DE2363124A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur digitalisierung von analog-eingangssignalen - Google Patents

Description

Böblingen, den 17. Dezember 19

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung: Aktenzeichen der Anmelderin: RO 972 003

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Digitalisierung yon Analog-EingangsSignalen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Digitalisierung von Analog-Eingangssignalen wie z.B. Videosignalen für Zwecke der Zeichenerkennung, übertragung oder dgl.

Auf vielen Arbeitsgebieten ist es erforderlich, ein analoges Eingangssignal in ein digitales Signal mit hohem Kontrast zu digitalisieren oder quantisieren, das nur eine kleine Anzahl von möglichen Werten besitzt. Diese Forderung gilt extrem in vielen Systemen zur Bildübertragung und -Anayse. Solche Systeme werden so entworfen, daß sie mit einem binär bewerteten Signal arbeiten, das nur anzeigt, ob eine bestimmte abgetastete Fläche Teil eines Musters oder des Untergrundes des Musters ist. Die Mustersignale werden gewöhnlich "schwarz" oder "Eins" genannt und der Untergrund "weiß" oder "Null", ohne Rücksicht auf die tatsächlichen Farben oder anderen Bedingungen, die sie veranlassen.

Sowohl kurz- als auch langfristige Änderungen in den Signalamplituden sowohl des Musters als auch des Untergrundes entstehen aus vielen verschiedenen Quellen, so daß die Verwendung eines festen Schwellwertes gewöhnlich unzulänglich ist. Statt

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dessen muß die Digitalisierschaltung selbst als ein Erkennungssystem fungieren, um einen optimalen Schwellwert für jede analoge Abtastprobe zu bestimmen. Dies kann erreicht werden durch Betrachten einer Reihe von Amplituden anderer Abtastproben von analogen EingangsSignalen und durch Justieren des Schwellwertes in Übereinstimmung mit einer Funktion dieser anderen Abtastproben.

Es gibt übliche Digitalisierschaltungen, die unter den oben genannten Umständen in komplizierter Weise genaue Schwellwerte liefern. Solche Digitalisierschaltungen weisen jedoch verschiedene Nachteile deshalb auf, weil sie sehr kompliziert und teuer sind und für richtiges Arbeiten häufige und mühevolle Justierungen erfordern und die Diagnose von Störungen schwierig ist und oft spezielle Prüfgeräte erfordert. Aus diesen Nachteilen resultiert, daß die Verfügbarkeit von genauen Schwellwerteinstellungen bisher begrenzt ist auf verhältnismäßig kleine Zahlen sehr teurer Systeme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Digitalisierung von Analog-Eingangssignalen anzugeben, das genaue Schwellwerte liefert, jedoch zu seiner Durchführung keine so komplizierte und teuere Schaltungsahordnung erfordert wie das nach dem Stand der Technik der Fall ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Digitalisierung von Analog-Eingangssignalen gelöst, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

- Umsetzen von Abtastproben des Eingangssignales in digitale Pegelwerte, die verschiedene vorgegebene Amplituden des Eingangssignales anzeigen,

- Einteilen der Pegelwerte in mehrere Pegelwertgruppen,

- Zählen erster und zweiter relativer Häufigkeiten des Auftretens eines ersten und eines zweiten Paares der Pegelgruppen,

- Auswählen eines Schwellwertes für jede Abtastprobe aus

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mehreren möglichen Schwellwerten, die verschiedenen vorgegebenen Bereichen der relativen Häufigkeiten zugeordnet sind, und

- Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn eine Abtastprobe einen Schwellwert überschreitet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Verbindung mit der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild eines Mustererkennungssystems und eine Digitalisierschaltung nach der Erfindung genauer.

Die Bezugszahl 10 bezeichnet allgemein ein Mustererkennungssystem nach der Erfindung. Ein optischer Abtaster 11 beleuchtet ein Dokument 12 oder ein anderes informationstragendes Medium. Der Videodetektor 13 nimmt das von dem Dokument 12 reflektierte Licht auf und setzt es in ein zeitveränderliches elektrisches Analogsignal auf der Eingangsleitung 14 der Digitalisierschaltung um. Der Detektor 13 kann übliche Kompensationsschaltungen enthalten, um absolute Weiß- und absolute Schwarz-Pegelsignale herzustellen trotz Veränderung in den Eigenschaften der optischen und elektrischen Komponenten des Abtasters 11 und des Detektors 13. Das Videosignal auf der Leitung 14 kann als Darstellung einer Kontrastfunktion betrachtet werden, die zwischen 0 % (absolutes Weiß), und 100 % (absolutes Schwarz) variiert.

