Устройство для отображения графической информации на экране электронно-лучевой трубки

(19) (11) 09 С 1 / 08 БРЕТ ЛЬСТ в в ЭЛТ нои параметричесатами Х (С), У (Т -линейной интерпо а к оими координ ощью кусочно этих координ но-линейных терной особ и с с поципкусоХара по системЧаудера.разложеат и функ енно ь ния Х( Авторское свиУ 879635, кл.С 0 тельство СССР С 1/08, 1980. в диалогов ом е,3 ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ СВИ(71) Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени институт точимеханики и оптики(56) Авторское свидетельство ССС У 696504, кл. С 09 С 1/08, 1977(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ НА ЭКРАНЕЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике иможет быть использовано в аппаратуре систем отображения графическойинформации и предназначено длявоспроизведения на экране ЭЛТ кривых,которые задаются параметрическизаконом изменения координат точеккривых от времени. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства - достигается введением вустройство элемента задержки, элементов Ирегистров, блоков вычисления коэффициентов кусочно-линейных функций Раудера и функциональных связей. Сущность изобретения заклю чается оспроизведении кривой на Р г) = С + Х СБявляетсясобыстрое убывание по модулю с ростомкоэффициентов 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 кусочно- линейных функций Иаудера установить в нулевое состояние или, не меняя уже записанных в память коэффициентов, записать новые, что обеспечивает быстродействие, гибкость иоперативность перестройки устройста, необходимые для использования в . системах интерактивной машинной графики врежимИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть использовано в аппаратуре систем отображения графической информации и предназначено для воспроизве 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 кусочно- линейной Функции Шаудера; на фиг.3 пример интерполяции с неравномерным шагом кривой хэллипса.Устройство содержит генератор 1 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 1 О 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 ревер- ЗО сивные счетчики, первый 19 и второй 20 цифроаналоговые преобразователи, второй счетчик 21, второй делитель 22 импульсов, третий счетчик 23, блоки 24 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. 4Схема, блока вычисления коэффициентов кусочно-линейной функции Шаудера для случая Ф = 8 (Фиг,2) содержит блок 32 памяти, накапливающий 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 выходам 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 импульсов, выход дешифратора подключенк выходу первого счетчика, вход которого подключен к выходу первого делителя импульсовпервый и второй входы формирователя импульсов яркости подключены соответственно к 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 регистрысоответственно подключены к выходам пятого и шестого элементов И, первые входы которых подключены к выходам первого и второго блоков вычисления коэффициентов кусочно-линейной функции Шаудера соответственно, группы которых объединены и подключены 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 импульсов На Фиг,2 семь элементов ИЛИ 35- 41 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 4представляющих собой полную системулинейно независимых функций:ю-ь (1)о=с+Е. , И),еОгде коэффициенты 1 С определяются с31помощью преобразования Хааранад первыми раз- ностями 3 124 ров 42-49, а вторые входы элементов И 51-57 подключены к выходам элементов ИЛИ 35-41, 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 О 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 15 63 задержки соединен с входом эле- мента 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 25 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 элемен/ 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 41Блоки задания начала и конца ду" ги представляют собой обычные регист" ры для хранения значений 1 коорди О 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 45Ф данного из блока памяти и выполнения операции сложения в накапливающем сумматоре. Элемент 2 задержки в са- мом устройстве задерживает импульс. на время й 1 - время, равное периоду,О следования импульсов на выходе делителя числа участков 6 аппроксимации, соответствующего времени между узлами интерполяции. 