Устройство для отображения информации на экране телевизионного индикатора

 

4ы генея

Союз Соеетскии

Социалистических

Республик (iii723624

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20.03.78 (21) 2597565/18 24 с присоединением заявки.%— (23) Приоритет (5I)М. Кл.

G 06 К Ц/20 йеударетееииый камитет

ll0 делан иэобретеиий и аткрытий

Опубликовано 25 03 80. Бюллетень,% 11

Дата опубликования описания 25 03 80 (53) УЛК 681.327..11 (088.8) (72) Автор изобретения

И. Н. Гутлин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

НА ЭКРАНЕ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИНДИКАТОРА

Изобретение относится к технике формиро,вания сложных динамических изображений и может быть использовано для создания различных специализированных и универсальных дисплеев, телевизионных тренажеров, и игровых автоматов, а также всюду,,где необходимо соз5 дать сложное иэображение, динамические возможности которого обеспечиваются путем неограниченного перемещения и поворота на любой угол.

Известны устройства для отображения информации на телевизионном экране, одно нз которых содержит на входе блок ввода, вы-. ход которого через блок памяти подключен непосредственно ко входу блока вывода данных и через генератор знаков к формирователю изображений (1).

Однако формируемые с помощью такого устройства изображения, обладают ограниченными динамическими возможностями и не поз. -тО воляют реализовать поворот его на тот или иной угол. Наиболее близким техническим решением к йредлагаемому изобретению является устройство для отображения информации, содержащее счетчики по осям Х и У, генератор импульсов, логический формирователь, блок ввода, синхрогенератор и другие блоки обработки и формирования видеосигнала (2).

Однако устройство не обеспечивает программируемый сдвиг и поворот формируемого изображения на тот нлн иной угол, а также сложно по конструкции.

Цель изобретения — расширение области применения устройства путем увеличения количества формируемых изображений н повышения четкости изображения.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее синхрогвнератор, выходы которого подключены ко входам блока преобразования координат, блок ввода, выходы которого подключены к вычислительным блокам, два коммутатора, входы которых подключены к выходам синхрогенератора и второго вычислнтелы ного блока, а выходы — ко входам двух суммирующих счетчиков, при этом входы второго вычислительного блока подключены к выходам первого вычислительного блока и блока преоб723624 4 разования координат, а выход — к соответствующим входам суммирующих счетчиков, введены делитель частоты, счетчик по координате Х, логический формирователь, синтезатор вращающихся изображений, блок приоритета и цветового кодирования и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен ко входу телевизионного индикатора, при этом первый выход синхрогенератора подключен ко входу делителя частоты, выход которого подключен ко входу первого вычислительного блока, а второй выход синхрогенератора подклю- чен ко входам суммирующих счетчиков и счетчика по координате Х, выходы блока преобразования координат и счетчика по координате Х подключены ко входам логического формирователя, выходы суммирующих счетчиков подключены к входам синтезатора вращающихся иэобрахвний, выходы логического формирователя и синтезатора вращающихся изображений подключены ко входам блока приоритета и цветового кодирования, выход которого подкл чен ко входу цифроаналогового преобразователя.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — вид преобразованных функций дискретизации при о о повороте их на угол а и у .

Устройство содержит синхрогенератор 1, соединенный со счетчиком 2 по координате Х и логическим формирователем 3, а также делителем 4 частоты, блок 5 ввода и цифроаналоговый преобразователь 6, соединенный с телевизионным индикатором 7. В него также введены блок 8 преобразования координат, два вычислительных блока 9 и 10,, коммутаторы

11, 12, суммирующие счетчики 13, 14, синтезатор 15 вращающихся изображений и блок 16 приоритета цветового кодирования.

Устройство работает следующим образом.

