DE2906519C2

DE2906519C2 - Verfahren zur Analog-Digitalwandlung

Info

Publication number: DE2906519C2
Application number: DE2906519A
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiko Kyoto Yamada
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1983-03-03
Also published as: JPS5915530B2; JPS54111266A; US4244004A; GB2014812A; DE2906519A1; GB2014812B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analog-Digitalwandlung, bei welchem mit einer bestimmten Folgefrequenz entsprechend einem Analogsignal Digitalsignale erzeugt werden, welche eine Funktion von η aufeinanderfolgenden digitalen Untersignalen sind, die entsprechend dem Analogsignal mit einem Vielfachen η der Folgefrequenz erzeugt werden.

Es ist aus der DE-OS 26 57 915 bekannt, zur Verbesserung der Meßgenauigkeit bei Verwendung eines grobstufigen Analog-Digitalwandlers ein wiederholt zu messendes Analogsignal mit einer über der Meßfolgefrequenz liegenden Häufigkeit abzufragen und die dabei gewonnenen Digitalsignale zu summieren, was einer einfachen arithmetischen Mittelwertbildung der Digitalsignale gleich kommt. Ebenfalls eine solche Mittelwertbildung ist in der DE-AS 23 02 407 angesprochen.

Das Problem einer Mittelwertbildung stellt sich auch, wenn die durch Analog-Digitalwandlung gewonnenen Digitalsignale gespeichert werden sollen und ein über die Zeit auftretendes Analogsignal mit einer Häufigkeit digitalisiert wird, die zu einem die Speicherkapazität des verwendeten Speichers Übersteigenden Anfajl von Digitaldaten führt. Durch Analpg-pigitalwandjung gewonnene Digitaldaten müssen Jjejispiejsweise bei einem bekannten Bildreprodulttlonsye(faJ|ren gespeichert werden, bei welchem eine gil|yo]jäge'mit einem Abtastkopf abgetastet wird, dabei \ gewonnene, den Bildinhalt wiedergebende Analogsignale in Digitalsignale: umgewandelt werden, die Digitalsignale in einem Speicher gespeichert werden und die gespeicherten Digitalsignale nachfolgend zur Erzeugung „analoger Bildreproduktionssignale, mit denen das Reproduktionsbild erstellt wird, aus dem Speicher wieder ausgelesen werden. Üblicherweise erfolgt die Digitalisierung der Analogsignale mit einer Folgefrequenz, die der Speicherkapazität angepaßt ist Die Mittelwerte aus Digitalsignalen, die in rascherer Folge gemessen wurden, als der Speichertaktfrequenz entspricht, geben den Verlauf des Analogsignals jedoch besser wieder als Digitalsignale, die in der Folge der Speichertaktfrequenz gemessen wurden. Eine einfache arithmetische Mittelwertbildung ist jedoch dann nicht optimal, wenn das Analogsignal nicht monoton verläuft, sondern Extremwerte aufweist

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Analog-Digitalwandlung der eingangs genannten Art, das auch bei nicht-monotonem Verlauf des Analogsignals dieses möglichst gut in den Digitalsignalen wiedergibt Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Mittelung von solchen π aufeinanderfolgenden digitalen Untersignalen aus ihnen drei aufeinanderfolgende Digitalwerte gewonnen werden und daß als mit der Folgefrequenz erzeugtes Digitalsignal der zweite der drei Digitalwerte, wenn dieser zweite Digitalwert das Maximum oder Minimum der drei Digitalwerte ist, andernfalls der Mittelwert der drei Digilalwerte verwendet wird.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird π zu 3 gewählt und werden die drei aufeinanderfolgenden Digitalwerte direkt aus den aufeinanderfolgend erzeugten digitalen Untersignalen gewonnen.

Bei einer Wahl von η größer als 3 wird in einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung die Mittelung zur Gewinnung der drei aufeinanderfolgenden Digitalwerte als (n—3)-mal ausgeführte Mittelwertbildung an allen Paaren aufeinanderfolgender digitaler Untersignale bzw. der so aus ihnen gewonnenen Mittelwerte durchgeführt

Bevorzugt angewandt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Analog-Digitalwandlung in seiner allgemeinen Form und in seinen genannten Ausgestaltungen auf die Analog-Digitalwandlung zwischen dem analogen Bildvorlagesignal und den zu speichernden Digitalsignalen bei einem Bildreproduktionsverfahren, bei welchem durch Abtasten einer Bildvorlage mit einem Abtastkopf ein den Bildinhalt wiedergebendes analoges Bildvorlagesignal erzeugt und daraus Digitalsignale gewonnen werden, welche in einem Speicher gespeichert und aus diesem nachfolgend zur Erzeugung analoger Bildreproduktionssignale wieder ausgelesen werden. Man erhält auf diese Weise Bildsignale, die den Bildinhalt originalgetreuer wiedergeben als bei einfacher arithmetischen Mittelwertbildung oder bei dem bekannten Verfahren, bei welchem das analoge Bildvorlagesignal mit der Speichertaktfolgefrequenz digitalisiert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung

erläutert. Auf dieser ist

F i g, 1 eine Darstellung, die scbernatiseh das Ergebnis der erfindungsgemäßen Analog-Pigitalwandlung (gestrichelte Linien) im Vergleich zu dem einer herkömmlichen Analog-Digitalwandlung (durchgehende Linien) zeigt,