8. = х(е;) - х (;,) С=Н ь С, = х(0); Приближение (1) является кусочно- О линейной интерполяцией х(С) по системе равноотстоящих узлов 1 . Воспроизведение х как функции времени в равноотстоящих отсчетах аргумента 35Ч 01Я, может быть произведено следующим образом: Известно, что любая непрерывнаяфункция х на 0,1 может быть эразложена в ряд по системе кусочнолинейжсс функций 111 аудера ГЯ (,Г,Я, - 1 :ОИ1)И - матрица дискретного преобра-зования Хаара размерностьюИ Б;Р - порядок 1 -й функцииШаудера,где- разности функций х (й) нас,; с,. В блоке памяти хранятся коэффициенты 01 аудера С 1 функций х(г)у(1), а их воспуоизведение на 1 -ом отрезке по Своспроизводится одновременно с вычислением о. дляРследующего (+1)-го отрезка следующим образом в соответствии со следующим рекуррентным алгоритмом.Угловые коэффициенты наклона аппроксимирующих линий 8 могут быть получены из значений коэффициентов шеувере 1 с;1 евв м= 8 в соответствии с выражением10 Если выразить в (31 каждое значение 8. через предыдущее 8то С + С + С + СЮ 2 с 4- 2 С + С+ С 5,Ь, - 2 С,- гс+С+ С+ С+ СЮ - 2 С85- гсз+ С 6+ Г, ( 1 )Ю, - гС,О В общем виде алгоритм (4 ) можно описать следующим образом. Обозначим двоичное представление 1 = 1,1 з 1 через . 1 з,.з 1.И = 2; Р - номер первой единицы справа в двоичном представлении ;1 - десятичный эквивалент двоичного кода з.,ззз.,1, иричеи если Р=1, то 1=0.Тогда 30 5.: 3 + (-2)С,., +иС(5) Это выражение положено в основу схемы соединений входов блока вычисления с элементами ИЛИ (фиг,г).Устройство (например, для л=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 .11.11 триггеров 42-49 в каждом блоке вычисления установлены в нулевом или единичном состоянии в зависимости от 55 того, является ли коэффициент Шаудера, соответствующий этому триггеру, нулевым или нет; 8 =Ь =48,:8=В =86 -7 д,= Е: 8: Я О 4 = 8 = Ь се 8= Н "СС,+С,+С +оССоСоГоСа илиС + С + С ,Г+С - С3С - С 2+ СрС- С, - С,;+С+СС+ С - Гь;С 1 - СЗ+ С 7 рС Состояние триггера с номером1,если С 1 ОО,если С 3 - ОЧисло хранящихся в блоках 32памяти коэффициентов Шаудера равно3числу триггеров, находящихся в ненулевом состоянии. их число в общем случае меньше Ф.В блоках задания координат начала и конца дуги установлены соответствуннцие значения аргументами иКоэффициенты пересчета делиКОнтелей 6 и 22 заданы, исходя из требовании точности аппроксимации и обеспечения необходимой гладкости кривойна экране,Подается управляющий сигнал навход 2, отпирается элемент И 5, им -пульсы с выхода генератора 1 начинают поступать на вход делителя 6, азатем.на. выходы счетчика 7 и элементов И 11 и 12, Последние оказываются открытыми, и нулевые содержимыесумматоров 33 в блоках 9 и 10 будутпереписаны в регистры 13 и 14. Темвременем счетчик 7 переходит в нулевое состояние, поэтому на нулевойвыходной шине дешифратора 8 появляется импульс,(нумерация его выходовначинается с 69), который поступаетна нулевые входы первого и второгоблоков вычисления. Этот импульс, если триггер 42 находится в единичномсостоянии, проходитна вход блока 32памяти и.иэ него выбирается коэффици"ент 11 яудера С, . Если импульс на втором входе накапливающего сумматора33 отсутствует, то выполняется обычная операция накапливающего суммирования:Е=а. + Г,где Х - содержимое сумматора;С - суммируемый код"Если же импульс на втором входе сумматора 33 имеется, то выполняется операция ВидяХ. =- с - 2 С, .В данном случае импульс на втором входе отсутствует, поэтому коэффициент подсуммируется к нулевому содержимому накапливающего сумматора 33, Через времяимпульс,.задержавшись в элементе 58 задержки, появляется на втором входе элемен 1243015та И 35, если триггер 43 находится вединичном состоянии, импульс пройдетна вход блока 32 памяти, коэффициент С будет выбран из блока 32 памя 10 ти и подсуммируется к содержимомунакапливающего сумматора 33 (таккак импульс на втором входе сумматора потпрежнему отсутствует ).Аналогично через времена 2 7и 3 Ф будут выбраны коэффициенты Си С , и в результате через время3 после появления импульса на выходе элемента 5 И в сумматоре 33 окажется значение 15Е( С + С + С + С 4К моменту времени ь 1 появятсядва импульса - импульс на выходеэлемента задержки, который открывает И 4, и очередной импульс на 20выходе делителя 6, Последний импульсоткрывает элементы И 11 и 12, исодержимые сумматоров 33 в обоихблоках вычисления разностей будутпереписаны в регистры 13 и 14. В 25этих регистрах происходит сдвиг ихсодержимых на с 1 - и разрядов вправо,т.