DE3486044T2 - AUDIO-DIGITAL RECORDING AND PLAYBACK SYSTEM. - Google Patents

AUDIO-DIGITAL RECORDING AND PLAYBACK SYSTEM.

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DE3486044T2
DE3486044T2 DE8484901887T DE3486044T DE3486044T2 DE 3486044 T2 DE3486044 T2 DE 3486044T2 DE 8484901887 T DE8484901887 T DE 8484901887T DE 3486044 T DE3486044 T DE 3486044T DE 3486044 T2 DE3486044 T2 DE 3486044T2
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Description

Das konventionelle Aufzeichnen von Schall und das Abspielen von Tonträgern erfolgt mit analogen elektronischen Systemen. Die Schallwellen einer aufzuzeichnenden Tonquelle werden im Verhältnis 1 : 1 in elektrische Signale umgewandelt; die Schallwellen finden ihre Analogie im elektrischen Strom, der vom Mikrofon oder vom Vorverstärkerschaltkreis, wie er in Receivern, Plattenspielern oder Tonbandgeräten verwendet wird, erzeugt wird. Beim Abspielen von Tonträgern wird das elektrische Signal verstärkt und dazu benutzt, Lautsprecher zu betreiben, die das elektrische Signal in Schallwellen umwandeln, wobei ein Elektromagnet und die Lautsprechermembrane Bewegungen durchführen.Conventional recording of sound and playback of sound carriers are carried out using analog electronic systems. The sound waves of a sound source to be recorded are converted into electrical signals in a 1:1 ratio; the sound waves find their analogy in the electrical current generated by the microphone or the preamplifier circuit used in receivers, record players or tape recorders. When playing sound carriers, the electrical signal is amplified and used to drive loudspeakers that convert the electrical signal into sound waves, whereby an electromagnet and the loudspeaker membrane carry out movements.

Ganz ähnlich besteht auch das Ausgangssignal von konventionellen Tonaufzeichnungs- und Abspielsystemen aus elektrischen Signalen in Form von Signalwellen, die entweder in ein Vinylmedium geschnitten oder auf Magnetpartikel auf Bändern übertragen werden. Bei der Wiedergabe werden die Signalwellenformen wie oben beschrieben in Schallwellen umgewandelt. Die Genauigkeit der reproduzierten Schallwelle hängt somit direkt von der Qualität der Metall- oder Kunststoffdiskette oder -schallplatte oder vom Band selbst ab. Sowohl das Erstellen von Diskettenkopien und Bändern als auch ihre Wiedergabeeinrichtungen führen zu einer Herabsetzung der Qualität des reproduzierten analogen Signals. Geräusche, die aufgrund von Verunreinigung, Verschleiß und des unvermeidlichen Hintergrundrauschens des Mediums selbst auftreten, sind deshalb unvermeidbar bei der Aufzeichnung und der Wiedergabe mit Systemen, die konventionelle analog zu analog Aufzeichnungs- und Wiedergabetechnologie benutzen. Die jüngsten Entwicklungen im Bereich der Audio-Digital-Aufzeichnungs- und Wiedergabesysteme zeigen Bemühungen, dieses Geräuschproblem zu reduzieren oder zu beseitigen. Exemplarisch für solche Entwicklungen sind die Arten von Systemen und Ausrüstung, die in folgenden Patenten offenbart wurden: Meyers et al, U.S. 3,786,201, erteilt 15.01.1974; Borne et al, U.S. 4,075,665, erteilt 21.02.1978; Yamamoto, U.S. 4,141,039, erteilt 20.02.1979; Stockham, Jr. et al, U.S. 4,328,580, erteilt 04.05.1982; Tsuchiya et al, U.S. 4,348,699, erteilt 07.09.1982; Baldwin, U.S. 4,352,129, erteilt 28.09.1982. Diese Systeme lassen sich allgemein dadurch charakterisieren, daß sie Vorteile aus der hohen Rechengeschwindigkeit der digitalen Elektronenrechner ziehen. Die Signalwellen, die stellvertretend für den Schall in solchen digitalen Aufzeichnungs- und Wiedergabesystemen stehen, werden wiederholt abgetastet, um einen seriellen Datenstrom zu erhalten, der in Binärcode umgewandelt wird und jeder Abtastung einen numerischen Wert zuweist. Dies kann man sich bildlich so vorstellen, daß eine durchgehende Kurve in eine große Zahl von sehr kleinen Segmenten unterteilt wird. Dieser Prozeß wird beim Abspielen umgekehrt, wenn jeder numerische Wert eines jeden Segmentes in eine Ausgangsspannung umgewandelt wird. Wird dieser Prozeß schnell genug ausgeführt, kann das menschliche Ohr nicht mehr erkennen, daß die den Schall repräsentierende Schallwelle "zerkleinert" und wieder zusammengesetzt wurde. Wenn Schall im digitalen Binärcode auf diese Weise aufgezeichnet wird, ist er, wie beispielsweise Musik, nur eine Aneinanderreihung von Zahlenwerten, verkörpert durch Magnetspuren auf dem Aufzeichnungsmedium, die, wenn sie von einer geeigneten elektronischen Einrichtung gelesen werden, ohne Zwischenstellung entweder "An" oder "Aus" sind. Solche Binärsignale sind unempfindlich gegen Verzerrungen, Fehler und Abnutzung im Laufe der Zeit. Alle Quellen, die bei analogen Geräten normalerweise Rauschen verursachen, sind beseitigt worden, d. h. es gibt kein Bandrauschen, keine Spurfehler, keine Oberflächeneinwirkungen. Das Verhältnis Signal zu Rauschen wird lediglich durch die Digital-Analog-Umwandlungsschaltung selbst und die Endstufen begrenzt, eher aber noch durch die Empfindlichkeit der mechanischen oder magnetischen Analog-/ Analog-Schalttechnik.Similarly, the output of conventional sound recording and playback systems consists of electrical signals in the form of signal waves that are either cut into a vinyl medium or transferred to magnetic particles on tapes. During playback, the signal waveforms are converted into sound waves as described above. The accuracy of the reproduced sound wave is therefore directly dependent on the quality of the metal or plastic disk or record or the tape itself. Both the creation of disk copies and tapes and their Reproduction devices result in a degradation of the quality of the reproduced analog signal. Noise due to contamination, wear and the inevitable background noise of the medium itself is therefore unavoidable in recording and reproduction with systems using conventional analog to analog recording and reproduction technology. Recent developments in the field of audio digital recording and reproduction systems demonstrate efforts to reduce or eliminate this noise problem. Exemplary of such developments are the types of systems and equipment disclosed in the following patents: Meyers et al, US 3,786,201, issued January 15, 1974; Borne et al, US 4,075,665, issued February 21, 1978; Yamamoto, US 4,141,039, issued February 20, 1979; Stockham, Jr. et al, US 4,328,580, issued May 4, 1982; Tsuchiya et al, US 4,348,699, issued September 7, 1982; Baldwin, US 4,352,129, issued September 28, 1982. These systems can generally be characterized by the fact that they take advantage of the high computing speed of digital electronic computers. The signal waves that represent sound in such digital recording and playback systems are repeatedly sampled to obtain a serial data stream that is converted into binary code and assigns a numerical value to each sample. This can be visualized as a continuous curve being divided into a large number of very small segments. This process is reversed during playback when each numerical value of each segment is converted into an output voltage. If this process is carried out quickly enough, the human ear can no longer recognize that the sound wave representing the sound has been "broken up" and reassembled. When sound is recorded in digital binary code in this way, it is, like music, just a series of numerical values embodied by magnetic tracks on the recording medium which, when read by a suitable electronic device, are either "on" or "off" without intermediate position. Such binary signals are immune to distortion, errors and wear over time. All sources that normally cause noise in analog devices have been eliminated, ie there is no tape noise, no tracking errors, no surface effects. The signal to noise ratio is limited only by the digital-to-analog conversion circuit itself and the output stages, but more by the sensitivity of the mechanical or magnetic analog-to-analog switching technology.

Natürlich haben diese Systeme auch verschiedene Nachteile. Ein beispielhaftes System, das derzeit zum Aufzeichnen von Master-Tapes in der Tonträgerindustrie im Einsatz ist, hat hervorragende Audio-Qualitäten, die von der sehr schnellen Abtastrate von 50 kHz und der Auflösung des Binärcodes in 16-bit-"Wörter" für jede Abtastung herrühren. Das Problem bei diesem System liegt darin, daß jede Abtastung zur Wiedergabe in Massenspeichern gespeichert werden muß. Das Speichersystem muß also für eine 45minütige Aufzeichnung 4.320.000.000 Informationsbits in der richtigen Reihenfolge speichern. Speichersysteme mit solchen Kapazitäten sind groß, teuer und im allgemeinen nicht als Konsumartikel geeignet.Of course, these systems also have several disadvantages. An example system currently in use for recording master tapes in the recording industry has excellent audio qualities, which come from the very fast sampling rate of 50 kHz and the resolution of the binary code into 16-bit "words" for each sample. The problem with this system is that each sample must be stored in mass storage for playback. The storage system must therefore store 4,320,000,000 bits of information in the correct order for a 45-minute recording. Storage systems with such capacities are large, expensive and generally not suitable as a consumer item.

Anstrengungen, das Problem der Speicherkapazität zu lösen, haben zum Ansatz geführt, die Auflösung jeder Abtastung (weniger bits pro "Wort") zu verringern und gleichzeitig die Abtastfrequenz (auf 12 kHz) zu senken. Solche Reduzierungen haben den notwendigen Speicherplatz um mehr als Faktor 4 verkleinert. Die resultierende Klangtreue des Ausgangssignals ist jedoch oft unterhalb des für Hifi-Aufnahmen akzeptierbaren Niveaus.Efforts to solve the problem of storage capacity have led to the approach of reducing the resolution of each sample (fewer bits per "word") and simultaneously lowering the sampling frequency (to 12 kHz). Such reductions have reduced the necessary storage space by more than a factor of 4. However, the resulting fidelity of the output signal is often below the level acceptable for hi-fi recordings.

Ein weiterer Versuch, der besonders von Telefongesellschaften unterstützt wurde, verwendet die oben beschriebene Verringerung der bits-Anzahl und zusätzlich eine Beschränkung der Bandbreite des Eingangssignals auf einen Bereich, der am meisten von der menschlichen Stimme genutzt wird (3 bis 8 kHz). Auf diese Weise kann ein Reduzierungsfaktor über 12 erreicht werden, auch hier begleitet von einer Abnahme der Tonqualität.Another attempt, particularly supported by telephone companies, uses the reduction in the number of bits described above and, in addition, a limitation of the bandwidth of the input signal to a range most used by the human voice (3 to 8 kHz). In this way, a reduction factor of over 12 can be achieved, again accompanied by a reduction in sound quality.

