DE3143425C2 - Verfahren und Gerät zur Darstellung von Signalkurven auf einem Bildschirm oder einem Registrierer - Google Patents
Verfahren und Gerät zur Darstellung von Signalkurven auf einem Bildschirm oder einem RegistriererInfo
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Abstract
Bei bestimmten Schreibverfahren sollen Signalkurven zeitlich abgetastet, digitalisiert und in Speichern zwischengespeichert werden. Es besteht das Problem nach Rückwandlung der Digitalwerte eine wertgenaue Analogkurve zu regenerieren. Üblicherweise werden die rückgewandelten Abtastwerte durch Filterung gemittelt, so daß für eine hinreichend wertgenaue Darstellung eine hohe Abtastfrequenz notwendig wäre. Erfindungsgemäß werden die digitalisierten Signalwerte in ein solches quasianaloges Signal rückgewandelt, das den gespeicherten Abtastwert für jeden Abtastzeitpunkt wertgenau repräsentiert und die Zwischenbereiche zwischen den Abtastwerten darstellt. Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dem Speicher (2, 22) eine Einheit (3-7, 23-27) zur Bildung eines überhöhten Differenzwertes zugeordnet, wobei ein anschließendes Filter dafür sorgt, daß die gespeicherten Digitalwerte wertgenau durchgefahren werden.
Description
R. C-
In
K-I
gegeben ist. wobei Tdas vorgegebene Abtastintervall
und K den gewählten Wichtungsfaktor bedeuten, die digital gespeicherten Abtastwerte in der erzeugten
Analogkurve wertgenau durchfahren.
Bei der Erfindung liegt aiso der Regenerierung der Signalkurve ein Rechenvorgang zugrunde, der die
Verwendung eines einfachen./?C-Tiefpasses als Filter
ermöglicht Dabei wird durch den Rechen Vorgang die Differenz aufeinander folgender Abtastwerte nach
einer solchen Vorschrift erhöht, daß entsprechend der
für einen Tiefpaß gültigen Beziehung die regenerierte Analogkurve jeweils den Bereich zwischen zwei
Abtastwerten darstellt. Der notwendige Rechenvorgang kann entweder analog oder auch digital ausgeführt to
werden.
Die Erfindung kann zur Darstellung von beliebigen Signalkurvcn auf einem Bildschirm, wie zum Beispiel
. einem Speicheroszilloskop, oder auf einem Registrierer verwendet werden. Es kann beispielsweise bei der
Fernsehbilddarstellung zu jedem Zeitpunkt ein Vergleich der quasianalogen Kurven mit einem Referenzsignal
erfolgen. Speziell dazu wird die quasianaloge Kurve bei jeder Fernsehzeile ausgelesen und mit einem
Sägezahnsignal verglichen, welches der Vertikal-Ablenkung,
Nullage uijd Verstärkung entspricht. Das Vergleichsergebnis
veranlaßt im geeigneten Zei';>unkt die
Helltastung des Bildschirms. Insbesondere ist die Erfindung vorteilhaft bei der Darstellung von EKGr
Kurven . verwendbar, sofern die Meßkurven digital zwischengespeichert werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.
Es zeigt
F i g. 1 ein die Erfindung erläuterndes Diagramm.
F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel zur Darstellung der digital zwischengespeicherten Werte auf einem
Fernsehbildschirm, und J5
Fig.3 ein zweites Ausführungsbeispiel zur Darstellung
der digital zwischengespeicherten Werte auf einem Registrieren
Dabei erfolgt die Berechnung zur Regenerierung der Abtastwerte :m ersten Alisführungsbeispiel analog und
im zweiten Ausführungsbeispiel digital. Die zugehörigen Einheiten sind jeweils blockschaltmäßig dargestellt.
In der Fig. I kennzeichnet die Abszisse die Zeit und
die Ordinate die Signalamplituden. Es bedeuten Tdas
Abtastintervall und Un die Amplitude eines Abtastwcr- «
tes mit la-ufendem Index η: Κ kinnzeichnet einen
Wichtungsfaktor, der beispielsweise K = 2 gewählt ist. In der Praxis wird man allerdings von höheren
Wichtungsfaktoren ausgehen.
