Устройство для отображения графической информации на экране электронно-лучевой трубки

 

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 кусочнолинейных 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ)(РЕСПУБЛИН (19) (11) (5и 4, G 09 С 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕДАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3778523/24 — 24 (22) 10.08.84 (46) 07.07.86.Бюл. № 25 (71) Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени институт точной механики и оптики (72) В.А.Зенцов, В.Ф.Попов, В.Т.Тозик и Ю.В. 10дин (53) 681.327.11 (088.81 (56) Авторское свидетельство СССР № 696504, кл. G 09 G 1/08, 1977, Авторское свидетельство СССР № 879635, кл.G 09 G 1/08, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ

ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ НА ЭКРАНЕ

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ (57) 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 Иаудера и функциональных связей. Сущность изобретения заключается в воспроизведении кривой на экране ЭЛТ, заданной параметрически своими координатами Х (t), Y (t) с помощью кусочно-линейной интерполяции этих координат рядом по.системе кусочно †линейн функций, Иаудера.

Характерной особенностью разложе"j

lV-1

«сия X(t) =- C +M C ° S (t) является со быстрое убывание по модулю с ростом

) коэффициентов Паудера и независи-" мость вычисления коэффициентов старших групп от значений уже вычислен-: ных коэффициентов младших групп, т.е. при необходимости изменения числа отрезков аппроксимации достаточно некоторые триггеры в блоках вычисления коэффициентов кусочнолинейных функций Иаудера 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.

124 3015

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

Цель изобретения — повышение быст- ( родействия устройства.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства;на фиг.2 — схема блока вычисления коэффициентов кусочнолинейной функции Шаудера; на фиг.3 пример интерполяции с неравномерным шагом кривой х (t) эллипса.

Устройство содержит генератор счетных импульсов, элемент 2 зацержки, вход которого является вхо дом 3 устройства, третий 4 и четвертый 5 элементы И, первый делитель 6 импульсов, первый счетчик 7 числа участков аппроксимации, дешифратор 8, первый 9 и второй 10 блоки вычисления 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, первый 19 и второй

20 цифроаналоговые преобразователи, второй счетчик 21, второй делитель 22 импульсов, третий счетчик 23, блоки ?4 и 25 задания начала и конца дуги соответственно, первый 26 и второй 27 блоки сравнения, формирователь 28 видеосигнала и первый 29, второй 30 и третий 31 выходы устройства. 4()

С х ем а блок а вычисл ения к о эффи циентав кусочно-линейной функции Шаудера для случая Ф = 8 (фиг,2) содержит блок 32 памяти, накапливающий ,1 S 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 преобразователей 19 и 20 подключены к выхо— дам соответственно первого и второго реверсивных счетчиков 17 и 18, вторые 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 элемента И, первый вход которого подключен к входу генератора счетных импул:ьсов, выход дешифратора подключен к выходу первого счетчика, вход которого подключен к выходу первого делителя импульсов „ первый и второй входы формирователя импульсов яркости подключены соответственно K выходам первой и второй схем сравнения, первые входы которых подключены 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 делителя импульсов, выходы формирователя импульсов яркости, первого и второго цифроаналоговых преобразователей являются соответственно-первым, вторым и третьим выходами устройства, причем входы первого и второго реверсивных счетчиков подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, первые входы которых через первый и второй регистры соответственно подключены к выходам пятого и шестого элементов И, первые входы которых подключены к выходам первого и второ.о блоков вычисления коэффициентов кусочно-линейной функции Шаудера соответственно, группы которых объединены и подклю-! чены к выходам дешифратора, вторые входы пятого и шестого элементов И объединены и подключены к выходу первого делителя импульсов, управляю" щий вход устройства подключен к

/ второму входу четвертого элемента И и через элемент задержки — к второму входу третьего элемента И, вход первого делителя импульсов подключен к выходу четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу генератора счетных импульco13.