Die neuesten Versuche zur Lösung des Speicherproblems und des Klangeinbuseproblems nutzten die Laseraufzeichnungstechnik mit äußerst hohen Digital-Speicherkapazitäten. Dieser Ansatz war teilweise erfolgreich, da hinreichende Spielzeiten mit der erhöhten Speicherkapazität erreicht wurden. Jedoch ist die Fertigungstechnologie und -ausrüstung, die momentan benötigt wird, um ein "lasergebranntes Loch", eine "Vertiefung" oder einen "schwarzen Fleck" im Speichermedium zu erzeugen, beschränkt auf "Laser Disks" oder "Laser Fiches" im reinen Abspielmodus ohne die Möglichkeit des Aufzeichnens oder Löschens und Beschreibens zuhause.The most recent attempts to solve the storage and sound loss problem have used laser recording technology with extremely high digital storage capacities. This approach has been partially successful, as sufficient playing times have been achieved with the increased storage capacity. However, the manufacturing technology and equipment currently required to create a "laser-burned hole", "pit" or "black spot" in the storage medium is limited to "laser disks" or "laser fiches" in pure playback mode without the ability to record or erase and write at home.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein System zur Hifi-Aufzeichnung und -Wiedergabe vorzusehen, das die vorgenannten Nachteile und damit verbundenen Probleme nicht aufweist.The present invention therefore has the task The aim is to provide a system for hi-fi recording and playback that does not have the aforementioned disadvantages and associated problems.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die vorliegende Erfindung, wie sie im angefügten Anspruch 1 definiert ist, ist ein weiterer Ansatz, die Speicher- und Reproduktionsprobleme zu lösen, die bei digitalen Audio-Aufzeichnungs- und Wiedergabesystemen, wie sie hier beschrieben wurden, auftreten. Hohe Klangtreue kann mit begrenztem Computerspeicherplatz erreicht werden durch die Bereitstellung einer einzigen elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung, dieThe present invention, as defined in appended claim 1, is another approach to solving the storage and reproduction problems encountered in digital audio recording and playback systems as described herein. High fidelity can be achieved with limited computer memory space by providing a single electronic signal processing device that

1. analoge Daten in digitale Datenstromproben umwandelt;1. converts analog data into digital data stream samples;

2. Teile der Datenstromproben auswählt, um mindestens drei Datenströme zu erzeugen, die Amplituden-, Frequenzen- und Wellenformcharakteristiken anzeigen;2. Selecting portions of the data stream samples to generate at least three data streams indicative of amplitude, frequency and waveform characteristics;

3. Datenproben speichert, die zusammen eine Wellenform beschreiben und eine vorher festgelegte Zeitdauer haben, wobei jede dieser Datenproben mit vorher bestimmten Wellenformparametern verglichen wird, um nur festgelegte Teile auszuwählen und zu erhalten, wobei die Wellenformdatenproben mit der vorher festgelegten Wellenform und den Echtzeitdaten korrespondieren und aus diesem Vergleich ein neuer resultierender Wellenformdatencode erzeugt wird, wobei anschließend die ausgewählten Daten aus den die Frequenz und Amplitude bezeichnenden Datenströmen mit dem Wellenformdatencode verglichen werden, wobei ein weiterer Datencode erzeugt wird, der proportional zu Frequenz und Amplitude des ursprünglichen analogen Signals ist, wobei der Datenstrom, der die Amplitude bestimmt, der Datencode, der Frequenz und Amplitude angibt, und der Datencode, der die Wellenform beschreibt, auf ein Aufzeichnungsmedium sequentiell aufgezeichnet wird, um anschließend durch Verarbeiten der sequentiell aufgezeichneten Daten den Tonträger abzuspielen.3. stores data samples which together describe a waveform and have a predetermined time duration, each of these data samples being compared with predetermined waveform parameters to select and retain only predetermined parts, the waveform data samples corresponding to the predetermined waveform and the real-time data and a new resulting waveform data code being generated from this comparison, the selected data from the data streams indicating the frequency and amplitude being then compared with the waveform data code, a further data code being generated which is proportional to the frequency and amplitude of the original analog signal, wherein the data stream determining the amplitude, the data code specifying frequency and amplitude, and the data code describing the waveform are sequentially recorded on a recording medium in order to subsequently play back the sound carrier by processing the sequentially recorded data.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Fig. 1 ist ein Schemadiagramm des digitalen Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems der vorliegenden Erfindung.Fig. 1 is a schematic diagram of the digital recording and playback system of the present invention.

Fig. 2 ist eine bildliche Darstellung des analytischen Modells der Funktionsweise des Datenerfassungsmoduls aus Fig. 1.Fig. 2 is a pictorial representation of the analytical model of the operation of the data acquisition module of Fig. 1.

Fig. 3 enthält eine Diagrammdarstellung der aufgezeichneten Wellenformdaten.Fig. 3 contains a diagrammatic representation of the recorded waveform data.

Fig. 4 ist eine bildliche Darstellung einer einzelnen Einheit des Binärcodes, wie er auf der Diskette gespeichert wurde und aus dem man gemäß der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung eine Reproduktion erhält.Fig. 4 is a pictorial representation of a single unit of binary code as stored on the diskette and from which a reproduction is obtained in accordance with the operation of the present invention.

Fig. 5 ist eine Diagrammdarstellung des Layouts der elektronischen Bauteile, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.Fig. 5 is a diagrammatic representation of the layout of the electronic components used in the present invention.

Fig. 6 ist eine bildliche Darstellung eines ausgeführten Beispieles für ein Warenerfassungssystem.Fig. 6 is a pictorial representation of an implemented example of a goods detection system.

Fig. 7 zeigt das analoge Ausgangssignal der Geräte von Fig. 6.Fig. 7 shows the analog output signal of the devices of Fig. 6.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Die vorliegende Erfindung enthält ein System zur Umwandlung von analogen Eingangssignalen, wie z. B. Audio-Signalen, in digitale Signale und anschließendes Codieren in strukturierte Datenteile zur Aufzeichnung in komprimierter, digitaler Form und zum Erzeugen eines digitalen Datensatzes, ähnlich dem ursprünglichen digitalen Eingangssignal vor der Rückumwandlung in die analoge Signalform.The present invention includes a system for converting analog input signals, such as audio signals, into digital signals and then encoding them into structured data pieces for recording in compressed digital form and producing a digital record similar to the original digital input signal before conversion back to analog signal form.

Im weitesten Sinne wird daher die Aufzeichnung der Audio-Signale in digitaler Form zur anschließenden Wiedergabe durch den Einsatz eines Mikrocomputer-Aufzeichnungssystems 2 erreicht, welches elektronische Bauteile zur Umwandlung eines analogen Audio-Signals in mindestens drei digitale Datenströme enthält: Der erste der digitalen Datenströme ist ein Breitband-Referenzsignal, das die Amplitude eines vorher festgelegten Bereichs von Audio-Frequenzen beschreibt; der zweite der Datenströme wird durch Filtern des analogen Audio-Signals erzeugt, um mindestens einen Datenstromkanal zu generieren, der für eine ausgewählte Bandbreite von Frequenzen bezeichnet ist, welche schmäler sind als die Bandbreite, die vom ersten Datenstrom repräsentiert wird; der dritte Datenstrom beschreibt die ausgewählte Frequenz des Audio-Signals, wobei eine Teilungseinrichtung zur Erzeugung eines sequentiellen Stromes von ausgewählten Daten aus jedem der digitalen Datenströme enthalten ist, eine Auswahleinrichtung zur Auswahl eines vorher festgelegten Anteils der gewählten digitalen Daten, die von der Teilungseinrichtung in jedem der Datenströme erzeugt wurden; eine Einrichtung zum getrennten Speichern jedes ausgewählten digitalen Datenanteils, der von der Teilungseinrichtung generiert wurde; eine Einrichtung zum Vergleichen des Referenzsignal-Datenstromes, der die Amplitudendaten enthält, mit dem zweiten Datenstrom, der die Frequenzdaten zur Erzeugung Frequenzspektrogrammdaten enthält, welche die Frequenz und Amplitude des ursprünglichen Audio-Signals beschreiben; eine Einrichtung zur Umwandlung der gewählten Daten aus dem dritten Datenstromkanal, die aus der engeren Bandbreite entnommen wurden in Daten, die ein Histogramm beschreiben, in welchem die Amplitude über der Zeit für jede Bandbreite aufgetragen wird; eine Einrichtung zum Vergleich der Histogrammdaten mit ausgewählten Wellenformparametern und zum Erzeugen und Speichern adressierbarer Daten, die die Wellenform des ursprünglichen Audio-Eingangssignals beschreiben und eine Einrichtung zum sequentiellen Zusammensetzen und Speichern der Frequenzspektrogrammdaten und der Amplitudenreferenzdaten des ersten Datenstroms sowie der adressierbaren Wellenformdaten zur anschließenden Wiedergabe.In the broadest sense, therefore, the recording of the audio signals in digital form for subsequent playback is achieved by using a microcomputer recording system 2 which includes electronic components for converting an analog audio signal into at least three digital data streams: the first of the digital data streams is a wideband reference signal describing the amplitude of a predetermined range of audio frequencies; the second of the data streams is generated by filtering the analog audio signal to generate at least one data stream channel designated for a selected bandwidth of frequencies which are narrower than the bandwidth represented by the first data stream; the third data stream describes the selected frequency of the audio signal, dividing means for generating a sequential stream of selected data from each of the digital data streams, selecting means for selecting a predetermined portion of the selected digital data generated by the dividing means in each of the data streams; means for separately storing each selected digital data portion generated by the dividing means; means for comparing the reference signal data stream containing the amplitude data with the second data stream containing the frequency data to produce frequency spectrogram data describing the frequency and amplitude of the original audio signal; means for converting the selected data from the third data stream channel taken from the narrower bandwidth into data describing a histogram in which the amplitude is plotted against time for each bandwidth; means for comparing the histogram data with selected waveform parameters and for generating and storing addressable data describing the waveform of the original audio input signal; and means for sequentially assembling and storing the frequency spectrogram data and the amplitude reference data of the first data stream and the addressable waveform data for subsequent playback.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 1 dargestellt wird, wird das Eingangssignal 3 im ersten Abschnitt des Datenerfassungsmoduls (DAM) 4 aufbereitet und verstärkt. Das DAM 4 ist ein auf einem auf mehreren Kanälen programmierbaren Mikroprozessor basierendes Gerät, das Standard-ICs benutzt, um drei Funktionen zu erfüllen:In the preferred embodiment of the invention, shown in Fig. 1, the input signal 3 is conditioned and amplified in the first section of the data acquisition module (DAM) 4. The DAM 4 is a multi-channel programmable microprocessor-based device that uses standard ICs to perform three functions:

1. Auswählen von Proben mit einer Frequenz von 42 kHz, kurzfristig Speichern, Digitalisieren und Ausgeben des Breitband-Audio-Signalbereichs (20 Hz bis 20 kHz) der Amplitude (Gleichspannung) alle 0,01 sek. Somit wird einhundertmal pro Sekunde ein digitales "Wort" erzeugt, das sich aus vier bis vierzehn bits zusammensetzt, zum Assemblieren als Teil einer Aufzeichnungsdatei einer Diskette bzw. Platte.1. Selecting samples with a frequency of 42 kHz, short-term storage, digitization and output of the wideband audio signal range (20 Hz to 20 kHz) of amplitude (DC voltage) every 0.01 sec. Thus, a digital "word" consisting of four to fourteen bits is generated one hundred times per second for assembly as part of a recording file on a diskette or disk.

2. Auswählen, kurzfristig Speichern, Digitalisieren und Ausgeben eines Audio-Frequenzspektrogramms alle 0,01 sek. aus einer 128-Segment-Matrix logischer Bandpaßfilter, welche aus 128 Kanälen ausgewählt werden, die logarithmisch über der gesamten genutzten Bandbreite angeordnet sind. Der durch diese Funktion produzierte Datensatz kann den Bereich von Null (kein Signal auf keinem Kanal) bis (n)* [7-bitidentifier)+(7-bit-scaler)+(2-bit-pointer)] umfassen, wobei (n) die Anzahl der Kanäle angibt, an denen ein Signal anliegt.2. Select, temporarily store, digitize and output an audio frequency spectrogram every 0.01 seconds from a 128-segment matrix of logical bandpass filters selected from 128 channels arranged logarithmically over the entire bandwidth used. The data set produced by this function can range from zero (no signal on any channel) to (n)* [7-bit identifier)+(7-bit scaler)+(2-bit pointer)], where (n) is the number of channels on which a signal is present.

