Устройство для отображения информации на экране цветного телевизионного индикатора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Зло G0 G

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вой. Ю

l©

1» 1

ОО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3343843/18-24 ,(22) 08.10.81, (46) 23.03.83 ° Бюл. И 11

;(72)Б.Г. Майоров, И.П.,Сергеев,,С.A. Чумаков и А.А. Вварев (71) Пензенский политехнический ин.ститут

;(53) 681.327.1!(088.8) (56) 1. Патент Великобритании и 1209922, кл. G 06 K 15/20, опублик.

1970.

2. Патент С5А И 4156237, кл. G 06 К 15/20, опублик. 1979 ,;(прототип).

,(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОВPANE.НИЯ ИНФОРМАЦИИ HA ЭКРАНЕ ЦВЕТНОГО ТЕ,ЛЕВИЗИОННОГО ИНДИКАТОРА содержащее

1синхронизатор, подключейный к одно- му из входов цветного телевизионно го индикатора, другие входы которо-. го подключены к первому блоку памя„„SU„„1007118 A ти, один из входов которого подклю- чен к информационному входу устройства, а другой - tc выходу аифратора, соединенного с блоком элементов запрета, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет увеличения детальности изображения, оно содержит формирователи геометрических зяементов изображения и- блок наложения геометрических элементов изображения, один из входов которого подключен к информационному входу устройства, а другие - к выходам формирователей геометрических элементов изображе- . ния, .одни из входов которых подклю- Я чены к информационному входу устрой" ства, а другие - -к синхронизатору, а выход блока наложения геометричес- . ких элементов йзображения подключен к входу блока элементов запрета. д

1007

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь геометрических элементов изображения содержит первый и второй сумматоры, входы которых подключены к выходам первого и второго, третьего и четвертого интеграторов соответственно, а выходы сумматоров соответственно — к одним иэ входов первой и второй и третьей и четвертой схем сравнения и к одним из входов второго блока памяти, другие входы схем сравнения и одни из входов интеграторов являются одним иэ входов формирователя, выходы схем сравнения подключены к входам элемента И, выход которого соединен с тре118 тьим входом второго блока памяти, выход которого является выходом формирователя, а вторые входы первого и третьего и второго и четвертого интеграторов - другими входами формирователя.

3. Устройство по и. 1, о т, л ич à ю щ е е с я тем, что блок наложения геометрических элементов изображения содержит регистр, вход которого является одним из входов блока, а выходы подключены к одним из входов дешифраторов, вторые входы которых являются другими входами блока, .выходы дешифраторов подключены к входам элементов ИЛИ, выходы которых являются выходами блока.

Изобретение относится к вычислительной технике и, в частности, к устройствам для отображения графической информации, меняющейся в .реальном времени. 5

В устройствах для отображения графической информации, при условии изменения этой информации в реальном времени, исключительно важной является проблема повышения детальности отображаемых изображений, так как повышение количества деталей связано или с увеличением затрат машин"ного времени управляющей вычислительной машины (УВМ), входящей в систе1 му, или с увеличением аппартурных затрат на реализацию аппаратурной части системы.

Оба этих пути не дают необходимого повышения детальности отображаемых изображений, так как первый путь ограничивается временем смены фаз движения отображаемого графического иэображения и конечной производительностью универсальной вычислительной машины. Время смены фаз движения составляет в среднем 60 мс и обусловлено характеристиками зрения человека. Чтобы человек видел движение графического изображения непрерыв- м ным, ему необходимо предъявлять каждую новую фазу движения изображения через время смены фаэ движения.

Если новая фаза движения предъявляет2 ся через время большее чем 60 мс, то человек видит движение состоящим из отдельных фаз или видит резкие, отрывистые движения. Это приводит к тому, что для каждой фазы движения графического изображен -я на УВМ необходимо рассчитать координаты всех точек формируемых графических изображений в течение каждых 60 мс, если поведение отображаемого объекта заранее не обусловлено и подчиняется управляющим воздействиям, зависящим от реакции оператора системы на внешние воздействия (например, оператора системы отображения информации авиационного тренажера). Однако производительность современных УВМ недостаточна для того, чтобы рассчитывать координаты точек графических изображений эа 60 мс в количестве, достаточном для обеспечения высокой детальности отображаемых изображений.

