Понятие, принципы построения графических систем обработки информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Понятие, принципы построения графических СОИ

1. Графические СОИ телевизионного типа

Графические СОИ широко применяются в качестве терминельных устройств радиоэлектронных медицинских систем для вывода результатов обследований в форме графиков, схем, диаграмм, гистограмм и т. п.

Графические информационные модели (ГИМ) подразделяют на статические и динамические.

Статическая модель не меняется при восприятии ее оператором.

Динамическая модель характеризуется тем, что часть или все изображение изменяется в процессе восприятия оператором.

Формирование ГИМ заключается в синтезе модели из отдельных элементов отображения. Используемые ЭО определяют способ аппроксимации ГИМ и, соответственно, способ кодирования ИМ и структуру СОИ. По типу используемых ЭО различают СОИ с четными ЭО, называемые полнографическими, и с укрупненными графическими элементами (графемами), называемые СОИ с ограниченной графикой или квазиграфическими.

Графические СОИ с укрупненными графическими элементами используют ограниченный набор графем, формируемых в пределах графического знакоместа. Графемы кодируются подобно знакам. При этом в информационное слово вводится дополнительный разряд, позволяющий отличать код знаков от кода графических элементов.

Структурная квазиграфических СОИ принципиально не отличаются от структурной схемы буквенно-цифровых СОИ.

Преобразователь кода ГИМ содержит ПЗУ, хранящее информацию о графике всех графем, входящих в алфавит, который определяется характером отображаемой ИМ и требуемой точностью ее аппроксимации. Так, для воспроизведения различных графиков в алфавит могут входить отрезки прямых и кривых второго порядка. Для отображения диаграмм алфавит должен быть дополнен двумерными элементами.

При формировании графем используют принцип зеркальности отображения, что позволяет вдвое уменьшить основание графического алфавита, а следовательно и вдвое уменьшить объем ПЗУ знакогенератора (для нашего случая - графогенератора). Графемы, соответствующие зеркальным отображениям, получают при обратном порядке считывания рядов матрицы (например, счетчики адресов по X и Y- вычитающие).

Примеры графем приведены на рис. 1. Матрица графического знакоместа 7Ч9.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант технической реализации принципа зеркальности при построении графогениратора приведём на рисунке.

Старший разряд кода графических элементов Qn определяет тип формируемой графемы (прямая, зеркальная). Сигнал Qn подается на информационный вход D-триггера, а остальные n-1 разрядов - на адресные входы ПЗУ графогенератора.

графическая система обработка информация

Запись b'ГЭ-разрядного кода одной строки графемы в параллельно-последовательный регистр RG осуществляется сигналом Зп в начале каждого знакоместа.

Поэтому же сигнаду заносится значение Qn в D-триггер. В соответствии с состоянием этого триггера по входам V+ и V- осуществляется управление направлением последовательной выборки (сдвига) информации, записанной в реггистр (сдвиг вправо, к старшему разряду, - для зеркальных графем или сдвиг влево, к младшему разряду, - для прямых графем). С выходов регистра сигнал поступает на видеоусилитель монитора через двухканальный мультиплексор. Для нормальной работы графогенератора следует выполнить условие:

где tDRG и tDMS - разрешающая способность регистра и мультиплексора.

Емкость ПЗУ преобразователя кода ГИМ определяется условием:

Где Nа ГЭ - основание кода алфавита графем;

h' ГЭ и b' ГЭ - относительные размеры матрицы по вертикали и горизонтали.

Для кусочно-линейной аппроксимации контурных графических модулей широко используется набор отрезков прямых, проходящих через точки, расположенных по периметру знакоместа.

Для представления ГИМ совокупностью графем используют транслирующую программу ЭВМ, которая обеспечивает предварительную разбивку изображения на отдельные фрагменты, по формату и положению соответствующие знакоместам. Затем производится идентификация каждого фрагмента с наиболее подходящей графемой и выдаётся в СОИ её код.

Недостатком метода графем является недостаточно высокая точность аппроксимации ГИМ, обусловленная ограниченным набором ГЭ и их фиксированным положением на информационном поле.

Этот недостаток частично устраняется путём организации независимых символьных и графических знакомест при этом размеры знакомест уменьшают, однако это требует, соответственно, большей информационной емкости ПЗУ графогенератора. К недостатку метода следует отнести и необходимость иметь специальные транслирующие программы при выводе графической информации.

2. Принцип формирования цветной графической информационной модели

Рассматриваемый принцип формирования цветной графической информационной модели реализуется в квазиграфических и буквенно-цифровых СОИ. Суть его состоит втом, что наряду с nЗП - разрядным кодом знака, или графического элемента, поступающего на вход знакогенератора, поступает nЗП - разрядный код признаков, в нашем случае цветности, на входы преобразователей кода основного цвета (код - напряжение) для формирования управляющих сигналов цветных ЭЛТ.

