СИСТЕМА ДЛЯ ВОСПРИЯТИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ АНИМИРОВАННЫХ ВИДЕОИЗОБРАЖЕНИЙ В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ Российский патент 1999 года по МПК G06T13/00 

Изобретение относится к системе для восприятия и воспроизведения последовательности анимированных изображений в реальном масштабе времени, содержащей, по меньшей мере, одну ступень восприятия данных, состоящую из блока памяти и ступени считывания/записи, состоящей в виде экрана или контроллера изображений, управляемого блоком центрального процессора для считывания и записи цифровой информации в блоке памяти, соответствующем, по меньшей мере, одной последовательности изображения, и ступени воспроизведения данных.

В общем случае такая система предназначена для восприятия, хранения и воспроизведения в реальном масштабе времени большого количества изображений высокого качества. При этом предполагается, что изображение состоит из набора точек или "пикселей", причем каждый пиксель закодирован 16-ю или 32-мя битами и что термин "реальный масштаб времени" означает возможность переключения целых изображений 25-30 раз в секунду с частотой кадров электронного изображения.

Для этого система должна иметь большой объем памяти, чтобы обеспечить необходимую емкость хранимой информации этого типа.

В системе восприятия и воспроизведения указанного выше типа устройство записи/считывания, образованное контроллером экрана в ступени восприятия данных, использует макрокоманды, выдаваемые центральным процессором для управления данными в блоке памяти, в частности, в случае операций считывания, записи и обновления. Параллельно ступень воспроизведения должна быть также в состоянии управлять доступом к блоку памяти, чтобы считывать с него информацию, соответствующую, по меньшей мере, одной последовательности изображений и затем воспроизводить эту последовательность на экране в аналоговой форме.

Ступень восприятия данных и ступень воспроизведения данных должны таким образом обе иметь доступ к блоку памяти, даже если они не способны осуществлять это одновременно на практике. В настоящее время не существует устройств памяти, обеспечивающих одновременный доступ, и поэтому применяются различные решения проблемы доступа к памяти.

Первое решение состоит в использовании арбитражной системы, устанавливающей последовательность и выделяющей часть полосы пропускания блока памяти (т. е. полное количество битов, которое может быть считано или записано за единицу времени) операциям считывания, записи и обновления, которые выполняются экранным контроллером ступени восприятия данных, и передающей остальную часть полосы пропускания ступени воспроизведения данных, чтобы позволить ей считывать последовательность изображений и воспроизводить ее на экране.

Второе решение состоит в использовании блока памяти, образованного динамическими видеоячейками оперативной памяти, имеющими специальный признак наличия сдвигового регистра, который работает в качестве интерфейса между блоком памяти и ступенью воспроизведения данных. Информация, обмениваемая между блоком памяти и ступенью воспроизведения данных, полностью проходит через этот регистр. В такой системе загрузка и/или разгрузка сдвигового регистра производится во время обратного хода луча развертки на экране, так что большая часть полосы пропускания блока памяти используется для управления данными в блоке памяти со стороны контроллера экрана.

Таким образом, оба описанные выше решения решают проблему двойного доступа к блоку памяти посредством попеременного доступа для управления данными в блоке памяти и доступов, нужных для графического воспроизведения данных, записанных в этот блок памяти.

Указанные решения приводят к системам с ограниченными возможностями в плане используемой мощности воспроизведения на экране, т.е. возможности сделать изображения движущимися ограничены. В таких системах время доступа в режиме считывания или режиме записи для управления записанными данными или данными, подлежащими записи в блок памяти, сравнительно велико, и в результате операции записи данных, связанные с записью новых последовательностей изображений в блок памяти, производятся с частотой, меньшей частоты воспроизведения точек изображения на экране (частота "пикселей"). На практике, такие системы работают на частотах порядка 3000000-4000000 пикселей в секунду, что сильно ограничивает возможности воспроизведения подвижных изображений в реальном масштабе времени.

Кроме того, технология оперативной памяти видеотипа является дорогостоящей по сравнению со стандартной динамической памятью, производимой в массовых масштабах.

Известна система для восприятия и воспроизведения последовательности анимированных изображений в реальном масштабе времени, содержащая по меньшей мере одну ступень восприятия данных, образованную блоком памяти и устройством считывания/ записи, выполненным в виде контроллера экрана или изображения, подключенного к центральному блоку управления, и ступень воспроизведения данных (см., например, заявку Японии 63-072277).

Согласно указанной заявке Японии, контроллер предназначен для поочередного переключения обоих блоков памяти с целью записи и считывания данных, так что контроллер не может одновременно считывать и записывать в двух блоках памяти.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования методов двойного доступа к блоку памяти и создания системы, обеспечивающей повышенное качество в плане мощности воспроизведения при меньшей, по сравнению с существующими системами, стоимости.