Fig,2 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Abfrage eines Bildsignals gemäß der Erfindung,

Fig,3 ein schematisches Zeitdiagramm von in der Schaltung der Fig.2 verwendeten Taktimpulsen,

Fig.4 eine schematische Darstellung zu einem Abfrageverfahren für ein Bildsignal gemäß der Erfindung,

F i g. 5 eine schematiche Darstellung einer Extremwertdiskriminatorschaltung aus F i g. 2,

Fig.6 eine schematische Darstellung zu einem Abfrageverfahren verschiedener Bildsignale gemäß der Erfindung, und

F i g. 7 eine schematische Darstellung weiterer Schaltungen zur Abfrage eines Bildsignals gemäß der Erfindung.

In F i g. 1 gibt die dicke gekrümmte Linie den Verlauf eines bei der Abtastung einer Bildvorlage gewonnenen Analogsignals wieder. Die gestrichelten horizontalen Linien deuten das Ergebnis einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analog-Digitalwandlung im Vergleich zu demjenigen einer herkömmlichen Analog-Digitalwandlung an, das durch die durchgehenden horizontalen Linien angedeutet ist Geringe zeitliche Verzögerungen der Abfragesignale in bezug auf die Bildsignale können vernachlässigt werden und sind auch vernachlässigt worden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Frequenz, mit der das analoge Bildsignal abgefragt wird, angehoben. Beispielsweise wird das analoge Bildsignal in Dualziffer-(BCD-)SignaIe entsprechend Abfrage-Untersignalen verwandelt, die eine Frequenz von 3/₀ haben, die dreimal so hoch wie die Frequenz der Abfragesignale ist, die k beträgt Das Abfrageintervall 1//Ö, in dem das Abfragesignal auftritt, ist also dreimal so groß wie das Abfrageintervall V₃Zo, in dem das Abfrage-Untersignal auftritt. Ein solcher Fall ist in F i g. 1 dargestellt Der Wert des Abfragesignals ist der Wert des zweiten der drei Abfrage-Untersignale, wenn dieser das Maximum oder Minimum, & h. also das Extremum, der drei im Abfrageintervall liegenden Abfrage-Untersignale ist, andernfalls der Mittelwert dieser drei Signale.

Bei der Bildreproduktion werden nur Digitalwerte der Abfragesignale, nicht der Abfrage-Untersignale in den Speicher eingegeben, so daß trotz erhöhter Frequenz mit der das Analogsignal abgefragt wird, die Anzahl der zu speichernden Signale nicht höher als bei obigem herkömmlichen Verfahren ist Es können also ohne Notwendigkeit einer Kapazitätse?höhung die üblichen Speicher verwendet werden. Dabei ist die Bildwiedergabe originalgetreuer als beim herkömmlichen Verfahren, der Kontrast der Bildreproduktion läßt sich damit verbessern.

F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach F i g. 1.

Das Analogsignal, etwa also ein Bildsignal, wird einer Abtast- und Halteschaltung 1 eingegeben und dort synchron mit in Fig.5(a) gezeigten Taktimpulsen abgefragt, die die gleiche Frequenz 3 /"o wie die Abfrage-Untersignale haben. Das abgefragte Analogsignal wird in einem Analog-Digitalwandler 2 synchron mit in F i g. 3(a) gezeigten Taktimpulsen in ein digitales Signal umgewandelt,

Das digitalisierte Signal wird dann synchron mit in Fig,3(c) gezeigten Taktimpulsen sequentiell in Schieberegister 3,4 und 5 geschrieben. Das heißt, es werden

Digitalwerte der in F i g,4 gezeigten Signale ß_h ai, «3, at, ,,, die durch Abfragen des analogen Bildsignales gewonnen werden, erzeugt Der Wert a\ wird durch einen in Fjg.3(o) gezeigten Taktimpuls 7Ί in das Schieberegister 3 geschrieben. Der Wert a\ wird dann in

ίο das Schieberegister 4 geschoben und gleichzeitig der Wert ai durch einen Taktimpuls T₂ der Fig.3(c) in das Schieberegisters geschrieben.

