DE3821102C2 - - Google Patents
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- DE3821102C2 DE3821102C2 DE3821102A DE3821102A DE3821102C2 DE 3821102 C2 DE3821102 C2 DE 3821102C2 DE 3821102 A DE3821102 A DE 3821102A DE 3821102 A DE3821102 A DE 3821102A DE 3821102 C2 DE3821102 C2 DE 3821102C2
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- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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- H03H17/0261—Non linear filters
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Anti-Aliasing-Filter gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und umfaßt die Verwendung des Filters
gemäß der Erfindung bei einer Abtasteinrichtung und bei einem Ultraschalldiagnosegerät.
Wenn ein Ursprungssignal mit zwei Linienspektren f1 und f2
(f2<f1) und weißes Rauschen mit der Abtastfrequenz
fs=2·fN, die der doppelten Nyquist-Frequenz fN
(f1<fN<f2) entspricht, abgetastet wird, wird an einer
Stelle, die mit f2 symmetrisch zu fN liegt, das heißt an
der Stelle fN-(f2-fN), ein sogenanntes zurückgefaltetes
Störsignal (bzw. eine Aliasing-Verzerrung) erzeugt und der
Pegel des weißen Rauschens angehoben. Falls in diesem Fall
das Ursprungssignal vor dem Abtasten durch ein ideales
Tießpaßfilter (LPF) mit einer Grenzfrequenz fc=fN gefiltert
wird, werden die oberhalb fN liegenden Komponenten abgeschnitten.
Deshalb wird, selbst wenn das Abtasten mit fs
erfolgt, kein zurückgefaltetes Störsignal erzeugt und der
Pegel des weißen Rauschens nicht angehoben. Ein derartiges
Tiefpaßfilter LPF wird als Anti-Aliasing-Filter, d. h. als
ein Filter zur Verhinderung einer Überdeckungsverzerrung
bezeichnet.
Falls das Signal ein Bildsignal ist, und es gewünscht wird,
die Vergrößerung des Bildes zu verändern, ändert sich
die Frequenzbandbreite des ausgegebenen abgetasteten
Signals und es ist erforderlich, die Nyquist-Frequenz zu
ändern. Dann muß auch die Abtastfrequenz geändert werden.
Es kann auch wegen anderer Erfordernisse erwünscht sein,
die Abtastfrequenz zu ändern. Wird die Abtastfrequenz geändert,
dann muß auch die Grenzfrequenz des Anti-Aliasing-
Filters (LPF) geändert werden. Im allgemeinen ist es
schwierig, die Grenzfrequenz eines analogen Tiefpaßfilters
willkürlich zu verändern. Aus diesem Grund kann das Ursprungssignal
zeitweise in ein digitales Signal umgewandelt
werden, so daß ein Anti-Aliasing-Filter durch ein lineares
digitales Tiefpaßfilter realisierbar ist. Obgleich das lineare
digitale Tiefpaßfilter ohne Schwierigkeiten in der
Lage ist, die Grenzfrequenz zu schalten, bzw. zu verändern,
erhöht sich die Schaltungsgröße falls ein
Hochfrequenzsignal wie ein Videosignal dem Tiefpaßfilter
zugeführt wird und deshalb ist diese Lösung vom praktischen
Gesichtspunkt aus nicht geeignet.
Die DE 35 14 981 A1 zeigt ein Filter für eine Abtastvor
richtung, dessen Aufbau berücksichtigt, daß die Abtastfre
quenz abhängig von dem abzutastenden Analogsignal in einem
bestimmten Bereich variierbar sein muß. Zur Vermeidung von
Verzerrungen muß bekanntlich das abzutastende Signal derart
vorgefiltert werden, daß sämtliche Komponenten beseitigt
sind, deren Frequenz größer ist als die halbe Abtastfre
quenz. Zur Vermeidung von mit Verzerrungen behafteten Tief
paßfiltern ist nun vorgeschlagen, die Eckfrequenz des Fil
ters innerhalb des Spektrums zu verschieben, wobei die Ab
tastimpulse vor und nach dem Abtastzeitpunkt derart zusam
mengesetzt werden, daß der Abtastwert in bezug auf den Ab
tastzeitpunkt eine konstante Verzögerung aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, in einem System zum Abtasten
eines Ursprungssignals ein Anti-Aliasing-Filter vorzusehen,
mit dem zuverlässig ein Mischen des zurückgefalteten Störsignals
bzw. eine Überdeckungsverzerrung verhindert werden
kann, selbst wenn die Abtastfrequenz wegen Änderungen in
der Bandbreite des ausgegebenen abgetasteten Signals oder
dergleichen verändert wird.