Поставленная задача решается тем, что предложена система для восприятия и воспроизведения последовательности анимированных изображений в реальном масштабе времени, содержащая по меньшей мере одну ступень восприятия данных, образованную блоком памяти и устройством считывания/ записи, выполненным в виде контроллера экрана или изображения, подключенного к центральному блоку управления, причем блок памяти ступени восприятия данных состоит, по меньшей мере, из двух автономных блоков памяти, один из которых связан с контроллером экрана или изображения, в которой, согласно изобретению, каждый из остальных автономных блоков памяти связан с соответствующим одним из дополнительно введенных контроллеров экрана или изображения, при этом автономные блоки памяти ступени восприятия данных с соответствующими контроллерами экрана или изображения выполнены с возможностью предназначения одного автономного блока памяти с соответствующим контроллером экрана или изображения для ступени восприятия данных, а другого автономного блока памяти с соответствующим контроллером экрана или изображения для ступени воспроизведения данных.

Целесообразно, чтобы ступень воспроизведения содержала по меньшей мере одно устройство преобразования для преобразования цифровых данных, взятых из автономного блока памяти и соответствующих последовательности изображений, в аналоговый или цифровой сигнал по телевизионному стандарту.

Полезно, чтобы каждый автономный блок памяти состоял из стандартных динамических устройств памяти с произвольным доступом синхронного или асинхронного типа.

Полезно также, чтобы каждый контроллер изображения был включен между автономным блоком памяти, с которым он связан, и центральным блоком управления и соединен с устройством преобразования.

Выгодно, чтобы контроллеры напрямую были соединены с периферийным устройством, выполненным в виде вспомогательного ЗУ или ЗУ на жестком диске.

Целесообразно, чтобы один из автономных блоков памяти ступени восприятия данных был подключен через относящийся к нему контроллер к вспомогательному ЗУ или блоку на жестком диске и параллельно другой автономный блок памяти ступени восприятия через относящийся к нему контроллер был подключен к ступени воспроизведения.

Такая конфигурация ведет к тому, что каждый контроллер образует точку пересечения, или переключающее устройство в смысле считывания и записи относительно четырех отдельных операционных блоков, являющихся периферийными для контроллера, а именно:
блока памяти типа DRAM,
блока центрального процессора,
вспомогательного блока памяти типа FIFO или SRAM или блока памяти с твердым диском и
аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователя ступени воспроизведения.

Система восприятия и воспроизведения по изобретению позволяет улучшить качество анимированных изображений при снижении стоимости оборудования.

Такая система делает возможным осуществлять высококачественную анимацию на практически всей площади экрана со скоростью порядка 12000000 пикселей в секунду, когда графическая анимация может представлять движения частей изображения или многих графических объектов вдоль осей плоскости изображения относительно фона, который может быть как неподвижным, так и движущимся.

Дополнительно предлагаемая система сделала возможным найти альтернативу использованию видеопамяти малой емкости и прежде всего, высокой стоимости, на основе использования стандартных блоков видеопамяти и без введения специальных аппаратурных ограничений.

Другим преимуществом заявленного изобретения является возможность оборудовать систему памятью, имеющей минимальную емкость 256 мегабайт (MB), указанная память может быть установлена, в частности, на печатной плате с максимальной площадью для введения в микрокомпьютер, например, по стандартам ISA, MCA, EISA или NUBUS.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его выполнения со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает упрощенную блок-схему системы по известному уровню техники для восприятия и воспроизведения последовательностей изображений,
фиг. 2 - упрощенную блок-схему системы, являющейся воплощением изобретения для восприятия и воспроизведения последовательностей изображений, и
фиг. 3 - упрощенную блок-схему варианта выполнения изобретения.

Система по известному уровню техники изображена на фиг. 1 и содержит ступень 2 восприятия данных, а также ступень 3 для графического воспроизведения этих данных.

Ступень 2 восприятия данных содержит блок памяти М и устройство считывания/записи, состоящее из контроллера экрана CRTC, управляемого центральным блоком управления CPU. Блок памяти М выполнен на видеопамяти с произвольным доступом VRAM, связанным со сдвиговым регистром RG. Контроллер экрана CRTC сообщается с блоком памяти М по интерфейсной шине b1 для осуществления операций считывания/записи в памяти типа VRAM, и с центральным блоком управления CPU по шине b2, и с интерфейсом ввода/вывода, связанным с шиной b2, для осуществления соединения с периферийной аппаратурой (не показана).

Ступень 3 воспроизведения данных содержит устройство преобразования 4, в которое входит преобразователь цифра-аналог DAC и преобразователь аналог-цифра ADC. Устройство преобразования 4 шиной b3 соединено со сдвиговым регистром RG блока памяти М и шиной b4 с экраном телевизионного типа E с разверткой времени.