Der Zweck der Digitalisierschaltung 15 ist es, ein Analogsignal auf der Leitung 14 umzusetzen in eine Folge von Binärziffern, die angeben, ob die entsprechenden Flächen auf dem Dokument 12 als weiß (Untergrund) oder schwarz (Muster) klassifiziert werden sollten. Die Ausdehnung der durch jede Ziffer dargestellten Fläche wird bestimmt durch übliche Taktgeberschaltungen 16, die auf den Ausgangsleitungen 17 Impulse in bestimmten Abstand ausgeben. Aufeinanderfolgende Binärziffern auf der Ausgangsleitung 18 der Digitalisierschaltung bilden einen Bitstrom, der zur Erkennungseinheit 19 übertragen wird. Die Einheit 19 kann von üblicher Art sein und kann solche Funktionen einschließen wie

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Bildspei eher xing und Verdichtung, Normierung, Aussondern von Merkmalen usw.

Obgleich das Erkennungssystem IO eias besondere Form zeigt, in . der die Erfindung Anwendung findet, kann sie ebenso bei anderen Systemen angewandt werden, die unterschiedliche Forderungen und Komponenteneinheiten besitzen«,

Innerhalb der Bigitalisiersehaitwng 15 wird das Analogsignal auf der Leitung 14 unmittelbar in einen Satz von digitalen Pegeln umgesetzt, durch den Analog/Digital-Umsetzer 20. Der Umsetzer 20 enthält eine Reihe von Vsrgleichsschaltungen 21-27, von denen jede ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Spannung auf der Leitung 14 eine vorgegebene Bezugsspannung überschreitet. Diese Bezugsspannungen werden von Anzapfungen eines Spannungsteilers 28 abgegriffen, an dem eine konstante Spannung +V angelegt wird, die 100 % der Kontrastamplitude entspricht. Obgleich feste Anzapfungen des Spannungsteilers 28 dargestellt sind, können die Bezugsspannungen, die jeder Vergleichsschaltung zugeführt werden, auch einstellbar oder programmierbar mittels externer nicht dargestellter Vorrichtungen sein.

Die Bezugsspannungen können auf jeden gewünschten Pegel eingestellt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine im wesentlichen logarithmische Folge optimale Resultate liefert. Wenn die Spannungspegel mit V. bezeichnet werden, ist diese Beziehung erfüllt, wenn V_± * Κν_±__χ ist. Wobei K eine willkürliche Konstante ist. Wenn ein Pegel von 100 % als absoluter Schwarzpegel genommen wird, können die folgenden Prosentzahlen für jede der Bezugsspannungeii gewählt Werdens

spannung 10,0% 13,4% 18,1% 24,3% 32*6% 43,7% 58,6%

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Die Vergleichsschaltung 21 liefert daher immer dann eine binäre Eins, wenn das analoge Videosignal auf der Leitung 14 größer als lo% von +V ist, die Vergleichsschaltung 22 liefert immer dann eine Eins, wenn das Videosignal 13,4% des absoluten Schwarzpegels überschreitet usw. Es können natürlich mehr oder weniger als sieben Pegel gewählt werden.

Der Speicher 30 quantisiert die von dem Umsetzer 20 erzeugten Pegelsignale zeitlich. Der Ausgang jeder Vergleichsschaltung 21-27 ist mit dem Dateneingang einer entsprechenden Verriegelungsschaltung 31-37 verbunden. Die Daten werden den Verriegelungsschaltungen beim Erscheinen eines wiederkehrenden Taktimpulses der Taktgeberschaltung 16 auf der Leitung 17' zugeführt. Die Ausgangssignale der Verriegelungsschaltungen 31-37 können sich daher nur an diskreten Intervallen ändern, die durch die Taktimpulsperiode bestimmt sind. Auf "Eins"-Ausgangssignale der Verriegelungsschaltungen 31-37 wird im folgenden der Kürze halber Bezug genommen als auf Pegel 1- bis Pegel 7-Signale.

