Устройство для формирования динамического изображения на экране электронно-лучевой трубки Советский патент 1982 года по МПК G06F3/153 

Изобретение относится к автоматик и вычислительной технике и предназна чено для формирования на экране элек ронно-лучевой трубки (ЭЛТ)динамических изображений, способных в реально времени менять свои размеры, положе ние на экране, угол поворота и может быть использовано для построения телевизионных устройств отображения оперативной графической информации и аппаратуры получения телевизионных спецэффектов. Известно устройство для отображения динамической информации на экране электронно-лучевой трубки, содержащее блок ввода информации, синхрогенератор, вычислительный блок, связанные с блоком приоритета и цвет ного кодирования tl. Однако это устройство не обеспечивает управляемое перемещение и вра щение изображений. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для отображения динамической информации, содержащее синхрогенератор, выход которого соединен с входами вычислительного блока и формирователя статических изображений, выход которого связан с входом блока приоритета и цветного кодирования, а второй вход подключен к выходу блока ввода информации , второй выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, выходы которого соединены с соответствуюо1ими входами формирующей матрицы 2. Недостатки известного устройства заключаются в многократном повторении изображения, записанного в формирующей матрице, или повторении его отдельных частей, если число адресов формирующей матрицы (цифрового запоминающего устройства ) меньше двойного числа элементов дискретизации телевизионного растра по вертикали, и горизонтали. 39 Вычислительный блок известного устройства формирует ортогональные развертывающие функции для считывания информации из формирующей матри цы, которые, с уметом их назначения Сбудем называть адресными функциями Эти функции описываются следующими выражениями X - (у - - X О (1) X - (у - Уо) Ч - хо О где Ч - угол поворота системы коо д.инат матрицы относительно системы координат растра; начала координат матрицы в системе координат растра. Рассмотрим простейший случай формирования динамического изображения, когда угол поворота изображения постоянен (4 о), а меняется только положение изображения на экр не. Такое допущение не нарушает общ ности выводов, но упрощает процесс их получения. При указанных условиях выражение (1) записывается в виде MX X - XQ, (3) где Njt- код развертывающей функции соответствующий текущему значению координаты х. Как видно из (З), монотонно возрастающая знакопеременная функци двоичного аргумента и времени. Функция двоичного аргумента може быть представлена в виде конечной суммы произведений номеров разрядов на их значения е 1И N sign I 2 k. , значение двоичного разряда числа N; количество двоичных разрядов, выражающих величину числа N; 1,2,3-. номер двоичного разряда числа N, С учетом этого выражение (3) може быть записано в виде S i gn X С kxr Эта развертывающая функция проходит через начало координат матрицы, сле довательно а системе координат матр цы она будет иметь вид fi N S iqn fAx В общем случае разрядности кода адресов матрицы и кода развертываю щей функции могут быть не равны, тогда матрица воспринимает только младшие разряды кода развертывающей функции, а значения старших разрядов, не входящих в разрядную сетку кода адреса матрицы, ею не воспринимаются. Если положить количество разрядов адресной сетки матрицы в положительном и отрицательном направлении опроса по оси Xf равным г, то число, соответствующее значению кода адреса, будет х sgn S (5) При равенстве разрядных сеток развертывающей и адресной функций, т.е. при г R, всякому значению х соответствуют одинаковые значения указанных функций (N ). При г R функции Nj .равны только в интервале знамению х, когда коэффициент1 р у( последующие равны нулю. Если хоть один из коэффициентов не равен нулю, функции N больше функции Njv j Часть числа , не воспринимаемую матрицей из-за отсутствия у нее входов соответствующих разрядов кода адреса, а следовательно, и ячеек с такими адресами, можно определить как разность развертывающей () и адресной функции (5). Обозначим ее ДМхр . ./ Wi-(6) Проанализируем полученное выражение (6). Положим ANj 0. При этом все коэффициенты k номера до номера должны быть равны нулю, следовательно функцияМ„ не равна нулю только на интервале t-2; этом интер0але у НЦ уИ каждое значение кода развертывающей функции будет соответствовать только одному значению кода адреса формирующей Матрицы, В этом случае изображение, формируемое на растре, адекватно записанному в матрице, и каждой ячейке матрицы соответствует только один элемент дискретизации растра. Из выражения (6} видно, что следующим за нулевым значением величины д NX будетдНу 2 . Тогда 2. Такая величина разности будет сохраняться на интервале числовой оси и положительном направлении от 2 до . Здесь каждому значению кода развертывающей функции будет соответствовать так же только одно значение кодд адреса формирующей матрицы, но это будут значения, уже пройденные на интервале fOj+Z j Если при этом значения х„ будутлежать в области существования функции пределах растра), на растре будет наблюдаться повтор частей изображения, записанного в формирующей матрице. То же справедливо и для левой части изображения. Могут повторяться левые и правые части изображения одновременно но их повторение будет происходить по разные стороны от точки на растре, соответствующей значению Х Y О, так как знаковые разряды адресной функции в этих частях различны. Дальнейшее изменение величины ростом Хцд показано на фиг. 1, откуда видно, что с ростом развертывакицей функции от . до со адресная функция матрицы становится периодической с периодом 2 . Прак тический смысл этого явления заключается в том, что если в области существования развертывающей фун ции ее значения превышают величину .