На фиг,2 семь элементов ИЛИ 3541 разделены на три группы, первую образуют один элемент ИЛИ 35, вторую — два элемента 36 и 37, третью— четыре элемента 38-41, Первый вход сумматора. 33 подключен к выходу элемента ИЛИ 34, а второй вход к выходу блока памяти 32, семь входов элемента ИЛИ 34 подключены соответственно к входам 70-76 блока вычисления,восемь входов блока 32 памяти подключены соответственно к выходам элементов И 50-57, первые входы которых подключены к выходам тригге3015 4 представляющих собой полную систему линейно независимых функций:

Н-1 (I) (t. = C„+ . c; s„(t), еО где коэффициенты ГС ° определяются с

1) помощью преобразования Хаара над первыми разностями

3 124 ров 42-49, а вторые входы элементов

И 51-57 подключены к выходам элементов ИЛИ 35-4), второй вход элемента И 50 подключен к нулевому входу блока вычисления, первые входы элементов ИЛИ 35,36 и 38 последовательно соединены между собой через элементы 58,59 и 61 задержки первый вход элемента ИЛИ 35 соедйнен с нулевым входом блока вычисления. Пер- 10 вый вход блока вычисления соединен с входом элемента ИЛИ 38, второй вход — с элементом ИЛИ 36 и через элемент 60 задержки — с входом элемента ИЛИ 38, который через элемент f5

63 задержки соединен с входом элемента ИЛИ 39. Третий вход блока вычисления соединен с входом элемента

ИЛИ 39, Четвертый вход блока вычисления соединен с входом элемента, 20

ИЛИ 35, через элемент 62 задержки— с входом элемента ИЛИ 36, который через элемент 64 задержки соединен с входом элемента ИЛИ 37, который через элемент 65 задержки соединен с 2S 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 3 вычисления соединен с входом элеменz та ИЛИ 37, который через элемент задержки соединен с входом элемента

ИЛИ 40,который через элемент 67 -задержки соединен с входом элемента

ИЛИ 41. Седьмой вход блока вычисления соединен с входом элемента ИЛИ 41

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

Каждый элемент задержки в блоке вычисления разностей задерживает принедний на его вход импульс на время

Ф - время, необходимое для выборки 4S данного из блока памяти и выполнения операции сложения в накапливающем сумматоре. Элемент 2 задержки в са- мом устройстве задерживает импульс на время,а1 — время, равное .периоду, р следования импульсов на выходе делителя числа участков 6 аппроксимации, соответствующего времени между узлами интерполяции.

8„= x(t;) — х (t;,)

С=Н а

Coo = x(G);

Приближение (1) является кусочно0 линейной интерполяцией х(t) по систе

Ме равноотстоящих узлов t. Bocnpo1 изведение х (t) как функции времени в равноотстоящих отсчетах аргумента

Известно, что любая непрерывная функция x(t) на (0,1) может быть разложена в ряд по системе кусочнолинейных функций Паудера ГЯ (t, f 3 — 1 =0 1 .../ l

1 ф. > )" 1

И вЂ” матрица дискретного преобразования Хаара размерностью

jg е Я

P — порядок 1 -й функции

Шаудера.

-< - р с1 = 0,1,...,(, может

1 быть произведено следующим образом:

K(4%) = x(i „5+ р„; ,о = 2 " " ° 8„, с = 1,2 ... С1 где, „ — разности функций х () на

ft; t(,„) В блоке памяти хранятся коэффициенты Еаудера (С1) функций x(t) >

y(t), а их воспуоизведение на 1 -ом отрезке по (С воспроизводится одновременно с вычислением „о для

401,1 следующего (i+1)-го отрезка следующим образом в соответствии со следующим рекуррентным алгоритмом.

Угловые коэффициенты наклона аппроксимирующих линий 8„ могут быть получены из значений коэффициентов шаувера 1c>) авв м= 8 в соответствии с выражением

12430!5

{3) 10

Если выразить в (Çi каждое значение 8„. через предыдущее 8„„, то

c+c+(.+с р

5,— 2С4, о 2С+С.+ С

8 — 2с, 2c„+ c + c + c +

E 2с,, 8ь- гсз + C6+ C7, ;((()

Ю, — гс„.

В общем виде алгоритм (4 ) можно описать следующим образом. Обозначим двоичное представление: 1 = 1,N через 1 = (i,з „,...,з„1.

N = 2; Р— номер первой единицы справа в двоичном представлении j;

L — десятичный эквивалент двоичного кода (i,i,...,i>,), иричеи если

Р= 1, то 6=0.