Die Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungen der Erfindung
sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.
Demgemäß ist ein Anti-Aliasing-Filter gemäß dieser Erfindung
einer Schaltung zum Abtasten eines Signals unter Verwendung
eines Abtasttaktes einer vorgegebenen Frequenz vorgeschaltet
und enthält ein nichtlineares digitales Filter
zur Aufnahme digitaler Daten synchron zum Taktpuls mit einer
Frequenz, die nicht tiefer als die des Abtasttaktes
liegt und zum Ausgeben von K-ten (K ist eine positive ganze
Zahl) Daten von den größten Daten der N Eingabedaten synchron
zum Taktpuls. Das digitale Filter umfaßt ein Maximumfilter
zum Ausgeben eines Maximalwertes (K=1), ein Minimumfilter
zum Ausgeben eines Minimalwertes (K=N), ein
mittleres Filter zum Ausgeben eines mittleren Wertes (K=
N/2) und dergleichen.
Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von 15
Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm, das das gesamte
System einschließlich eines Anti-
Aliasing-Filters gemäß einer ersten
Ausführungsform dieser Erfindung
darstellt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Maximumfilters
gemäß der ersten Ausführungsform dieser
Erfindung;
Fig. 3A bis 14B Diagramme, die simulierte Ergebnisse der
Arbeitsweise der erfindungsgemäßen
Schaltung veranschaulichen, wobei im
einzelnen darstellen
Fig. 3A und 3B die Wellenform und das Leistungsspektrum
eines Ursprungssignals,
Fig. 4A und 4B die Wellenform und das Leistungsspektrum,
die durch Abtasten des Ursprungssignals
erhalten werden,
Fig. 5A und 5B die Wellenform und das Leistungsspektrum
eines Signals, das durch Filtern des
Ursprungssignals mittels eines
Maximumfilters erhalten wird,
Fig. 6A und 6B die Wellenform und das Leistungsspektrum,
die durch Abtasten des durch das
Maximumfilter gefilterten
Ursprungssignals erhalten werden,
Fig. 7A und 7B die Wellenform und das Leistungsspektrum
eines Signals, das durch Filtern des
Ursprungssignals durch ein Tiefpaßfilter
vom FIR-Typ der fünften Ordnung erhalten
wird,
Fig. 8A und 8B die Wellenform und das Leistungsspektrum,
die durch Abtasten des Ursprungssignals
erhalten werden, welches durch dieses
Tiefpaßfilter gefiltert ist,
Fig. 9A und 9B die Wellenform und das Leistungsspektrum
eines Signals, das erhalten wird durch
Filtern des Ursprungssignals durch ein
Tiefpaßfilter vom FIR-Typ der elften
Ordnung,
Fig. 10A und 10B die Wellenform und das Leistungsspektrum,
die durch Abtasten des Ursprungssignals,
welches durch dieses Filter gefiltert
ist, erhalten werden,
Fig. 11A und 11B die Wellenform und das Leistungsspektrum
eines Signals, das erhalten wird durch
Filtern des Ursprungssignals durch ein
Tiefpaßfilter vom FIR-Typ der
einundzwanzigsten Ordnung,
Fig. 12A und 12B die Wellenform und das Leistungsspektrum
die erhalten werden durch Abtasten des
durch dieses Tiefpaßfilter gefilterten
Ursprungssignals,
Fig. 13A und 13B die Wellenform und das Leistungsspektrum
eines Signals, das erhalten wird durch
Filtern des Ursprungssignals durch ein
mittleres Filter,
Fig. 14A und 14B die Wellenform und das Leistungsspektrum,
die erhalten werden durch Abtasten des
durch das mittlere Filter gefilterten
Ursprungssignals; und
Fig. 15 ein Blockdiagramm eines
Ultraschalldiagnosegerätes, dem ein Anti-
Aliasing-Filter gemäß dieser Erfindung
zugeordnet ist.
