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14 zum Aufzeichnen der komprimierten Datenmenge des Abtastsignals, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analog/Digital-Wandler (4) zum Wandeln des anliegenden Analogsignals (a)'m ein erstes Digitalsignal (o) mit Zeitpunktgabe durch das Abtastsignal (s) vorgesehen ist, und daß eine Speichereinrichtung (17) zum korrelierten Speichern des ersten und des zweiten Digitalsignals (o. n) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Befehlseinrichtung (16) zum Steuern der Einschreib- und Lesevorgänge in den Speicher (17) vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, die auch das Wiedergeben des mit reduzierter Datenmenge eingespeicherten Signals ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, el a IJ ein Digital/Analog- Wandler (21) für das ausgclc-scnc erste Datensignal (o)\n ein Analogsignal vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefpaßfilter (22) für das gewandelte ausgelcscnc Signal (v) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis

18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erfassen des Zeitabstandes zwischen aufeinanderfolgenden Abtastimpulsen (s) einen Taktgenerator (13) und einen durch das Abtastsignal (s) gesteuerten Zähler für die Anzahl der Taktimpulse (k) des Taktgenerators (13) enthält

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch das Abtastimpulssignal (s) gesteuerter Zwischenspeicher (15) für die Ausgangsc'cten (m)des Zählers (14) vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für die Einsehreib- und Lesevorgänge ein das Abtastimpulssignal (s) erhaltender Mikrocomputer (16) ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der den Amplitudenwert des anliegenden Analogsignals (a) wandelnde Analog/Digital-Wandler (4) ein bei Beendigung des Wandlungsvorganges ein Signal (p) abgebender Analog/ Digital-Wandler ist, und daß dieses Signal dem Mikrocomputer (16) zugeführt ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß Befehlstasten (18,20) zur Erzeugung von Befehlssignalen (q; t) für die Einleitung von Einschreib- bzw. Auslesevorgängen mit dem Mikrocomputer (16) verbunden sind.