Die Ausgangs-Torschaltung 40 überträgt eines der Pegelsignale 1-4 zur Leitung 18 als digitalisierte Ausgangsbits. Da die Verriegelungsschaltung 34 direkt mit dem ODER-Glied 41 verbunden ist, wird stets ein Ausgangsbit erzeugt, wenn die laufende Videoabtastprobe die Spannung V₄ überschreitet. Die Verriegelungsschaltung 33 überträgt das Pegel 3-Signal zum UND-Glied 42, so daß ein Video-Abtastsignal, das den Spannungswert V₃ überschreitet, kein Ausgangsbit erzeugt, wenn dieses UND-Glied nicht vorbereitet ist (es sei denn, die Abtastprobe überschreitet auch den Spannungswert V₄). Ein Pegel 2-Signal erzeugt ein Ausgangsbit nur, wenn das UND-Glied 43 vorbereitet ist. Ein Kreis am Eingang einer booleschen Schaltung in den Zeichnungen zeigt an, daß das Signal auf der entsprechenden Eingangsleitung invertiert wurde, bevor es der Schaltung zugeführt wird. In ähnlicher Waise erscheint auf der Leitung 18 nur dann ein Pegel 1-Signal, wenn das UND-Glied 44 vorbereitet ist. In dieser Weise wählt die Ausgangsschaltung 40 eine der Spannungen V₁-V₄ als Schwellwertpegel und überträgt ein

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Bit des Umsetzers 20, das in dem Speicher 30 immer dann zeitlich quantisiert wird, wenn das laufende Videoeingangssignal diese Spannung überschreitet.

Zählvorrichtungen 50, 60 speichern das Auftreten verschiedener der vorausgegangenen Pegelsignale und erzeugen auf den Leitungen 51 und 61 Zustandssignale, die die relative Anzahl der verschiedenen Pegel angeben, die unter den neuesten Videoabtastproben auf der Leitung 14 sich fanden. Kombinationen dieser Zustandssignale definieren die Zustände der Zählvorrichtungen 50, 60 für die Auswahl eines Schv/el!wertes durch die Ausgangsschaltung 40. In dem Zustand 00_? ist keine der Leitungen 51, 61 spannungsführend. Daher wird das UND-Glied 44 über seine invertierenden Eingänge vorbereitet, ein Pegel 1-Signal dem ODER-Glied 41 zuzuleiten. D.h. jede laufende Videoabtastprobe, die den Wert V. überschreitet, wird als ein Schwarzbit der Leitung 18 wegen des Zustandes 00 der Zählvorrichtungen 50, 60 zugeführt. Der Zustand 10 der Zählvorrichtung bereitet das UND-Glied 43 vor, das über seinen invertierenden Eingang mit der Leitung 61 verbunden ist, und wählt den Pegel 2 als Schwellwert aus. Das UND-Glied 43 wird auch beim Zustand 00 vorbereitet, aber das UND-Glied 44 leitet bereits jeden Pegel weiter, der in diesem Zustand gleich oder größer als der Pegel 1 ist. Die Leitung 51 bereitet das UND-Glied 42 vor beim Zustand 11 der Zählvorrichtung, um einen Pegel 3 als Schwellwert auszuwählen. Obgleich das UND-Glied 42 auch im Zustand IQ vorbereitet wird, wird seine Punktion in diesem Zustand wegen der Auswahl eines niedrigen Schwellwertes, nämlich des Pegels 2, durch das UND-Glied 43 vorweggenommen. Der Pegel 4 wird der Schwellwert in dem Zustand 01, da keines der UND-Glieder 42-44 in diesem Zustand vorbereitet wird.

Die Zählvorrichtung 50 enthält einen sechsstufigen binären Zwei-Richtungszähler 52, der durch Impulse auf der Leitung 17" weitergeschaltet wird. Die Taktgeberschaltungen 16 erzeugen einen Impuls auf dieser Leitung für jeden Impuls auf der Leitung 17', aber gegenüber diesen um ein kurzes Zeitintervall verzögert.