In einem Subtrahierer 6 wird gleichzeitig die Berechnung a\ — a₂ durch beispielsweise einen Größenkomparator durchgeführt, und wenn der Wert a\ — a2 positiv oder wenigstens Null ist, gibt der Subtrahierer 6 ein Signal »H« hohen Pegels aus, während bei einem negativen Wert a\ — a₂ der Subtrahierer 6 ein Signal »L« niedrigen Pegels ausgibt In jedem Fall wird das Signal unabhängig davon, ob es »H« oder »L« ist, synchron mit einem in F i g. 3(d) geiiigten Taktimpuls in eine Flip-Flop-Schaltung 12 eingegeben.

Nahezu zur gleichen Zeit wird der Wert a\ synchron mit einem in Fig.3(e) gezeigten Taktimpuls vom Schieberegister 4 über ein Gatter 7 einem Addierer 8 eingegeben, wo der Wert a\ zum Wert ai addiert wird, der vom Schieberegister 3 her zugeführt wird. Der Wert a\ + a₂ wird synchron mit einem in F i g. 3(f) gezeigten Taktimpuls auf eine Verriegelungsschaltung 9 (latch circuit) gegeben.

Dann werden die Werte a\ und a₂ von den Schieberegistern 4 und 3 in die Schieberegister 5 und 4 verschoben, und der Wert a₃ wird durch den in F i g. 3(c) gezeigten Taktimpuls 7} in das Schieberegister 3 eingegeben.

Gleichzeitig wird im Subtrahierer 6 in der gleichen Weise wie oben die Berechnung ar — a₃ ausgeführt Der Subtrahierer 6 gibt entweder ein Hochpegel- oder ein Niedrigpegelsignal an die Flip-Flop-Schaltung 12 aus, und das vorher in der Flip-Flop-Schaltung 12 gehaltene Signal wird gleichzeitig auf eine Flip-Flop-Schaltung 13 gegeben.

Der Wert a\ + ai wird von der Verriegelungsschaltung 9 her über das Gatter 7 dem Addierer 8 eingegeben. Wenn der Wert a₃ vom Schieberegister 3 her dem Addierer 8 eingegeben wird, berechnet der Addierer den Wert a\ + a₂ + a* Der Wert a\ + 32 + a₃ wird synchron mit einem in Fig.3(g) gezeigten Taktimpuls über die Verriegelungsschaltung 9 an einen Dividierer 10 gesandt. Der Dividierer gibt den Mittelwert (a\ + P₂ + a₃) /3 an einen Multiplexer 11 aus. Der Wert a₂ wird auch vom Schieberegister 4 her dem Multiplexer 11 eingegeben.

Dieter Multiplexer 11 leitet entweder den Wert a-i,

d. h. den zweiten der drei unterabgefragten Werte, oder den Wert (a\ + a₂ + a₃)/3, d.h. den Mittelwert weiter, wobei durch eine Steuersignal einer Extremwertdiskriminatorschaltung 14 ausgewählt wird, welcher dieser beiden Werte weitergeleitet wird. Der weitergeleitete Wert wird synchron mit einem in Fig.3{h) geezeigten Taktimpuls auf die nachfolgende Vorrichtung, etwa einen Speicher, gegeben.

In Fig.5 ist eine Ausführungsform der Diskrimina· torschaltung 14, die Inverter 15, UND-Schaltungen 16 und 17 und eine ODER-Schaltung 18 enthält gezeigt.

Der Diskriminatorschaltting 14 wird das Hochpegelsignal »H« oder das Niedrigpegelsiganl »L« eingegeben, das, anhängig vom positiven oder negativen Wert der

Berechnungen a_t — ai und flj — ft, vom Subtrahierer 6 her auf die Flip-Flop-Schaltungen 12 und 13 gegeben wird.

Wenn sowohl βι-βι als auch a₂-fl3 positiv ist, wie in Fig.6(a) werden Hochpegelsignale der UND' Schaltung 16 und auch beiden lnvertern 13 eingegeben, wo sie zu Niedfigpegelsignalen invertiert werden, die dann der UND-Schaltung 17 eingegeben werden. Deshalb erhalt die ODER-Schaltung 18 ein Niedrigpegelsignal von der UND-Schaltung 17 und ein Hochpegelsignal von der UND-Schaltung 16, weshalb sie ein Hochpegelsignal ausgibt. Deshalb leitet der Multiplexer das Mittelwertsignal (a\ + a₂ + a_})/3 weiter.

Wenn a\ — aj positiv und a₂ — as negativ ist, wie in F i g. 6(b) oder a\ — &% negativ und &i — aj, wie in F i g. 6(c) dann werden beiden UND-Schaltungen 16 und 17 jeweils ein Hochpegel- und Niedrigpegelsignal zugeführt, weshalb beide Eingange der ÖÖER-Scnaitung 18 Niedrigpegelsignale erhalten, womit das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 18 ein Niedrigpegelsignal ist. In diesem Fall leitet der Multiplexer den Extremwert ai weiter.