Функциональная схема формирования цветной ИМ в телевизионных СОИ представлена на рис. 2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использована трёх-прожекторная ЭЛТ. Напряжение на выходах видеоусилителей (BYR, BYG, BYB) определяется аналоговыми сигналами r'R, g'G, b'B, совместно с выходными сигналами яркостной подсветки ПКИМ, определяющими контур отображаемого знака.

Синалы r'R, g'G, b'B получают на выходах ЦАП (ПКR, ПКG, ПКB) путём преобразования nЗП - разрядного кода цветности с выхода БЗУ.

В однопрожекторных ЭЛТ, управляемых ускоряющим напряжением или плотностью тока, используется один преобразователь кода цветности.

Возможна передача к видеомонитору не трёх сигналов, с одного полного, закодированного в системе SECAM, PAL или другой. Онако чёткость цветного изображения при этом получают худшую (размытость переходов цветов) ввиду узкой полосы пропускания канала цветности.

3. СОИ полнографического типа

СОИ полнографического типа с точечным ЭО являются наиболее перспективными графическими СОИ ввиду следующих достоинств:

универсальность;

высокая точность аппроксимации отображаемых ИМ;

возможность координатного задания ЭО.

В СОИ полнографического типа индикатор на ЭЛТ дополняется внешней памятью, называемой “памятью образов” (вспомогательным БЗУ - ВБЗУ) для записи, хранения и вывода информации о состоянии каждого ЭО ИМ.

Информация в ВБЗУ заносится побитно для каждой точки, поэтому при записи ёмкость памяти определяется условием:

где NЭС и NЭВ - число ЭО ИП по горизонтали (в строке) и по вертикали соответственно.

Если требуется формирование цветного или полутонового изображения, то для каждого ЭО необходим nП - разрядный код признаков, поэтому

Следует четко осмысливать, что повышение разрешающей способности СОИ влечёт за собой повышение точности аппроксимации ГИМ, с одной стороны, но требует увеличения информационной ёмкости и быстродействияВБЗУ и соответственно усложняет и удорожает СОИ. Для дисплеев ЭВМ, например, NЭС Ч NЭВ = 640 Ч 480.

Число точечного ЭО, формируемых по вертикалии по горизонтали, определяется приведённым ранее выражение:

где fВ = 1 / TЭ ; Z - число строк в растре; бк и бс - коэффициенты обратного ходакадровой и строчной развёртки соответственно (бк?0,08 и бс?0,18); вв и вг - коэффицтенты использования растра по вертикали и по горизонтали соответственно (вв? вг=(0,7 - 0,9)); z - число строк, отводимых ан отображениеодного ЭО; fВ - верхняя граничная частота полосы пропускания видеоусилителя; TЭ - длительность импульса подсветки ЭО; fc - частота строчной развертки.

Аппроксимация ячеек памяти ВБЗУ организуется по двухкоординатному принципу:

nax - адресных разрядов определяет номер ЭО в строке: nax ? ]log2 NЭС[;

nay -разрядов - номер строки ИП:

nay ? ]log2 NЭВ[.

Таким образом, ГИМ при записи в ВБЗУ задаётся совокупностью координат точек, входящих в формируемое ихображение. Этот массив данных может выдаваться непосредственно с ЭВМ, что исключает необходимостьиметь в составе СОИ БЗУ и ПКИМ. Однако при этом следует иметь в виду, что такое техническое решение малоэффективно, т.к. при выводе изображения ЭВМ не может выполнять других действий. Для сокращения объёма информации, выводимой из ЭВМ, выводятся не координаты всех ЭО ГИМ, а последовательность команди данных, определяющих порядок формирования ГИМ. Этот массив данных (дисплейный файл) вводят в БЗУ СОИ. При формировании контурной ГИМ дисплейный файл формируют как совокупность нальных (Xн, Yн) и конечных (Xк, Yк) координат отрезков прямых, аппроксимирующих график. При этом для кодирования каждого отрезка требуется информационная ёмкость не менее 2(nax+ nay)бит.

Если ГИМ представляют непрерывные кривые, то объём дисплейного файла можно сократить, задавая координату лишь одной точки, которая является конечной для формируемого отрезкапрямой и начальной для последующего. Сокращение дисплейного файла также достигается, если задаются координаты начпльной точки ГИМ, а затем - прирощение координат на ДX и ДY. Координаты промежуточных точек отрезков пря мых определяются вводимыми в СОИ генераторами векторов (ГВ). Последние совместно с ВБЗУ играют роль ПКИМ и выполняются либо аппаратно с использованием жесткой логики, либо на базе программно-перестраиваемого вычислительного устройства - дисплейного процессора.

