Устройство для отображения графической информации на экране электронно-лучевой трубки Советский патент 1986 года по МПК G09C1/08 

11

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть использовано в аппаратуре систем отображения графической информации и предназначено для воспроизведения на экране ЭЛТ кривых, которые задаются параметрически законом изменения координат точек кривых от ; времени.

Цепь изобретения - повьшение быстродействия устройства.

На фиг . 1 и-зображена блок-схема устройства;на фиг,2 - схема блока вычиеления коэффициентов кусочно- линейной функции Шаудера; на фиг,3 - пример интерполяции с неравномерным шагом кривой X (t) эллипса.,

Устройство содержит генератор счетных импульсов, элемент 2 задержки, вход которого является вхсУ- дом 3 устройства, третий 4 и четвертый 5 элементы И, первый делитель б импульсов, первый счетчик 7 числа участков аппроксимации, дешифратор 8 первый 9 и второй 10 блоки вътислени коэффициентов кусочно-линейной функции Шаудера, пятый 11 и шестой 12 элементы И, первый 13 и второй 14 регистры, первый 15 и второй: 16 элементы И, первый 17 и второй 18 реверсивные счетчики, первьм 19 и: второй 20 цифроа налоговые преобразова тели, второй счетчик 21, второй делитель 2 импульсов, третий счетчик 23, блоки 24 и 25 задания начала и конца дуги соответственно, первый 26 и вт.орой 27 блоки сравнения, формирователь 28 видеосигнала и первый 29, второй 30 и третий 31 выходы устройства.

Схема блока вычисления коэффициентов кусочно-линейной, функции Цауде ра для случая л/ 8 (фиг,.2) содержит блок 32 памяти, накапливающий сумматор 33, элемент ИЛИ 34, элементы ИЛИ 35-41, триггеры 42-49,

.элементы И 50-57, элементы 58-68 задержки и входы 69-76 блока.

Входы цифроаналоговых преобразо- пателей 19 и 20 подключены к выходам соответственно первого и второго реверсивных счетчиков 17 и 18, вторы входы первого 15 и второго 16 элементов И объединены и подключены к выходу второго счетчика 21, вход кото.рого. подключен к входу второго делителя импульсов и выходу третьего алемента И, первый вход которого

43015

подключен к входу генератора счетных импульсов, выход дешифратора подключен к выходу первого счетчика, вход которого) подключен к выходу первого

5 делителя импульсов , первый и второй входы формирователя импульсов яркости подключены соответственно к выходам первой и второй схем срав - нения, первые входы которых подклю0 чены соответственно к выходам блоков задания начала и конца дуги, а вторые входы объединены и подключены к выходу третьего счетчика, вход которого подключен к выходу второго

(5 делителя И1 тульсов, выходы формирователя импульсов яркости, первого и . второго цифроаналоговых преобразователей являются соответств.енно-первым, вторьм и третьим выходами устройства,

20 причем входы первого и второго реверсивных счетчиков подключены соот- FjeTCTBeHHo к выходам первого и второго элементов И, первые входы которых через первый и второй регистры

25 соответственно подключены к выходам пятого и шестого элементов И, первые входы которых подключены к выходам первого и второ; о блоков вычисления коэффициентов кусочно-линейной

30 функции Шаудера соответственно,

группы которых объединены и подключены к выходам дешифратора, вторые входы пятого и шестого элементов И об7 единены и подключены к выходу

, первого делителя импульсов, управляю- ший вход устройства подключен к второму входу четвертого элемента И и через элемент задержки к второму входу третьего элемента И, вход

Q первого делителя импульсов под- клйче1- к выходу четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов.