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Jeder Impuls auf der Leitung 17" erhöht den Inhalt des Zählers 52, wenn der "Aufwärts"-Eingang durch ein Steuersignal auf der Leitung 53 vorbereitet ist und verringert den Zählerinhalt, wenn der "Abwärts"-Eingang durch ein Steuersignal auf der Leitung 54 vorbereitet ist. Wenn kein Eingang vorbereitet ist, ändern die Impulse auf der Leitung 17" nicht den Inhalt des Zählers. Die Leitung 51 ist mit der höchsten Stufe des Zählers 52 verbunden, so daß diese immer erregt wird, wenn der Zähler 52 in der oberen Hälfte seines Zählbereiches ist, d.h., wenn er ein Zählergebnis zwischen 32 und 64 enthält. Außerdem erzeugt ein üblicher Dekodierer 55 Hilfs-Zustandssignale 56-59 für andere Steuerzwecke. Die Zählvorrichtung 60 enthält auch einen sechsstufigen Zähler 62₇ der durch Impulse auf der Leitung 17" weitergeschaltet wird. Die Zählrichtung wird bestimmt durch Steuersignale auf den Leitungen 6 3 und 64. Die Leitung 61 ist mit der höchsten Stufe des Zählers 62 verbunden und der Dekodierer 65 erzeugt Hilfs-Zustandssignale 66-69, die von dem Inhalt des Zählers 62 abhängen.

Steuervorrichtungen 70, 80 bestimmen die Bedingungen, unter denen die Inhalte der Zähler 52, 62 durch Impulse auf der Leitung 17" geändert werden und die Richtung der Änderung. Die Steuervorrichtungen 70, 80 sprechen auf vorgegebene Sätze von Pegelsignalen des Speichers 30 an und auf die Zustandssignale der Zählvorrichtungen 50, 60.

Eine Funktion der Steuervorrichtung 70 ist es, zu verhindern, daß bei dem zugeordneten Zähler 52 ein überlauf oder ein Unterlauf auftritt. Dazu erzeugt der Dekodierer 55 jedes Mal ein Signal auf der Leitung 56, wenn der Inhalt des Zählers 52 von Null verschieden ist. Wenn jedoch der Zähler lauter Nullen enthält, sperrt das Fehlen eines Signales auf der Leitung 56 die UND-Glieder 71 und 72, wodurch verhindert wird, daß ein Steuersignal über das ODER-Glied 73 auf die Leitung 54 gelangt, solange der Zähler 52 ia diesem Zustand bleibt. In ähnlicher Weise erzeugt der Dekeiieicer 55 ein Signal "Nicht Gefüllt" auf der Leitung 57, wenn

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der Zähler 52- nicht lauter Mullen enthält» Das Fehlen des Signales "Nicht Gefüllt" sperrt die UND-Glieder 74 und 75, so daß das ODER-Glied 76 kein Signal liefert, das es aera Zähler 52 ermöglicht, in einen Zustand mit lauter Nullen zu gelangen. Der Zähler 52 ist daher sättigbar entweder in einem vollen oder in einem leeren Zustand, D„h. es ist erlaubt, nur einen vorgegebenen Betrag in jeder Richtung zv. zählen« Dieses Merkmal hat zwei Vorteile, Erstens verhindert es falsche Signale auf der Leitung 51, während die Länge des Zählers 52 auf eine vernünftige Größe begrenzt wird. Zweitens begrenzt es die Anzahl der Pegelsignale, die eine Schwellwertänderung in jeder Richtung bewirken können, analog zu der Zeitkonstanten einer Analogschaltung.

Die Steuerschaltung 70 bestintmt auch, welche Signalpegel den ■ •Zähler 52 veranlassen, in einer bestimmten Richtung weiterzuschalten abhängig von dem Zustand der anderen Zählvorrichtung Wenn das höchste Bit des Zählers 62 Null ist, bereitet das Fehlen eines Signales auf der Leitung 61 das UND-Glied 74 vor, um ein Steuersignal der Verriegeltmgsschaltung 36 zu der Aufwärts leitung 53 weiterzuleiten, und bereitet ebenfalls das UND-Glied 71 vor, die Abwärtsleitung 54 der Verriegelungsschaltung 32 zu erregen, wenn nicht die Verriegelungsschaltung 34 ebenfalls erregt ist. Beim Nullzustand der Zählvorrichtung 60 erhöht der Zähler 52 seinen Inhalt beim Pegel 6 und Pegel 7 und verringert ihn beim Pegel 2 und beim Pegel 3, bis er, wenn er ganz gefüllt ist oder vollständig leer ist, in die Sättigung gelangt. Wenn aber die Leitung 61 erregt ist, wird das UND-Glied 75 durch die Verriegelungsschaltung 32 vorbereitet und durch die Verriegelungsschaltung 34 gesperrt, während äas UND-Glied 72 durch die Verriegelungsschaltung 37 vorbereitet wird, so daß der Inhalt des Zählers 52 erhöht wird durch die Pegel 2 und 3 und verringert nur durch den Pegel 7. Die Bedeutung der Modifikationen der Pegelsätze wird später erklärt»