Указанная система поочередно распределяет блок памяти M между ступенью восприятия данных 2 и ступенью воспроизведения 3 для воспроизведения информации со всеми недостатками, которые вытекают из такой очередности.

Система по изобретению для восприятия и воспроизведения анимированной последовательности изображений в реальном масштабе времени, как показано на фиг. 2, содержит также ступень 2 для восприятия данных в цифровой форме и ступень 3 для графического воспроизведения этих данных.

Ступень 2 восприятия данных содержит блок памяти M, который разделен на, по меньшей мере, два автономных блока памяти M1 и M2, каждый из которых состоит из стандартного динамического устройства памяти с произвольным доступом DRAM, которое может быть синхронного или асинхронного типа. Каждый из блоков памяти M1 и M2 связан с устройством считывания/записи, являющимся экранным контроллером или контроллером изображения CRTC1 или CRTC2. Два контроллера управляются от центрального блока управления CPU. Каждый блок памяти M1 и M2 соединен соответствующей шиной b10 с соответствующим контроллером CRTC1 или CRTC2. Центральный блок управления CPU соединен шиной b11 с обоими контроллерами CRTC1 и CRTC2.

Ступень 3 воспроизведения данных в данном примере выполнения того же общего типа, что и описанная согласно фиг. 1, и содержит устройство преобразования 4 цифра-аналог DAC и/или аналог-цифра DAC вместе в экраном E. Устройство преобразования 4 соединено шиной b12 с обоими контроллерами CRTС1 и CRTC2. Устройство преобразования 4 используется, например, для преобразования цифровых данных, снимаемых с блока памяти и соответствующих последовательности изображений в аналоговый или цифровой телевизионный сигнал по соответствующему стандарту.

Дополнительно, два контроллера CRCT1 и CRСT2 соединены шиной b15 с периферийным элементом, таким как вспомогательная память MO с целью прямого приема данных, получающихся при компандировании последовательностей изображений, подлежащих воспроизведению.

Таким образом, при работе возможно разместить один из блоков памяти, например, блок M1 и относящийся к нему контроллер CRTC1 в ступени 2 восприятия данных с целью осуществления операций над данными, которые были записаны или которые еще подлежат записи в блок памяти M1, поочередно с другим блоком памяти M2 и относящимся к нему контроллером CRTC2, которые помещаются в ступени 3 воспроизведения данных для графического воспроизведения на экране E последовательностей изображений, которые записаны в блоке памяти M2.

При функционировании ступень 3 воспроизведения данных может иметь постоянный доступ к одному или другому из блоков памяти M1 или M2 без доступа к одному блоку памяти поочередно во времени ступени восприятия 2 и ступени воспроизведения 3.

Таким образом, в то время как последовательности изображений воспроизводятся и анимируются на экране E на основе цифровых данных, взятых с одного из блоков памяти, новые последовательности изображений могут записываться в другой блок памяти, прежде чем они будут воспроизведены и анимированы, что делает возможным обеспечить совершенную непрерывность анимации на экране.

На фиг. 3 приведен пример выполнения изобретения, позволяющий расширить возможности заявленного решения.

В данном варианте каждый из контроллеров CRTC1 и CRTC2 соединен с процессором CPU и через вспомогательную или буферную память M10, имеющую ширину 16 или 32 бита с двумя управляющими потоком информации в двух направлениях битами, например, для увеличения скорости процессирования, а также с вспомогательной или буферной памятью MO, причем две памяти MO соединены шиной b13 с кодирующе-декодирующим устройством CODEC, которое, в свою очередь, соединено с жестким диском D, т.е. с промежуточной вспомогательной или буферной памятью М11.

Таким образом, для операций компандирования - сжатия данных или экспандирования - расширения данных - последовательностей изображений, с применением межкадрового способа, подчиняющегося стандарту (например, MPEC I, MPEC II или CCITT H.261), используется устройство кодирования/декодирования CODEC, которое должно одновременно обрабатывать, по меньшей мере, три потока данных, так чтобы процессировать изображение i+1 на основе ранее процессированного изображения i.

В режиме компандирования последовательности изображений устройство кодирования-декодирования CODEC выполняет следующие операции: обрабатывает первый входной поток данных - видеосигналов, которые оцифрованы и запомнены в плоскости или блоке памяти М1 контроллером CRTC1, причем указанный входной поток поступает от внешнего источника, например видеокамеры;
обрабатывает второй входной поток данных - видеосигналов, которые оцифрованы и запомнены в блоке памяти М2 контроллером CRTC2, причем эти сигналы соответствуют предыдущему изображению i, и
обрабатывает третий выходной поток оцифрованных сигналов, которые были компандированы и обработаны кодирующе-декодирующим устройством и которые позволяют преобразовать изображение i+1 на основе изображения i, причем эти сигналы засылаются на твердый диск D.