Второй путь повышения качества графических изображений связан с увеличением аппаратурных затрат на реализацию аппаратурной части системы. Рост аппаратурных затрат в этом случае происходит пропорционально сложности или детальности отображаемых изображений, так как для каждого конкретного иэображения строится специализированный процессор.

Этот процессор по параметрам иэобра3 10071 жений, поступающих из УВМ, рассчи. тывает координаты всех точек изображения каждые 60 мс. Такие процессоры строятся на основе цифровых или аналоговых интегрирующих бло ков, а их структура - жесткие связи между интеграторами - определяется видом отображаемого изображения. Таким образом, для каждого изображения в этом случае необходим свой специализированный процессор, а если класс изображений, отображаемых системой, расширяется, то пропорционально их сложности и количеству растет число процессоров. 1$

Известно устройство для отображения информации, содержащее ряд специализированных процессоров, соединенных с выходами УВМ и датчиков информации, логический блок и теЛевизионный индикатор 1 $

Недостатки этого устройства заключаются в больших аппаратурных затратах и низкой детальности формируемых изображений.

2$

Устранение противоречий между точностью отображения изображения, затратами машинного времени и аппаратурными затратами возможно на пути создания многомашинных систем для отображения информации, ориентированных на решение ограниченного класса задач..

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для отображения информации, на экране цветного телевизионного индикатора, предназначенное для отображения графических изображений, состоящих из плоских фигур, ограниченных прямыми линиями (трапеция46 ми) (2 j.

Недостаток этого устройства заключается в низкой детальности формируемых изображений, так как эти изображения ограничиваются отрезками прямых линий. Кроме этого, УВМ должна за время смены фаз движения рассчитать тангенсы углов наклона отрезков, ограничивающих трапеции, что, в связи с ограниченной производитель- о ноетью, ограничивает число трапеций и таким образом снижает качество или детальность формируемых изображений, так как эти изображения аппроксимируются ограниченным числом прямых линий.

Цель изобретения - повышение точности отображамоей информации за

i8 4 счет увеличения детальности изображения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее синхронизатор, подключенный к одному из входов цветного телевизионного индикатора, другие входы которого подключены к выходам цифроаналоговых преобразователей, подключенных к первому блоку памяти, один из входов которо о подключен к информационному входу устройства, а другой - к выходу шифратора, соединенного с блоком элементов запрета, введены формирователи геометрических элементов изобра,жения и блок наложения геометричес ких элементов изображения, один из входов которого подключен к информационному входу устройства, а другие — к выходам формирователей геометрических элементов изображения, одни из входов которых подключены к информационному входу устройства, а другие - к синхронизатору, а выход блока наложения геометрических элементов изображения подключен к входу блока элементов запрета..

Формирователь геометрических элементов изображения содержит первый и второй сумматоры, входы которых подключены к выходам первого, второго, третьего и четвертого интеграторов соответственно, а выходы сумматоров соответственно — к одним из входов первой, второй, третьей и четвертой схем сравнения и к одним из входов второго блока памяти, другие входы схем сравнения и одни из входов интеграторов являются одним из входов формирователя, выходы схем сравнения подключены к входам элемента И, выход которого соединен с третьим входом второго бло" ка памяти, выход которого является выходом формирователя, а вторые входы первого и третьего и второго и четвертого интеграторов — другими входами формирователя.

Блок наложения геометрических элементов изображения содержит регистр, вход которого является одним из входов блока, а выходы подключены к одним из входов дешифраторов, вторые входы которых являются другими входами блока, выходы дешифраторов подключены к входам элементов

ИЛИ, выходы которых являются выходами блока.

S 10071

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - схема формирователя геометрических элементов изображения; на фиг. 3 - схема блока наложения геометрических 5 элементов иэображения.