Es ist ersichtlich, daß der darzustellende Abtastwert *>"
zunächst nach vorgegebener Vorschrift erhöht wird, wobei dürrh Differenzbildung und anschließender
Filterung die Regenerierung des Abtastwertes wertgenau realisiert ist. Der Bereich zwischen den
Abtastwerten wird durch eine Exponentialkurve dargestellt.
Zur Überhöhung der Abtastwerte wird also bei jeder Abtastung der Wert
60
K(U11-U,,-,)+ Un.-,
gebildet, was sofort bei Vorliegen eines jeden n-ten
Abtastwertes erfolgen kann. Die Dimensionierung des nach Differenzbildung zur FiIt .-rung verwendeten
ftC-Glicdcs kann untc'· Einbeziehung der für einen
Tiefpaß gültigen Beziehung abgeleitet werden. Es gilt:
mitO</<7\
Für jeden Abtastzeitpunkt t = T ergibt sich damit als dargestellte Signalamplitude
U= K(Un- i^,)(l-e
wobei sich für das ÄC-Glied ergibt:
T
RC =
In
K- 1
Je großer also der Wichtungsfaktor K gewählt werden kann, desto geringer ist die Linearitätsabweichung
zwischen zwei aufeinander folgenden Abtastwerten.
In der Fig.2 bedeuten 1 ein /^D-Wandler zur
Digitalisierung des vorliegenden Analog-Signals, dem ein Digital-Speicher 2 nachgeschaltet ist. Hinter dem
Speicher sind in parallelen Zweigen der Signallei ung in
dem einen Zweig ein D/A-Wandler 3 und in dem anderen Zweig ein Verzögerungsglied (Latch) 4 mit
anschließendem D/A-Wandler 5 geschaltet. Alle Einheiten werden von einer Steuereinheit 6 entsprechend dem
Abtastintervall Tgetaktei.
Den parallel geschalteten D/A-Wandlem 3 und 5 ist
ein Widerslandsnetzwerk 7 mit RC-GWed nachgeschaltet,
das im einzelnen aus den Widerständen 8 und 9 und einer Kapazität 10 besteht. Das /?C-Glied ist entsprechend
den oben erläuterten Gleichungen (1) bis (3) dimensioniert.
Zur Bilddarstellung ist ein Fernsehmonitor 11 vorhanden, der von einem Fernsehtaktgeber 12
gesteuert ist und dem weitere Steuereinheiten zugeordnet sind. Im einzelnen wird das von der D/A-Wiandlern
ausgehende Differenzsignal auf einen Fensterdiskriminator 13 gegeben und gelangt von dort über eine Einheit
14 zur Steuerung der Strichstärke als Videosignal auf den Monitor 11. Die Steuereinheit 6 ist ebenfalls vom
Fernsehtaktgeber 12 angesteuert, welcher den Fensterdiskriminator
13 taktet.
Der A/D-Wandler 1 liefert ungefähr alle 4 ms einen mit 8 bit verschlüsselten Abtastwert, der in dem
entsprechend ausgelegten Speicher 2 mit einer Kapazität von 1024x8 bit abgelegt wird. Zum Zwecke der
Videodarstellung erfolgt das Einschreiben in den Speicher während e^nes Zeilenrücklaufes. Die Steuereinheit
6 veranlaßt, daß der gesamte Speicher 2 prc Fernsehzeile ausgelesen wird. Die ausgelesenenen
W?rte v/erden dem D/A-Wandler 3 unmittelbar und dem D/A-Wandler 5 verzögert zugeführt. Dadurch wird
im D/A-Wandler 3 jeweils der n-te und im DiA-Wandler
5 jeweils der (n— l)te Wert in das analoge Signal rückgewandelt. Durch Verwendung eines inversen
Stromausganges beim D/A-Wandler 5 ist eine Vorzeichenumkehr des (n-l)ten Wertes realisiert. Es folgt
anschlieBnnä am Widerstandsnetzwerk eine Differenzbildung.
Die Überhöhung der Wichtung des (n-~ l)ten Wertes ist dadurch erreicht, daß für den D/A-Wandler 5
nur ein Teil des durch die Widerstünde 8 und 9 gebildeten Arbcilswir'ersiandes wirksam wird.