На фиг, 2 семь элементов ИЛИ 35- 41 разделены на три группы, первую образуют один элемент ИЛИ 35, вто- Р ую - два элемента 36 и 37, третью - четыре элемента 38-41, Первый вход

сумматора. 33 подключен к выходу элемента ШШ 34, а второй вход - к выходу блока памяти 32, семь входов элемента ИЛИ 34 подключены соответственно к входам блока вы55 числения,восемь входов блока 32,памя- ти подключены соответственно к выходам элементов И 50-57, первые входы которых подключены к выходам триггеров 42-49, а вторые входы элементов И 51-57 подключены к выходам элемен топ ИЛИ 35-41, второй вход элемента И 50 подключен к нулевому входу блока вычисления, первые входы эле- ментов ИЛИ 35,36 и 38 последовательно Соединены между собой через элементы 58,59 и 61 задержки, первый вход влемента ИЛИ 35 соединен с нулевым входом блока вычисления. Пер- вый вход блока вычисления соединен с входом элемента ИЛИ 38, второй вход - с элементом ИЛИ 36 и -через элемент 60 задержки - с входом элемента Ш1И 38, который через элемент 63 задержки соединен с входом элемента ИЛИ 39. Третий вход блока вычисления соединен с входом элемента ИЛИ 39. Четвертый вход блока вычисле ния соединен с входом элемента / ИЛИ 35, через элемент 62 задержки - с входом элемента ИЛИ 36, который через элемент 64 задержки соединен с входом элемента 1-ШИ 37, который через элемент 65 задержки соединен с входом элемента ИЛИ 39, который через элемент 68 задержки соединен с входом элемента ИЛИ 40. Пятый вход блока вычисления соединен с входом элемента ИЛИ 40. Шестой вход блока вычисления соединен с входом элемен

Приближение (1) является кусочно- 30 линейной интерполяцией x(t) по систе- ме равноотстоящих узлов t- . Воспроизведение x(t) как функции времени в равноотстоящих отсчетах аргумента

Ч -I; q 0,1,...,Q, может быть произведено следующим образом:

4).4 я- 1,2...

Q

та ИЛИ 37, который через элемент задержки соединен с входом элемента ИЛИ 40,который через элемент 67-за- . держки соединен с входом элемента ИЛИ 41 . Седьмой вход блока вычисления соединен с входом элемента ШЫ 41 .

Блоки задания начала и конца дуги представляют собой обычные регистры для хранения значений t коорди- 40 нат начала и конца дуги.

Каждый элемент задержки в блоке вычисления разностей задерживает пришедший на его вход импульс на время О - время, необходимое для выборки 45 данного из блока памяти и выполнения операции сложения в накапливающем сумматоре. Элемент 2 задержки в самом устройстве задерживает импульс. -с -г - -- на время At - время, равное-периоду 5п . воспроизводится следования импульсов на выходе делителя числа участков 6 аппроксимации, соответствующего времени между узлами интерполяции.

(2)

где Р:( - разности функций x(t) на

4jВ блоке памяти хранятся коэффициенты Шаудера Cj функций x(t) , y(t), а. их воспроизведение на 1-ом

одновременно с вычислением f для следующего (i+l)-ro отрезка следую - .щим образом в соответствии со следующим рекуррентным алгоритмом. , Угловые коэффициенты наклона

Известно, что любая непрерьшная 55 аппроксимирующих линий ,- могут функция,x(t) на о, Ij может быть разложена в ряд по системе кусочно- линейных функций Шаудера Sj (t ,

быть получены из значений коэффициентов Шаудера Cj для л/ 8 в соответствии с выражением

представляющих собой полную систему

линейно независимых, функций:

VM(1)

Mt)C..5j(t),

коэффициенты

ы

определяк)тся с помощью преобразования Хаара над первыми разностями

S. x(t,.) - X (t..,).

с н д Соо х(0);

-{М.

г-ч:::

А

1 --0,А,

л/

- матрица дискретного преобразования Хаара размерностью

N N;

Р - порядок J-и функции Иаудера.

Приближение (1) является кусочно- линейной интерполяцией x(t) по систе- ме равноотстоящих узлов t- . Воспроизведение x(t) как функции времени в равноотстоящих отсчетах аргумента

Ч -I; q 0,1,...,Q, может быть произведено следующим образом:

4).4 я- 1,2...

Q

с -г - -- воспроизводится

-с -г - -- . воспроизводится

где Р:( - разности функций x(t) на

4jВ блоке памяти хранятся коэффициенты Шаудера Cj функций x(t) , y(t), а. их воспроизведение на 1-ом

аппроксимирующих линий ,- могут

быть получены из значений коэффициентов Шаудера Cj для л/ 8 в соответствии с выражением

ifflH .