3. Einsatz als Eingabeeinheit für ein digitales Speicheroszilloskop, auf dem Datenketten der digitalisierten Amplitude über der Zeit dargestellt werden (Histogramme), die mit dem in Paragraph 2 beschriebenen Bereich der ausgewählten Bandpaßfilter übereinstimmen. Dieser verknüpfte Datensatz wird alle 0,01 sek. erzeugt, ist die größte Einzeldatenstruktur und beinhaltet eine ununterbrochene Auflistung jedes aktiven Bandpaßfilters. Die Anzahl der "Worte" in jeder Datenkette ist eine Funktion der Filtermittenfrequenz und benötigt nicht weniger als 4.000 ausgewählte Sätze für einen 20 kHz-Kanal oder nicht weniger als fünf ausgewählte Sätze für einen 20 Hz- Kanal. Dieser Datensatz wird nicht an den Dateienassembler wie in den obigen Paragraphen 1 und 2 geschickt, sondern in einen RAM-Speicher 6 geladen, auf den das Wellenformanalysierungs- und -Codierungs-Modul (WAC) 8 zugreifen kann.3. Use as an input unit for a digital storage oscilloscope on which data strings of digitized amplitude versus time are displayed (histograms) corresponding to the range of the selected bandpass filters described in paragraph 2. This linked data set is generated every 0.01 sec., is the largest single data structure and contains a continuous listing of each active bandpass filter. The number of "words" in each data string is a function of the filter center frequency and requires not less than 4,000 selected sets for a 20 kHz channel or not less than five selected sets for a 20 Hz channel. This data set is not sent to the File assembler as in paragraphs 1 and 2 above, but loaded into a RAM memory 6 which can be accessed by the Waveform Analysis and Coding Module (WAC) 8.

Die Funktion des Wellenformanalysierungs- und -Codierungs-Moduls (WAC) 8 ist die eines digitalen, numerischen Prozessorbereichs, der programmiert wird, um charakteristische Wellenformen aus dem im RAM-Speicher 6 durch das DAM 4 gespeicherten Datensatz herauszuziehen. Die Wellenformdaten werden auf eine tabellarische Form reduziert, in der eine Periode jeder codierten Wellenform einer Wellentabelle zugeordnet wird, die bevorzugterweise ein digitalisiertes X-Y-Koordinatensystem ist, das aus 1.024 Bytes auf der X-Achse besteht und einem 8-bit-"Wort" an jeder Stelle eines Bytes, so daß die Y-Achse in 256 Teile unterteilt wird; 127 im positiven und 127 im negativen Bereich. Deshalb wird für alle aktiven Bandpaßfilterkanäle alle 0,10 sek. ein Satz Wellentabellen generiert. In jedem Zyklus (0,01 sek.) kann ein Bereich von Null bis 128 Tabellen erzeugt werden.The function of the Waveform Analysis and Encoding Module (WAC) 8 is that of a digital numerical processor section which is programmed to extract characteristic waveforms from the data set stored in RAM 6 by the DAM 4. The waveform data is reduced to a tabular form in which one period of each encoded waveform is assigned to a wave table which is preferably a digitized X-Y coordinate system consisting of 1,024 bytes on the X axis and an 8-bit "word" at each byte location, so that the Y axis is divided into 256 parts; 127 in the positive and 127 in the negative range. Therefore, a set of wave tables is generated for all active bandpass filter channels every 0.10 sec. In each cycle (0.01 sec.) a range from zero to 128 tables can be generated.

Der WAC 8 benutzt eine von mehreren P.M.S.-reduktiven, analytischen Methoden zum Auffinden von Wellenformen. Die erste ist die "schnelle Fourier-Transformation" (FFT) und die zweite die "schnelle Delta Hadamard- Transformation" (FDHT). Die beiden Methoden können kurz wie folgt beschrieben werden:The WAC 8 uses one of several P.M.S. reductive analytical methods to find waveforms. The first is the "Fast Fourier Transform" (FFT) and the second is the "Fast Delta Hadamard Transform" (FDHT). The two methods can be briefly described as follows:

Die FFT basiert auf dem Satz, daß fast jede periodische Funktion f(x) von Schwingungen zweiter Ordnung als Term mit Sinus- und Cosinusfunktionen dargestellt werden kann. Allgemein lautet die Gleichung: The FFT is based on the theorem that almost every periodic function f(x) of second order oscillations can be represented as a term with sine and cosine functions. In general, the equation is:

Der Algorithmus zur effektiven Lösung dieser Gleichung wurde erstmals von Rabiner Gold 1974 und von Oppenheim und Schafer 1975 veröffentlicht.The algorithm for effectively solving this equation was first developed by Rabiner Gold in 1974 and by Oppenheim and Schafer in 1975.

Die FDHT wird zur Analyse der spektralen Zusammensetzung des Datensatzes verwendet, wobei das Spektrum Ψ die Form hat: The FDHT is used to analyze the spectral composition of the data set, where the spectrum Ψ has the form:

wobei Fi die Frequenz ist und Ψi die Signalintensität. Bei der vorliegenden Anwendung dieses Verfahrens wird das digitale Ausgangssignal des logischen Filters aus dem obigen Paragraph 2 an jedem Filter addiert und zum nächsten Ausgangssignal hinzugefügt, bis alle Frequenzen erfaßt wurden. Im letzten Schritt beträgt der gesamte Ausgang: where Fi is the frequency and Ψi is the signal intensity. In the present application of this method, the digital output of the logic filter from paragraph 2 above is summed at each filter and added to the next output until all frequencies have been detected. In the last step, the total output is:

Eine Näherung des Spektrums (Ψ') erhält man durch eine Matrizen-Multiplikation: An approximation of the spectrum (Ψ') is obtained by matrix multiplication:

Der Algorithmus zur Ausführung der FDHT wurde 1983 von E.E. Fenimore im "Los Alamos National Laboratory" veröffentlicht.The algorithm for performing the FDHT was published in 1983 by E.E. Fenimore at the Los Alamos National Laboratory.

Es können auch B-spline-Näherungsalgorithmen zum Herausziehen der charakteristischen Wellenformen eingesetzt werden.B-spline approximation algorithms can also be used to extract the characteristic waveforms become.

Der zuletzt erzeugte Satz von Wellenformtabellen wird zehnmal pro sek. an den "Disk Record Assembler" 10 geschickt (DRA, Fig. 1).The last generated set of waveform tables is sent ten times per second to the Disk Record Assembler 10 (DRA, Fig. 1).

Der "Disk Record Assembler" (DRA) 10 ist ein Programmodul, das als Eingabe alle 0,10 sek. die Adressen der Wellenformtabellen vom WAC 8 erhält, ebenso wie er alle 0,01 sek. die im obigen Paragraph 2 beschriebenen Datensätze für die Frequenzspektrogramme direkt aus dem DAM 4 erhält, genauso wie das digitale "Wort", das die gesamte Breitbandfeldstärke kennzeichnet. Die Wellenformtabellen werden in einem "local memory buffer" (LMB) 11 im DRA 10 gehalten, so daß sie alle 0,10 sek. geändert oder gelöscht werden können, und zwar durch eine Unterroutine, die üblicherweise "Waveform Catalog Maintenance" (WCM) 12 genannt wird. Disketten- bzw. Plattenaufzeichnungen (Fig. 4) können unterschiedlich lang sein, haben aber immer dasselbe Format: die ersten 14 bits sind die Feldlängenfestlegung 14, die nächsten 7 bits sind der Frequenzfilter oder der Kanalerkenner 16, dem ein "2 bit pointer" (Kennzeichner) und dessen "7 bit scaler" (Skalierer) 20 folgen, dann der 7 bit Wellenformtabellen- Erkenner 22, der 7 bit Simultanwellenformtabellen-Erkenner 24 (wird, falls nötig, wiederholt), der "2 bit flag" 26 (Signale), dann der nächste Filtererkenner usw. bis zum letzten 14-bit-"Wort", das den Breitbandsignalpegel kennzeichnet. Das Format des Datenstromes wird graphisch in Fig. 4 dargestellt.The Disk Record Assembler (DRA) 10 is a program module that receives as input every 0.10 seconds the addresses of the waveform tables from the WAC 8, just as it receives every 0.01 seconds the data sets for the frequency spectrograms described in paragraph 2 above directly from the DAM 4, as well as the digital "word" that characterizes the total broadband field strength. The waveform tables are held in a local memory buffer (LMB) 11 in the DRA 10 so that they can be changed or deleted every 0.10 seconds by a subroutine commonly called Waveform Catalog Maintenance (WCM) 12. Disk records (Fig. 4) can be of different lengths, but always have the same format: the first 14 bits are the field length specification 14, the next 7 bits are the frequency filter or channel detector 16, followed by a 2 bit pointer and its 7 bit scaler 20, then the 7 bit waveform table detector 22, the 7 bit simultaneous waveform table detector 24 (repeated if necessary), the 2 bit flag 26 (signals), then the next filter detector, and so on, until the last 14-bit "word" which identifies the wideband signal level. The format of the data stream is shown graphically in Fig. 4.

Ist eine Aufzeichnung zur Speicherung vorbereitet, wird sie in einem "local memory buffer" im DRA 10 eine Zykluszeit lang gespeichert und kann somit mit der nächsten sequentiellen Aufzeichnung verglichen werden. Dies erlaubt dem DRA 10 den Einsatz von "tokens", spezifischen reservierten Symbolen zur Erkennung von "Wiederholungen", "Gleichheiten" und "Nullen" in der aktuellen Aufzeichnung, die verknüpft wurden, um Speicherplatz zu sparen.If a recording is prepared for storage, it is stored in a "local memory buffer" in the DRA 10. cycle time and can thus be compared with the next sequential recording. This allows the DRA 10 to use "tokens", specific reserved symbols to detect "repeats", "equals" and "zeros" in the current recording, which have been concatenated to save memory space.