Fig. 1 stellt ein Blockdiagramm eines Gesamtsystems dar,
das eine erste Ausführungsform dieser Erfindung enthält.
Es sei angenommen, daß das Ursprungssignal ein Analogsignal
ist. Das Eingangsanalogsignal Ain wird einem Analog/
Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer) 2 über ein analoges
Tiefpaßfilter LPF1 zugeführt. LPF1 benutzt die Frequenz
fa/2 als Grenzfrequenz und begrenzt das durch die Filterkennlinie
festgelegte Frequenzband. Die Frequenz fa ist die
Frequenz eines Taktpulses bzw. Umsetztaktpulses des A/D-Umsetzers
2.
Das Ausgangssignal des A/D-Umsetzers 2 wird einer Abtastschaltung
4 über ein Maximumfilter 3 zugeführt. Das von der
Abtastschaltung 4 gelieferte Ausgangssignal wird einer
Schaltung der nächsten Stufe als Endabtastausgangssignal
D out zugeführt.
Das Maximumfilter 3 kann willkürlich die Zahl der Abtastintervalldaten
(Filterbandbreite) einstellen. Das Maximumfilter
3 ist ein nichtlineares Filter zur Ausgabe eines Maximalwertes
der Eingangsdaten innerhalb der eingestellten
Filterbandbreite als ein für die Bandbreite repräsentativer
Wert. Der Taktpuls der Frequenz fa wird außerdem dem Maximumfilter
3 zugeführt, so daß der Eingabe/Ausgabe-Vorgang
der Daten mit dem Taktpuls synchronisiert werden kann. Die
Filterbandbreite des Maximumfilters 3 wird gemäß fa/fb bestimmt.
Das Bezugssymbol fb bezeichnet die Frequenz eines
Taktpulses (bzw. Abtasttaktpulses) der Abtastschaltung 4
und genügt der Beziehung fafb. Fig. 2 zeigt ein Beispiel
des Maximumfilters 3. In diesem Fall wird der Maximalwert
durch eine Vergleichsausscheidungsmethode (tournament
method) bestimmt.
Synchron zum Taktpuls fa wird das Ausgangssignal des A/D-
Umsetzers 2 sequentiell den in Serie geschalteten 8 Haltegliedern
3a bis 3h zugeführt. Die Ausgangssignale der Haltegliederpaare
3a und 3b, 3c und 3d, 3e und 3f, sowie 3g
und 3h werden den Maximumdetektoren 3i, 3j, 3k und 3l zugeführt,
von denen jeder 2 Eingangssignale vergleicht und das
größere davon ausgibt. Die Maximumdetektoren haben den
gleichen Aufbau. Zum Beispiel enthält der Maximumdetektor
3i einen mehrstelligen Komparator 32 zum Vergleichen der von den Haltegliedern
3a und 3b gelieferten Ausgangssignale; ein vom
Ausgangssignal des Komparators 32 AUF/ZU-gesteuertes Verknüpfungsglied
34 zum selektiven Aussondern des vom Halteglied
3a gelieferten Ausgangssignals, ein vom Ausgangssignal
des Komparators 32 über einen Inverter 36 AUF/ZU-gesteuertes
Verknüpfungsglied 38 zum selektiven Aussondern
des vom Halteglied 3b gelieferten Ausgangssignals und ein
ODER-Glied 40 zum Weiterleiten der von den Verknüpfungsgliedern
34 und 38 gelieferten Ausgangssignale.