Die Schaltung nach F i g. 2 hat den Vorteil, daß sie mit
den 8 bit D/A-Wancllcrn auskommt, ohne duIi durch
einen Rccheiivorgiing die 8 bit-Gcmuiigkcit rcdu/iert
wird. Die quasianaloge Spannung wird nach Differenzbildung
und Filierung im Fenslcrdiskrimimuor 13 zugeführt. Der Fensterdiskriminalor 13 bcsiehl beispielsweise
aus zwei schnellen Komparatotcn. welche die quasiunaloge Spannung mil zwei um Fenslerbreite
auseinanderliegenden Referenzspannungen vergleichen.
Die Fensterbreite und die Laufzeit eines nachgeschalteten
Monoflops bestimmen die Strichstärke der dargestellten Kurve. Das vom Fensterdiskriminator 13
und/oder Einheit 14 für die Strichstarke abgegebene Signal wird als Videosignal verwendet. Die weiteren
Signale, wie Vertikal- und Horizontalsynchronisation werden vom Fernsehtaktgeber 12 geliefert.
Speziell für die Analogkurvendarstellung im Fernsehbild läßt sich also die quasianaloge Kurve bei jeder
Fernsehzeile auslesen und mit einem Sägezahn als Referenzsignal vergleichen, welches der Vertikal Ablenkung.
Nullage und Verstärkung entspricht. Das Vergleichsergebnis veranlaßt im richtigen Augenblick die
Helltastungam Bildschirm.
Inder Fig. 3 bedeuten 21 ein A/D-Wandler dem über
eine digitale Recheneinheit 23 ein digitaler Speicher 22 mit anschließendem D/A-Wandler 25 nachgeschaltet ist.
Der Recheneinheit 23 werden die Signale U1, bzw. Un. \
in zwei parallelen Leitungen zugeführt, von denen in einer ein Verzögerungsglied (Laich) 24 eingeführt ist.
Eine Steuereinheit 26 liefert wiederum die entsprechenden Taktsignale.
Dem D/A-Wandler 25 ist ein «C-Glied 27, bestehend
aus Widerstand 28 und Kapazität 29 nachgeschaltet. Das gefilterte Signal wird auf einen Registrierer 31
gegeben.
In Fig. 3 wird nach der A/D-Wandlung in der
digitalen Recheneinheit die Differenzbildung und Wichtung des Signales durchgeführt. Dafür erfolgt in
der Recheneinheit 23 ein Übergang auf den notwendigen
größeren Zahlenbereich. Um eine Auflösung von 8 bit am /?C-Glied zu erreichen, muß während der
digitalen Verarbeitung der Zahlenbereich auf das (2 K— l)fache erweitert werden. Beispielsweise würde
sich bei ursprünglich 8 bit und dem Faktor K = 3
entsprechend 256χ(6—1)= 1280 eine Erweiterung auf
11 bit ergeben.
In der vorangehenden Beschreibung wurde das erste Ausführungsbeispiel zur Kurvendarstellung auf einem
Fernsehbildschirm speziell mit analoger Signalberechnung und das zweite Ausführungsbeispiel zur Kurvendarstellung
auf einem Registrierer speziell mit digitaler Berechnung konzipiert. Es können auch jeweils andere
Kombinationen realisiert werden.
Speziell bei Fernsehbilddarstellung und digitaler Berechnung wurden die von einer Recheneinheit
gelieferten Ergebnisse wiederum während der Zeilenrückläufe im Speicher abgelegt. Hier kann wieder die
ίο Steuerung veranlassen, daß der gesamte Speicherinhalt
pro Fernsehzeile ausgelesen und in einen wertproportionalen
Strom umgesetzt wird, so daß am RC-GWcö die
entsprechende Analogspannung abgenommen werden kann. Diese quasianalogc Spannung wird dann wieder
\i von einem Fernschdiskriminalor bewcrici, dessen
Signal als Videosignal wcitcrverarbeiiel wird.
Über die beschriebenen Ausführiingsbcispiclc hinaus
kann das beschriebene Verfahren bei jeder Digital/Analog- Wandlung angewendet werden, bei der der Absland
zwischen den digitalen Abtastpunkten bekannt ist. Auch bei variierenden Abtastfrequenzen bleibt das Verfahren
durch laufende Anpassung des /?C-Gliedes anwendbar.