Die Steuerschaltung 80 hat auch eine S ät ti gun gs funktion für die ihr zugeordnete Sah1vorrichtung SO₅, Das Fehlen eines Signals

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# 0 Q P ? ß / 1 1 0 ß

"Nicht Leer" vom Dekodierer 65 auf der Leitung 66 veranlaßt das Sperren des UND-Gliedes 81, wodurch verhindert wird, daß die Leitung 64 eine weitere Verringerung des Inhaltes des Zählers 62 ermöglicht, wenn dieser lauter Nullen enthält. Das Fehlen eines Signals "Nicht Gefüllt" auf der Leitung 67 sperrt in ähnlicher Weise das UND-Glied 83, wenn der Zähler 62 lauter Einsen enthält.

Obgleich die Steuervorrichtung 80 nicht direkt abhängig ist von den Zustandssignalen auf den Leittäigen 51 und Sl, spricht sie auf Hilfs-Zustandssignale der Dekodierer 55 und 65 an. Insbesondere wird die Leitung 58 erregt, wenn der Inhalt des Zählers 52 weniger als 3/4 seiner vollen Kapazität beträgt, d.h. wenn er kleiner als 48 ist. Die Leitung 68 führt ein Signal, wenn der Inhalt des Zählers 62 genau 32 beträgt. Das UND-Glied 82 sperrt das UND-Glied 81, wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind. Sonst veranlassen die Ausgangssignale der Verriegelungsschaltungen 32 und 35 den Zähler 62, seinen Inhalt bei Vorliegen der Pegel 2,3 und 4 zu verringern. Die letztliche Wirkung des UND-Gliedes 82 besteht darin, zu verhindern, daß die Leitung 61 entregt wird, bis der zähler 52 das obere Viertel seines Bereiches erreicht hat. Das UND-Glied 84 führt eine entgegengesetzte Funktion aus bei einem unterschiedlichen Sperrpunkt. Das gleichzeitige Vorhandensein von Signalen auf den Leitungen 59 und 69 der Dekodierer 55 und 65 verhindert, daß der Zähler 62 aufwärtszählt, wenn der Inhalt des Zählers 52 weniger als 32 beträgt und wenn der Inhalt des Zählers 62 genau 31 beträgt» Dies verhindert, daß die Leitung 61 erregt wird, bis der Zähler 52 die untere Hälfte seines Bereiches erreicht hat. Wenn das UND-Glied 84 sperrt, veranlaßt das Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung 36 den Zähler 62, seinen Inhalt beim Vorliegen der Pegel 6 und 7 zu erhöhen. Der Zähler 62 gelangt daher in die Sättigung an jedem Ende seines Bereiches und er kann auch in der Mitte gehalten werden abhängig vom Inhalt des Zählers 52. Darüber hinaus unterscheiden sich die Bedingungen für das Sättigen in der Mitte des Zählbereichs des Zählers 62 abhängig von der Richtung, aus

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der man sich diesem Punkt nähert. Das spezielle Paar von Pegelwerten, daß den Zähler 62 veranlaßt, aufwärts™ und abwärtszuzählen, wird durch die Steuerschaltung 80 nicht in der gleichen Weise modifiziert? wie das für den Zähler 52 durch die Steuerschaltung 70 der Fall isto Statt dessen werden sie nur unter bestimmten Bedingungen verhindert, d.ho sie werden zu Nullsätzen modifiziert, die keine Pegelwerte enthalten»

Die oben beschriebene Beziehung der Zählvorrichtungen 50„ 60 und der Steuervorrichtungen 70, 80 analysiert die Anzahl des Auftretens der jüngsten Pegelsignale _g um Zustandssignale auf den Leitungen 51, 61 zu erzeugen, die einen der Pegelwerte der Verriegelungsschaltungen 31-37 als Schwellwert auswählen. Die Zähloperationen erlauben es der Statistik der Pegeiwerte, sich in einem .bestimmten Grad zu ändern, bevor eine Schwellwertänderung befohlen wird. Auf der anderen Seite beschränkt die Sättigung der Zähler an verschiedenen Punkten den Grad, bis zu dem vorausgegangene Pegelwerte sine Fortbewegung von einem Schwellwertübergangspunkt verursachen können. Die Sättigung verhindert auch unerwünschte Zustandsübergänge, die sonst eine Schwellwertänderung um mehr als eine Pegelstufe während einer einzigen Videoabtastprobe verursachen könnten. Die Anzahl der Zähler, Pegelstufen, Zustände und Schwellwerte kann jedoch für verschiedene Anwendungsfälle modifiziert werden. Die Funktionen der Speicherung, der Steuerung, des Zählens und des Weiterlei tens der Ausgangssignale können natürlich in vielen verschiedenen Weisen realisiert werden, z.B. durch verschiedene Konfigurationen boolescher Schaltungen oder auch durch Programmierung in einem Datenprozessor, wo genügend niedrige Datenraten eine solche Realisierung zulassen.