Цифровой синхрогенератор 1 является основным хронирующим и частотозадающим блоком, обеспечивающим синфазность и синхрофазность работы всего устройства. Он вырабатывает не только синхрониэирующие импульсы частоты строк и полей, но также разнообразные тактовые импульсы, используемые для обеспечения работы вычислительных устройртв и для формирования цифровой развертывающей функции горизонтальной дискретизации ЩРФД, Формирование статической и динамической информации осуществляется различными блоками устройства, а затем сводится в один видеосигнал для подачи на телевизионньй индикатор

Формирование сигналов отображения статической информации осуществляется логическим

В формирователем 3 из сигналов горизонтальной и вертикальной дискретизации. Для этого на вход логического формирователя 3 поступают

1О

l5

7.

55 сигналы цифровых развертывающих функций горизонтальной ЦРФ„и вертикальной ЦРФ дису кретизаций, Сигналы ЦРФ формируются с помощью счетчика 2 по координате Х. Счетчик запускается тактовыми импульсами горизонтальной днскретизации, поступающими во время прямого хода строчной развертки и сбрасывается на нуль во время обратного хода строчной развертки. При этом на выходе блока формируется параллельньй линейно-возрастающий двоичный код.

Сигналы ЦРФ формируются аналогичным

У образом с помощью блока 8 преобразования координат. Однако в качестве тактовых импульсов в данном случае используются строчные синхроимпульсы, а полевые синхроимпульсы— для установки; счетчиков во время обраТного хода йо полю и "указания" на четность поля.

Соответствующий выбор момента установки счетчика в блоке 8 позволяет формировать цифровую функцию вертикальной дискретизации с началом координат в левом нижнем утлу телевизионного растра, что в свою очередь упростит работу второго вычислительного блока 10.

Параметрические уравнения траектории точки М(х,; уч), в декартовой системе координат, обычно выражают в виде двух фуйфуций от одного аргумента t:

x> = ф(т), yI = 7(т) (1) где х> и y> — координаты материальной точки М, движущейся по плоскости.

Уравнения (1), выражающие х, и у, как функции времени t, можно рассматривать как уравнения движения точки М (фиг. 2). Рассчет координат точки М целесообразно осуществить с помощью отдельного вычислительного устройсгва. С этой целью используется первый вычислительньй блок 9, производящий расчет координат в соответствии с,уравнениями (1). Основной особенностью данного вычислительного блока является невысокая скорость выдачи результата, поскольку быстрое перемещение формируемого изображения на телевизионном экране зачастую теряет смысл.

Временные интервалы, соответствующие параметру t, обеспечиваются путем деления синхроимпульсов частоты полей делителем частоты 4. Коэффициент деления этого делителя выбирается исходя из заданной величины временной дискретности, обеспечивающей "плав ное" смещение точки М.

Блок 5 ввода. предназначен для согласоваНия постоянных.и переменных параметров, подаваемых от различных датчиков, либо ЭВМ

;о входными регистрами вычислительных блоков 9 и10. В зависимости от вида конкретно решаемой задачи блок 5 ввода осуществляет

5 72 то или иное преобразование цифровой или аналоговой информации. Блок 5 ввода должен обеспечивать также возможность ручного ввода информации.

Формирование вращающихся иэображений

1 на телевизионном растре принципиально возможно в случае применения преобразованных функI ций дискретизации. При этом должна быть обеспечена возможность плавного изменегпи утла наклона преобразованных функций,к координатным осям Х и, Y телевизионной развертки.

В свою очередь, угол наклона преобразованных цифровых функций к координатным осям развертки должен отличаться на я/2. Рассмотрим процесс формирования преобразованных цифровых функций с помощью вычис лительного блока.

Нормальное уравнение прямой и декартовой системы координат имеет вид:

x cosy + у. siny — Р, О, . (2) где р — полярный угол норМали (прямой, проведенной через начало координат и перпендикулярную к данной);

Р1 — расстояние от начала коррдннат до прямой.