Die in dem Maximumdetektor enthaltenen Elemente sind der
Übersichtlichkeit halber für nur jeweils eine Bitstelle
dargestellt, aber selbstverständlich sind die Elemente für
sämtliche, zum Beispiel 16, Bitstellen jedes Haltegliedes
3a . . . 3h ausgelegt.
In ähnlicher Weise werden die von den Maximumdetektor-Paaren
3i und 3j sowie 3k und 3l gelieferten Ausgangssignale
den Maximumdetektoren 3m und 3n zugeführt. Die Ausgangssignale
der Maximumdetektoren 3m und 3n werden außerdem dem
Maximumdetektor 30 zugeführt. Bei dieser Arbeitsweise gibt
der Maximumdetektor 30 den Maximalwert der Zahl der Abtastintervalldaten,
die innerhalb der Filterbandbreite liegen,
an.
Fig. 2 stellt den Fall dar, bei dem die Filterbandbreite
auf 8 eingestellt ist. Um jedoch die Filterbandbreite auf n
(8<n) einzustellen, werden die Daten der Halteglieder
nach dem n-ten Halteglied gelöscht. Zu diesem Zweck wird
das Einstellsignal W für die Filterbandbreite selektiv den
Löschanschlüssen der Halteglieder 3a bis 3h zugeführt.
Da bei dieser Schaltung das Maximumfilter 3, welches ein
nichtlineares Filter ist, die Funktion besitzt, weißes
Rauschen zu unterdrücken und als Tiefpaßfilter zu dienen
kann ein Anti-Aliasing-Filter geschaffen werden, das ein
Mischen des zurückgefalteten Störsignals bzw. der Überdeckungsverzerrung
während des Abtastvorgangs der Abtastschaltung
4 verhindern kann, durch Filtern des A/D-umgesetzten
Ursprungssignals mit dem Maximumfilter 3 vor dem
Abtastvorgang. Außerdem können Änderungen in der Abtastfrequenz
fb der Abtastschaltung 4 in geeigneter Weise kompensiert
werden durch Ändern der Filterbandbreite (vorzugsweise
fa/fb) des Maximumfilters 3, indem einfach die Daten
einer bestimmten Anzahl von Haltegliedern gelöscht werden.
Deshalb kann ein Mischen des zurückgefalteten Störsignals
bei einer willkürlichen Abtastfrequenz verhindert werden.
Es werden nun die Wirkungen des Maximumfilters anhand von
Simulationswellenformen beschrieben.
Die Fig. 3A bis 3B zeigen die Wellenform und das
Leistungsspektrum eines Ursprungsanalogsignals. Das
Leistungsspektrum des Ursprungsanalogsignals enthält
Linienspektren f1 und f2 sowie weißes Rauschen, das über
dem gesamten Frequenzbereich im wesentlichen konstant ist.
Das folgende Signal ist als Ursprungsanalogsignal g (t)
ausgewählt:
g (t) = cos 2ωf1t + cos 2ωf2t + rnd (t) (1)
wobei rnd (t) für weißes Rauschen steht und eine Zufallszahl
zwischen -0,5 und +0,5 darstellt und f1=16/512, f2=
80/512, fN=64/512 und fs=128/512 bedeuten. Es wurde
eine Frequenzanalyse durchgeführt unter Verwendung einer
FFT-Schaltung (schnellen Fourier-Transformationsschaltung)
mit der Datenzahl 512 für die Simulation. Die Frequenz
wurde auf Maximalfrequenz der FFT (schnellen Fourier-
Transformation) normiert. Die Abtastperiode (Ts=1/fs)
wurde eingestellt als eine Abtastung pro 4 Daten.
Die Fig. 4A und 4B zeigen die Wellenform und das
Leistungsspektrum, die durch Abtasten des Ursprungsanalogsignals
g (t) mit der Frequenz fs entstehen. Es ist aus dem
Leistungsspektrum ersichtlich, daß ein Überlagerungsstörsignal
(folded noise) an einer Stelle erzeugt wird, die mit
f2 symmetrisch bezüglich fN liegt, das heißt an der Stelle
fN-(f2-fN) die im vorliegenden Fall der Position 48/512
entspricht.
