DE4334151C2 - Digital signal processing method for mixing input signals to output signals - Google Patents

Digital signal processing method for mixing input signals to output signals

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der digitalen Signal­ verarbeitung zum Mischen von Eingangssignalen zu Ausgangs­ signalen, d. h. zum gewichteten Summieren von Daten.The invention relates to a method of digital signal processing for mixing input signals to output signals, d. H. for weighted summation of data.

Bekannterweise erfolgt die digitale Signalverarbeitung heute zum großen Teil mit Signalprozessoren. In der Bild- und der Ton-Bearbeitung wird vielfach eine große Anzahl dieser Signalprozessoren benötigt, um die gewünschte Bearbeitung durchzuführen. Je mehr Signalprozessoren eingesetzt werden, um so größer wird im allgemeinen auch der Datenverkehr zwischen diesen Prozessoren. Der Datenverkehr erfolgt dabei auf den sogenannten Bussen. Die Busse mit dem höchsten Datendurchsatz sind Parallelbusse, d. h. es steht für jedes Bit eine einzelne Leitung zur Verfügung. Jedes zum Datenaustausch vorgesehene Signal belegt dabei für eine bestimmte Zeit, auch Zeitschlitz genannt, den Bus. In solchen Systemen ist aber die Anzahl der verfügbaren Zeitschlitze begrenzt, bedingt durch einen maximalen Takt oder durch eine fest vorgegebene Abtast­ frequenz. Eine der häufigsten Operationen ist die des Mischens, beispielsweise die Zusammensetzung von vollständigen Bildern aus Grundelementen beim Trickfilm oder das Mischen von Tonsignalen. Es ergibt sich aber eine Beschränkung für die Signale, die gemischt werden sollen. Die Summe aus der Anzahl der gewichteten Signale darf die Anzahl der Zeitschlitze nicht übersteigen, oder es werden mehrere parallele Busse notwendig. Neben dem extrem ansteigenden Hardwareaufwand vervielfacht sich der hohe Aufwand für die Steuerung der Zeitschlitze insbesondere bei dynamischer Verwaltung bei mehreren Bussen und erreicht eine kaum noch beherrschbare Größe. Bei ton­ technischen Anlagen, die zum Beispiel auch für die Delta­ stereofonie verwendet werden sollen, besteht zusätzlich die Forderung, daß durch Quellgebietsverschiebungen auch unter Echtzeitbedingungen nicht nur die Koeffizienten, sondern auch die zur Mischung herangezogenen Eingangssignale in der Anzahl verändert werden können (dynamisches Routing). Die nahe­ liegendste Lösung für die digitale Mischung von Signalen ist die Verwendung eines parallelen Busses. Die Nachteile liegen in der technisch bedingten Beschränkung der Zeitschlitze, die in der Summe für alle zur Mischung verwendeten Eingangssignale und deren Ausgangssignale ausreichen müssen. Durch den enormen Steuerungsaufwand ist ein dynamisches Routing wie es für Deltastereofonieanlagen erforderlich ist, nicht möglich.As is known, digital signal processing takes place today for the most part with signal processors. In the picture and the Sound editing is often a large number of these Signal processors needed to do the desired editing perform. The more signal processors are used to the data traffic between these processors. The data traffic takes place on the so-called buses. The buses with the highest data throughput are parallel buses, i. H. there is one for each bit Management available. Any intended for data exchange Signal occupies for a certain time, also time slot  called the bus. In such systems, however, the number of available time slots limited due to a maximum clock or by a predetermined sampling frequency. One of the most common operations is that of Mixing, for example the composition of complete Images from basic elements in cartoons or mixing Sound signals. However, there is a limitation for the Signals to be mixed. The sum of the number of the weighted signals, the number of time slots must not exceed, or several parallel buses are necessary. In addition to the extremely increasing hardware expenditure multiplied the high effort for the control of the time slots especially with dynamic management for multiple buses and reaches a barely manageable size. At ton technical systems, for example for the Delta stereophony are to be used, there is also Demand that due to shifts in source area also under Real-time conditions not only the coefficients, but also the number of input signals used for mixing can be changed (dynamic routing). The near most natural solution for the digital mixing of signals is the use of a parallel bus. The disadvantages lie in the technical limitation of the time slots that in total for all input signals used for mixing and their output signals must be sufficient. Because of the enormous Control effort is dynamic routing as it is for Delaster stereo systems required, not possible.

