Устройство для обработки сигналов изображений Советский патент 1987 года по МПК H04N5/66 

Изобретение относится к телевизионным средствам обработки и отображения информации с применением средств вычислительной техники и ;может быть использовано в медицине, в научных исследованиях и т.д.

Цель изобретения - уменьшение времени обработки за счет обеспечения возможности непосредственной адресации видеопамяти процессором.

На фиг, 1 представлена структур-, ная электрическая схема устройства для обработки сигналов изображений, на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока управления доступом, на фиг. 3 - структурная электрическа схема блока управления видеопамятью, на фиг. 4 - диаграмма распределения адресного пространства процессора.

Устройство для обработки сигналов изображений (фиг, 1) содержит процессор 1, блок 2 основной памяти, блок 3 сопряжения, блок 4 дополнительной памяти, блок 5 управления доступом, блок 6 управления видеопа- мятью, блок 7 видеопамяти, видеопроцессор 8, видеоконтрольный блок 9, блок 10 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и источник 11 телевизионного сигнала,,

Блок 5 управления доступом (фиг, 2) содержит селектор 12 адреса элемент 13, задержки, формирователь 14 сигнала окончания обмена, первый элемент И-НЕ 15, первый инвертор 16, второй элемент И-НЕ 17, элемент И 18 триггер 19, второй инвертор 20, элемент ИЛИ 21, третий инвертор 22, второй элемент И 23 и формирователь 24 сигнала состояния,

Блок 6 управления видеопамятью (фиг, 3) содержит блок 25 протокола обмена, буфер 26 данных, буф.ер 27 адреса, мультиплексор 28 адреса, генератор 29 адресов развертки, блок 30 управления, синхронизатор 31,. буфер 32 развязки шин и буфер 33 обмена .

Устройство для обработки сигналов изображений работает следующим образом.

Вся область памяти, адресуемой процессором 1 при обращении к памяти по системной шине, разбивается на две части (фиг. 4а): область 34 постоянна адресуемой памяти и область 35 памятиJ адресуемой постранично. При ,обращении процессора 1 к области

34всегда происходит цикл обмена данными в блоке 2 основной памяти. При обращении к области 35 происходит цикл обмера данными либо с блоком 4 дополнительной (затеняемой) памяти, либо с блоком 7 видеопамяти (фиг, и ), В последнем случае в осуществлении цикла принимает участие блок

6управления видеопамятью. Цикл обмена происходящий в одном из блоков 4

или 7, определяется режимом работы блока 5 управления доступом.

Любой блок, подключенный к системной шине и захвативший ее (например, процессор 1 или блок 3 сопряжения) 5 может обращаться к любым устройствам,подключенным к системной шине и запрограммированным на обмен с шиной, В частности, захвативший шину блок, называемый активным, может обращаться к памяти, подключенной к шине. При обращении к облас- .ти 34 цикл обмена происходит в блоке 2 основной памяти (как в обычной ЭВМ), При обращении к области

35откликается либо блок 4 дополнительной затеняемой памяти, либо блок 6 управления видеопамятью, который проводит цикл обращения к видеопамяти. Блок 5 управления доступом может быть запрограммирован с системой шины для разрешения доступа либо к памяти в блоке 4, либо к памяти в блоке 7, Блок 5 построен так, что при обращении к области 35 всегда проводится цикл памяти (чтение или запись) только в одном из блоков 4 или 7, Блок 6 управления видеопамятью имеет три интерфейса: один - для системной шины (контролируемый блоком 5 управления доступом) , второй - для шины обмена видеоданными, например, с видеопроцессором 8 или с блоком 10 АЩ1, и третий - для проведения обменов с видеопамятью. При проведении цикла обмена между системной шиной и блоком

7видеопамяти блок 6 принимает адреса и команды от системной шины, анализирует состояние линии разрешения обмена, подключенной к выходу блока 5 управления доступом, и, если обмен разрешен, формирует необходимые последовательности команд,для проведения цикла обмена в блоке 7 видеопамяти, пересыпая при этом данные либо от системной шины к блоку 7 либо от блока 7 к системной шине.