Im Gegensatz hierzu stellen die Fig. 5A bzw. 5B die Wellenform
und das Leistungsspektrum dar, das durch Filtern
des Ursprungsanalogsignals g (t) mit dem Maximumfilter erhalten
wird.
Als Maximumfilter wird ein Filter der folgenden Kennlinie
benutzt:
f (t) = {maximaler Wert von f(t-no) bis f(t+no)} (2)
wobei die Filterbandbreite 2no+1=5 ist, f(t-no) bis
f(t+no) Eingangssignale sind und f (t) das Ausgangssignal
darstellt.
Das Linienspektrum f2 ist auf einen Pegel reduziert, der um
17 dB niedriger liegt als das Ursprungssignal. Außerdem
sind Linienspektralkomponenten, die verschieden zu den Linienspektren
f1 und f2 sind, gemischt. Das weiße Rauschen
ist auf Frequenzen unterhalb der Frequenz fN herabgesetzt.
Hieraus folgt, daß das Maximumfilter die Eigenschaften eines
Tiefpaßfilters LPF aufweist, das fN als Grenzfrequenz
besitzt.
Die Fig. 6A bzw. 6B stellen die Wellenform und das
Leistungsspektrum dar, die durch Abtasten des Signals von
Fig. 5A mit der Frequenz fs erhalten wird. In diesem Fall
werden Linienspektren des überlagerten Störsignals bei
fN-(f2-fN), das heißt im vorliegenden Fall bei 48/512
und bei einer Frequenz von 32/512 erzeugt. Diese liegen jedoch
um 12 dB niedriger als das Linienspektrum f1.
Zu Vergleichszwecken wurde eine Simulation durchgeführt unter
Verwendung von linearen digitalen Tiefpaßfiltern des
FIR-Typs (FIR bedeutet finite impulse response, das heißt
begrenztes Ansprechen auf einen Impuls) wobei die Bandbreiten
(= Ordnungszahlen) 5, 11 und 21 betrugen. Ein Tiefpaßfilter
vom FIR-Typ weist die folgenden Eigenschaften auf:
wobei
und die Filterbandbreite
2no+1 ist. Die Filterbandbreite wird auf 5 eingestellt,
weil sie nahe der Abtastperiode (=4) ist.
Die Fig. 7A bzw. 7B zeigen die Wellenform und das
Leistungsspektrum das durch Filtern des Ursprungssignals
g (t) durch ein Tiefpaßfilter vom FIR-Typ der fünften Ordnung
erhalten wird. In diesem Fall ist die Grenzfrequenz fc
=fN und das Linienspektrum f2 ist um 7,5 dB niedriger als
das Linienspektrum f1.
Die Fig. 8A bzw. 8B zeigen die Wellenform und das
Leistungsspektrum, die durch Abtasten des Signals von
Fig. 7A mit fs erhalten werden.
Die Fig. 9A bzw. 9B stellen die Wellenform und das
Leistungsspektrum dar, die durch Filtern des Ursprungssignals
g (t) durch ein Tiefpaßfilter des FIR-Typs der elften
Ordnung erhalten werden.
Die Fig. 10A und 10B zeigen die Wellenform und das
Leistungsspektrum, die durch Abtasten des Signals von
Fig. 9A mit der Frequenz fs erhalten werden.
Die Fig. 11A und 11B zeigen die Wellenform und das zugehörige
Leistungsspektrum, die erhalten werden durch Filtern
des Ursprungssignals g (t) durch ein Tiefpaßfilter vom FIR-
Typ der einundzwanzigsten Ordnung.
Die Fig. 12A und 12B stellen die Wellenform und das zugehörige
Leistungsspektrum dar, die durch Abtasten des
Signals von Fig. 11A mit fs erhalten werden.