В режиме экспандирования кодирующе-декодирующее устройство CODEC выполняет следующие операции:
- обрабатывает первый входной поток, соответствующий потоку компандированных цифровых сигналов, считанных с твердого диска D;
- обрабатывает второй входной поток, соответствующий оцифрованным сигналам, которые были экспандированы в предыдущем этапе и которые берут с одной или другой памяти М1 или М2, и подают на CODEC через контроллер экрана, связаны с соответствующим блоком памяти М1 или М2, и
- обрабатывает третий выходной поток процессированных и экспандированных оцифрованных сигналов, соответствующих изображению i+1 и посылаемых на другой контроллер потока для воспроизведения на экране.

Указанные операции компандирования и экспандирования значительно облегчаются наличием двух контроллеров CRTC1 и CRTC2.

Устройство может работать в противоположной последовательности в том смысле, что графические изображения не воспроизводятся, а берутся с экрана E для записи в блоки памяти М1 и М2 и последующего хранения их, например, во вспомогательной памяти.

Таким образом, ступень 3 воспроизведения данных может воспринимать данные, соответствующие последовательности изображений, и может хранить эти данные альтернативно в блоке памяти М1 или М2 через связанный с ним контроллер CRTC1 или CRTC2, а ступень 2 восприятия данных может считывать эти данные альтернативно с другого блока памяти М2 или М1 через связанный с ним контроллер CRTC2 или CRTC1 и хранить эти данные во вспомогательной памяти или в блоке памяти с твердым диском.

Оборудование для анимирования в реальном масштабе времени на телевизионном экране может использоваться, например, в диалоговых играх потребителями.

Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование в системах воспроизведения изображений позволяет повысить качество воспроизведения при меньшей стоимости системы. Система для восприятия и воспроизведения последовательности анимированных изображений в реальном масштабе времени содержит по меньшей мере одну ступень восприятия данных, образованную блоком памяти и устройством считывания/записи, выполненным в виде контроллера экрана или изображения, подключенного к центральному блоку управления, причем блок памяти ступени восприятия данных состоит по меньшей мере из двух автономных блоков памяти, один из которых связан с контроллером экрана или изображения. Технический результат достигается благодаря тому, что каждый из остальных автономных блоков памяти связан с соответствующим одним из дополнительно введенных контроллеров экрана или изображения, при этом автономные блоки памяти ступени восприятия данных с соответствующими контроллерами экрана или изображения выполнены с возможностью предназначения одного автономного блока памяти с соответствующим контроллером экрана или изображения для ступени восприятия данных. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система для восприятия и воспроизведения последовательности анимированных изображений в реальном масштабе времени, содержащая по меньшей мере одну ступень восприятия данных, образованную блоком памяти и устройством считывания/записи, выполненными в виде контроллера экрана или изображения, подключенного к центральному блоку управления, причем блок памяти ступени восприятия данных состоит по меньшей мере из двух автономных блоков памяти, один из которых связан с контроллером экрана или изображения, отличающаяся тем, что каждый из остальных автономных блоков памяти связан с соответствующим одним из дополнительно введенных контроллеров экрана или изображения, при этом автономные блоки памяти ступени восприятия данных с соответствующими контроллерами экрана или изображения выполнены с возможностью предназначения одного автономного блока памяти с соответствующим контроллером экрана или изображения для ступени восприятия данных, а другого автономного блока памяти - с соответствующим контроллером экрана или изображения для ступени воспроизведения данных. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что ступень воспроизведения содержит по меньшей мере одно устройство преобразования для преобразования цифровых данных, взятых из автономного блока памяти и соответствующих последовательности изображений, в аналоговый или цифровой сигнал по телевизионному стандарту. 3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждый автономный блок памяти состоит из стандартных динамических устройств памяти с произвольным доступом синхронного или асинхронного типа. 4. Система по п.2, отличающаяся тем, что каждый контроллер экрана или изображения включен между автономным блоком памяти, с которым он связан, и центральным блоком управления и соединен с устройством преобразования. 5. Система по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что контроллеры экрана или изображения напрямую соединены с периферийным устройством, выполненным в виде вспомогательной памяти или блока с жестким диском. 6. Система по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что один из автономных блоков памяти ступени восприятия данных подключен через относящийся к нему контроллер экрана или изображения к вспомогательной памяти или блоку с жестким диском и параллельно другой автономный блок памяти ступени восприятия данных через относящийся к нему контроллер экрана или изображения подключен к ступени воспроизведения данных.