Уравнение (2) может быть использовано для моделирования одной из преобразованных функций дискретизации,. при этом вторая преобразованная функция примет вид:

2. (3)

Для формирования преобразованных цифровых функций с началом координат в точке М выражений (2) и (3) преобразуют, принимая

Р,=Р = 0 и вводя параллельный сдвиг декартовой системы координат на величину х1 в.направлении оси 0т„и на величину у> в направлении оси Ot: (х — х1) cosy + (y — y )siny — 0) (4) (x xg) sony (y у1) cosy = 0)

Моделирование выражений (4) с помощью вычислительных устройств представляет значительную сложность, поскольку в процессе вычислений высокочастотная составляющая х претерпевает значительные преобразования (соизмеримые с "низкочастотной" составляющей ф

Поэтому выражениям (4) придадим вид, наиболее удобный для построения экономичного вычислительного устройства: х + ((У вЂ” Уl)tgy — xl) = 0 (5) х — ((у — у,)ctgy — хt) = 0) Второй .вычислительный блок 10 работает в реальном масштабе времени со скоростью телевизионной развертки. Оно производит расчет "низкочастотных" частей выражений (5) (в квадратных скобках). При этом данные х, и у, поступают с выхода первого вычислительного блока 9, у1 — с выхода блока преоб

3624 6 раэования координат 8, tgy(ctgy) — с выхода блока 5 ввода, а необходимые для работы второго вычислительного блока 10 тактовые импульсы — с соответствующих выходов синхрогенератора 1.

Поскольку полньй расчет необходимо осуществлять для каждой строки растра в отдельности, тактовые импульсы (ТИ), снимаемые с выхода синхрогенератора, должны быть. кратны частоте строчной развертки. Такие сигналы формируются из первичных сигналов формирования строчных синхроимпульсов, вырабатываемых синхрогенератором 1.

Помимо этого, вычислительньй блок 10 вырабатывает сигналы коррекции при значениях (г

+ а также ctgy = ctgnm, так -а -% в как при этих значениях выражения в квадратных скобках "обращаются в бесконечность" и теряют арифметический смысл, Сигнал коррекции подается на управляющие входы суммирующих счетчиков 13 и 14.

Два вычислительных блока, в принципе, могут быть объединены в единьй блок и выполняться в виде микропроцессорного устрой25 ства среднего быстродействия.

Окончательный расчет левых частей выражений (5) в реальном масштабе времени осуществляется блоками 13 и 14. Они представляют собой двоичные счетчики, позволяющие зо осуществлять параллельный и последовательныи ввод информации. При этом информация в виде параллельного кода подается через коммутаторы 11 и 12 с. выходов второго вычислительного блока 10, а текущее значение Х, в виде тактовых импульсов горизонтальной дискретизации ТИ, следующих во время прямого хода строчной развертки, подается на счетные входы обоих счетчиков.

На выходе блоков 13 и 14 формируются преобразованные функции дискретизации. Для обеспечения необходимых временных соотношений параллельного ввода "низкочастотной информации" во время обратного хода строчной развертки, на управляющие входы коммутаторов 11 и 12, выполненных на двух группах двухвходовых коньюккторов, подают строчные синхроимпульсы (ССИ) .

Преобразованные функции дискретизации

Подаются на синтезатор сигналов вращающихся изображений 15. Поскольку цифровые сигналь; преобразованных функций отличаются от цифровых развертывающих функций горизонтальной и вертикальной дискретизации своими частотными свойствами, то и методы формирования сигналов синтезатором 15 учитывают эти отличия. Наиболее предпочтительные являются методы математической логики, и, в частности, метод формирующей матрицы. В осталь723624 8 ном: ормирование вращающихся изображений синтезатором 15 ничем не отличается от анало/ичного формирования статических изображений.