Die "Waveform Catalog Maintainance"-Unterroutine 12 ist so programmiert, daß sie eintreffende "Updates" der Wellenformtabellen gegen die bereits gespeicherten Wellenformtabellen und auch gegeneinander prüft. Da es nur 128 verfügbare Kanäle zur Speicherung des Amplitudenhistogrammes des DAM 4 gibt, wird durch Vergleich des Wellenformausgangssignals des WAC 8 mit den gespeicherten Wellenformdaten des DRA 10 entschieden, was überflüssig ist, und Duplikate werden gelöscht. Die verbleibenden eintreffenden Tabellen sind entweder einzigartige oder leicht verbesserte Versionen von bereits gespeicherten Formen. Wellenformen, die neue Merkmale gegenüber existierenden Tabellen aufweisen, werden anstatt der vorherigen residenten Tabelle gespeichert. Einzigartige bzw. eigentümliche Formen werden neuen Tabellen zugeordnet. Sollte eine Überlastung durch lauter volle Tabellen und eine eintreffende, einzigartige Wellenform eintreten, wird diese für eine Zykluszeit in einem "local buffer" abgelegt, wo sie auf Wiederholung geprüft wird. Sollte sie sich tatsächlich im nächsten 0,10 sek.-Zyklus wiederholen, so wird im Wellenformkatalog Platz für sie geschaffen, in dem von zwei Wellenformen, die sich im Katalog am meisten ähneln, eine gelöscht wird. Die Algorithmen für diese Abschätzungen basieren auf statistischen Standard-Methoden zur Messung der Übereinstimmung zweier Kurven.The Waveform Catalog Maintenance subroutine 12 is programmed to check incoming waveform table "updates" against the already stored waveform tables and against each other. Since there are only 128 channels available for storing the DAM 4's amplitude histogram, comparing the WAC 8's waveform output with the DRA 10's stored waveform data determines what is redundant and deletes duplicates. The remaining incoming tables are either unique or slightly improved versions of shapes already stored. Waveforms that have new characteristics over existing tables are stored in place of the previous resident table. Unique or peculiar shapes are assigned to new tables. If an overload occurs due to full tables and a unique waveform arriving, it is stored in a "local buffer" for one cycle time, where it is checked for repetition. If it does indeed repeat in the next 0.10 second cycle, space is made for it in the waveform catalog by deleting one of the two waveforms that are most similar in the catalog. The algorithms for these estimates are based on standard statistical methods for measuring the similarity of two curves.

In dem bevorzugt ausgeführten Beispiel der vorliegenden Erfindung ist das Speichermedium eine 5 1/4'' Magnetdiskette, wie sie üblicherweise zur digitalen, magnetischen Speicherung und zum Wiederauffinden von Daten benutzt wird. Diese Disketten haben eine Speicherkapazität von mehr als einem Megabyte (1 Million Bytes oder 8 Millionen bits), in naher Zukunft werden es wohl zehn Megabytes sein. Zur Bilddatenspeicherung wird man eine Fünf-Megabyte-Diskette einsetzen.In the preferred example of the present invention, the storage medium is a 5 1/4" magnetic diskette, as is commonly used for digital magnetic storage and retrieval of data. These diskettes have a storage capacity of more than one megabyte (1 million bytes or 8 million bits), and in the near future this will probably be ten megabytes. A five megabyte diskette will be used for image data storage.

Assemblierte Disketten- bzw. Plattenaufzeichnungen aus dem DRA 10 sind die Eingaben für das Diskettenschreib-/lesemodul 28. Im Schreibmodus werden Aufzeichnungen in Form des vorher beschriebenen Datenstromformats so lange in den Disketten- bzw. Plattenspeicher 30 geschrieben, wie dort Platz verfügbar ist. In Anbetracht dessen, daß eine durchschnittliche Aufzeichnung aus 20 Datenbytes besteht, enthält die Diskette bzw. Platte 240.000 Aufzeichnungen, jede davon kennzeichnet 0,01 sek. Echtzeit. Zusätzlich wird der gesamte Wellenformkatalog 12 auf die Diskette bzw. Platte geschrieben, nachdem die Gesamtdiskette bzw. -platte, ausgenommen die für den Wellenformkatalog selbst benötigten 130 kByte, vollgeschrieben wurde.Assembled disk records from the DRA 10 are the inputs to the disk read/write module 28. In the write mode, records are written to the disk memory 30 in the form of the previously described data stream format as long as space is available. Considering that an average record consists of 20 bytes of data, the disk contains 240,000 records, each of which represents 0.01 second of real time. In addition, the entire waveform catalog 12 is written to the disk after the entire disk has been filled, excluding the 130 kBytes required for the waveform catalog itself.

Im Wiederauffindungs- bzw. Wiedergabemodus liest zuerst das Schreib-/Lesemodul 28 den Wellenformkatalog 12 von der Diskette bzw. Platte 30 in den RAM-Speicher 6. Auf die Wellenformtabellen greift dann das Abspielmodul 32 zu, wenn es bei jeder Aufzeichnung aufgerufen wird. Alle 0,01 sek. wird eine Disketten- bzw. Plattenaufzeichnung von der Diskette bzw. Platte 30 seriell gelesen, um ihr Verhältnis zur Echtzeit des ursprünglichen Audio-Quellenmaterials zu bewahren.In the retrieval or playback mode, the read/write module 28 first reads the waveform catalog 12 from the diskette or disk 30 into the RAM memory 6. The playback module 32 then accesses the waveform tables when it is called up for each recording. Every 0.01 seconds, a diskette or disk recording is serially read from the diskette or disk 30. read to preserve their relationship to the real time of the original audio source material.

Das in der vorliegenden Erfindung benutzte Abspielmodul 32 enthält vorzugsweise digitale Oszillatoren 33 zur Erzeugung des Ausgangssignals 34 und "Glättungs"- Filter 35 zur Eliminierung der "Stufen", die bei der digitalen Darstellung von durchgehenden Analogfunktionen auftreten. Die Logik des Abspielmoduls baut auf dem Grundsatz der "additiven Synthese" auf. Kurz zusammengefaßt sagt die Theorie der "additiven Synthese" aus, daß komplexe musikalische Signale durch Aufaddieren aller Spannungskomponenten des Signals jeder einzelnen Frequenz in jedem Augenblick ermittelt werden können. Folglich wird, falls beim Datenreduktionsprozeß alle ursprünglichen Informationen der Spannung über der Zeit so erhalten blieben, daß sie genau wieder zusammengefügt werden können und nicht zeitverschoben sind, das Ausgangssignal dem ursprünglichen Eingangssignal in jeder spezifischen Frequenz oder "pitch" gleichen. In dem ausgeführten Beispiel der Erfindung sind diese Bedingungen der "additiven Synthese" auf einem derartigen Niveau der Auflösung, daß das menschliche Ohr die meisten Quellen nicht vom Original unterscheiden kann. Das Abspielmodul 32 veranlaßt dann die Oszillatoren, an den durch die Disketten- bzw. Plattenaufzeichnungen unter Benutzung der Wellenform Referenzdaten spezifizierten Frequenzen die Klangfarbe jedes Oszillators einzustellen und die Breitbandamplituden-Referenzdatensätze dazu, die Spannungspegel zu setzen. Eine zeitliche Übereinstimmung wird im System durch die Festlegung der 0,01 sek. Zykluszeit erreicht, auf der das System basiert.The playback module 32 used in the present invention preferably includes digital oscillators 33 for generating the output signal 34 and "smoothing" filters 35 for eliminating the "steps" that occur in the digital representation of continuous analog functions. The logic of the playback module is based on the principle of "additive synthesis." Briefly, the theory of "additive synthesis" states that complex musical signals can be determined by adding together all of the voltage components of the signal at each individual frequency at each instant. Consequently, if the data reduction process retains all of the original voltage-over-time information in such a way that it can be precisely reassembled and is not time-shifted, the output signal will be equal to the original input signal at each specific frequency or "pitch." In the exemplified example of the invention, these "additive synthesis" conditions are at such a level of resolution that the human ear cannot distinguish most sources from the original. The playback module 32 then causes the oscillators to set the timbre of each oscillator at the frequencies specified by the disk recordings using the waveform reference data and the wideband amplitude reference data to set the voltage levels. Timing agreement is achieved in the system by establishing the 0.01 second cycle time upon which the system is based.

Die am meisten bevorzugte Ausführung des Systems benutzt die "Very Large Scale Integrated Circuit" (VLSIs) Technologie zur Verringerung der Anzahl der einzelnen Halbleiter-Chips, wie sie in der schematischen Darstellung, die Fig. 5 zeigt, gezeigt werden, wobei viele IC-Bausteine eingesetzt werden, die handelsüblich sind.The most preferred implementation of the system uses Very Large Scale Integrated Circuit (VLSIs) technology to reduce the number of individual semiconductor chips, as shown in the schematic diagram shown in Figure 5, using many IC devices that are commercially available.

Bezugnehmend auf Fig. 2 ist dort das analytische Modell graphisch dargestellt. Das Modell hat drei zu messende Referenzachsendimensionen: Zeit, Amplitude (Gleichspannung) und Frequenz. Die Zeitachse ist in Abschnitte von 0,01 sek. Länge unterteilt. Für das Verständnis der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist es wichtig zu erkennen, daß das 0,01 sek. Intervall mit der Frequenz korrespondiert, in der inkrementale, akustische "Momentaufnahmen" des Audio-Signals aufgezeichnet werden. Diese Inkrement wurde gewählt, weil es kurz genug ist, daß das menschliche Ohr physiologisch eine Folge von Änderungen im 0,01 sek.-Abstand als durchgehendes Ganzes hört. Der Strom akustischer "Momentaufnahmen" ist analog dem Strom von Bildern in einem Film.Referring to Fig. 2, the analytical model is graphically represented. The model has three reference axis dimensions to be measured: time, amplitude (DC voltage), and frequency. The time axis is divided into 0.01 second intervals. In understanding the operation of the present invention, it is important to recognize that the 0.01 second interval corresponds to the frequency at which incremental, acoustic "snapshots" of the audio signal are recorded. This increment was chosen because it is short enough that the human ear physiologically hears a sequence of 0.01 second interval changes as a continuous whole. The stream of acoustic "snapshots" is analogous to the stream of images in a movie.

Die akustischen "Momentaufnahmen" selbst beinhalten in binärer Form die gesamte Bandbreite (20-20.000 Hz) der Amplitude, ein Frequenzspektrogramm und Hinweise zur Wellenformtabelle, die sie vom DAM 4 erhalten haben (Fig. 1). Die Darstellung in den Amplitudenhistogrammen in Fig. 2, wie z. B. (ah&sub6;) 36, zeigen die Wellenformen, die in den sogenannten "Amplitudenhistogrammen" enthalten sind, die als nichtaufbereitete Datensätze zum Schreiben der Wellenformtabellen benutzt werden. Dies wird anschließend noch detaillierter beschrieben werden. Die Aufzeichnung der gesamten Breitbandamplitude besteht aus dem Lesen (alle 0,01 sek.) eines durchlaufenden Signalstromes von 14 bit-"Worten", die vom Breitbandteil "geschrieben" werden, dem kurzfristigen Speichern und Digitalisieren mit einer Frequenz von 42.000 "Wörtern" pro sek. Mit anderen Worten gesagt bedeutet das so viel, daß von 420 erzeugten "Wörtern" nur eines gespeichert wird. Diese Ketten von Amplitudenabfragen werden vom RAM-Puffermodul 6 beim "Abspielen" der digitalen Oszillatoren am Ausgangsende des Systems benutzt. Jede Amplitude, welche in jeden Frequenzkanal eingelesen wird, wird maßstäblich an dieses Bezugsniveau angeglichen. Noch einmal auf Fig. 2 beziehend ist die (BBR) "Breitbandbezugsaufzeichnung" 38 ein zweidimensionales Datenfeld, in dem die erste Dimension den Wert für die Zeit innerhalb des 0,10 sek. Zeitrahmens kennzeichnet, der in Hundertstel sek. unterteilt ist (z. B. Null; 0,01; 0,02 sek.). Die zweite Dimension kennzeichnet die binäre Darstellung des Gleichspannungspegels oder der -amplitude in jedem Zeitinkrement. Der Spannungspegel wird mit der Genauigkeit eines 14-bit-"Wortes" aufgezeichnet. Somit gibt es 16.384 unterschiedliche Werte zur Darstellung des Gleichspannungsbereichs, welcher im charakteristischen Bereich von 0,5 Volt bis 5 Volt z. B. 100 dB beträgt. Die absolute Genauigkeit beträgt somit 4,95 dividiert durch 16,384 oder +/- 0,0003 Volt Gleichspannung.The acoustic "snapshots" themselves contain in binary form the full range (20-20,000 Hz) of amplitude, a frequency spectrogram and references to the waveform table received from the DAM 4 (Fig. 1). The representation in the amplitude histograms in Fig. 2, such as (ah₆) 36, show the waveforms contained in the so-called "amplitude histograms" which are used as unprocessed data sets for writing the waveform tables. This will be discussed in more detail below. The recording of the entire wideband amplitude consists of reading (every 0.01 sec.) a continuous signal stream of 14 bit "words""written" by the wideband section, storing them temporarily and digitizing them at a rate of 42,000 "words" per sec. In other words, only one of every 420 "words" generated is stored. These chains of amplitude samples are used by the RAM buffer module 6 in "playing back" the digital oscillators at the output end of the system. Each amplitude read into each frequency channel is scaled to this reference level. Referring again to Fig. 2, the (BBR) "wideband reference record" 38 is a two-dimensional data array in which the first dimension indicates the value for the time within the 0.10 sec. time frame, which is expressed in hundredths of a second. (e.g. zero; 0.01; 0.02 sec.). The second dimension represents the binary representation of the DC voltage level or amplitude in each time increment. The voltage level is recorded with the accuracy of a 14-bit "word". Thus, there are 16,384 different values to represent the DC voltage range, which in the characteristic range of 0.5 volts to 5 volts is e.g. 100 dB. The absolute accuracy is therefore 4.95 divided by 16.384 or +/- 0.0003 volts DC.