-,то на экране будет наблюдаться пов тор части изображения, записанной по правую сторону от ординаты системы координат матрицы. Количество возможных повторов будет определяться соотношением величин Риг. Можно получить выражение, устанавливающие соответствие любого зна чения развертывающей функции значению адреса матрицы и позволяющие по считать количество повторов изображения на растре. Значение функциидЫ можно пред т леставить в зависимости от дующим образом 4N signN, Тогда IГ С учетом выражения (3 перейдем к системе координат растра Х-Хп- sign(x-x..) Полученное выражение связывает горизонтальный адрес ячейки формирующей матрицы с текущим значением координ X на растре. Следует отметить, что 86 выражение (7) справедливо как для левой, так и для правой частей матрицы, при условии равенства разрядностей кодов адресов этих частей. Если это условие не соблюдается, следует различать величины г для левой и правой частей матрицы. 1В выражении (7) величина Cnt есть количество полных периодов функции М , лежасцих между началом координат матрицы и точкой с текущим адресом на растре, равным У.Таким образом, сама точка X будет лежать в периоде, номер которого определяется выражением практический смысл которого - количество повторов изображения, записанного в соответствующей части матрицы, на экране телевизионного индикатора. Задавая ) или X Х , где максимальный горизонтальный адрес растра, с помощью выражения (8) можно определить указанную величину для матрицы с любым значением. Выражение 18) позволяет определить условия, при которых эффект повторения изобраиений будет отсутствовать, Положим U 1, т.е. изображение выводится на экран только один раз. Тогда еп1( 0, |У-Хо1 2 Поскольку область существования У интервал О; ,( можно задать Х-, О, Х(2 .Подставляя в полученное выражение получим Г V -j I УО Z 1 mdx 0 . Учитывая то, что Учесть входной параметр и может изменяться так же, как и X в интервале 0; можем задать крайние его значения. т.е. Хп О и ХТогда получим О 2 и ,2. Если первое неравенство для нас тривиально, то второе несет в себе искомое условие отсутствия повторений изображений на растре. Из этого неравенства 1од(1 то|хили г 1од Х й читывая, что последнее выражение справедливо для каждого направления опроса по оси X, можно сделать вывод. что искомым условием отсутствия указанного эффекта удет соответствие количества ячеек в формирующей матр це по горизонтали следующему выражениюPrtO- Y j Практически это означает, что для предотвраи1ения эффекта повторения изображения при любых значениях X количество ячеек формирующей матрицы по вертикали и горизонтали должно быть в 2 раза больше соответствующего количества элементов дискретизации растра. При несоблюдении неравенства (9) обязательно найдутся такие значения е С 0; когда эффект повторения будет наблюдаться. Следует отметить, что все выражения и выводы, приведенные выше относительно горизонтального направления развертки изображения,справедливы и для вертикального направления. Примем для примера размер формируюи1ей матрицы рхт элементов. Поместим начало координат матрицы в ее центр. Определим разрядность кода адреса матрицы по горизон тали W 9l-f- 6l3, 5 а по вертикали .- °%-Г БЦ- Примем размеры растра Хтах ЗбО, Утах 7- о Т 80 УО Vmc(X , т.е. поместим матрицу в центр растра. Определим ко личества повторов деталей изображения по осям В соответствии с адресной функцие целое изображение будет наблюдаться только в центре экрана.Повторяться в разных квадрантах системы координат матрицы будут только детали изображе ния, лежащие в соответствующих квадр тах (фиг. 2). Устранение этого недостатка в рамках структурной схемы известного устройства, баз ущерба для динамики изоб ражения требует применения матрицы памяти с количеством ячеек, согласно условия (9), не менее 413280. Естественно, что при габаритных размерах изображения 1200 элементов дискретизации применение такого объема памяти представляется совершенно нерациональным. Цель изобретения - повышение качества динамического изображения за счет устранения эффекта повторения изображения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования динамического изображения на экране электронно-лучевой трубки, содержащее синхрогенератор, выход которого соединен с входами вычислительного блока и формирователя статических изображений, выход которого связан с входом блока приоритета и цветового кодирования, выход которого является выходом устройства, а второй вход подключен к первому выходу блока ввода информации, вход которого является входом устройства, а второй выход соединен с вторым входом вычислительного блока, выходы которого соединены с соответствующими входами блока памяти, введены коммутатор, элемент И и четыре элемента сравнения, выходы которых соединены с входами элемента И, выход которого связан с входом коммутатора, выход которого соединен с третьим входом блока приоритета и цветового кодирования , а второй вход подключен к выходу блока памяти, причем входы первого и второго элементов сравнения соединены с первым выходом вычислительного блока, второй выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов сравнения,а вторые входы всех элементов сравнения подключены к соответствующим входам устройства. Это позволяет сформировать сигнал изображения прямоугольника, описанного вокруг динамического изображения, и этим сигналом кoм 4yтиpo- вать сигнал динамического изображения на выходе формирующей матрицы таким образом, чтобы исключить вывод информации из матрицы на раствор во время формирования любых периодов адресной функции; кроме первого. Для доказательства этого положения рассмотрим общий случай, когда начало координат матрицы не совпадает с геометрическим центром записанного в ней изображения, и системы кординат матрицы и растра развернуты а угол. Обозначим и размеры изобраения по оси X в положительном и трицательном направлении соответ;твенно, ml и mZ - то же по оси у. $ ля того, чтобы исключить вероятный овтор изображений требуется разреить чтение информации в матрице развертывающими функциями (1) и (2} при их значениях, не превышаюи их to PI, Р2, ml и m2 в соответствующих направлениях опроса.