Тогда

А = 8 -„+ (-2) С,, + и

+C 2 " (26+1) (5) Это выражение положено в основу схемы соединений входов блока вычисления с элементами ИЛИ (фиг.г).

Устройство (например, для л7=з 8 ) работает следующим образом.

В начальный момент времени счетчики 21 и 23, реверсивные счетчики

17 и 18, накапливающий сумматор 33 йаходятся в нулевом состоянии, счетчик 7 — в состоянии 1111,...,11.N триггеров 42-49 в каждом блоке вычисления установлены в нулевом или единичном состоянии в зависимости от того, является ли коэффициент Шаудера, соответствующий этому триггеру, нулевым или нет:

8 =

5 =

8,=

8,=

В =

86 —.

7 й,=

Ь „=

8„=

Я

О4 =

8 = ь=

8 = н "с с,+

c,+ с + о с + с о с о со с а

ZiJIH с+с+с, с + с, с 2 с с+с с„- с,— с>, 1 3 6 р

С„+ Сз Гьр

С1 С+ с79 с„— с-с

Состояние триггера с номером

j =: 1,если С„ О

О,если С (= О.

Число хранящихся в блоках 32 памяти коэффициентов Шаудера равно

3 числу триггеров, находящихся в ненуле вом состоянии. их число в общем случае меньше Ф.

В блоках задания координат начала и конца дуги установлены соответствуннцие значения аргументами„ и

Коэффициенты пересчета дели он телей 6 и 22 заданы, исходя из требовании точности аппроксимации и обеспечения необходимой гладкости кривой на экране.

Подается управляющий сигнал на вход 2, отпирается элемент И 5, им— пульсы 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.иэ него выбирается коэффици" ент Шаудера С, . Если импульс на втором входе накапливающего сумматора

33 отсутствует, то выполняется обычная операция накапливающего суммирования: — + C где Х вЂ” содержимое сумматора;

С„ — суммируемый код." з

Если же импульс на втором входе сумматора 33 имеется, то выполняется операция вида:

Х. =- ": — 2С,.

В данном случае импульс на втором входе отсутствует, поэтому коэффициент подсуммируется к нулевому содержимому накапливающего сумматора 33, Через время i импульс,.задержавшись в элементе 58 задержки, появляется на втором входе элемен1243015 та И 35, если триггер 43 находится в единичном состоянии, импульс пройдет на вход блока 32 памяти, коэффициент С будет выбран из блока 32 памя10 ти и подсуммируется к содержимому накапливающего сумматора 33 (так как импульс на втором входе сумматора по-.прежнему отсутствует ).

Аналогично через времена 2 7 и 3 Ф будут выбраны коэффициенты С и С, и в результате через время

3 после появления импульса на выходе элемента 5 И в сумматоре 33 окажется значение

8,= С+ С+ С+

2.

К моменту времени at появятся два импульса — импульс на выходе элемента задержки, который открывает И 4, и очередной импульс на 20 выходе делителя 6, Последний импульс открывает элементы И 11 и 12, и содержимые сумматоров 33 в обоих блоках вычисления разностей будут переписаны в регистры 13 и 14. В 25 этих регистрах происходит сдвиг их содержимых на q — n разрядов вправо, т.е. реализуется операция Ч - о

2 С,. Импульс с выхода счетчика

21 поступает на вторые входы элемен- 30 тов 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 в счетчиках 17 и 18 в соответствии с (2). Одновременно в блоках вычисления разностей производится вычисление углового коэффициента наклона аппроксимирующих линий по осям ОХ 40 и OY 5„no (5).

Содержтмае счетчика 7 становится равным 1, возбуждается первая шина дешифратора 8, и импульс проходит на первый вход обоих блоков 9 и 10. 45

Импульс проходит 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 коэффициент С„ . Накапливающий сумматор производит суммирование: т4= Х- 2 CD.

Таким образом, в сумматоре оказы- >5 вается значение Е,.

По приходу очередного импульса с делителя 6 значения Ю„ с сумматоров

33 переписываются через открытые элементы И ll и 12 в регистры 13 и 14, и начинается воспроизведение линии на первом участке с угловым коэффициентом B„ no (2) . Одновременно в блоках вычисления производятся вычисления значений с для следующего второго отрезка. Далее работа устройства протекает без изменения.