Es wäre wünschenswert, eine derartige Genauigkeit für die Aufzeichnung zur Messung der Gleichspannung in jedem Bandpaßfilterkanal zu haben. Um jedoch sparsam mit dem Speicherplatz umzugehen, wäre es wünschenswert, so wenig bits wie möglich zur Darstellung der Amplitude des Signals auf jedem Kanal zu verwenden. Um diese gegensätzlichen Ziele zu erreichen, wird die Methode der relativen Darstellung übernommen. Jede Aufzeichnung einer Frequenzkanalamplitude ist ein bit-"Wort", das als Teilerwert bezeichnet wird, somit sind 128 Werte möglich, die das Signal jedes Kanals im Verhältnis zum Breitbandwert aufzeichnen. Damit hat ein Kanal mit einer Gleichspannung von 0,250 Volt bei einem Breitbandwert von 3,250 einen Verhältniswert von 0,07692 unter Berücksichtigung des Breitbandsignales. Bei einer 7 bit Skalierung ist dies eine "3" bei einem Maximalwert von 128. Der zweite Vorteil bei diesem Ansatz ist die erhöhte Verarbeitungsgeschwindigkeit, die erreicht wird durch den vergleichenden Charakter der modularen, arithmetischen Logik im Gegensatz zu der zeitaufwendigeren Logik des Abspeicherns und Codierens eines 14 bit genauen "Wortes" auf jedem Kanal. Es werden also durch die Verwendung eines 7-bit-"Wortes" anstatt eines 14-bit-"Wortes" 50% Speicherplatz eingespart.It would be desirable to have such accuracy for recording to measure the DC voltage in each bandpass filter channel. However, in order to save storage space, it would be desirable to use as few bits as possible to represent the amplitude of the signal on each channel. To achieve these conflicting goals, the relative representation method is adopted. Each record of a frequency channel amplitude is a bit "word" called a divider value, thus 128 values are possible that record the signal of each channel relative to the wideband value. Thus, a channel with a DC voltage of 0.250 volts with a wideband value of 3.250 has a ratio value of 0.07692 considering the wideband signal. With a 7 bit scaling this is a "3" with a maximum value of 128. The second advantage of this approach is the increased processing speed achieved by the comparative nature of the modular arithmetic logic as opposed to the more time consuming logic of storing and encoding a 14 bit accurate "word" on each channel. So by using a 7-bit "word" instead of a 14-bit "word" 50% of storage space is saved.

Bezugnehmend auf Fig. 2 ähnelt das Frequenzspektrogramm Fs 10 der Breitbandamplitudenaufzeichnung mit der Ausnahme, daß die Amplitude der Spannung in jeder der 128 diskreten, schmalen Bandbreiten alle 0,01 sek. gespeichert wird. Die 128 Kanäle sind Auswahl-, Kurzspeicher- und Digitalisierungsschaltkreise, die durch die Bandbreiten begrenzt sind, die sie aufgrund ihrer vorgewählten Bandpaßfilter "hören" können. Die Verteilung der Kanäle über den 20 bis 20.000 Hz Bereich kann vom Anwender über bei Equalizern übliche Schiebeschalter oder durch automatisches Signalsuchen gesteuert bzw. geregelt werden. D.h., die Logik des 128-Kanal- Bereiches spricht auf die Amplitude der Spannung in jeder der 128 einzelnen schmalen Bandbreiten und "Eigenzentren" um die "Live"-Bandbreiten herum an. Dieses Prinzip ist dasselbe wie in signalsuchenden Radioempfängern.Referring to Fig. 2, the frequency spectrogram Fs 10 is similar to the wideband amplitude recording except that the amplitude of the voltage in each of the 128 discrete, narrow bandwidths is stored every 0.01 sec. The 128 channels are selection, short-term storage and digitization circuits limited by the bandwidths they can "hear" due to their preselected bandpass filters. The distribution of the channels over the 20 to 20,000 Hz range can be controlled by the user via slide switches common to equalizers or by automatic signal searching. That is, the logic of the 128-channel range responds to the amplitude of the voltage in each of the 128 individual narrow bandwidths and "eigencenters." around the "live" bandwidths. This principle is the same as in signal-seeking radio receivers.

Wie in Fig. 2 dargestellt, kann es zu Überschneidungen zwischen Kanälen kommen, wie sie durch die schraffierten Dreiecke auf der Frequenzachse des Spektrogramms dargestellt sind. Ein Signal im Überschneidungsbereich zeigt dem System logisch an, daß der Kanalbereich nicht auf das eintreffende digitale Signal abgestimmt ist und kann dazu dienen, einen Markierungswert zur Korrektur zu setzen, der vom Schaltkreis für den automatischen Bereich dazu benutzt werden kann, zur nächsten "Momentaufnahme" überzugehen, um die Mitte des Kanals einlesen zu können.As shown in Fig. 2, there can be overlaps between channels, as shown by the hatched triangles on the frequency axis of the spectrogram. A signal in the overlap region logically indicates to the system that the channel range is not tuned to the incoming digital signal and can be used to set a corrective flag value that can be used by the auto-ranging circuit to move to the next "snapshot" to read the center of the channel.

Die Amplitudenhistogramme, z. B. ah&sub6; in Fig. 2, werden immer dann erzeugt, wenn ein Kanal "aktiv" ist. Diese Histogramme sind binär punktweise auf einer fortlaufenden Echtzeitbasis erstellt worden, wobei die Amplitude über der Zeit abgetragen wird. Sie sind keine "Momentaufnahmen" im 0,01 sek. Abstand. Die tatsächliche Zeit, die zum Auftragen eines Histogramms benötigt wird, variiert mit der Audio-Frequenz des Kanals. Es ist allgemein anerkannt, daß, je höher die Frequenz ist, um so mehr Datenpunkte benötigt werden, um den Wellenformanalysierer und -Codierer zu "füttern". Selbstverständlich beträgt die obere Zeitgrenze für diesen Prozeß 0,10 sek., sonst würde die Synchronisation des gesamten Systems beeinträchtigt werden. Der Zweck der Amplitudenhistogramme ist die Bereitstellung der "nichtaufbereiteten" Daten für FFT- oder FDHT-Routinen, mit denen der WAC 8 arbeitet. Damit mit Hilfe der FFT eine Folge von X-Y-Koordinaten als periodische Kurvenfunktion charakterisiert werden kann, müssen mindestens zwei vollständige Zyklen der periodischen Funktion gesammelt werden. Wegen Verzögerungen im elektrischen Aufzeichnungsschaltkreis, die man oft als "Ablagerungszeit"-Störungen bezeichnet, müssen in vielen Fällen mehr als zwei Zyklen zur Analyse gesammelt werden.The amplitude histograms, e.g. ah6 in Fig. 2, are generated whenever a channel is "active." These histograms are binary point-by-point plotted on a continuous real-time basis, with amplitude plotted against time. They are not "snapshots" taken every 0.01 second. The actual time required to plot a histogram varies with the audio frequency of the channel. It is generally accepted that the higher the frequency, the more data points are required to "feed" the waveform analyzer and encoder. Of course, the upper time limit for this process is 0.10 seconds, otherwise the synchronization of the entire system would be compromised. The purpose of the amplitude histograms is to provide the "unprocessed" data for FFT or FDHT routines that the WAC 8 uses. In order to use the FFT to calculate a sequence of XY coordinates as a periodic In order to characterize a curve function, at least two complete cycles of the periodic function must be collected. Because of delays in the electrical recording circuit, often referred to as "deposition time" noise, in many cases more than two cycles must be collected for analysis.

Bezugnehmend auf Fig. 3 wird dort die Wellentabellen- Kataloginformation graphisch in der für das System am besten geeigneten Form dargestellt. Sobald der Wellenformanalysierer und -Codierer 8 (Fig. 1) eine Wellenform in einem Amplitudenhistogramm 36 (Fig. 2, ah&sub6;) "gefunden" hat, werden die Wellenformdaten eine Wellenformperiode lang in einem X-Y-Koordinatensystem aufgetragen, wie es graphisch in der Wellentabelle wt&sub1; in Fig. 3 dargestellt wird. Die Amplitude der Welle wird in Y- Richtung mit 1.020 8-bit-binär-"Wörtern" aufgetragen, welche eine Genauigkeit von 127 Schritten über und unter der X-Achse zulassen. Die X-Achse selbst ist eine willkürliche Unterteilung der Wellenformperiode in 1.020 Inkremente. In der Wellentabelle sind 4 Bytes reserviert für Informationen über den Status der Tabelle innerhalb des Katalogs von 128 Tabellen. Dies ist notwendig, da Hinweise zur Position der Wellentabellen bei jeder akustischen 0,01-sek.-"Momentaufnahme" erzeugt werden, die verändert werden können, wenn die Aufzeichnung fortschreitet und mehr oder bessere Informationen verfügbar werden. Vorzugsweise sollten alle Überschreibungen der Wellentabellenhinweise jeweils am Ende eines vollständigen Aufzeichnungsvorganges mit einem Durchgang durch die Diskettenaufzeichnungen ausgeführt werden.Referring to Fig. 3, the wave table catalog information is graphically presented in the form most suitable for the system. Once the waveform analyzer and encoder 8 (Fig. 1) has "found" a waveform in an amplitude histogram 36 (Fig. 2, ah₆), the waveform data is plotted for one waveform period in an X-Y coordinate system as graphically represented in the wave table wt₁ in Fig. 3. The amplitude of the wave is plotted in the Y direction using 1,020 8-bit binary "words" which allow for an accuracy of 127 steps above and below the X axis. The X axis itself is an arbitrary division of the waveform period into 1,020 increments. In the wave table, 4 bytes are reserved for information about the status of the table within the catalog of 128 tables. This is necessary because wave table position notes are created with each 0.01 second acoustic "snapshot" and can be changed as the recording progresses and more or better information becomes available. Preferably, all overwrites of the wave table notes should be made at the end of each complete recording session with one pass through the disk recordings.