с - с,+

}

(3)

-С +

С + С,

С, + Cj-С ;

С, - ,;

С„ - С,+ ,;

С(, - С,- Сз+с- ;

с, - с,- с,-с,.

Если выразить в (З) каждое значение S. через предыдущее S- , то

S, с -ь с,+ с,+ с/, &. fc- 2с,; , ,- 2С,+ с ,- 2Cj;

64 5,- 2с,+ с,+ с + .,-

«6 V 2с,+ с ; ц) . г 4- 2С.,:

в общем, виде алгоритм (4 ) можно описать следующим образом. Обозна-- чим двоичное представление V 1,N через i i ,i,...,ij.

N 2; P - номер первой единицы справа в двоичном представлении / ; & - десятичный эквивалент двоичного кода Ii ,i ,...,if-Л , причем если Р 1, то Е 0. Тогда

,.s,-,,4-2)-V.,,+

Г л

,f7,..Я)

г pt/(

С

Это выражение положено в основу схемы соединений входов блока вычисления с элементами ИЛИ (фиг.2 )..

Устройство например, для л/- 8) работает следующим образом.

В начальный момент времени счетчики 21 и 23, реверсивные счетчики 17 и. 18, накапливающий сумматор 33 Находятся в нулевом состоянии, счетчик 7 - в состоянии 1111 ,. .., 1 1 .N триггеров 42-49 в каждом блоке вы-., числения установлены в нулевом или единичном состоянии в зависимости от

того, является ли коэффициент Шаудера, срответствутощий этому триггеру, нулевым или нет:

Состояние триггера с номером

0

5

0

5

0

5

5

0

5

J

1,если С; О

, V

О,если Cj 0. Число хранящихся в блоках 32 памяти коэффициентов Шаудера равно числу триггеров,находящихся в ненуле вом состоянии, их число в общем случае меньше /V.

В блоках задания координат начала и конца дуги установлены соответ- ствук,)щие значения аргумента t и «он Коэффициенты пересчета делителей 6 и 22 заданы, исходя из требований точности аппроксимации и обеспечения необходимой гладкости кривой на экране.;

Подается управляющий сигнал на вход 2, отпирается элемент И 5, импульсы с выхода генератора 1 начинают поступать на вход делителя 6, а затем.на выходы счетчика 7 и элементов И 11 и 12. Последние оказываются открытыми, и нулевые содержимые сумматоров 33 в блоках 9 и 10 будут переписаны в регистры 13 и 14. Тем временем счетчик 7 переходит в нулевое состояние, поэтому на нулевой выходной шине дешифратора 8 появляется импульс,(нумерация его выходов начинается с 69), который поступает на нулевые входы первого и второго блоков вычисления. Этот импульс, если триггер 42 находится в единичном состоянии, проходит на вход блока 32 памяти и-ИЗ него выбирается коэффици ент Чаудера С, . Если импульс на втором входе накапливающего сумматора 33 отсутствует, то выполняется обычная операция накапливающего сумми- рования;

2: с,

где 51 - содержимое сумматора;

(Jjj - суммируемьш код. Если же импульс на втором входе сумматора 33 имеется, то выполняется операция вида:

Z Z ,- 2С, .

В данном случае импульс на втором входе отсутствует, поэтому коэффициент подсуммируется к нулевому содержимому накапливающего сумматора 33, Через время t импульс,.задержавшись в элементе 58 задержки, появляется на втором входе элемента И 35, если триггер 43 находится в единичном состоянии, импульс пройдет на вход блока 32 памяти, коэффициент С будет выбран из блока 32 памяти и подсуммируется к содержимому накапливающего сумматора 33 (так как импульс на втором входе сумматора погпрежнему отсутствует ..

Аналогично через времена 2 и 3 t- будут выбраны коэффициенты С и С , и в результате через время 3 С после появления импульса на выходе элемента 5 И в сумматоре 33 окажется значение

0 С,+ С.