При передаче данных с большой скоростью на видеопроцессор 8 блок самостоятельно формирует последовательности адресов и команд для блока 7 видеопамяти, ,в котором производятся циклы чтения, и передает данные с шины обмена с видеопамятью на шину обмена видеоданнь ми. Блок 10 АЦП при этом запрограммирован с системной шиной так, что не возникает конфликтов на шине обмена цифровыми видеоданными. Видеопроцессор 8 принимает данные с указанной шины, производит над ними арифметические и логические операции при помощи системы арифметико-логических устройств и таблиц на основе сверх- Ьперативных запоминающих устройств и преобразует результаты этих опера ций в аналоговую форму, пригодную дпя управления видеоконтрольным блоком 9, Преобразование в аналоговую форму производится с помощью быстрых цифроаналоговых преобразователей. Помимо управления видеоконтрольным .блоком 9 видеопроцессор 8 программируется с системной шины на соответ- ствутщле режи№|1 работы. Блок 6 управления видеопамятью осуществляет разрешение приоритетов между запросами циклов обращения к блоку 7 видеопамяти для видеопроцессора 8 и системной шины. Блок 10 АЦП может быть запрограммирован с системной шины на прием аналогового телевизионного сигнала от источника 11, преобразование аналогового сигнала в цифровую форму и передачу цифровых данных на шину обмена видеоданными, которые могут быть записаны через блок 6 в блок 7 видеопамяти и/или получены видеопроцессором 8 для обработки и визуализации в видеоконтрольном блоке 9.

Рассмотрим работу блока 5 управления доступом (фиг. 2).

Все внешние сигналы поступают на блок 5 управления доступом и выходят из него в отрицательной логике.

Селектор 12 адреса анализирует старшие разряды адреса системной ши- Hbi и при их определенном сочетании и наличии одной из команд обращения к вводу/вьшоду (определяется в элементе ИЛИ 21) формирует сигнал обращения к блоку 5. управления доступом. При наличии такого сигнала и команды записи появляется сигнал на выходе одного из элементов 15

285623

-ШИ

fO

15

20

17 (в зависимости от состояния младшего разряда адреса). При этом триггер 19 перебрасывается в определенное состояние, разрешая тем самым работу одного блока памяти и запрещая работу другого. Элемент И 18 необходим для установки блока 5 управления доступом в определенное состояние при сбросе системы. В приведенном примере схемы после окончания команды сброса разрешается доступ к блоку 4 затеняемой памяти (режим ЗП) .Сигнал обращения к блоку 5 управления доступом после некоторой задержки в элементе 13 задержки разрешает вьщачу формирователем 14 сигнала окончания обмена, который сообщает устройству, ведущему цикл системной шины, что операция закончена. При обращении к блоку 5 управления доступом с командой чтения формирователь 24 выдает на одну из линий данных системной шины состояние триггера 19, что позволяет определить ре- жим, в котором находится блок 5 управления доступом. / Блок 6 управления видеопамятью (фиг. 3) работает еледуюшд1м образом.

Блок 25 протокола обмена анализирует команды и адреса, поступающие от системной шины. При определенных сочетаниях адресов на входе блока 25 и наличии команд обращения с системной шины к устройствам ввода/вывода формируются команды обращения к генератору 29 адресов развертки или к блоку 30 управления, поступаю- шре на соответствующие их-входы. При этом через буфер 26 данные с системной шины передаются к генератору 29 или к блоку 30, которые могут быть таким образом запрограммированны на определенный режим работы. При наличии сочетания адресов и команд, соответствующего обращению с системной шины к области 35, блок 25 протокола обмена анализирует состояние сигнала, поступающего от блока 5 управления доступом. При активном состоянии этого сигнала (при логическом нуле) блок 6 начинает проведение операции доступа к блоку 7 видеопамяти, при пассивном состоянии сигнала (логической единицы) никаких процессов в блоке 6 не происходит.

Операция доступа к видеопамяти со стороны системной шины протекает следующим образом. На выходе блока 25 протокола обмена формируются

30

35

40

45

50

55

сигналы, которые поступают на блок 30 управления, который анализирует их, ожидает момента, когда можно начать цикл для обслуживания запрос от системной шины, и переводит буфе ры 26, 32 и 33 в необходимое состояние. При выполнении операции чтения данных из видеопамяти на системную шину буфер 32 передает данные от блока 7 видеопамяти к буферу 26, который передает данные на системную лшну. При вьшолнении операции записи в видеопамять буфер 26 передает данные от системной шины к буферу 32, который передает их на вход блока 7 видеопамяти. Буфер 33 при осуществлении циклов обслуживания системной шины переходит в отключенное состояние, чтобы не мешат передаче данных между видеопамятью и системной шиной. Блок 30 управления на втором своем выходе формирует сигнал, по которому мультиплексор 28 адресов начинает передавать на выход адрес, поступающий на пер- вую группу входов. Этот адрес поступает на адресные входы блока 7 . )ридеопамяти и определяет то место видеопамяти, к которому осуществляе ся обращение,

После этого блок 30 управления на второй группе вьшодов формирует последовательность управляющих сигналов, поступающих в блок видеопамяти, в котором в соответствии с этими сигналами происходит цикл чтения или записи. По окончании цикла обращения к видеопамяти блок 30 управления сообщает об этом блоку 25 протоколов обмена по одной из соединяющих линий. Блок 25 формирует на специальной линии системной щины сигнал окончания обмена, сообщающий устройству, захватившему шин что данные из видеопамяти прочтены и размещены на шине, или что данные записаны в видеопамять.