Устройство для отображения информации на экране цветного телевизионного индикатора содержит цветной телевизионный индикатор 1, вхо- 10 ды которого через цифро-аналоговые преобразователи 2-4 подключены к выходам первого блока 5 памяти. Четвертый вход индикатора 1 подключен к выходу синхронизатора 6, выход 15 которого соединен с информационным входом 7 устройства, связанным с выходной шиной управляющей вычислительной машины. Формирователи 8-10 геометрических элементов изображе- 20 ния связаны с блоком 11 наложения геометрических элементов изображения и первым блоком 5 памяти. Другой вход йервого блока 5 памяти через тюследовательное соединение блока 12 25 элементов запрета и дешифратора 13 подключен к выходу блока 11.

Формирователи 8- 10 геометрических элементов изображения (фиг. 2), содержат первый, второй, третий и 1И1 четвертый интеграторы 14-17, первый и второй сумматоры 18 и 19, первую, вторую, третью и четвертую схему

20-23 сравнения, элемент И 24 и второй блок 25 памяти.

Блок 11 наложения геометрических элементов изображения . предназначен для формирования общего сигнала из сигналов деталей изображения, имеющих одинаковый порядок видимости

P (1, 2,..., -1,). Первый порядок видимости указывает на то, что это изображение может загораживать от наблюдателя другие, наблюдаемые, им изображения йли их части, но само не может быть выполнено другим изображением. Изображения второго порядка видимости загораживают от наблюдателя иэображения последующих порядков видимости.

Блок 11 наложения геометрических элементов иэображения (фи r. 3) содержит регистр 26, р схем ИЛИ 27-29 каждая из которых имеет К входов, К дешифраторов 30-32, каждый из которых имеет р выходов.

Вход регистра 26 подключен к информационному входу 7 устройства °

18 4

Блок 12 элементов запрета предназначен для устранения невидимых частей отображаемых в системе изображений и состоит из р-1 элементов И.

Шифратор 12 предназначен для преобразования позиционного кода с выхода блока 13 элементов запрета в двоичный код. Двоичный код на выходе шифратора 12 является кодом адреса первого блока 5 памяти, в котором хранится информация о цвете и яркости изображения каждого порядка видимости.

Устройство работает следующим образом.

Формирователи 8-10 геометрических элементов изображения Формируют сигналы деталей изображений путем считывания содержимого второго блока 25 памяти /адресными сигналами, которые формируются интеграторами 14-17 и сумматорами 18 и 19. Адресные сигналы на выходах сумматоров 18 и 19 имеют следующее математическое описание

1Я (Ь)= п (ИСОЭЧ-й1ОСО5У+ n(t)S)n9(ч и ()= п(Ц cost-ngcosg-rn(K) sinЧ +

+яо91n Ч+ п (2) где m<, по - координаты центра вращения детали изображения в системе координат телевизионного растра;

mp по - .координаты центра вращения детали иэображения в системе координат детали иэображения, совпадающей с системой координат второго блока 25 памяти;

m(t), n(t) " мгновенные значения текущих координат растра;

m (t), n (t) - мгновенные значения текущих координат второго блока 25 памяти;

- угол поворота системы координат второго блока

25 памяти относительно системы координат растра.

Выражения (1). и (2) аналогичны математическому описанию параллельного переноса и поворота на угол 9 системы координат детали изображения (х, у ) относительно системы

7 10 координат телевизионного растра {x, у) °

Формирование адресных сигйалов

{1) и {2) производится следующим образом.

На управляющие входы двоичного делителя частоты, входящего в состав каждого интегратора 14-17, подается код функции угла поворота Ч детали, иэображения, например, 2"соэ из выражения (1), знак которого управляет реверсом двоичного реверсивного счетчика. На частотный вход двоичного делителя частоты подается частота горизонтальной дискретизации растра. Двоичный делитель частоты, двоичный реверсивный счетчик и регистр входят в состав каждого интегратора.

Двоичный делитель частоты делит частоту 1 согласно выражению

2 cosYfy вых= Р где t - число разрядов схемы двоич" ного делителя частоты.