Die Digitalisierschaltung 15 führt zuerst eine unmittelbare Umsetzung des Analogsignals auf der Leitung 14 in eine Anzahl von logarithmischen miteinander Ib Beziehung stehenden digitalen Pegelwerten in dem Umsetzer 20 durch und quantisiert diese Pegelwerte zeitlich mittels der Speichereinheit 30. Die Zählvorrieii-

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tungen 50, 60 registrieren die Anzahl von bestimmten Sätzen von Pegelwerten, die in der jüngsten Vergangenheit aufgetreten sind. Die speziellen Bedingungen, unter denen die verschiedenen Sätze von Pegelwerten gespeichert werden, werden durch die Steuervorrichtungen 70, 80 angegeben. Einer der digitalen Pegelwerte wird als Schwellwert in Abhängigkeit von ZustandsSignalen ausgewählt, die durch die Zäh!vorrichtungen 50, 60 erzeugt werden und die Ausgangsvorrichtung 40 erzeugt ein "schwarzes" Bit, wenn die laufende Videoabtastprobe auf der Leitung 14 den ausgewählten Schwellwert erreicht oder überschreitet.

Wie erklärt wurde, teilt jedes Zustandssignal 51, 61 den zugehörigen Zähler 52, 62 in zwei Zustands- oder Zählbereiche. Es ist jedoch nicht notwendig, daß diese Bereiche die gleiche Länge oder die gleichen Grenzen für beide Zähler haben, noch daß die Bereiche die Zählerkapazität genau halbieren. Für zwei binärwertige Zustandssignale 51, 61 können vier verschiedene Schwellwerte ausgewählt werden. Die Zählerzustände können wie folgt definiert v/erden.

	Inhalt Zählers	des 52	Tabelle 1	des 62	(Schwellwert pegel)
Zustands- Signal	0-31		Inhalt Zählers		1
00	32-63		0-31		2
10	32-63		0-31		3
11	0-31		32-63		4
01		32-63

Die Schwellwertpegel, die durch jeden Zustand ausgewählt werden, zeigen, daß die Zustände in einer Folge angeordnet werden können, die einem Gray-Code entspricht, bei dem sich nur ein Bit ändert, bei einem Übergang von irgendeinem Schwellwert su den nächst höheren oder nächst niederen Punkt, Der Schwellwertpegel 1 stellt einen sehr leichten Druck auf dem Dokument 12 dar, so daß jedes Videosignal, daß größer als 10 % des absoluten Schwarzpegels ist,