Сигналы формирования статической и динамической информации с выходов логического

5 формирователя 3 и синтезатора 15 вращающихся изооражений подаются на входы блока 16 приоритета и цветового кодирования. В этом блоке каждому сигналу изображения или части его придается то или иное значение цветЛости и яркости. На вход этого блока поступают также сигналы от других синтезаторов (от синтезаторов цифрового отсчета, от аналогичных синтезаторов вращающихся изображений и т.п.). При этом блок 16 приоритета и цветового кодирования должен обеспечить соответствующую перекодировку некоторых изо6ражений с тем, чтобы обеспечить необходимый контрастный перепад (светлые изображения на темном фоне и наоборот).

Блок приоритета и цветового кодирования выполн.-ют HB цифровых логических элементах, положив в основу синтеза методы математической логики. (Цифровые сигналы с выхода блока 16 по- э5 даются на соответствующие входы цифроаналогового преобразователя б. На входи этого блока подаются также синхронизирующие и гасящие импульсы (СН). На выходе цифроаналогового преобразователя 6 формируется полный зп телевизионный сигнал, который и подается на стандартный телевизионный индикатор 7 (ВКУ, телевизор, проекционное устройство). При формлровании цветных изображений блок 6 выполняют в виде 3-х попблоков для 3-х основных

Г,=-;:.тов 8, 6 и B°.

Сравнительный анализ технико-экономической эффективности предлагаемого устройства по -зтношению к аналогичным (решающим подобную задачу) наиболее прогрессивным техничес- @> ким решениям в этой области гоказывает его

"высокую экономичность.

$o

Пример. Для формирования сложного вращающегося изображения (прЫ применении матричного метода) необходимо синтезировать

Й изображений, каждое из которых, в свою очередь, требует для своего формирования

m; р бит информации. Если p=m, то для поворота изображения на 360 с угловой дискреткостью в один элемент, число синтезируемых матриц равно:

V =- 2mR = ллз =;гр, так как R = m/2 (для симметричного изображения) .

Таким образом, формирование сложных иэображений матричным методом потребует увеличения емкости в лр раэ Так, при формировании сложного изображения с матрицей

m х р 30 м 40 элемен1ов, выигрыш за счет уменьшения объема памяти составляет лр =

= 3 14 40 = 125 раз.

Экономическая эффективность предлагаемого устройства не ограничивается только уменьшением объема памяти, поскольку применение предлагаемого устройства значительно улучшает оперативность управления и сопряжения с различными датчиками входных сигналов или ЭВМ.

Формула изобретения

Устройство для отображения информации на экране телевизионного индикатора,, содержащее синхронизатор, выходы которого подключены ко входам блока преобразования координат, блок ввода, выходы которого подключены к вычислительным блокам, два коммутатора, входы которых подключены к выходам синхрогенератора и второго вычислительного блока, а выходы — ко входам двух суммирующих счетчиков, входы второго вычислительного блока подключены к выходам первого вычислительного блока и блока преобразования координат, а выход — к соответствующим входам суммирующих счетчиков, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства путем увеличения количества формируемых изображений и повышения четкости изображения, в него введены делитель частоты, счетчик по координате Х, логический формирователь, синтезатор вращающихся изображений, блок приоритета и цветового кодирования и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен ко входу телевизионного индикатора, при этом первый выход синхрогенератора подключен ко входу делителя частоты, выход которого подключен ко входу первого вычислительного блока, второй выход синхрогенератора подключен ко входам суммирующих счетчиков и счетчика по координате Х, выходы блока преобразования координат и счетчика по координате Х подключены ко входам логического формирователя, выходы суммирующих счетчиков подключены ко входам синтезатора вращающихся иэображений, выходы логического формирователя и синтезатора вращающихся изображений подключены ко входам блока приоритета и цветового кодирования, выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Драбкин P. И. Формирование цифробуквенной и графической информации на телевизионном экране. В кн. Телевизионные методы и устройства отображения информации. Под ред. Кривошеева М. И. М., "Советское радио", 1975, с. 66-74.

2. Авторское свидетельство СССР N 485478, кл. G 06 К 15/20, 1975.