Es wurde aus diesen Simulationsergebnissen die Erkenntnis
gewonnen, daß das Maximumfilter einen Anti-Aliasing-Effekt
(LPF-Effekt) aufweist, der äquivalent bzw. überlegen ist zu
dem des Tiefpaßfilters vom FIR-Typ mit der gleichen Filterbandbreite.
Um unter Verwendung eines Filters vom FIR-Typ
einen perfekten Anti-Aliasing-Effekt zu erhalten ist eine
höhere Ordnung (Filterbandbreite) erforderlich. Das Maximumfilter
kann ein Spitzenstörsignal aus einem Signal ohne
Zerstörung der Flanke dieses Signals entfernen. Wird ein
Tiefpaßfilter des FIR-Typs einer Filterbandbreite eingesetzt,
die äquivalent der Datenabtastbreite ist, wird ein
Überdeckungsstörsignal erzeugt. Mit anderen Worten hat das
Maximumfilter einen Anti-Aliasing-Effekt und hat einen Effekt,
der äquivalent zu dem eines Tiefpasses des FIR-Typs
mit der gleichen Ordnung ist. Die Schaltung des Maximumfilters
ist einfacher als die des Tiefpaßfilters vom FIR-Typ.
Die Erfindung ist nicht auf das Maximumfilter begrenzt. Der
gleiche Effekt wie beschrieben kann erreicht werden durch
Verwendung anderer nichtlinearer digitaler Filter. Zum Beispiel
kann ein Minimumfilter oder ein mittleres Filter benutzt
werden.
Die Fig. 13A bzw. 13B zeigen die erhaltene Wellenform
und das zugehörige Leistungsspektrum beim Filtern des Ursprungssignals
durch ein mittleres Filter. Ein Filter der
folgenden Eigenschaften wird als mittleres Filter benutzt:
f(t) = {mittlerer Wert von f(t-no) bis f(f+no)} (4)
wobei die Filterbandbreite 2no+1=5 ist.
Die Fig. 14A und 14B zeigen die Wellenform und das
Leistungsspektrum, die durch Abtasten des Signals von Fig.
13A mit fs erhalten werden.
Gemäß Fig. 13A ist selbst bei Verwendung des mittleren Filters
die Frequenzkomponente des weißen Rauschen auf einen
Pegel reduziert, der kleiner als der von fN ist, und somit
kann der LPF-Effekt erkannt werden. Das Linienspektrum f2
ist auf einen Pegel reduziert, der um 7 dB niedriger liegt
als das Linienspektrum f1. Es ist aus den Fig. 14A und 14B
ersichtlich, daß das Linienspektrum des Überdeckungsstörsignals
bei fN-(f2-fN) auf einen Pegel reduziert ist,
der um etwa 10 dB niedriger liegt als das Linienspektrum
f1. Außerdem erzeugt das Filter kein Überdeckungsstörsignal
bei Frequenzen nahe 32/512. Demgemäß werden extra harmonische
Komponenten nicht erzeugt, wenn das mittlere Filter
benutzt wird. In dieser Hinsicht sind die Eigenschaften des
mittleren Filters jenen des Maximumfilters überlegen. Das
nichtlineare digitale Filter ist nicht beschränkt auf den
Fall, bei dem es durch diskrete Elemente gebildet wird, es
kann auch durch einen Zentralrechner unter Verwendung einer
geeigneten Software realisiert werden.
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das ein Ultraschalldiagnosegerät
darstellt, bei dem ein Anti-Aliasing-Filter gemäß
dieser Erfindung eingesetzt ist. Eine Sende/Empfangs-Schaltung
14 ist an einen Umsetzer 12 angeschlossen. Ein von
dieser Sende/Empfangs-Schaltung 14 ausgegebenes Empfangssignal
wird einem Pufferspeicher 22 über ein Analogtiefpaßfilter
16, einen Analog/Digital-Umsetzer 18 und ein Maximumfilter
20 zugeführt. Ein Taktpuls fa wird dem Analog/Digital-
Umsetzer 18, dem Maximumfilter 20 und dem Pufferspeicher
22 zugeführt. Der Taktpuls fa wird zu einem
Schreibtaktpuls des Pufferspeichers 22 und hat einen konstanten
Wert. Der Maximumfilter 20 empfängt außerdem ein
Filterbandbreitensetzsignal W.