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der Erkennungseinheit 19 ein Schwarzbit zuführt. Auf der anderen Seite zeigt der Schwellwertpegel 4 einen Druck mit hohem Kontrast oder einen dunklen Druck an. Wenn dieser Pegelwert ausgewählt wird, wird jedes Videosignal mit weniger als 24,3 % des absoluten Schwarzwertes als ein weißes Ausgangsbit betrachtet. Um die obige Wirkung zu erzielen, stellt das Zustandssignal 61 grundsätzlich das Verhältnis der kürzlich angetroffenen Pegelwerte für großen Kontrast (6,7) zu den Pegelwerten geringeren Kontrastes dar (2, 3, 4). Das Zustandssignal 61 hat den Wert Null, wenn dieses Verhältnis kleiner als Eins ist und es ist eins, wenn das Verhältnis größer als Eins ist. Das Zustandssignal 51 teilt jedes der obigen Zustände in zwei Teile. Wenn das Signal 61 Null ist, zeigt das Signal 51 das Verhältnis der Pegelwerte hohen Kontrastes (6, 7) zu dem Pegeln niedrigen Kontrastes (2, 3) an. Aber wenn das Signal 61 den Wert Eins besitzt, mißt das Signal 51 das Verhältnis der niedrigen Pegel (2, 3) zu einem hohen Pegel (7). Die vorher erklärte Sättigung der Zähler verhindert, daß irgendeines der Verhältnisse in langen Folgen von entweder hohen oder niedrigen Pegelwerten extreme Werte annimmt. Es sei bemerkt, daß der Satz von Pegelwerten, der den Inhalt des Zählers 52 erhöht, von dem Satz verschieden sein kann, der den Inhalt des Zählers 62 erhöht und daß der Satz, der den Inhalt des Zählers 52 vermindert, verschieden ist von dem Satz, der den Inhalt des Zählers 62 vermindert. Darüberhinaus modifiziert das Zustandssignal 61 die Sätze von Pegelwerten, welche sowohl den Inhalt des Zählers 52 erhöhen als auch erniedrigen können. Diese Sätze sind nicht nur ausgetauscht, sondern sie sind auch gekürzt: Eine Null auf der Leitung 61 erlaubt die Erhöhung bei dem Satz aus den Pegelwerten 6, 7 und erniedrigen bei den Pegelwerten 2, 3, während eine eins auf Leitung 61 eine Erniedrigung nur bei dem Pegelwert 7 und eine Erhöhung bei den Fegelwerten 2,3 erlaubt. Daher kann das durch den Zähler 52 gemessene Verhältnis den Wert Eins schneller von Bedingungen für hohen Kontrast aus erreichen als von solchen für niedrigen Kontrast.

Die Hilfs-Zustandseigsiale a«f ä@n Leitungen 56-59 und 66-69 RD 972 003

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dienen hauptsächlich dazu, die Sätze von Pegelwerten zu modifizieren, um unerwünschte Änderungen des ausgewählten Schwellwertes zu verhindern.

Die Signale "Nicht Gefüllt" und "Nicht Leer" auf den Leitungen 56, 57, 66 und 67 verhindern die groben Fehler, die sonst durch den zyklischen Betrieb der Zähler 52 und 62 verursacht würden. Wenn der Zähler 52 beim Zählerstand von 63 nicht in den Sättigungszustand gelangt, würde der nächste 6- oder 7-Pegel den Zählerinhalt auf Null bringen und daher den Schwellwert vom Pegel 2 (Zustand 10) zum Pegel 1 (Zustand 00) oder vom Pegelwert 3 (Zustand 11) zum Pegelwert 4 (Zustand 01) ändern, abhängig vom Inhalt des Zählers 62.

Die Hilfs-Zustandssignale auf den Leitungen 58, 59, 68 und 69 verhindern Änderungen zu nicht benachbarten Schwellwertpegeln für jede einzelne Videoabtastprobe. Ein direkter übergang vom Pegel 1 (Zustand 00) zum Pegel 4 (Zustand 01) wird unmöglich gemacht durch das gleichzeitige Auftreten von Signalen, die einen Zählerstand unter 32 (Leitung 59) im Zähler 52 und einem Grenzzählergebnis von 31 (Leitung 69) im Zähler 62 anzeigen. Der Zähler 62 kann seinen Zählerstand bis auf 31 erhöhen, aber er kann diese Grenze nicht überschreiten, bis der Inhalt des Zählers 52 den Wert 31 überschreitet. Der umgekehrte übergang vom Pegelwert 4 zum Pegelwert 1 ist blockiert durch.das gleichzeitige Auftreten eines Zählergebnisses unter 48 (Leitung 58) im Zähler und einem Grenzzählergebnis von 32 (Leitung 68) im Zähler 62. Der Schwellwertpegel 4 kann nicht direkt vom Pegelwert 2 aus erreicht werden, d.h. ein übergang vom Zustand 10 zum Zustand Öl, da beide Zähler bei den gleichen Pegelwerten 6 und 7 ihren Zählerstand erhöhen, wenn der Zähler 62 den Zählerstand 31 und der Zähler 52 ein Zählergebnis im Bereich von 32-47 aufweist. Darüber hinaus kann der Zähler 62 seinen Inhalt überhaupt nicht verringern, wenn er den Wert 32 besitzt und der Zähler 52 gleichzeitig ein Zählergebnis im Bereich von 0-31 aufweist, so daß der Schwellwertpegel 2 (Zustand 10) nicht unmittelbar auf den

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Schwellwertpegel 4 (Sustand 01) folgen kann. Ähnliche durch die Steuerschaltungen 70, 80 auferlegte Bedingungen verhindern direkte übergänge zwischen den Schwellwertpegeln 1 (Zustand 00) und 3 (Zustand 11).