In der US-PS 4993073 wird die Summation der bereits mit Koeffizienten multiplizierten Eingangssignale mit den Signal­ prozessoren erledigt, wobei jedoch ein zusätzlicher Bus vor­ handen ist, der nur mit dem Nachbareingang verbunden ist. Jeder Signalprozessor summiert zu dem Ergebnis des Nachbar­ prozessors das eigene mit einem Koeffizienten multiplizierte Signal und übergibt diese Teilsumme seinem benachbarten Signalprozessor auf der anderen Seite. Dadurch entsteht eine Kette mit erheblichen Verzögerungszeiten, die beispielsweise bei Audiosystemen nicht mehr tolerierbar sind. Außerdem ist bei einem Ausfall eines Prozessors sie ganze Kette gestört.In US-PS 4993073 the summation is already with Coefficients multiplied input signals by the signal processors done, but with an additional bus in front that is only connected to the neighboring entrance. Each signal processor sums to the neighbor's result  processor multiplied its own by a coefficient Signal and passes this subtotal to its neighboring Signal processor on the other hand. This creates one Chain with significant delay times, for example are no longer tolerable in audio systems. Besides, is in the event of a processor failure they disrupted the whole chain.

In den DE-OS 33 46 500 und DE-OS 39 06 734 erfolgt die Summation der digitalen Eingangswerte in dem analogen Signalverarbei­ tungsteil, indem alle Eingangsignale sehr schnell nacheinander auf den parallelen Bus geschaltet und von einem DA-Wandler in ein analoges Signal gewandelt werden. Das dem DA-Wandler nach­ geschaltete Filter erzeugt dann die Summation der Eingangssig­ nale. Dieses Verfahren ist jedoch nur anwendbar, wenn das ge­ mischte Signal auch in analoger Form benötigt wird. Außerdem benötigt auch dieses Verfahren für jedes Eingangssignal einen einzelnen Zeitschlitz und verlangt nach sehr hohen Abtastfre­ quenzen für den DA-Wandler.The summation takes place in DE-OS 33 46 500 and DE-OS 39 06 734 of the digital input values in the analog signal processing processing part by all input signals very quickly in succession switched to the parallel bus and in by a DA converter an analog signal can be converted. That according to the DA converter switched filter then generates the summation of the input signal nale. However, this procedure is only applicable if the ge mixed signal is also required in analog form. also this method also requires one for each input signal single time slot and requires very high sampling fre sequences for the DA converter.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens zur digitalen Signalverarbeitung zum Mischung von Eingangssignalen zu Ausgangssignalen unter Echtzeitbe­ dingungen, ohne großen Steuerungsaufwand, mit einem parallelen Bus, der in jedem Zeitschlitz ein anderes, durch Mischung entstandenes Signal führen kann und ohne daß dabei Zeit­ schlitze für Eingangssignale reserviert werden müssen.The object of the invention is to develop a Digital signal processing method for mixing Input signals to output signals under real time conditions, without much control effort, with a parallel Bus that is different in each time slot, by mixing signal can result and without time slots must be reserved for input signals.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, d. h. durch einen "summierenden Bus", bei dem alle mit Koeffizienten gewichteten Eingangsignale gleichzeitig während Zeitschlitzes an ein Summierfeld gelegt werden, dessen Ausgang den Bus für die durch Mischung entstandenen Ausgangssignale bildet. Das Sum­ mierfeld besitzt dabei mindestens so viele Eingänge wie Ein­ gangssignale vorhanden sind. Grundsätzlich werden alle vorhan­ denen Eingangssignale mit Koeffizienten multipliziert und dem Summierfeld zugeführt. Die durch Mischung entstandenen Aus­ gangssignale sind somit immer die Summe aus allen Eingangs­ signalen. Eingangssignale, die nicht für die Mischung mit dem momentanen Ausgangssignal bestimmt sind, werden mit dem Koef­ fizienten "Null" multipliziert. Ein dynamisches Routing be­ wirkt somit keine Änderung des Signalflusses, sondern nur eine Modifikation in einer Tabelle der Koeffizienten.This object is achieved by the features of claim 1, d. H. through a "summing bus" where everyone is with Coefficients weighted input signals simultaneously during time slot on  Summing field are placed, the output of which is the bus for the forms output signals produced by mixing. The sum mierfeld has at least as many inputs as On are available. Basically, all are present which input signals multiplied by coefficients and the Summing field supplied. The Aus created by mixing Thus, input signals are always the sum of all input signals. Input signals that are not for mixing with the current output signal are determined with the Koef efficient "zero" multiplied. Dynamic routing be therefore no change in the signal flow, but only one Modification in a table of coefficients.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläu­ tert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist das Prinzip einer erfindungsgemäßen Mischanordnung mit drei digitalen Ein­ gangssignalen IN1, IN2 und IN3 und drei digitalen Ausgangs­ signalen OUT1, OUT2 und OUT3, die durch Mischung entstehen, dargestellt. Die Schaltung beinhaltet drei Multiplizierer, ein Summierfeld mit drei Eingängen und einem Ausgangsbus MIX und drei Register D. Die Multiplizierer multiplizieren die Ein­ gangssignale IN1, IN2, und IN3 mit den Koeffizienten c1i, c2i und c3i des Zeitschlitzes i, dabei entstehen die drei mit Koeffizienten multiplizierten Eingangssignale c1i*IN1, c2i*IN2 und c3i*IN3. Diese drei Signale werden dem Summierfeld zuge­ führt und es entsteht auf dem Ausgangsbus MIX das Signal MIXi des Zeitschlitzes i, welches durch das Register D das im i-ten Zeitschlitz die Daten vom Ausgangsbus abnimmt zum Ausgangs­ signal OUT2, in diesem Beispiel, wird.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment be tert. In the accompanying drawing is the principle a mixing arrangement according to the invention with three digital ones IN1, IN2 and IN3 and three digital output signals signals OUT1, OUT2 and OUT3, which result from mixing, shown. The circuit includes three multipliers, one Summing field with three inputs and one output bus MIX and three registers D. The multipliers multiply the On input signals IN1, IN2, and IN3 with the coefficients c1i, c2i and c3i of time slot i, the three are created with Coefficients multiplied input signals c1i * IN1, c2i * IN2 and c3i * IN3. These three signals are fed to the summation field leads and the signal MIXi is generated on the output bus MIX of the time slot i, which the register D in the i-th Time slot the data from the output bus decreases to the output signal OUT2, in this example.