К моменту времени At появятся- два импульса - импульс на выходе элемента задержки, который открывает И 4, и очередной импульс на выходе делителя 6. Последний импульс открьгоает элементы И-11 и 12, и содержимые сумматоров 33 в обоих блоках вычисления разностей будут переписаны в регистры 13 и 14. Б этих регистрах происходит сдвиг их : содержимых на q - п разрядов вправо, т.е. реализуется операция S . Импульс с выхода счетчика 21 поступает на вторые входы элементов И 15 и 16, а затем на реверсивные счетчики 17 и 18. Таким Образом, в течение последующего отрезка времени происходит воспроизведение линии с угловым коэффициентом наклона 8 в счетчиках 17 и 18 в соответствии с (2). Одновременно в блоках вычисления разностей производится вычисление углового коэффициента наклона аппроксимирующих линий по осям ОХ и OY 5 по С5 ).

Содержтмое счетчика 7 становится равным 1, возбуждается первая щи- на дешифратора 8, и импульс проходит на первый вход обоих блоков 9 и 10. Импульс п рбходит через элемент ИЛИ 34 блока вычисления, на которой вход сумматора 33, а также на четвертую схему ИЛИ 38, поэтому если триг- гер 46 находится в единичном состоянии, из блока 32 памяти выбирается коэффшщент С . Накапливающий сумматор производит суммирование:

-z: Х- 2 с.

Таким образом, в сумматоре оказывается значение S..

По приходу очередного импульса с делителя 6 значения S с сумматоров

33 переписываются через открытые элементы И 11 и 12 в регистры 13 и 14, и начинается воспроизведение 5 линии на первом участке с угловым коэффициентом 5 по (2) . Одновременно в блоках вычисления произ - водятся вычисления значений cf для следующего второго отрезка. Далее

to работа устройства протекает без изменения .

Цифроаналоговые преобразователи 19 и 20 преобразуют значения выходных кодов реверсивных счетчиков 17

5 и 18 в аналоговый сигнал, который поступает на отклоняющую систему электронно-лучевой трубки.

Для воспроизведения на экране ЭЛТ КР1ШОЙ yпpaвляющIie сигналы, пос0 тупающие с формирователя 28 видеосигнала на вькод 31, подаются в блок яркости ЭЛТ (не показан). При чии управляющего сигнала с выхода 31 электронный луч засвечивает экран

5 ЭЛТ. При отсутствии этого управляющего сигнала блок яркости запирает электронный луч, и экран не засвечивается. Сигналы управления на формирователь 28 поступают с блоков 26

0 и 27 сравнения кодов, которые выдают сигналы при равенстве кодов, поступающих на первые входы со счетчика 23 и на вторые входы с блоков 24 и 25 задания координаты начала и 5 конца дуги. Счетчик 23 в определен ный момент времени обнуляется, и цикл работы устройства может быть повторен.

На фиг.3 изображен типичный случай кусочно-линейной интерполяции кривой X x(t:), представляющей собой эллипс.

Пусть узлы интерполяции t ,t , t ,. . ., tjy суть двоично-рациональные числа -у(Г , 7 , Р - произвольные целые. Тогда для того, чтобы

реализовать такую аппроксимацию необходимо хранить 8 угловых коэффициентов - первые два из которых имеют различные значения, последующие два - одинаковые, равные третьему, остальные четыре - одинаковые, равные пятому. В устройстве необходимо только приравнять нулю некоторые коэффициенты Шаудера старших групп и достаточно хранить лишь четыре коэффициента Шаудера С, С , С, С

и значение х(о) (фиг.31. Это означа ет, что триггеры 45,,47,48 и 49 находятся в нулевом состоянии. Поэтому в случае такой кусочно-линейной интерполяции с неравномерным шагом нужно хранить меньшее число параметров аппроксимации (в случае на фиг. 3 - в два раза.) Моделирование воспроизведения кривых с помощью предлагаемого устройства на универсальных ЭВМ показало, что если у кривых резко меняются вторая производная (например, эллитсы с большим эксцентриситетом , то число храни- мых коэффициентов может быть уменьшено в 3-4 раза и более.