Bezugnehmend auf Fig. 4 wird dort das bit-Schema einer typischen akustischen "Momentaufnahme" graphisch dargestellt. Eine durchschnittliche Diskette enthält 240.000 dieser akustischen "Momentaufnahmen". Das erste Binärwort 14 umfaßt 14 bits und kennzeichnet binär die Anzahl der Gesamtzahl an Bytes, die in der akustischen "Momentaufnahme" nachfolgen. Diese Angabe der Feldlänge ist notwendig, um den Datenfluß im System bei der Wiedergabe steuern bzw. regeln zu können. Dem Abspielmodul 32 muß von der steuernden bzw. regelnden Software mitgeteilt werden, wie viele Daten für eine Echtzeitausgabe von 0,10 sek. Länge in den Pufferspeicher genommen werden müssen. Das nachfolgende 7 bit "Wort" 16 gibt dem Abspielmodul den ersten der Frequenzerkenner an, die in der akustischen "Momentaufnahme" enthalten sind und denen ihre 2 bit Kennzeichner zur Frequenzverschiebung folgen, z. B. um anzuzeigen, ob eine Verschiebung notwendig ist oder nicht und in welche Richtung sie zu erfolgen hat. Das dritte 7- bit-"Wort" 20 ist eine Binärzahl (aus dem Bereich 1- 128), die die relative Amplitude (Spannungspegel) für die zuvor festgelegte Frequenzausgabe setzt. Das vierte 7-bit-"Wort" 22 ist eine Binärzahl (im Bereich 1- 128), die dem Abspielmodul 32 mitteilt, wo die Wellenform, die mit der zuvor festgelegten Frequenz adressiert wurde, in der Wellenformtabelle gefunden werden kann. Das fünfte und sechste 7-bit-"Wort" 24 kennzeichnet ebenfalls Hinweise zur Wellenformtabelle, die bei der ersten Frequenzfestlegung Verwendung finden.Referring to Fig. 4, the bit scheme of a typical acoustic "snapshot" is graphically represented. An average diskette contains 240,000 of these acoustic "snapshots". The first binary word 14 comprises 14 bits and indicates in binary the number of the total number of bytes that follow in the acoustic "snapshot". This indication of the field length is necessary in order to be able to control or regulate the data flow in the system during playback. The playback module 32 must be informed by the controlling or regulating software how much data must be taken into the buffer memory for a real-time output of 0.10 seconds in length. The following 7 bit "word" 16 indicates to the playback module the first of the frequency detectors that are contained in the acoustic "snapshot" and which are followed by their 2 bit identifiers for frequency shifting, e.g. B. to indicate whether or not a shift is necessary and in which direction it should be made. The third 7-bit "word" 20 is a binary number (from the range 1-128) that sets the relative amplitude (voltage level) for the previously specified frequency output. The fourth 7-bit "word" 22 is a binary number (from the range 1-128) that tells the playback module 32 where the waveform addressed at the previously specified frequency can be found in the waveform table. The fifth and sixth 7-bit "words" 24 also indicate waveform table references that are used in the initial frequency setting.

Im Betrieb liest das Abspielmodul 32 die akustischen "Momentaufnahmen" (Disketten- oder Plattenaufzeichnung) und gibt sie dann weiter, um einen digitalen Oszillator-Schaltkreis mit den Werten zu "laden", die es durch Hinweise und auch durch direktes Einlesen aus der akustischen "Momentaufnahme" erhalten hat. Z.B. sind im Fall der dargestellten Aufzeichnung in Fig. 4 vier Frequenzen erforderlich. Jede von ihnen hat eine bekannte Anzahl von Schwingfrequenzen, die dieselben sind wie die Kanalbänder. Diese Frequenzen werden spezifischen Digitaloszillatoren zugeteilt. Die Summe der Energie, die aufgewendet werden muß, um den Oszillator zu betreiben, wird durch die Beziehung zwischen dem Skalierer und dem Breitband-Referenzsignal festgelegt, das wiederum durch das 14-bit-"Wort" am Ende der akustischen "Momentaufnahme" gekennzeichnet ist. Die Hinweise der Wellenformtabelle sind mit den Frequenzoszillatoren in genau der Reihenfolge verbunden, in der sie auch in der akustischen "Momentaufnahme" erscheinen. Jeder Oszillator erhält den charakteristischen Ton, der gekennzeichnet ist durch die Summe der auf ihn zutreffenden Wellenformen vom Abspielmodul 32. Die Frequenz, mit der eine Wellentabelle pro sek. vom Abspielmodul 32 für einen Oszillator gelesen wird, ist eine Funktion der Frequenz des Oszillators, z. B. liest ein 440 Hz Oszillator eine Wellentabelle 440 Mal pro sek.In operation, the playback module 32 reads the acoustic "snapshots" (disk or disk recordings) and then passes them on to "load" a digital oscillator circuit with the values that it by cues and also by reading directly from the acoustic "snapshot". For example, in the case of the recording shown in Fig. 4, four frequencies are required. Each of these has a known number of oscillation frequencies which are the same as the channel bands. These frequencies are assigned to specific digital oscillators. The amount of energy that must be expended to operate the oscillator is determined by the relationship between the scaler and the wideband reference signal which in turn is identified by the 14-bit "word" at the end of the acoustic "snapshot". The waveform table cues are connected to the frequency oscillators in exactly the order in which they appear in the acoustic "snapshot". Each oscillator receives the characteristic tone which is identified by the sum of the waveforms applicable to it from the playback module 32. The frequency at which a wavetable can be played per sec. read by the playback module 32 for an oscillator is a function of the frequency of the oscillator, e.g. a 440 Hz oscillator reads a wave table 440 times per second.

Bezugnehmend auf Fig. 5 wird dort ein schematisches Layout der Bauteile und ihrer Verbindungsleitungen für ein bevorzugt ausgeführtes Beispiel der Erfindung gezeigt. Vergleicht man die in Fig. 1 dargestellten Anforderungen für die verschiedenen Funktionen mit den Fähigkeiten verschiedener, auf dem Markt erhältlicher elektronischer Bauteile, so kann die vorliegende Erfindung nach der Auswahl von Bauteilen, die den benötigten Anforderungen entsprechen, ausgeführt werden. Z.B. kann der Breitbanddigitalisierer 40, der im "Datenerfassungsmodul" (DAM) 4 eingesetzt wird, aus handelsüblichen Hochgeschwindigkeits-Analog-Digitalwandlern, wie sie von Hewlett Packard, Datel, Inc., Intel or R.C. Electronics hergestellt werden, ausgewählt werden. Das 128-Kanalfeld 42 im DAM 4 zur Durchführung von Analog-/Digital-Umwandlungen kann ebenfalls von Hewlett Packard bezogen werden, wobei spezifische Durchgangscharakteristiken für jeden einzelnen Kanal berücksichtigt werden. Gegenwärtig sind 16-Kanal-Bauteile erhältlich, so daß acht solcher Bauteile benötigt werden. Wie in den Abbildungen und der vorliegenden Beschreibung bereits erwähnt wurde, sollten Bauteile wie der RAM-Speicher 6 eine Kapazität von bis zu 500 kByte haben, der Read-Only-Memory-Speicher (ROM) 44 320 kByte und die zentrale Recheneinheit (CPU) 46, die in Fig. 5 dargestellt ist, sollte vorzugsweise eine 16 Byte/8 MHz Kapazität mit mehreren zusätzlichen 80 Byte-Numerik-Prozessoren haben. Die dargestellte Diskettenlaufwerkseinheit 48 kann auch durch eine andere geeignete digitale Schreib-/Leseeinrichtung wie "magnetic bubble memory packs", lineare Magnetbandlaufwerke, auf Laser aufbauende Disketten oder Fiches ersetzt werden. Die Bedienungskonsole 45 kann die Steuerung von Klangfarbe, Verstärkung, Bereich, Spurauswahl und zusätzlicher Eigenschaften umfassen oder sie kann so einfach sein wie "An/Aus", "Aufnahme/Wiedergabe". Die Signaleingabe 47 und -ausgabe 49 erfolgt über konventionelle RCA-Klemmbuchsen.Referring to Fig. 5, there is shown a schematic layout of the components and their connecting lines for a preferred embodiment of the invention. Comparing the requirements for the various functions shown in Fig. 1 with the capabilities of various electronic components available on the market, the present invention can be implemented after selecting components that meet the required requirements. For example, the broadband digitizer 40, which is used in the "data acquisition module" (DAM) 4 may be selected from commercially available high speed analog to digital converters such as those manufactured by Hewlett Packard, Datel, Inc., Intel or RC Electronics. The 128 channel array 42 in the DAM 4 for performing analog to digital conversions may also be obtained from Hewlett Packard, with specific pass-through characteristics for each individual channel being considered. 16 channel devices are currently available, so eight such devices are required. As already mentioned in the figures and this description, devices such as the RAM 6 should have a capacity of up to 500 kBytes, the Read Only Memory (ROM) 44 320 kBytes and the Central Processing Unit (CPU) 46 shown in Fig. 5 should preferably have a 16 byte/8 MHz capacity with several additional 80 byte numerical processors. The illustrated disk drive unit 48 may also be replaced by other suitable digital read/write devices such as magnetic bubble memory packs, linear magnetic tape drives, laser-based disks or fiches. The control panel 45 may include control of tone, gain, range, track selection and additional features, or it may be as simple as "on/off", "record/play". Signal input 47 and output 49 are via conventional RCA clamp jacks.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde mit stellenweiser Betonung der benötigten funktionalen Merkmale der Bauteile beschrieben, die in der benutzten Systemlogik verwendet wurden. Es sollte einleuchtend sein, daß eine Vielzahl verschiedener Bauteile im beschriebenen Allgemeinsystem verwendet werden können, um ähnliche oder dieselben Ergebnisse zu erzielen. Z.B. können unterschiedliche Proben-Abtastraten oder ähnliches vorteilhaft mit anderen Bauteilen erreicht werden, ohne daß dabei vom Gedankengang der beschriebenen Erfindung abgewichen wird. Selbstverständlich können die Aufzeichnungs- und Wiedergabefunktionen integriert oder separiert werden, und selbstverständlich kann es möglich sein, das offenbarte Aufzeichnungsformat auch mit einem Computer oder einer Datenübertragungseinrichtung zu verwenden, wie einem Modem, um die aufgezeichneten Daten zu einer räumlich entfernten Wiedergabeeinrichtung zu übertragen.The preferred embodiment of the present invention has been described with emphasis in places on the required functional features of the components used in the system logic employed. It should be apparent that a variety of different Components in the general system described can be used to achieve similar or the same results. For example, different sample sampling rates or the like can be advantageously achieved with other components without departing from the spirit of the invention described. Of course, the recording and playback functions can be integrated or separated, and of course it may be possible to use the disclosed recording format with a computer or a data transmission device, such as a modem, to transmit the recorded data to a remote playback device.