Таким образом, на выходе этой схемы частота fs ®„ меняется пропорционально косинусу угла наклона детали изображения. 8 двоичном реве сивном счетчике частота f b двоичного делителя частоты умножается на время t согласно выражению

07118 8

2$ р- Таким образом, управляя работой

$е цифровых интеграторов 14-17 и схем

20-23 сравнения, можно располагать детаЛи изображения в любом месте телевизионного растра, разворачивать ее на произволный угол и огра3$ ни чи Вать с прОиз ВОль НОЙ стОрОны что достигается путем изменения соответствующих свободных членов выражений (1) -(4). Значения этих коэффициентов и свободных членов рассчи° в тываются в управляющей вычислительной машине, которая предназначена для расчета коэффициентов и свободных членов выражений (1)-(4), а так.же управления работой всей системы для отображения информации в целом.

Программист (пользователь) системы в зависимости от количества степеней свободы каждой детали сложного изображения назначает коэффициенты и свободные члены выражений (1)-(4) постоянными или переменными -и задает их соответственно константой или от датчика и как результат вычислений.

Системные программы разрабатываются

5Sдля каждого изображения, отображае мого системой, и зависят от количества степеней свободы каждой детали, входящей в каждое сложное изображение.

=созЧ щ(ц, где Т - период импульсов горизон" тальной дискретизации теле визионного растра.

Таким образом, интегратор осуще-. ствляет вычисление первого члена правой части выражения (1). Аналогично остальные два интегратора вычисляют члены n(t) s in Y, n(t) cosY, если на частотные входы их двоичных дели,телей частоты поступают импульсы частоты строчной развертки (11, =1©), а четвертый интегратор вычисляет член выражения (2) m(t) sinY. Значения членов выражений (1) и (2), не зависящие от времени, -mocos9+mo, пО п + 0 + 0 ПОыпУ, по —. даются на установочные входы двоичных реверсивных-счетчиков, входящих в каждый интегратор. Коэффициенты и свободные члены выражений (1) и (2) переписываются в двоичные делители частоты и реверсивные счетчики

,„= 0 Ц,4 =cos,. = eos Ч вЂ” 4 =

И иэ регистров во время обратного хода телевизионной развертки по полю.

Зна чения кодов на выходах двои чных счетчиков в каждый момент времени представляют собой значения двух частей каждого из выражений (1), (2), которые суммируются в сумматорах 18 и 19, на выходах которых таким обра- зом формируются текущие значения адpecos второго блока 25 памяти по выражениям (1) и (2).

Схемы 20-23 сравнения и элемент

И 23 и элемент И 24 осуществляют orраничение выходного сигнала второго н,блока 25 памяти, на выходе которого возникает сигнал детали изображения; повернутой на угол Чи смещенный вточку телевизионного растра с координатами mo, и . Ограничение выходного щ сигнала второго блока 25 памяти осуществляется по, выражениям

РЗ((t)

4 где Р„, P>, P>, Р - координаты сторон ограничивающего прямоугольника

В системе координат второго блока 25 памяти.

9 10071

Информационное слово формируется в управляющей вычислительной машине и по мере формирования поступает на ее выходные буферные регистры. В конце этого процесса управляющая вычислительная машина выдает импульсный сигнал Тотов", по которому слово переписывается из выходных буферных регистров в буферный регистр блока ввода информации. По сигналу Тотов 1в в буферном регистре происходит сдвиг информации под действием импульсов тактовой частоты f

Сдвиг осуществляется во время обратного хода строчной развертки, причем информационное слово, находящееся в буферном регистре, переписывается во время сдвига в регистры остальных блоков устройства. Направление переписи задается демультиплек- 2в сором, который преобразует код номера детали изображения в соответст" вующий порядок подключения своих выходов. Таким образом, каждая часть информационного слова попадает в тот 25 блок, работой которого она управляет или является исходными данными для обработки в нем информации. Сдвиг информации завершается в конце обратного хода строчной развертки, в Эв результате чего буферный регистр управляющей вычислительной машины становится свободным от информации и готовым к приему нового информа" ционного слова. Затем описанный процесс передачи информации повторяется.

В момент начала прямого хода первой телевизионной строки в видимой части кадра блоки аппаратной части начинают процесс формирования сигнала отображаемого изобрежения. Импульсы горизонтальной и вертикальной дискретизации растра с выходов синхронизатора 6 поступает на соответствующие входы формирователей

8-10 геометрических элементов изображения, где взаимодействуют с коэффициентами и свободными членами выра- . жений (1)-(4) или четвертыми и пятыМ ми частями информационных слов, в результате чего осуществляется моделирование этих выражений во времени.