Кроме того, в предлагаемом устройстве угловые коэффициенты наклона линий на разных участках ап- проксимации в обычной КЛА -(которая реализуется в известном устройстве) представляют величины одного порядка (например, фиг.З). Характерной особенностью разложения ( является быстрое убьшание по модулю с ростом J коэффициентов Шау- дера и независимость вычисления ко- )фициентов старших групп от значений уже вычисленных коэффициентов младших групп. Это означает, что если по каким-либо причинам необходимо уменьшить (ихш увелич:ить) чило отрезков аппроксимации (например , в процессе эксперимента возни кает необходимость улучшить качество воспроизведе1|ия кривой, увеличить гладкость воспроизводимьЬс кривых или наоборот° уменьшить и т.д то в предлагаемом устройстве для этого достаточно установить : некоторые т {)иггеры в блоках вычисления в нулевые состояния или, не меняя уже записанных в память коэффиц ентов , записать новые.

Формула изобретени

Устройство для отображения графической информации на экране элект- ронно-лучевой трубки, содержащее последовательно соединенные первый делитель частоты, первый счетчик и дешифратор, последовательно соединенные первый элемент И, первый реверс;ивньм счетчик и первый цифро- аналоговый преобразователь, последовательно соединенные второй элемент И, второй реверсивнъм счетчик и второй цнфроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные генератор импульсов, третий элемент И и второй счетчик, последователь- но соединенные второй делитель частоты, третий счетчик, первый блок сравнения и формирователь видеосигнала, последовательно соедлнень ые блок ;1адания координаты конца дуги и второй блок сравнения и блок задания координаты начала дуги, выход которого соединен с вторым входом nepBoi o блока сравнения, ,выход треть€ го счетчика соединен с вторым входом второго блока сравнения, выход впюрого счетчика соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выходы цифроаналоговых преобразователей соединены с отклоняющей системой электронно-лучевой трубки-5 о тлич ающ е е ся тем, ЧТО;, с целью повьшения быстродействия устройства, оно содержит . элемент задержки, вход которого является входом устройства, четвёртый элемент И, последовательно сое диненные первый блок вычисления коэффициентов кусочно-линейных функций Иаудера, пятый элемент И и пер-, вый регистр и последовательно сое- диненг-гые второй блок вычисления коэффициентов кусочно-линейных функ- I lay epa, шестой элемент И и второй регистр ,, выход которого сое- дийен с BTOfibiM входом второго элемента И, вход элемента задержки соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента задержки соеданен с вторым входом третьего элемента И, выходы дешифратора соединены с соответствующими входами первого и второго блоков вычисления коэффициентов кусочно-линейных функций Шаудерэ., выход первого регистра сое- дирген с вторым входом первого элемента И.

iHZMEhBt JL. I

TH

3

I T

JO

Фиг.1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано .в аппаратуре систем отображения графической ;информации и предназначено для воспроизведения на экране ЭЛТ кривых, которые задаются параметрически законом изменения координат точек кривых от времени. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства - достигается введением в устройство элемента задержки, элементов И,.регистров, блоков вычисления коэффициентов кусочно-линейных функций Шаудера и функциональных связей. Сущность изобретения заключается в воспроизведении кривой на экране ЭЛТ, заданной параметрически своими координатами X (t), Y (t) с помощью кусочно-линейной интерполяции этих координат рядом по-системе кусочно-линейных функций,Шаудера. Характерной особенностью разложе- W-1 ЛИЯ X(t) С +2- C--S; (t) является ° J.O быстрое убывание по модулю с ростом j коэффициентов Шаудера и независимость вычисления коэффициентов старших групп от знакений уже вычислен- . ных коэффициентов младших групп, т.е. при необходимости изменения числа отрезков аппроксимации достаточно некоторые триггеры в блоках вычисления коэффициентов кусочно- линейных функций Шаудера установить в нулевое состояние или, не меняя уже записанных в память коэффициентов , записать новые, что обеспечивает быстродействие, гибкость и .оперативность перестройки устройства, необходимые для использования в . системах интерактивной машинной графики в диалоговом режиме. 3 ил. о (Л

.З