Zusätzlich kann digitale Information über Radio-Signale an einen entfernten Standort gesendet werden, um dort eine lokale Speichereinheit mit den benötigten Wellentabellen-Informationen zu versorgen, wobei anschließend die Informationen der digitalen Datensätze der Aufzeichnung zur Wiedergabe an den entfernten Standort übertragen werden können. Dies kann durch Übertragungen in relativ schmalen Bandbreiten erreicht werden. Das Audio-Signal kann dann von der Wiedergabeeinheit an einem entfernten Standort aufgrund der über Radio-Signale gesendeten Informationen wiedergegeben werden. Auch hier hat dieses System den Vorteil, daß ein hohes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis erreicht wird, was bei jedem digitalen Kommunikationssystem der Fall ist.In addition, digital information can be sent to a remote location via radio signals to supply a local storage unit with the required wave table information, and the information in the digital records of the recording can then be transmitted to the remote location for playback. This can be achieved by relatively narrow bandwidth transmissions. The audio signal can then be reproduced by the playback unit at a remote location based on the information sent via radio signals. Again, this system has the advantage of achieving a high signal-to-noise ratio, which is the case with any digital communication system.

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde mit Fachausdrücken der Aufzeichnung von Tönen und deren Wiedergabe beschrieben. Zusätzlich zum Gebrauch des beschriebenen Systems als Audio-Wiedergabesystem kann das Ausgangssignal auch zur Stimulation der Nerven der Zuhörer, wie das durch Hörhilfen oder künstliche Ohren erreicht wird, benutzt werden. Die Software müßte für diesen Anwendungszweck nicht geändert werden.The preferred embodiment of the present invention has been described using technical terms for recording and reproducing sounds. In addition to Using the described system as an audio playback system, the output signal can also be used to stimulate the listener's nerves, as achieved by hearing aids or artificial ears. The software would not need to be modified for this application.

Dieselben Konzepte, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegen, können genauso gut in der medizinischen Akustik, EEG- oder EKG-Analogsignalen angewendet werden. Hierbei können Wellenformtabellen, die bei einer medizinischen Grunduntersuchung mit diesen nichtoperativen Diagnoseverfahren gefunden wurden, dazu verwendet werden, die Analogsignale zu digitalisieren und zu verdichten, die bei Streß-, Postoperations- oder Nachbehandlungsdiagnosen auftreten. Die medizinische Eingabe könnte auch über eine Ultraschallsonde erfolgen, und die vorliegende Erfindung könnte auch Ultraschallbilder speichern und sie auf ihre Dichte oder andere feststellbare Schallwelleneigenschaften untersuchen.The same concepts underlying the present invention can equally well be applied to medical acoustics, EEG or ECG analog signals. Waveform tables found during a basic medical examination using these non-surgical diagnostic methods can be used to digitize and condense the analog signals encountered during stress, post-operative or post-treatment diagnostics. The medical input could also be via an ultrasound probe, and the present invention could also store ultrasound images and examine them for density or other observable sound wave properties.

Die erfindungsgemäße Ausführung kann auch eine akustische Alarmanlage sein. Die Datenströme der vorliegenden Erfindung wären somit kennzeichnend für Sicherheits-Geräuschinformationen. Der RAM-Speicher würde Daten für einen Vergleich zwischen potentiellen Einbruchsschallmustern und vorher gesammelten Schallaufzeichnungen zur Verfügung stellen. Dies würde Fehlalarme der Alarmanlage ausschließen. Speicherdisketten bzw. -platten könnten entsprechend dem Nutzungsfaktor des gesicherten Bereichs gewechselt werden. Z.B. würde eine "Wochenend"- Diskette bzw. -platte vollkommen andere Hinweise enthalten als eine "Nachtschicht"-Diskette oder -platte.The embodiment of the invention can also be an acoustic alarm system. The data streams of the present invention would thus be indicative of security sound information. The RAM memory would provide data for comparison between potential intrusion sound patterns and previously collected sound recordings. This would eliminate false alarms from the alarm system. Storage disks could be changed according to the usage factor of the secured area. For example, a "weekend" disk would contain completely different information than a "night shift" disk.

Das Eingabegerät könnte ein Schwingungsmeßgerät sein, das akustisch mit einem Maschinenteil gekoppelt ist, wie z. B. einem elektrischen Dynamo, einer Mühle oder einer Presse in einem Fertigungsbereich, oder einem anderen Gerät, welches Lager enthält, die stark oder zyklisch belastet werden. Die analoge Eingabe enthält zahlreiche Frequenzen, Amplituden und Wellenform-Informationen, die kennzeichnend für die Beschaffenheit dieser Lager sind. Diese Information kann vom Mikrocomputersystem der vorliegenden Erfindung analysiert und dazu benutzt werden, die ansonsten schleichenden Veränderungen in diesen Signalparametern zu entdecken, um einen unmittelbar bevorstehenden Ausfall des Lagers oder ähnliches vorherzusehen.The input device could be a vibration meter acoustically coupled to a piece of machinery, such as an electric dynamo, a mill or press in a manufacturing area, or other equipment containing bearings subjected to heavy or cyclic loading. The analog input contains numerous frequencies, amplitudes and waveform information indicative of the nature of those bearings. This information can be analyzed by the microcomputer system of the present invention and used to detect otherwise gradual changes in these signal parameters to predict imminent bearing failure or the like.

Fig. 6 zeigt noch eine andere Verwendungsmöglichkeit des oben beschriebenen, in der Erfindung enthaltenen Mikrocomputersystems. In diesem Beispiel ist ein System enthalten, mit dem Lagerbestände erfaßt und analysiert werden können. Hierbei erfolgt die Eingabe in das Datenerfassungsmodul von Fig. 1 über ein mit der Hand geführtes Bereichsauffindungsgerät 54. Vorzugsweise enthält das Gerät 54 auch einen Strichcodeleser holographischen Typs. Das Gerät 54 ist mit einem Mikrocomputersystem 56 verbunden (vorzugsweise eine Ausführung, die mit einer Batteriestrom-Versorungseinheit versehen ist, damit sie vollständig portabel ist), das das in Fig. 1 dargestellte funktionale System enthält.Fig. 6 shows yet another possible use of the microcomputer system described above and embodied in the invention. In this example, a system is included which can be used to collect and analyze inventory levels. The input to the data collection module of Fig. 1 is via a hand-held area finder 54. Preferably, the device 54 also includes a holographic type bar code reader. The device 54 is connected to a microcomputer system 56 (preferably a type provided with a battery power supply unit to make it completely portable) which includes the functional system shown in Fig. 1.

Waren G sind zur Erfassung in Regalen aufgestellt. Die Regale sollten an mindestens einem Ende jedes nutzbaren Regalraumes eine Strichcodierung B haben. Die Waren sollten, falls sich in der Tiefe des Regals mehrere Waren befinden sollten, von der Rückseite des Regales eingeräumt werden, wobei zwischen den Waren kleine Freiräume zum leichteren Auffinden durch das Gerät 54 sein sollten. Die Strichcodes sind Warencodierungen oder andere spezifische Kennzeichnungen, die die aufgestapelten Waren im strichcodierten Regal beschreiben. Alternativ hierzu kann auch eine Tastatur verwendet werden, um diese Information einzugeben, bevor jedes Regal mit dem Gerät 54 eingelesen wird. Im Betrieb geht der tragbare Mikrocomputer in seine Ausgangsstellung und das Diskettenaufzeichnungs-Assemblermodul und andere Steuerungs- bzw. Regelungscodes werden eingegeben. Der Anwender würde vor den sich im Regal befindlichen Waren stehen und, falls notwendig, die Warenbeschreibung (Warencodierung, Regalbodennummer usw.) über die Tastatur eingeben. Wenn ein Strichcodeleser im Gerät 54 integriert ist, ist dieser Schritt nicht notwendig. Das Gerät 54 wird an den im Regal gelagerten Waren vorbeigeführt und über die ganze Länge des Regals bewegt. Ein typisches Beispiel des daraus resultierenden Analogsignals zeigt Fig. 7. Dieses Signal stimmt mit der Tiefe des Raumes entlang des mit Waren gefüllten Regales überein, der eine Funktion der Zeit ist, welche vom Echo des Bereichsfinders bestimmt wird. Der Zeitabschnitt entspricht in diesem Fall der Zeit zwischen dem Auffinden der Strichcodierung an der Regalseitenwand (falls vorhanden) und dem Auffinden der zweiten Regalseitenwand oder der Zeit zwischen zwei Regalseitenwänden.Goods G are placed on shelves for registration. The shelves should have a bar code B at at least one end of each usable shelf space. The goods should, if there are several goods should be loaded from the back of the shelf with small spaces between the goods for ease of location by the device 54. The bar codes are commodity codes or other specific markings describing the goods stacked on the bar coded shelf. Alternatively, a keyboard may be used to enter this information before each shelf is scanned by the device 54. In operation, the hand-held microcomputer goes to its home position and the disk recording assembler module and other control codes are entered. The operator would stand in front of the goods on the shelf and, if necessary, enter the commodity description (commodity code, shelf number, etc.) via the keyboard. If a bar code reader is incorporated in the device 54, this step is not necessary. The device 54 is passed past the goods stored on the shelf and moved the entire length of the shelf. A typical example of the resulting analog signal is shown in Fig. 7. This signal corresponds to the depth of space along the shelf filled with goods, which is a function of time determined by the echo of the rangefinder. The time interval in this case corresponds to the time between finding the bar code on the shelf side wall (if present) and finding the second shelf side wall or the time between two shelf side walls.

Auch hier enthält das Signal Frequenz-, Amplituden- und Wellenformeigenschaften, die manipuliert, verändert und komprimiert werden, um eine digitale Diskettenaufzeichnung, wie oben beschrieben, zu erhalten.Again, the signal contains frequency, amplitude and waveform characteristics that are manipulated, altered and compressed to produce a digital disk recording as described above.

Diese digitale Aufzeichnung kann später über ein konventionelles Modem 60 an eine zentrale Warenerfassungsstelle gesendet werden, wo die Daten später in graphischer oder tabellarischer Form angezeigt werden können.This digital recording can later be sent via a conventional modem 60 to a central goods registration point, where the data can later be displayed in graphic or tabular form.

Ein Beispiel einer nichtakustischen Ausgabe mit Hilfe des Datenkomprimierens und Aufzeichnens der vorliegenden Erfindung wäre der Einsatz zur Aufzeichnung, Komprimierung und Analysierung seismographischer Daten. In diesem Fall wäre das Ergebnis ein "frisierter" Graph mit Eigenschaften über eine spezifische Größe und weniger Störgeräusche oder Nachhall jenseits einer bestimmten Reihenfolge von harmonischen Reihen.An example of a non-acoustic output using the data compression and recording of the present invention would be to use it to record, compress and analyze seismographic data. In this case, the result would be a "doctored" graph with properties over a specific size and less noise or reverberation beyond a certain order of harmonic series.

Zudem kann jeder Sensor, der ein analoges Signal vom Typ einer Wellenform ausgibt, die vorliegende Erfindung zum Komprimieren und Aufzeichnen von Daten verwenden. Beispiele für solche Sensoren wären Druckaufnehmer, Durchflußmesser, Fotodioden, Mikrowellenempfänger (Radio- und Radarfrequenz), Fotozellen, piezolelektrische Geräte, ladungsgekoppelte Geräte und Funkenzähler. Desgleichen können digitale Daten, die Wellenformdaten kennzeichnen, gemäß dieser Erfindung komprimiert werden, indem zuerst die digitalen Daten in Analogsignale umgewandelt werden, die dann vom hier beschriebenen System nach den offenbarten Methoden verarbeitet werden können.In addition, any sensor that outputs an analog waveform type signal can use the present invention to compress and record data. Examples of such sensors would be pressure transducers, flow meters, photodiodes, microwave receivers (radio and radar frequency), photocells, piezoelectric devices, charge coupled devices, and spark counters. Likewise, digital data representative of waveform data can be compressed in accordance with this invention by first converting the digital data into analog signals which can then be processed by the system described herein using the methods disclosed.