Моделирование осуществляется синх ронно с"телевизионным растром, в результате чего возникают адресные

5 сигналы m (й) и n (t) . Адресные сигналы поступают на адресные входы соответствующих блоков памяти, отку18 10 да считываются сигналы деталей изображения. Наклон и положение каждой детали задаются пятой частью инфор" мационного слова, описывающего дан.ную деталь изображения. Сигналы деталей изображения поступают на входы блока ll наложения геометрических элементов изображения, в регистре 26 которого записаны третьи части информационных слов, под действием которых дешифраторы 30-32 и элементы ИЛИ 27-29 пропускают на выход логического блока 11 наложения геометрических элементов изображениФ сигналы деталей изображений первого порядка видимости,на второй выходсигналы деталей изображений второго порядка видимости и т.д., что упорядочивает расположение сигналов относительно выходов, блока.

С выходов блока 11 наложения геометрических элементов изображения сигналы разных порядков видимсй=ти подаются на соответствующие входы блока 12 элементов запрета, где при наличии на различных входах в один момент времени сигналов различных по-. рядков видимости на первый выход пропускаются сигналы первого порядка видимости. На второй выход пропускаются те части сигналов-второго порядка видимости, которые соответствует видимым частям изображений второго порядка видимости, в другой момент времени, когда не видно изображений первого порядка и т.д. Таким образом, из всех выходов блока

12 элементов запрета в каждый момент времени только на одном выходе может быть сигнал изображения, так как наблюдатель должен s каждой точке телевизионного растра видеть одну точку конкретной непрозрачной детали изображения. Наличие сигнала изображения только на одном из выходов блока 12 элементов запрета в каждый момент времени соответствует позиционному коду этого вы ода или конкретной, видимой (отображаемой) в данный момент времени, детали изображения. Позиционный код детали изображения с выходов блока 12 элементов запрета поступает в каждый момент времени на вход шифратора 14, где преобразуется в двоичный код, который поступает на адресные входы первого блока 5 памяти. В первом блоке 5 памяти по двоичным адресам, соответствующим номеру детали изоб100 7 ражения, хранятся коды яркости и цвета каждой детали иэображения, занесенные в него в виде второй части информационного слова. Таким образом,-при поступлении на адресный f вход первого блока 5 памяти двоичного кода на его выходах возникают коды яркости- и цвета, преобразующиеся в цифро-аналоговых преобразователях 2-4 в три аналоговых сигнала, амплитуды которых в каждый момент времени модулируют по яркости и цвету три модулятора цветной электронно-лучевой трубки, входящей в цветной телевизионный индикатор 1. В результате описанного процесса работы системы на экране электроннолучевой трубки отображается цветное иэображение, меняющееся в реальном времени. 26

Предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет .значительно меньшие аппаратурные затраты.

Кроме того, она позволяет значительно сократить затраты машинного

»8 12 времени УВИ на расчет кбэффициентов и свободных членов выражений (3) и (2). Так, если в качестве управляющей вычислительной машины используется ЗВИ с быстродействием

200.000 операций в секунду, то на расчет в предлагаемой системе тратится 4 мс машинного времени, а в известной 137 мс. Зто говорит о том, что в известной системе изображение будет обновляться с частотой

7 Гц и будут наблюдаться скачкообразные движения деталей, вращающихся в реальном времени., Этот эффект полностью отсутствует в предлагаемом устройстве для отображения информации.

Таким образом, предлагаемое устройство для отображения информации строится с меньшими аппаратурными затратами, позволяет отображать изображения с высокой детальностью, т.е. высокого качества по сравнению с существующими устройствами для отображения информации.

Фиг.2

1007118

Заказ 21 3/73 P

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

133035, Москва N-35, Ра ская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород„ ул. Проектная, Составитель В. Гречанинов

Редактор Т. Куг ышева Тех ед С.Мигунова Корректор ". Шулла

Ти аж Подписное