[0001] Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf das gesamte Gebiet der digitalen
Signalverarbeitung, vorrangig bei der Verarbeitung großer Datenmengen in vorgegebenen
Zeiten, beispielsweise in der digitalen Bild- und Tonverarbeitung. Die Erfindung betrifft
ein Verfahren der digitalen Signalverarbeitung zum gewichteten Summieren von Daten,
wobei das gewichtete Summieren von Daten vielfach auch als Mischen bezeichnet wird.
[0002] Bekannterweise erfolgt die digitale Signalverarbeitung heute zum großen Teil mit
Signalprozessoren. In der Bild- und der Ton-Bearbeitung werden 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 Abtastfrequenz.
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 tontechnischen Anlagen, die zum Beispiel auch
für die Deltastereofonie 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 naheliegendste 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 Ausgangsignale
ausreichen müssen. Durch den enormen Steuerungsaufwand ist ein dynamisches Routing
wie es für Deltastereofonieanlagen erforderlich ist, nicht möglich. In der US-PS 4993073
wird die Summation der bereits mit Koeffizienten multiplizierten Eingangssignale mit
den Signalprozessoren erledigt, wobei jedoch ein zusätzlicher Bus vorhanden ist, der
nur mit dem Nachbareingang verbunden ist. Jeder Signalprozessor summiert zu dem Ergebnis
des Nachbarprozessors 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.
[0003] In den DE-OS 3346500 und DE-OS 39066734 erfolgt die Summation der digitalen Eingangswerte
in dem analogen Signalverarbeitungsteil, 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 nachgeschaltete Filter erzeugt dann die Summation
der Eingangssignale. Dieses Verfahren ist jedoch nur anwendbar, wenn das gemischte
Signal auch in analoger Form benötigt wird. Außerdem benötigt auch dieses Verfahren
für jedes Eingangssignal einen einzelnen Zeitschlitz und verlangt nach sehr hohen
Abtastfrequenzen für den DA-Wandler.
[0004] Das Ziel der Erfindung ist eine digitale Mischung von Signalen unter Echtzeitbedingungen,
ohne großen Steuerungsaufwand, mit einem parallelen Bus, der in jedem Zeitschlitz
ein anderes, durch Mischung entstandenes Signal führen kann und ohne daß dabei Zeitschlitze
für Eingangssignale reserviert werden müssen, wobei außerdem ein probelemloses dynamisches
Routing erzielt werden soll.
[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens zur digitalen
Siganalverarbeitung.
[0006] Diese Aufgabe wird durch einen "summierenden Bus" gelöst, bei dem alle mit Koeffizienten
gewichteten Eingangsignale gleichzeitig an ein Summierfeld gelegt werden, dessen Ausgang
den Busfürdie durch Mischung entstandenen Ausgangssignale bildet. Das Summierfeld
besitzt dabei mindestens soviele Eingänge wie Eingangssignale vorhanden sind. Grundsätzlich
werden alle vorhandenen Eingangssignale mit Koeffizienten multipliziert und dem Summierfeld
zugeführt. Die durch Mischung entstandenen Ausgangssignale sind somit immer die Summe
aus allen Eingangssignalen. Eingangssignale, die nicht für die Mischung mit dem momentanen
Ausgangssignal bestimmt sind, werden mit dem Koeffizienten "Null" multipliziert. Ein
dynamisches Routing bewirkt somit keine Änderung des Signalflusses, sondern nur eine
Modifikation in einer Tabelle der Koeffizienten.
[0007] Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen
Zeichnung ist das Prinzip einer erfindungsgemäßen Mischanordnung mit drei digitalen
Eingangssignalen IN1, IN2 und IN3 und drei digitalen Ausgangssignalen 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 Eingangssignale IN1, IN2, und IN3 mit den Koeffizienten
c1 i
*IN1, 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 zugeführt 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 Ausgangsignal OUT2, in diesem Beispiel,
wird.
1. Verfahren der digitalen Siganalverarbeitung, bei dem Eingangssignale zu Ausgangssignalen
gemischt werden und bei dem mindestens jedem Ausgangssignal ein Zeitschlitz auf einem
Bus zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit Koeffizienten gewichteten
Eingangssignale gleichzeitig an ein Summierfeld gelegt werden, dessen Ausgang den
BusfürdasAusgangssignal bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Pipelining des Summierfeldes
der Zeitschlitz, in dem die mit Koeffizienten gewichteten Eingangssignale an das Summierfeld
gelegt werden, verschieden von dem Zeitschlitz ist, in dem das diesen Eingangssignalen
zugeordneten Ausgangssignal des Summierfeldes vorhanden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Auslegung
des Summierfeldes ein zeitlicher Versatz zwischen den einzelnen mit Koeffizienten
gewichteten Eingangssignalen, die einem Ausgangssignal zugeordnet sind, vorhanden
ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1; 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten
zur Wichtung der Eingangssignale aus wenigen Werten wie Null oder Eins bestehen.