Claims (4)

1. Verfahren der digitalen Signalverarbeitung, zum Mischen von Eingangssignalen zu Ausgangssignalen, bei dem mindestens jedem Ausgangssignal ein Zeitschlitz auf einem Bus zugeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß alle mit Koeffizienten gewichteten Eingangssignale gleichzeitig während des Zeitschlitzes an ein Summierfeld gelegt werden, dessen Ausgang den Bus für das Ausgangssignal bildet.1. Method of digital signal processing, for mixing input signals to output signals, in which at least each output signal is assigned a time slot on a bus, characterized in that all input signals weighted with coefficients are simultaneously applied to a summing field during the time slot, the output of which is the bus for forms the output signal. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch Pipelining des Summierfeldes der Zeitschlitz, in dem die mit Koeffizienten gewichteten Ein­ gangssignale an das Summierfeld gelegt werden, verschieden von dem Zeitschlitz ist, in dem das diesen Eingangssignalen zugeordnete Ausgangssignal des Summierfeldes vorhanden ist.2. The method according to claim 1, characterized records that by pipelining the summing field the Time slot in which the weighted On are applied to the summation field, different of the time slot in which this is input signals assigned output signal of the summing field is present. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwar gleichzeitig mit Koeffi­ zienten gewichtete Eingangssignale an den summierenden Bus gelegt werden, diese jedoch bedingt, durch die Auslegung der Art des Pipelining des Summierfeldes, unterschiedlichen Aus­ gangssignalen zugeordnet sind, wodurch, bezogen auf ein Aus­ gangssignal, ein zeitlicher Versatz zwischen den einzelnen mit Koeffizienten gewichteten Eingangsignalen, die diesem Ausgangssignal zugeordnet sind, entsteht. 3. The method according to claim 1 and / or 2, characterized ge indicates that at the same time as Koeffi weighted input signals to the summing bus be placed, however, due to the interpretation of the Type of pipelining of the summation field, different options gear signals are assigned, whereby, based on an off output signal, a time offset between the individual with coefficients weighted input signals that this Output signal are assigned arises.   4. Verfahren nach Anspruch 1; 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten zur Wich­ tung der Eingangssignale aus wenigen Werten wie Null oder Eins bestehen, wobei, im Fall von n Eingangssignalen, (n-1)-mal Koeffizient "Null" und einmal der Koeffizient "Eins" der Betrieb eines herkömmlichen Bussystems als Ausganssignal für diesen Zeitschlitz ermöglicht wird.4. The method according to claim 1; 2 and / or 3, thereby characterized in that the coefficients for the wich the input signals from a few values such as zero or One, where, in the case of n input signals, (n-1) times coefficient "zero" and once the coefficient "One" is the operation of a conventional bus system Output signal for this time slot is made possible.
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