Wenn schließlich sowohl a, — S₂ als auch a₅ — a₃ negativ ist, wie in F i g. 6(d), werden Niedrigpegelsignale der UND-Schaltung 16 und Hochpegelsignale, welche durch Inversion der Niedrigpegelsignale in den lnvertern IS gewonnen werden, der UND-Schaltung 17 eingegeben. Damit gibt die ODER-Schaltung 18 e'in Hochpegelsignal aus. In diesem Fall gibt der Multiplexer die Mittelwert (&\ + at + By)/3 aus.

Aus der gegebenen Darstellung laßt sich leicht verstehen, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Abfragebildsignal gewinnen laßt, das dem Bildsignal besser gleicht, wie dies in F i g. 1 durch die unterbrochenen Linien wiedergegeben ist

Im Rahmen der Erfindung ist natürlich die Anzahl der! während einer Abfragedauer gebildeten Abfrage-Un-, tersignale nicht auf 3 beschränkt

Wenn mehr als 3 Abfrage-Untersignale wahrend einer Abfragedauer erzeugt werden, werden die: Abfrage-Untersignale in einer besonderen Mittelung!-' schaltung vorbehandelt, die eine Kombination aus Schieberegistern in einer den Abfrage-Untersignalen entsprechenden Anzahl und Addierern enthalt, wobei solche Mittelungsschaltungen für vier und fünf Abfrage-Untersignale in den F i g. 7(a) und 7(b) gezeigt sind, unt so drei Mittelwertausgangssignale für die aufeinanderfolgende Eingabe in die drei Schieberegister 3 bis 5 in F i g. 2 zu erhalten.

Nach diesem Verfahren wird eine getreuere Wiedergabe des snslcgcr. Eingangssignal crhshen als bei einfacher arithmetischer Mittelwertbildung. Dies liegt daran, daß in den in F i g. 6<b) und 6(d) gezeigten Fällen, wo das analoge Eingangssignal durch ein Maximum oder ein Minimum geht, bei Mittelung aus drei Signalen a\, a_t und 43 dies nicht wirklich den Extremwert des Analogsignals wiedergibt Deshalb wird in diesen Fallen der Extremwert genommen. Nach diesem Verfahren wird eine sehr bedeutsame Zunahme der Qualität der Oigitalisierung erzielt Dies gilt insbesondere in dem oben aufgeführten Fall, wo das Verfahren bei der Bidlreproduktion verwendet wird, wo die Notwendig· keit nach korrekt wiedergegebenen Extremwerten sehr ausgeprägt ist, weil diese dünnen Linien scharfen (Contrasts im Bild entsprechen können, die, ohne Aufweichung, getreu wiedergegeben werden müssen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Verfahren zur Analog-Digitalwandlung, bei welchem mit einer bestimmten Folgefrequenz entsprechend einem Analogsiganl Digitalsignale erzeugt werden, welche eine Funktion von η aufeinanderfolgenden digitalen Untersignalen sind, die entsprechend dem Analogsignal mit einem Vielfachen π der Folgefrequenz erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch Mittelung von solchen π aufeinanderfolgenden digitalen Untersignalen aus ihnen drei aufeinanderfolgende Digitalwerte gewonnen werden und daß als mit der Folgefrequenz erzeugtes Digitalsignal der zweite der drei Digitalwerte, wenn dieser zweite Digitalwert das Maximum oder Minimum der drei Digitalwerte ist, andernfalls der Mittelwert der drei Digitalwerte verwendet wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß π zu 3 gewählt wird und die drei aufeinanderfolgenden Digitalwerte direkt aus den aufeinanderfolgend erzeugten digitalen Untersignalen gewonnen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelung zur Gewinnung der drei aufeinanderfolgenden Digitalwerte als (n—3)-mal — 3)mal ausgeführte Mittelwertbildung an allen Paaren aufeinanderfolgender digitaler Untersignale bzw. der so aus ihnen gewonnenen Mittelwerte durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Anwendung auf die Analog-Digitalwandlung zwischen dem analogen Bildvorlageüignal \κ.ά den zu speichernden Digitalsignalen bei eintm Bildreproduktionsverfahren, bei welchem durch Abtast .n einer Bildvorlage mit einem Abtastkopf ein den Bildinhalt wiedergebendes analoges Bildvorlagesignal erzeugt und daraus Digitalsignale gewonnen werden, weiche in einem Speicher gespeichert und aus diesem nachfolgend zur Erzeugung eines analogen Reproduktionsbildsignals wieder ausgelesen werden.