Die Erfindung läßt sich erfolgreich zur Darstellung
von digital zwischengespeicherlen EKG-Kurven verwenden:
Für die Auswertung des Elektrokardiogramms kommt es insbesondere auf eine exakte Darstellung der
QR5>-Komplexe und beispielsweise auf die Lage und
HöirO der R-Zacke an. Bei Mittelung über die rückgewandelten Abtastwerte konnten aber bisher
gerade an den signifikanten Kurventeilen Abweichungen vom Ursprungssignal auftreten, die nicht ohne
weiteres erkennbar waren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und entsprechend ausgebildetem Gerät läßt
sich nun bei vertretbarem Aufwand das digital zwischengespeicherte EKG derart darstellen, daß beim
Analogkurvenschrieb die ursprünglichen Abtastpunkte ^isiier exakt wert^ensu vorliegen. Dsbe! sind cü**
Lincaritätsabweichungen zwischen den reproduzierten Abt.jstpunkten, durch die insbesondere bei großen
Amplitudenunterschieden zwischen einzelnen Abtastpunkten geringfügige Auswölbungen gebildet werden
können, nicht von entscheidender Bedeutung. Experimentelle Erprobungen der Erfindung haben ergeben,
daß mit geringem Aufwand erreicht werden kann, daß praktisch kein Unterschied zwischen ursprünglicher und
regenerierter Analogkurve feststellbai ist.
Claims (8)
1. Verfahren zur Darstellung von Signalkurven auf einem Bildschirm oder einem Registrierer, wobei die
Signalkurven zeitlich abgetastet, digitalisiert, in Speichern zwischengespeichert und anschließend
wieder analog gewandelt sowie angezeigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die digital
gespeicherten Abtastwerte bei Rückwandlung durch einen kombinierten, aufeinander abgestimmten
Rechen- und Filtervorgang als solches analoges Signal erzeugt werden, das den abgespeicherten
Abtastwert, für jeden Abtastzeitpunkt wertgenau repräsentiert und den Zwischenbereich zwischen t*
den Abtastwerten durch eine Exponentialfunktion darstellt, wozu beim Rechenvorgang eine Differenzbildung
aufeinanderfolgender Abtastwerte mit Überhöhung der Signale entsprechend einem vorwähjh^ren Wichtungsfaktor (K) durchgeführt
wird, wtit'he Überhöhung durch den Filtervorgang
ausgeglichen wird.
2. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I mit einem A/D-Wandler, einem
Digitalspeicherund wenigstens einem D/A-Wandler sowie einem Monitor oder einem Registrierer,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicher (2, 22) eine Recheneinheit (3 bis 7, 23 bis 27) zur Bildung
eines überhöhten Differenzwertes aufeinanderfolgender Abtastwerte zugeordnet ist und daß mittels
eines tfC-Gliedes (8, 9, 10; 28, 29) als Filter, dessen
Dimensionierung durch die Beziehung
RC = -
(3)
In-
35
K- 1
gegeben ist, wobei Tdas vorgegebene Abtasiinicrvall
und K den gewählten Wichtungsfaktor bedeuten, die digital gespeicherten Abtastwerte in der
erzeugten Analogkurve wertgenau durchfahren werden.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einheit (7) zur Differenzbildung analog arbeitet.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß mittels zweier parallelgeschalteter D/A-Wandler (35) mit nachgeschaltetem Widerstandsnetzwerk
(7), von denen einem ein Verzögerungsglied (4) vorgeschaltet ist, die Differenzbildung
aufgeführt wird.
5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zur Differenzbildung ein
digitales Rechenwerk (23) beinhaltet.
6. Gerät nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß zur Taktsteuerung eine zentrale Steuereinheit
(6, 26) vorhanden ist.
7. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß speziell für die Fernsehbilddarstellung dem
Monitor (11) ein Fernsehtaktgeber (12) zugeordnet ist.
8. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereinheit (6) weitere Einheiten (13,
14) zur Bestimmung der Strichstärke der darzustellenden Signale zugeordnet sind.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Darstellung von Signalkurven auf einem; Bildschirm
oder einem Registrierer, wobei die Signalkurven zeitlich abgetastet, digitalisiert, in Speichern zwischengespeichert
und anschließend wieder analog gewandelt sowie angezeigt werden, sowie auf ein Gerät zur Durchführung
dieses Verfahrens. Ein solches Gerät weist einen A/D-Wandler einen Digitalspeicher, wenigstens einen
D/A-Wandler sowie einen" Monitor oder einen Registrierer auf und kann beispielsweise als sogenanntes
Speicheroszilloskop realisiert werden.