Системы координат матрицы и растра связаны системой уравнений повтора координат15

ГУ„ (Х-Хс,)с05 If +(у-Уо)51пЧ ..Q)

1Ум ( If +{у-уо)со5Ч.

Поскольку необходимо прекращать считывание из матрицы в положительном, например направлении оси х, в 20 каждой строке растра (т.е. при всех значениях У|), при значениях Х Р1, то интервал значений Х, в положительном направлении оси Х,, когда считывание разрешено, описывается 25 выражением О .

В отрицательном направлении считывание разрешено при -Р2 х 0. Отсюда весь интервал разрешения считывания описывается выражением зо -Р2 . Геометрически этот интервал интерпретируется как часть плоскости , лежащая между прямыми, параллельными оси у, следовательно параллельными друг другу: jr и Х Р1.

Аналогично, интервал разрешения считывания по оси Зм будет описываться выражением -т2 4 Ум ml,представляющим собой часть плоскости, 40 лежащую между прямыми у -ni2 и У)о nil Поскольку линии, ограничивающие упомянутые фигуры параллельны соответствующим осям координат, можно утверждать, что границы упомя- j нутых фигур перпендикулярны,следовательно, часть плоскости; общая для |этих фигур - прямоугольник.

Подставляя выражения, описывающие упомянутые фигуры в систему (10}, получим систему неравенств, описывающих область существования сигнала разрешения обращения к матрице в системе .координат растра

(X-Xo) +{y-yo) PI 55

(Х-Хо.) cos Ч + (у-уо) S i п Ч , Р2 -(X-Xo)sinVf +(y-yo)cosif пП (} - (Х-Х(у) S i п Ч + {у-ус,; cos т2

Анализ системы (lO показывает, ЧТО она описывает прямоугольную фигуру, вра1иаю1дуюся вместе с системой координат матр.ицы в системе координат растра и потому в системе координат матрицы неподви хнуЮо Последнее обстоятельство можно использовать для получения электрического сигнала этого прямоугольника посредством сравнения сигналов ортогональных развертывающих функций, формируемых вычислительным блоком устройства с константами Р1, Р2, ml, m2 с последующей коньюнкцией полученных сигналов результатов сравнений.

Дейс твительно, если выражения (1) и (2) выразить через cosW, можно получить

(Х-Хо) cos Ч + (у-уо) S i п V О 2) r(x-Xo)slnif +(у-уо)соз1/ О

Очевидно, что.:левые части уравнений системы i12)идентичны левым частям неравенств системы (11).

Предложенное устройство позволяет полностью избавиться от возникновения на экране повторов изображения и использовать при этом формирующие матрицы, размер которых может определяться размером формируемого в ней изображения.

На фиг. 1 представлена блок-схема предложенного устройства; на фиг.2 графики развертывающей функции в системе координат матрицы адресной функции и их разности; на фи. 3 вид части растра при наличии эффекта повторения изображения.