Обмен данными между блоком 7 видеопамяти и шиной обмена видеоданными происходит следующим образом. Влок 30 управления при чтении -данных из видеопамяти с видеоскоростью включает буфер 33 на передачу данны от блока 7 видеопамяти к блокам 8 и 10, т.е. на шину обмена видеоданным При записи данных в видеопамять на видеоскорости буфер 33 передает данные от шины обмена видеоданными к блоку 7 видеопамяти. На мультиплекс

28 адресов поступает сигнал от блока 30, по которому адреса на группу выходов мультиплексора 28 поступают с его вторых входов (от генератора 29 адресов развертки), который генерирует последовательность адресов тех элементов видеопамяти, из которых необходимо считывать или в которые необходимо записывать видеоданные при растровом сканировании изображения . Генератор 29 формирует последовательность адресов по командам, поступающим на его второй вход от блока 30 управления. Одним из вариантов такого генератора является обычный счетчик, пересчитывающий последовательно адреса видеопамяти и срабатывающий по фронту сигнала, поступающего от блока 30. Сигнал начала нового цикла развертки также поступает от блока 30 и по нему счетчик сбрасывается в исходное состояние. Одновременно с-адресами, формирующи- .мися на выходе мультиплексора 28, на выходной группе вьшодов блока 30 управления формируются команды управления видеопамятью, по которым в блоке 7 видеопамяти проводятся циклы обращения к видеопамяти. При чтении данные из блока видеопамяти через буфер 33 поступают на шину обмена видеоданными и попадают на вход видепроцессора 8. При записи в видеопамять данные с шины обмена видеодан- нь1ми через буфер 33 поступают на вход блока 7 видеопамяти.

Рассмотрим случай, когда при работе блока 7 видеопамяти на шину обмена видеоданными/происходит обращение к видеопамяти со стороны системной шины. В этом случае блок 30

«

управления, получив слгнал запроса от блока 25 протокола обмена, доводит до конца уже начатый цикл обращения к видеопамяти для обмена данными с шиной обмена видеоданными и проводит цикл в блоке 7 видеопамяти для обмена данными с системной шиной. Если в это(Время должно было производиться считывание данных для обработки в видеопроцессоре 8 и визуализации результатов обработки в видеоконтрольном блоке 9, то на экране монитора видеоконтрольного блока будет видна помеха, поскольку в момент считьшания данных для системной шины необходимые для видеопроцессора 8 данные на шине обмена видеоданными отсутствуют. В случае.

когда подобные помехи недопустимы, или если данные поступают с шины обмена видеоданными в видеопамять, например, от блока 10 АЦП, когда нежелательна потеря исходной информа- ции, можно запрограммировать блок 30 управления на разрешение обмена с системной шиной только в межстрочные промежутки телевизионной развертки, т.е. когда обмен по шине обмена видеоданными не происходит. Если во время развертки изображения происходит обращение от системной шины к ресурсам блока 6 управления видеопамятью, указанных помех наблюдаться не будет, поскольку циклы видеопамяти для обслуживания системной шины проводиться не будут. При обращении к генератору 29 или блоку 30 запросо из цикла видеопамяти не возникает, а буфер 32 развязки шин не допускает проникновения данных с системной ши- ны на шину данных видеопамяти.

При обращении к области 35 памя- ти в те моменты, когда блок 5 управления доступом находится в режиме Видеопамять, данные при записи записываются в видеопамять. Если при этом та область видеопамяти, в кото- рую эти данные записаны, считывается и поступает на видеопроцессор 8, а затем выводится на экран (экраны) видеоконтрольного блока 9, то на экране происходят изменения, соответст- вующие изменению данных в видеопамяти.