Die durch die Steuerschaltungen 70, 80 auferlegten Sählregeln können folgendermaßen zusammengefaßt werden. Wenn er nicht bereits gefüllt oder leer ist, erhöht der Zähler 52 seinen Inhalt bei den Pegelwerten 6, 7 und erniedrigt ihn bei den Pegelwerten 2 f 3, wenn der Inhalt des Zählers 62 innerhalb der unteren Hälfte seines Bereiches liegt. Wenn der Inhalt des Zählers 62 in der oberen Hälfte seines Bereiches liegt, erhöht der Zähler 52 seinen Inhalt bei den Pegelwerten 2,3 und erniedrigt ihn beim Pegelwert 7. Wenn er nicht bereits gefüllt oder leer ist, erhöht der Zähler 62 seinen Inhalt bei den Pegelwerten 6, 7, wenn er nicht den Wert 31 enthält und sich dar Inhalt des Zählers 52 gleichzeitig in der unteren Hälfte seines Bereiches befindet. Der Zähler 62 verringert seinen Inhalt bei den Pegelwertesa 2, 3, 4, wenn dieser nicht 32 beträgt und der Inhalt des Zählers 52 gleichzeitig in dem unteren 3/4 seines Bereiches liegt, ändere Regeln können natürlich entworfen werden. Auch eine verschiedene Anzahl von Zählern und Steuerschaltungen kann verwendet werden, um die Anzahl der Schwellwerte, die ausgewählt werden können, zn ändern oder um andere Bedingungen für die Auswahl jedes Schwellwertpegels aufzuerlegen.

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Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Digitalisierlang von Analog-Eingangssignalen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Umsetzen von Abtastproben des Eingangssignales in digitale Pegelwerte, die verschiedene vorgegebene Amplituden des Eingangsignales anzeigen,

- Einteilen der Pegelwerte in mehrere Pegelwertgruppen,

- Zählen erster und zweiter relativer Häufigkeiten des Auftretens eines ersten und eines zweiten Paares der Pegelgruppen,

- Auswählen eines Schwellwertes für jede Abtastprobe aus mehreren möglichen Schwellwerten, die verschiedenen vorgegebenen Bereichen der relativen Häufigkeiten zugeordnet sind, und

- Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn eine Abtastprobe einen Schwellwert überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Amplituden in nichtlinearer Beziehung zueinander stehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählen der relativen Häufigkeit des Auftretens mindestens einer Gruppe des ersten Gruppenpaares verhindert wird, wenn eine der relativen Häufigkeiten einen vorgegebenen Wert erreicht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Häufigkeit des Auftretens eines dritten Paares der Gruppen gezählt wird, wenn eine der relativen Häufigkeiten den vorgegebenen Wert erreicht.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 gekennzeichnet durch

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- einen Umsetzer (20, 28, 30) für das Analog-Eingangssignal zur Erzeugung digitaler Pegelsignale, die verschiedene vorgegebene Amplituden des Eingangssignales anzeigen,

- eine Reihe von an den Umsetzer angeschlossenen Steuerschaltungen (70, 80) die auf verschiedene Gruppen von Pegelsignalen ansprechen und Richtungs-Steuersignale zur Steuerung von Zweirichtungszählern (50, 60) erzeugen, die Zustandssignale liefern, die vorgegebene Zählerinhalte anzeigen, und

- Ausgabe-Torschaltungen (40), denen die Zustandssignale der Zweirichtungszähler zugeführt werden und die eines der Pegelsignale als Schwellwert auswählen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Steuerschaltungen (70) mindestens mit einem der die Zustandssignale erzeugten Zweirichtungszähler (60) verbunden ist zum Modifizieren mindestens einer der Gruppen von Pegelsignalen.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Steuerschaltungen einen der Zweirichtungszähler bei einem vorgegebenen Zählerinhalt in den Sättigungszustand bringt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Steuerschaltungen (80) vom decodierten Inhalt des eigenen (60) und des anderen Zweirichtungszählers (50) beeinflußt wird.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs-Torschaltung an die Umsetzvorrichtung angeschlossen ist zur Erzeugung eines Ausgangssignales auf jedes der Pegelsignale hin, das eine vorgegebene Beziehung zu dem Schwellwert aufweist.

RO 972 003

409826/1106