Устройство содержит синхрогенератор 1, фор рователь 2 статических изображений, вычислительный блок 3, блок ввода информации, блок 5 памяти, блок 6 приоритета и цветового кодирования, коммутатор 7, первый второй, третий и четвертый элементы 8-11 сравнения, элемент И 12.

Выход синхрогенератора 1 соединен с входами формирователя 2 статических изображений и вычислительного блока 3. Второй вход вычислительного блока 3 подключен к перво iy входу блока А, вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с входом блока 6 приоритета и цветового кодирования; выход которого является выходом устройства, второй вход подключен к,выходу формирователя 2 статических изображе ний, а третий вход - с выходом комму татора 7. Вход коммутатора 7 подключен к выходу блока 5 памяти, первый вход которого соединен с первыми вхо дами первого и второго элементов 8 и 9сравнения и подключен к первому выходу вычислительного блока 3, второй выход которого соединен с вторым входом блока 5 памяти и первыми входами третьего и четвертого элементов 10и 11 сравнения. Вторые входы элементов 8-11 сравнения подключены к входным шинам кодов координат сторон описанного прямоугольника Р1, Р2, тТ, т.. Выходы элементов 8-11 сравнения соединены с входами элемента И 12, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 7. Устройство работает следующим образом. Синхрогенератор 1 формирует импульсные последовательности с частотами горизонтальной и вертикальной дискретизации растра, а так же все требуемые служебные импульсы и импульсы гашения и синхронизации разверток. Счетчики, входящие в состав синхрогенератора, формируют вертикальную и горизонтальную развертывающие функции. Последние поступают на вход формирователя 2 статических изображений, представляющего собой, например матрицу памяти, в которой координаты методом записаны сигналы неподвижных частей полного изображения. Развертывающие функции и импульсы дискретизации поступают на вход вычислительного блока 3, на второй вход которого с блока 4 поступают сигналы параметров вращения и перемещения динамического изображе ния. По этим сигналам вычислительный блок 3 формирует адресные функции, поступающие на соответствующие входы блока 5 памяти, с выхода которого сигнал динамического изображения пос тупает на вход блока 6 приоритета и цветного кодирования через коммутатор 7. На другие входы блока 6 поступают сигналы статического изображения с выхода формирователя 2 и сигналы управления приоритетом и цветом с выхо да входного блока 4, Сигналы адресных функций поступаю на входы четырех элементов 8-11 срав нения, на вторые входы которых подаются коды величин Р1, Р2, ml, m2 соответственно. Результаты операций сравнения поступают на входы элемента И 12, на выходе которого формируется сигнал прямоугольника, описанного вокруг изображения, зафиксированного в блоке 5 памяти. Выходной сигнал элемента И 12 поступает на управляющий вход коммутатора 7i запрещая прохождения сигналов повторных изображений, формирующихся на выходе блока 5 вне зоны ограниченной прямоугольником. Таким образом, выходной сигнал блока 6, являющийся выходным сигналом устройства, не содержит повторов динамического изображения, что позволяет применять формирующуюся матрицу блока памяти значительно меньшето объема, чем в известном устройстве без ущерба для качества изображения. Размер формирующей матрицы блока 5 в предлагаемом устройстве определяется только размером записанного в ней динамического изображения. Формула изобретения Устройство для формирования динамического изображения на экране электронно-лучевой трубки(ЭЛТ), содержащее синхрогенератор, выход которого соединен с входами вычислительного блока и формирователя статических изображений, выход которого связан с первым входом блока приоритета и цветового кодирования, выход которого является выходом устройства, а второй вход подключен к первому выходу блока ввода информации, вход которого является входом устройства, а второй выход соединен с вторые входом вычислительного блока, выходы которого соединены с соответствующими входами блока памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения качества динамического изсбрах ёния за счет устранения эффекта повторения изображения на экране ЭЛТ, в него введены коммутатор, элемент И и четыре элемента сравнения, выходы которых соединены с входами элемента И, выход которого соединен с первым входом коммутатора, выход которого подключен к третьему входу блока приоритета и цветового кодирования, а вто139 +1988I

рой вход подключен к выходу блокаИсточники информации,

памяти, причем первые входы элемен-принятые во внимание при экспертизе тов сравнения соединены первым выходом вычислительного блока, второй вы- 1. Авторское свидетельство СССР

ход которого соединен с первыми вхо- s№ , кл. G Об К 15/20, 1975. дами третьего и четвертого элементов

сравнения, а вторые входы всех эле- 2. Авторское свидетельство СССР

ментов сравнения подключены к соот-№ 723624, кл. G Об К 15/20, 1978

ветствующим входам устройства.(прототип ).

Фиг. 1

Хи

К

иг

N

Фиг. 3