Es werden aus dem Pufferspeicher 22 Daten ausgelesen und
synchron zum Taktpuls fb(fafb) in einen Bildspeicher 24
eingeschrieben. Der Taktpuls fb ist ein variabler Puls.
Die Daten werden aus dem Bildspeicher 24 synchron zum Taktpuls
fc (konstant) ausgelesen und im Kathodenstrahlbildschirm
26 sichtbar gemacht. Der Taktpuls fb wird in Abhängigkeit
von der Vergrößerung der Sichtanzeige der Daten geändert.
Das Gerät stellt tomographische Bilddaten, die durch Verwendung
der Reflexion von Ultraschallechos erhalten worden
sind mit einer willkürlichen Vergrößerung dar. Komponenten
eines Signals in einem Band, die höher als fa/2 liegen,
werden durch das Analogtiefpaßfilter 16 abgeschnitten und
das Signal wird synchron zum Taktpuls fa vom analogen Zustand
in den digitalen Zustand umgesetzt. Die Frequenz eines
Schreibtaktpulses, der zu dem der Displayvergrößerung
zugeordneten Bildspeicher 24 ausgesandt wird, wird auf fb
eingestellt. Sodann wird das erhaltene digitale Signal
durch das Maximumfilter 20 gefiltert, das die Filterbandbreite
fa/fb besitzt. Dieses Maximumfilter dient als Tiefpaßfilter
(Anti-Aliasing-Filter) mit einer Grenzfrequenz
von fb/2.
Das Ausgangssignal wird vorübergehend in einen Pufferspeicher
22 eingeschrieben. Da das Signal aus dem Pufferspeicher
22 ausgelesen wird, indem ein Taktpuls fb verwendet
wird, der von fa verschieden ist, wird die Abtastung durchgeführt.
Da jedoch das zurückgefaltete Störsignal (Überlagerungssignal)
aus dem beim Einschreiben in den Pufferspeicher
22 gespeicherten Signal entfernt worden ist, kann dieses
Überlagerungsstörsignal beim Abtasten im Nutzsignal
auch nicht erzeugt werden.
Das aus dem Pufferspeicher 22 ausgelesene Signal wird in
Koordinaten umgewandelt, in den Bildspeicher 24 eingeschrieben
und dann im Format des Bildschirms 26 ausgelesen.
Bei dem Ultraschalldiagnosegerät werden infolge einer Phaseninterferenz
im Eingangssignal manchmal spitzenförmige
Störsignale eines niedrigen Pegels erzeugt. Diese spitzenförmigen
Störsignale eines niedrigen Pegels können durch
das Maximumfilter wirksam entfernt werden, da dieses die
Signalflanke nicht zerstört.
Wie beschrieben, können durch die erfindungsgemäße Schaltung
niedrigfrequente Komponenten aus dem Signal entfernt
werden bevor dieses dem Abtastvorgang zugeführt wird, indem
ein nichtlineares digitales Filter verwendet wird, das im
allgemeinen einfacher aufgebaut ist als ein lineares digitales
Filter, so daß ein Anti-Aliasing-Filter geschaffen
wird, das einen einfachen Aufbau besitzt. Dieses Anti-Aliasing-
Filter kann einfach auf Änderungen der Abtastfrequenz
ansprechen durch Ändern der Filterbandbreite und kann aus
einem Signal wirksam ein spitzenförmiges Störsignal entfernen,
ohne hierbei die Signalflanke zu zerstören.