Bei Registrierverfahren, bei denen die Meßsignale
digital zwischengespeichert werden, sollen die zur Darstellung kommenden Kurven möglichst wertgeniu
sein. Dabei ist allerdings bisher systembedingt in Kauf genommen worden, daß wegen der endlichen Auflösung
beim Digitalisieren die Darstellung von geschlossenen Kurvenzügen begrenzt ist, was sich insbesondere bei
schnellen Amplitudenänderungen der Signalkurven störend bemerkbar macht. Geht man von den
Abtastwerten aus, so wird nach RGckwandlung in Analogwerte üblicherweise zwischen diesen Analogwerten
interpoliert und so eine gemittelte Kurve rückgewonnen werden. Das heißt aber, daß die an der
primär anfallenden Analogkurve abgetasteten Werte nicht exakt reproduziert sind. Speziell für ein digitales
Speicheroszillosk'jp wird dies im einzelnen im Zeitschriftenartikel
»Elektroniker«, Ch Nr. 16/1980 D Nr. 12 (198O)S EL 16-EL25, beschrieben, wobei unter anderem
aufgezeigt wird, daß speziell für die Darstellung periodischer Kurven bei Anwendung eines speziellen
Interpolationsverfahrens eine vergleichsweise geringe Anzahl von Abtastwerten ausreichen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es dagegen, ein Verfahren der eingangs genrnnten Art anzugeben, mit dem eine
genaue Darstellung eines geschlossenenen Kurvenzuges möglich ist. Das zugehörige Gerät zur Durchführung
des Verfahrens soll möglichst einfach aufgebaut sein.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die digital gespeicherten Abtas'wcrtc bei Rückwa.ndlung
durch einen kombinierten, aufeinander abgestimmten Rechen- und Filtervorgang als solches analoges
Signal erzeugt werden, das den abgespeicherten Abtastwert für jeden Abtastzeitpunkt wertgenau
repräsentiert und den Zwischenbereich zwischen den Abtastwerten durch eine Exponentialfunktion darstellt,
wozu beim Rechenvorgang eine Differenzbildung aufeinanderfolgender Abtastwerte mit Überhöhung der
Signale entsprechend einem vorwählbaren Wichtungsfaktor durchgeführt wird, welche Überhöhung durch
den Filtervorgang ausgeglichen wird.
Bei einem Gerät zjr Durchführung des Verfahrens sind dem Speicher eine Recheneinheit zur Bildung eines
überhöhten Differenzwertes aufeinanderfolgender Abtastwerte zugeordnet und werden mittels eines RC-Gliedes
als Filter, dessen Dimensionierung durch die Beziehung
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3143425A DE3143425C2 (de) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | Verfahren und Gerät zur Darstellung von Signalkurven auf einem Bildschirm oder einem Registrierer |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3143425A1 DE3143425A1 (de) | 1983-05-19 |
DE3143425C2 true DE3143425C2 (de) | 1983-12-29 |
Family
ID=6145401
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3143425A Expired DE3143425C2 (de) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | Verfahren und Gerät zur Darstellung von Signalkurven auf einem Bildschirm oder einem Registrierer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3143425C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104856672A (zh) * | 2015-06-05 | 2015-08-26 | 厦门纳龙科技有限公司 | 一种避免显示介质抑制导致心电图波形漏诊的方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4540938A (en) * | 1983-01-21 | 1985-09-10 | Tektronix, Inc. | Displaying waveforms |
-
1981
- 1981-11-02 DE DE3143425A patent/DE3143425C2/de not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104856672A (zh) * | 2015-06-05 | 2015-08-26 | 厦门纳龙科技有限公司 | 一种避免显示介质抑制导致心电图波形漏诊的方法 |
CN104856672B (zh) * | 2015-06-05 | 2016-04-27 | 厦门纳龙科技有限公司 | 一种避免显示介质抑制导致心电图波形漏诊的方法 |
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---|---|
DE3143425A1 (de) | 1983-05-19 |
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