е. реализуется операцияч - 1а2С,. Импульс с выхода счетчика21 поступает на вторые входы элементов И 15 и 1 б, а затем на реверсивные счетчики 17 и 18, Таким образом,в течение последующего отрезка времени происходит воспроизведение линиис угловым коэффициентом наклонав счетчиках 17 и 18 в соответствиис (2), Одновременно в блоках вычисления разностей производится вычисление углового коэффициента наклонааппроксимирующих линий по осям ОХ 40и ОУ 5 по (5),Содержтмае счетчика 7 становится равным 1, возбуждается первая шина дешифратора 8, и импульс проходитна первый вход обоих блоков 9 и 1 О. 45Импульс проходит через элементИЛИ 34 блока вычисления, на которойвход сумматора 33, а также на четвер-.тую схему ИЛИ 38, поэтому если триг-гер 46 находится в единичном состоянии, из блока 32 памяти выбираетсякоэффициент С . Накапливающийсумматор производит суммирование:.т = -.г- г С,.Таким образом, в сумматоре оказывается значение Е,.По приходу очередного импульса сделителя 6 значения Ю с сумматоров 33 переписываются через открытые элементы И 11 и 12 в регистры 13 и 14, и начинается воспроизведение линии на первом участке с угловым коэффициентом Ю по (2) . Одновременно в блоках вычисления произ - водятся 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 видеосигнала на выход 31, подаются в блок яркости ЭЛТ (не показан). При наличии 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 определенный момент времени обнуляется, и цикл работы устройства может быть повторен.На фиг.3 изображен типичный случай кусочно-линейной интерполяции кривой х = х, представляющей собой эллипс.Пусть узлы интерполяцииоф фг. суть двоична-рациональнйе числа ,, р - произвольные 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 , Си значение х(о) (фиг.3 1. Эта означает, что триггеры 4547,48 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 мых коэффициентов может быть уменьшено в 3-4 раза и более.Кроме того, в предлагаемом устройстве угловые коэффипиенты наклона линий на разных участках ап праксимации в обычной КЛА (которая реализуется в известном устройстве) представляют величины примерно одного порядка ( например, фиг.3 ). Характерной особенностью разложения 25 11 является быстрое убывание по модулю с ростом 1 коэффициентов Шаудера и независимость вычисления коэффициентов старших групп ат значений уже вычисленных коэффициентов Зо младших групп. Это означает что если по каким-либо причинам необходимо уменьшить (или увеличить) 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, 45Формула изобретениУстройства для отображения графической информации на экране электронно-лучевой трубки, содержащее последовательно соединенные первый делитель частоты, первый счетчик и дешифратор, последовательно соединенные первый элемент И, первыйреверсивный счетчик и первый цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные второй элемент И второй реверсивньп счетчики второй цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенныегенератор импульсов, третий элементИ и второй счетчик, последователь -на соединенные второй делительчастоты, третий счетчик, первый блоксравнения и формирователь видеосигнала, последовательно соединенныеблок задания координаты конца дугии второй блок сравнения и блок зада"ния координаты начала дуги, выходкатарога соединен с вторым входомпервого блока сравнениявыходтретьего счетчика соединен с вторымвходом второго блока сравнения, выход второго счетчика соединен с пер"выми входами первого и второго элементов И выходыцифроаналоговыхпреобразователей соединены с отклоняющей системой электронна-лучевойтрубки, отличающеесятем, что с целью повышения быстродействия устройства, ана содержитэлемент задержки, вход которогоявляется входам устройства, четвертый элемент И, последовательно соединенные первый блок вычислениякоэффициентов кусочно-линейных функций Паудера, пятый элемент И и первый регистр и последовательна соединенные второй блок вычислениякоэффициентов кусочно-линеиных функ-.ций 111 аудера, шестой элемент И ивторой регистр, выход которого соединен с вторым входом второго элемента. И, вход элемента задержкисоединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератораимпульсов, выход элемента задержки соединен с вторым входам третьегоэлемента И, выходы дешифратара соединены с. соответствующими входами пер"вага и второго блоков вычисления ко"эффициентов кусочно-линейных функцийШаудера, выход первого регистра соединен с вторым входом первого элемента И.