Claims (8)
1. Anti-Aliasing-Filter zum Vorschalten vor eine
Schaltung (4), die ein Signal synchron mit einem ersten
Takt (fb) einer vorbestimmten Frequenz abtastet, ge
kennzeichnet durch
eine Einrichtung (3), die digitale Daten synchron mit einem zweiten Takt (fa) empfängt, dessen Frequenz nicht kleiner ist als die ersten Takts,
eine Einrichtung (3a-3h) zum Speichern von N (N ist eine natürliche Zahl) Eingangsdatenwerten, wobei der Para meter N etwa dem Verhältnis (fa/fb) der Frequenzen des er sten und des zweiten Takts entspricht, und
eine Ausgabeeinrichtung (3i-3o), die synchron mit dem zweiten Takt (fa) den K-ten Datenwert von den größten Datenwerten der gespeicherten N Datenwerte ausgibt.
eine Einrichtung (3), die digitale Daten synchron mit einem zweiten Takt (fa) empfängt, dessen Frequenz nicht kleiner ist als die ersten Takts,
eine Einrichtung (3a-3h) zum Speichern von N (N ist eine natürliche Zahl) Eingangsdatenwerten, wobei der Para meter N etwa dem Verhältnis (fa/fb) der Frequenzen des er sten und des zweiten Takts entspricht, und
eine Ausgabeeinrichtung (3i-3o), die synchron mit dem zweiten Takt (fa) den K-ten Datenwert von den größten Datenwerten der gespeicherten N Datenwerte ausgibt.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgabevorrichtung eine Einrichtung
zum Ausgeben eines Maximalwertes (K=1) enthält.
3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgabevorrichtung eine Einrichtung
zum Ausgeben eines Minimalwertes (K=N) enthält.
4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgabevorrichtung eine Einrichtung
zum Ausgeben eines mittleren Wertes (K=N/2) enthält.
5. Abtasteinrichtung unter Verwendung eines Filters
gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet
durch eine Einrichtung zum Abtasten der von dem Filter
ausgegebenen Signale synchron zum ersten Takt.
6. Abtasteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß sie außerdem eine Einrichtung
mit einem Eingang für ein analoges Signal enthält zum
Umwandeln eines analogen Eingabesignals in ein digitales
Signal synchron zum zweiten Takt.
7. Verwendung eines Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem
Ultraschalldiagnosegerät mit einem Umsetzer zum
Umsetzen eines reflektierten Ultraschallechosignals, das
ein tomographisches Bild darstellt, in digitale Daten synchron
mit einem ersten Taktpuls einer vorgegebenen Frequenz,
bei dem das Filter
die aus dem Umsetzer ausgegebenen digitalen Daten empfängt,
mit einem Pufferspeicher (22) zum Empfangen der vom digitalen Filter ausgegebenen Signale synchron zum ersten Takt und Ausgeben von Daten synchron zu dem zweiten Takt und
mit einem Bildspeicher (24) zum Empfangen der von dem Pufferspeicher synchron mit dem zweiten Takt ausgegebenen Signale und zum Ausgeben der Daten synchron mit einem dritten Takt, der der Bildwiedergabegeschwindigkeit entspricht.
mit einem Pufferspeicher (22) zum Empfangen der vom digitalen Filter ausgegebenen Signale synchron zum ersten Takt und Ausgeben von Daten synchron zu dem zweiten Takt und
mit einem Bildspeicher (24) zum Empfangen der von dem Pufferspeicher synchron mit dem zweiten Takt ausgegebenen Signale und zum Ausgeben der Daten synchron mit einem dritten Takt, der der Bildwiedergabegeschwindigkeit entspricht.
8. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Speichereinrichtung mehrere Halteglieder
(3a-3h) aufweist, die in Reihe geschaltet sind,
so daß die Eingangs-Datenwerte nacheinander in jedes der
Halteglieder verschoben werden, deren Anzahl nicht kleiner
als N ist, und eine Einrichtung aufweist zum Löschen der in
denjenigen Haltegliedern gespeicherten Daten, die, von der
Eingangsseite aus betrachtet, hinter dem N-ten Halteglied
liegen.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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