В предлагаемом устройстве для обработки сигналов изображений в режиме Видеопамять в видеопамять можно загружать программу и передавать ей управление. Кроме того, область данных загруженной программы может находиться частью в блоке 7 видеопа- мятр, а частью - в блоке 2 основной, памяти. При этом данными в блоке 2 смогут пользоваться программы, загруженные в тот же блок, в блок 4 дополнительной памяти и в блок 7. Программы, загруженные в блок 4, не могут пользоваться данными из блока 7. Кроме того, нельзя из программы, загруженной в блок 4, вызывать подпрограмму, загруженную в блок 7. Для такого межблочного доступа к данным и программам необходимо пользоваться специальными подпрограммами, загруженными в блок 2.

5

0

0 5

0

5

0

Кроме того, в предлагаемом устройстве любое периферийное устройство ЭВМ, подключенное к блоку 3 сопряжения, может, минуя основную память, вести обмен данных с видеопамятью. Для этого достаточно перевести блок 5 управления доступом в режим Видеопамять, запрограммировать блок 3 на обмен с областью 35 и запустить устройство.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным является увеличение объема памяти ЭВМ, отводимого для программ и данных за счет произвольного распределения видеопамяти между изображениями, программами и данными, что достигается за счет специальной организации, памяти устройства (блоки 2 и 4) и блока 5 управления доступом к памяти, управляющего как доступом к видеопамяти 7, так и доступом к блоку 4 дополнительной памяти на общей шине. Такая организация доступа к памяти позволяет повысить в несколько раз производительность предлагаемого устройства по сравнению с известным за счет обеспечения возможности написания больших программных комплексов без «применения сверлейных структур, при работе с которыми тратится много времени на взаимодействие с внешними устройствами ЭВМ.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет следить за прохождением программ визуально на экране монитора видеоконтрольного блока 9, поскольку любые изменения в области данных и стека памяти ЭВМ отображаются на экране монитора (если соответствующим образом определены области памяти, в которые загружаются программы). Отладка в таком режиме практически не снижает скоростных характеристик программ в отличие от отладки программ с выводом сообщений на диалоговый терминал.

Формула изобретения

Устройство для обработки сигналов изображений, содержащее процессор, соединенный группой выводов через двунаправленную шину с блоком , основной памяти и блоком управления доступом, блок управления видеопамятью, первая группа выводов которого соединен двунаправленной шиной с блоком видеопамяти,а вторая группа

вьшодов соединена с двунаправленной шиной с видеопроцессором и с первой группой выводов блока аналого-цифрового преобразователя (АЦП), вход которого соединен с выходом источника, телевизионного сигнала, а также видеоконтрольный блок и блок сопряжения, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени обработки за счет обеспечения возможности непосредственной адресации видеопамяти процессором, введен блок дополнительной памяти, вход котороL :.

Фиг. 2

го соединен с первым выходом блока управления доступом, а группа выводов соединена двунаправленной шиной с группой вьшодов процессора, с вторыми группами выводов блока АЦП и видеопроцессора, с группой выводов блока сопряжения и с третьей группой вьшодов блока управления видеопамятью, вход которого соединен с вторым выходом блока управления доступом, а выход видеопроцессора соединен с входом видеоконтрольного блока.

Г7

Редактор Л.Гратилло

Составитель Л.Ст.асенко

Техред Л,Сердюкова Корректор М.Демчик

Заказ 7511/58

Тираж 637Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

П

Изобретение относится к телевидению и обеспечивает уменьшение времени обработки за счет обеспечения возможности непосредственной адресации видиопамяти процессором. Устр-во содержит процессор 1, блок 2 основной памяти (БОП), блок 3 сопряжения, блок 4 дополнительной памяти (БДП), блок 5 управления доступом, блок 6 управления видеопамятью (БУДП) 6, блок 7 видеопамяти, видео«ь ф процессор 8, видеоконтрольный блок 9, блок 10 АЦП и источник 11 телевизионного сигнала. Вся область памяти, адресуемой процессором 1 при обращении к памяти по системной шине, разбивается на две области: область постоянно адресуемой памяти и область памяти, адресуемой постранично. При обращении к первой из этих областей в БОП 2 происходит цикл обмена как в обычной ЭВМ..При обращении к второй области в БОП 2 происходит цикл обмена данными либо с введенным БДП 4, либо с блоком 7 видеопамяти (посредством БУВП 6). Программы, загруженные в БДП 4, могут пользоваться только данными, загруженными в БОП 2. Данными, загруженными в блок 7, он может пользоваться только при обращении к подпрограмме, загруженной в БОП 2. За счет произвольного распределения видеопамяти между изображениями, программами и данными увеличивается объем памяти ЭВМ и повышается производительность. Прохождение программ можно наблюдать на экране видеоконтрольного блока 9. 4 ил. i (Л ND 00 01 О5 tsD СО