Die im beschriebenen System verwendeten Prozeßmethoden zur Aufteilung, Analysierung, Codierung und Aufzeichnung und zum nachfolgenden Decodieren und zur Wiedergabe lassen das System eine Speicherdichte erreichen, die bis zu 300 Mal höher ist als die Speicherdichte vorhandener Systeme. Der Schutzumfang der Erfindung sollte deshalb nur vom Stand der Technik, wie in den nachfolgenden Ansprüchen geschehen, abgegrenzt werden.The process methods used in the system described for division, analysis, coding and recording and for subsequent decoding and playback allow the system to achieve a storage density that is up to 300 times higher than the storage density existing systems. The scope of the invention should therefore only be limited by the state of the art, as set out in the following claims.

Claims (5)

1. Mikrocomputer-Aufzeichnungssystem für die Aufzeichnung von analogen Signalen in Digitaldatenform, gekennzeichnet durch Umwandlungsmittel (4) zur Umwandlung eines analogen Signals in mindestens drei Digitaldatenströme, wobei der erste dieser Digitaldatenströme ein Bezugssignal ist, welches die Amplitude in einem relativ breiten Frequenz-Bereich darstellt, und wobei der zweite dieser Datenströme durch Filtern des analogen Signals erzeugt wird, um einen Datenstrom zu erzeugen, der eine Pluralität diskreter Frequenzen angibt, die von der Bandbreite des ersten Datenstromes umfaßt werden, und wobei der dritte dieser Datenströme ein Referenzsignal ist, das kennzeichnend ist für die Amplitude des analogen Signals für jede der Pluralitäten der diskreten Frequenzen;1. A microcomputer recording system for recording analog signals in digital data form, characterized by conversion means (4) for converting an analog signal into at least three digital data streams, the first of said digital data streams being a reference signal representative of the amplitude in a relatively wide frequency range, and the second of said data streams being generated by filtering the analog signal to generate a data stream representative of a plurality of discrete frequencies encompassed by the bandwidth of the first data stream, and the third of said data streams being a reference signal representative of the amplitude of the analog signal for each of the pluralities of discrete frequencies; Abtastmittel (4) zur Erzeugung eines Sequenzstromes von Digitaldatenproben in jedem dieser Digitaldatenströme;sampling means (4) for generating a sequence stream of digital data samples in each of said digital data streams; Auswahlmittel (4) zum Auswählen eines vorbestimmten Teils der Digitaldatenproben, die von den Abtastmitteln in jedem Digitaldatenstrom erzeugt werden; Mittel (10) zum getrennten Speichern jedes dieser vorbestimmten Teile der Digitaldatenproben; Mittel (6,46) zum Vergleichen dieses vorbestimmten Teiles des ersten Referenzdatenstromes, der Amplitude-Daten enthält, mit dem vorbestimmten Teil des zweiten Referenzdatenstromes, der Frequenzdaten enthält, um Frequenzspektrogrammdaten zu erzeugen, die kennzeichnend sind für Frequenz und Amplitude des ursprünglichen analogen Signals;Selection means (4) for selecting a predetermined portion of the digital data samples generated by the sampling means in each digital data stream; means (10) for separately storing each of said predetermined portions of the digital data samples; means (6,46) for comparing said predetermined portion of the first reference data stream, the amplitude data with the predetermined portion of the second reference data stream containing frequency data to generate frequency spectrogram data indicative of frequency and amplitude of the original analog signal; Mittel (6,46) zur Umwandlung des vorbestimmten Teiles der aus dem dritten Datenstrom gewählten Digitaldatenproben in Daten, die kennzeichnend sind für ein Histogramm "Zeit gegen Amplitude" für jede diskrete Frequenz;means (6,46) for converting the predetermined portion of the digital data samples selected from the third data stream into data representative of a time versus amplitude histogram for each discrete frequency; Mittel (6,46) zur Lieferung von ausgewählten Wellenform-Parametern;means (6,46) for supplying selected waveform parameters; Mittel (6,46) zum Vergleichen der Histogrammdaten mit dem ausgewählten Wellenform-Parametern und zum Erzeugen von adressierbaren Wellenformdaten, die kennzeichnend sind für die Wellenform des ursprünglichen analogen Signals; undmeans (6,46) for comparing the histogram data with the selected waveform parameters and for generating addressable waveform data representative of the waveform of the original analog signal; and Mittel (46) zum sequentiellen Assemblieren und Speichern der Frequenzspektrogrammdaten und der Amplitude-Referenzdaten des ersten Datenstromes und der Adressierbaren Wellenformdaten zur nach folgenden Verwendung.Means (46) for sequentially assembling and storing the frequency spectrogram data and the amplitude reference data of the first data stream and the addressable waveform data for subsequent use. 2. Mikrocomputer-Aufnahmesystem nach Anspruch 1 mit Playback- Mitteln (32) zum Umwandeln der Digitaldatenströme zu analogen Daten zur nachfolgenden Wiedergabe, gekennzeichnet durch Adressiermittel (37) zum Wählen der gespeicherten adressierbaren Wellenformdaten, die kennzeichnend sind für das ursprüngliche analoge Signal; und Oszillatormittel (32,33) zur Erzeugung eines analogen Signales, das auf die adressierbaren Wellenformdaten, auf die Frequenzspektrogrammdaten und auf die Amplitude-Referenzdaten anspricht, um ein daraus hervorgehendes analoges Signal zu erzeugen, das sich zur Verwendung in einem Wiedergabegerät eignet.2. A microcomputer recording system according to claim 1, comprising playback means (32) for converting the digital data streams to analog data for subsequent playback, characterized by addressing means (37) for selecting the stored addressable waveform data representative of the original analog signal; and oscillator means (32,33) for generating an analog signal responsive to the addressable waveform data, to the frequency spectrogram data and responsive to the amplitude reference data to produce a resulting analog signal suitable for use in a playback device. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Mittel (8,10,12), die Wellenform-Analysemittel liefern, welche Mittel zur Erzeugung von Wellenformtabellen einschließen, unter Benutzung von B- Splinearten von kubischer bzw. dritter Potenz-Splineumwandlungen.3. A system according to claim 1 or 2, characterized by the means (8,10,12) providing waveform analysis means including means for generating waveform tables using B-spline types of cubic and cube spline transformations, respectively. 4. Verfahren zur Erzeugung eines analogen Signals aus Digitaldaten, die von einem Mikrocomputer geliefert werden, gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Digitaldaten, die assemblierte Wellenformtabellen einschließen, welche von Histogrammen charakteristischer Wellenformen des ursprünglichen analogen Signals erzeugt werden, durch Frequenzspektrogramme und durch Vollspektrum-Digitalamplitude-Signale und der Wiedergabe in folgenden Schritten: - Adressieren von Wellenform-, Frequenz- und Amplitudedaten, die von den Histogrammen, Spektrogrammen und Amplitudesignalen geliefert werden, und - Umwandeln der Wellenform-, Frequenz und Amplitudedaten von digitaler in analoge Form.4. A method of generating an analog signal from digital data provided by a microcomputer according to any one of the preceding claims, characterized by digital data including assembled waveform tables generated from histograms of characteristic waveforms of the original analog signal, from frequency spectrograms and from full spectrum digital amplitude signals and reproducing in the following steps: - addressing waveform, frequency and amplitude data provided by the histograms, spectrograms and amplitude signals, and - converting the waveform, frequency and amplitude data from digital to analog form. 5. Verfahren nach Anspruch 4, und den Schritt der Umwandlung der Digitaldaten zurück in ein ursprüngliches analoges Signal, das in einem Audio-Wiedergabegerät abgespielt werden kann, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Umwandeln eines ursprünglichen analogen Audio-Signals in mindestens drei Digitaldatenströme, wobei der erste dieser Digitaldatenströme ein Referenz-Signal kennzeichnend für die Summe der Amplituden einer vorgewählten Reihe von Audio-Frequenzen in einer relativ großen Bandbreite ist, und wobei der zweite dieser Datenströme durch Filtern des ursprünglichen analogen Signals erzeugt wird, um eine Pluralität von Frequenzkanälen zu erzeugen, die eine Anzahl diskreter Frequenzen angibt, die von der Bandbreite des ersten Datenstroms umfaßt werden; und wobei der dritte dieser Datenströme aus einer Anzahl Referenzsignalen besteht, die stellvertretend/kennzeichnend für Amplitude-Signale aus Frequenzkanälen des zweiten Datenstromes sind; - Auswählen eines vorbestimmten Teils aus jedem dieser Digitaldatenproben eines jeden Digitaldatenstromes; - Speichern der ausgewählten, vorbestimmten Teile der Digitaldatenproben; - Vergleichen des vorbestimmten Teils des ersten, Amplitude-Daten enthaltenden Digitaldatenstroms mit dem Datenstrom, der Frequenzdaten enthält, um Frequenzspaktrogramm-Daten zu erzeugen, die kennzeichnend sind für die Frequenz und Amplitude des ursprünglichen analogen Signals; - Umwandeln des vorbestimmten Teils der Datenproben, die aus dem dritten Datenstrom gewählt werden, in Daten, die kennzeichnend sind für ein Histogramm "Zeit gegen Amplitude" für jede diskrete Frequenz; - Vergleichen der Histogrammdaten mit den ausgewählten Wellenform-Parametern und Erzeugen von adressierbaren Daten, die kennzeichnend sind für das ursprüngliche analoge Signal; - folgendes Assemblieren und Speichern der Frequenzspektrogrammdaten und der Amplitude-Referenzdaten des ersten Datenstroms und der adressierbaren Wellenformdaten für nachfolgende Verwendung; - Adressieren der gespeicherten adressierbaren Wellenformdaten, der Frequenzspektrogrammdaten und der Amplitude-Referenzdaten, die für das ursprüngliche Audio-Signal kennzeichnend sind, um ein daraus hervorgehendes Signal zu erzeugen; und - Umwandeln des hervorgehenden Signals von digitaler in analoge Form.5. A method according to claim 4, and the step of converting the digital data back to an original analog signal that can be played in an audio playback device, characterized by the steps of: - converting an original analog audio signal into at least three digital data streams, the first of said digital data streams being a reference signal representative of the sum of the amplitudes of a preselected series of audio frequencies in a relatively wide bandwidth, and the second of said data streams being generated by filtering the original analog signal to generate a plurality of frequency channels indicative of a number of discrete frequencies encompassed by the bandwidth of the first data stream; and the third of said data streams consisting of a number of reference signals representative of amplitude signals from frequency channels of the second data stream; - selecting a predetermined portion from each of said digital data samples of each digital data stream; - storing the selected, predetermined portions of the digital data samples; - comparing the predetermined portion of the first digital data stream containing amplitude data with the data stream containing frequency data to produce frequency spectrum data representative of the frequency and amplitude of the original analog signal; - converting the predetermined portion of the data samples selected from the third data stream into data representative of a time versus amplitude histogram for each discrete frequency; - Comparing the histogram data with the selected waveform parameters and generating addressable data representative of the original analog signal; - subsequently assembling and storing the frequency spectrogram data and the amplitude reference data of the first data stream and the addressable waveform data for subsequent use; - addressing the stored addressable waveform data, the frequency spectrogram data and the amplitude reference data representative of the original audio signal to generate a resulting signal therefrom; and - converting the resulting signal from digital to analog form.
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