Цифроаналоговые преобразователи

19 и 20 преобразуют значения выходных кодов реверсивных счетчиков 17 и 18 в аналоговый сигнал, который поступает на отклоняющую систему электронно-лучевой трубки.

Для воспроизведения на экране

ЭЛТ кривой управляющие сигналы, поступающие с формирователя 28 видео— сигнала на выход 31, подаются в блок яркости ЭЛТ (не показан). При нали чии управляющего сигнала с выхода 31 электронный луч засвечивает экран

ЭЛТ. При отсутствии этого управляющего сигнала блок яркости "запирает" электронный луч, и экран не засвечивается. Сигналы управления на формирователь 28 поступают с блоков 26 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 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 х = x(t) представляющей собой эллипс.

Пусть узлы интерполяции о ,...,г. „ суть двоична-рациональнйе числа, 1, р — произволь1 ные 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

1243015 и значение х(о) (фиг.3 1. Эта означает, что триггеры 45,,47,48 и 49 находятся в нулевом состоянии. Поэто- му 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 10 предлагаемого устройства на универсальных ЭВМ показало, что если у кривых резко меняются вторая производная (например, эллипсы с большим эксцентриситетоМ 1, то число храни- 15 мых коэффициентов может быть уменьшено в 3-4 раза и более.

Кроме того, в предлагаемом устройстве угловые коэффипиенты наклона линий на разных участках ап- 20 проксимации в обычной КЛА (которая реализуется в известном устройстве) представляют величины примерно одного порядка (например, фиг.3 ). Характерной особенностью разложения 25 (1) является быстрое убывание по модулю с ростом 1 коэффициентов Шаудера и независимость вычисления коэффициентов старших групп ат значений уже вычисленных коэффициентов З0 младших групп. Это означает,, что если по каким-либо причинам необходимо уменьшить (или увеличить 1 число отрезков аппроксимации (например, в процессе эксперимента возникает необходимость улучшить качестно воспроизведения кривой, увеличить гладкость воспроизводимых кривых или наоборот уменьшить и т.д.), ) то в предлагаемом устройстве для 10 этого достаточно установить некоторые триггеры в блоках вычисления в нулевые состояния или, не меняя уже записанных в память коэффициентов, записать новые. 45 формула изобретени

Устройства для отображения графической информации на экране электронно-лучевой трубки, содержащее последовательно соединенные первый делитель частоты, первый счетчик и дешифратор, последовательно соединенные первый элемент И, первый реверсивный счетчик и первый цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные второй элемент И,, второй реверсивный начетчик и второй цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные генератор импульсов, третий элемент

И и второй счетчик, последователь— на соединенные второй делитель частоты, третий счетчик, первый блок сравнения и формирователь видеосигнала, последовательно соединенные блок задания координаты конца дуги и второй блок сравнения и блок зада" ния координаты начала дуги, выход катарога соединен с вторым входом первого блока сравнения,,выход третьего счетчика соединен с вторым входом второго блока сравнения, выход второго счетчика соединен с пер" выми входами первого и второго элементов И,, выходы цифроаналоговых преобразователей соединены с отклоняющей системой электронна-лучевой трубки, отличающееся тем, что,, с целью повышения быстродействия устройства, ана содержит элемент задержки, вход которого является входам устройства, четвертый элемент И, последовательно соединенйые первый блок вычисления коэффициентов кусочно-линейных функций Паудера, пятый элемент И и первый регистр и последовательно соединенные второй блок вычисления коэффициентов кусочно-линеиных функ-. ций 111аудера, шестой элемент И и второй регистр, выход которого соедийен с вторым 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 соединен с вторым входам третьего элемента И, выходы дешифратара соединены с. соответствующими входами пер" вага и второго блоков вычисления ко" эффициентов кусочно-линейных функций

Шаудера, выход первого регистра соединен с вторым входом первого элемента N.

l243015

1243015 .Составитель С.Гришин

Редактор Н.Яцола Техред М.Ходанич

Заказ 3709/51 Тираж 455 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 но-полиграфическое предприятие, r,Óæãîpîä, ул. Проектная, 4

Производственно-по