Предложим структурную схему графического СОИ с ГВ. Из вышеизложенного очевидно, что в состав проектируемого устройства должен входить линейный аппроксиматор графических кривых. Для него исходными данными является совокупность Xн і, Yн і и Xк і, Yк і, заложенная в дисплейном файле. Для аппроксимации необходимо ввести ГВ, ВБЗУ и обеспечить формирование и отображение отрезков прямых с текущими координатами Xн і, Yн і и Xк і, Yк і и регенерацию изображения.

Общая структура полнографического телевизтонного СОИ (рис. 3) следует из обощенной структурной схемы СОИ, толь в качестве ПКИМ (знакогенератора) следует применить аппроксиматор.

Дисплейные файлы формируются в ИЦИ. БЗУ осуществляет их приём, хранение и передачу в ГВ, а также на предустановку (Xн і, Yн і) счетчиков адресов векторов - Сч.АВX и Сч.АВY.

Координаты промежуточных точек формируются в ГВ и по полученным адресам в ВБЗУ заносятся логические “1”. Для перехода от режима ввода координат Xн і, Yн і к режиму регенерации использованы мультиплексоры MSx и MSy, управляемые с выхода устройства управления и синхронизации (УУС).

Регенерация изображения осуществляется с помощью счётчика адреса регенерации Сч.АРX и Сч.АРY, на входы которого поступают импульсы синхронизации с УУС соответственно с частотой fтг (для синхронизации по-пиксельного считывания информация с ВБЗУ с движением электронного луча по телевизионной строке) и с частотой fтг/( NЭС z) (для синхронизации считывания информациипо вертикали).

Рисунок 3 - Структурная схема полнографического ТВ СОИ

В режиме регенерации БЗУ не участвует, что снижает требование к его быстродействию.

Генераторы векторов осуществляют интерполяцию промежуточных точекотрезка прямой, заданной начальными и конечными координатами.

В общем случае уравнение отрезка прямой между точками с координатами Xн і, Yн і и Xк і, Yк і задают как:

Учитывая дискретность приращения адресной координаты ДXі, которое идентично, т.е. ДXі=1, а также целочисленный характер величины Yі, имеем:

где INT{} означает целую часть результата в скобках.

Погрешность аппроксимации ?Х обусловлена дискретностью значений X и Y и может достигать единици квантования, т.е. 0 ? ?Х ?1.

Заметим, что ?Х всегда одного знака, т.к. аппроксимирующая линия ниже аппроксимируемой - (см.предыд.формулу). Погрешность можно уменьшить вдвое, сместив на 0,5 уровень отсчета. Тогда:

а погрешность за счет дискретности - 0,5 ? ?Х ? 0,5.

При единичном дискретном приращении ?Чі из выражения (В) следует:

где r - погрешность координат Yі -1; r + 0,5 определяется дробной частью выражения в фигурных скобках выражения (В).

Из (Г) следует что ?ці=1, еслизначение в квадратных скобках выражения (Г) больше либо равно единице, или

В противном случае ?ці=0.

Заметим, что приведённые рассуждения справедливы для условия, когда

¦Yк - Yн¦?¦Xк - Xн¦. При нарушении этого условия выражение (В) следует заменить на:

Рассмотренный алгоритм интерполяции промежуточных точек прямой, заданной координатами Xн; Yн и Xк; Yк, реализуется программно. Последовательность действия такова (случай ¦Yк - Yн¦?¦Xк - Xн¦):

заносят начальные координаты Xн; Yн в счетчики адреса записи вектора Сч.АВX и Сч.АВY и вводят данные в ВБЗУ;

определяют Xк - Xн и Yк - Yн;

вычисляют (Xк - Xн)/r и подают на сумматор SM;

проверяют условие Xк = Сч.АВX; при выполнении - конец; в противном случае приращение ?Чі = 1, т.е. Ч := Ч +1;

производят суммирование предыдущего результата SM со значением (Yк - Yн);

проверяют условие (В);

при выполнении (В), что означает ?Ші = 1, фиксируют точку с текущей координатой Xі и Yі-1+1, заносят Yі в Сч.АВY, т.е. Y := Y + 1;

производят суммирование (вычитание) из результата на выходе SM (по пункту 5) разность (Xк - Xн);

вводят данные в ВБЗУ (то же осуществляют, если условие (8) не выполняется, что означает ?Ші = 0;

возвращаются к пункту 4 и далее цикл повторяется, пока не выполнится условие Xк = Сч.АВX. Блок-схема алгоритма, описанного выше, приведена на рисунке 4

Рис. 4 - Блок-схема алгоритма работы генератора векторов

Размещено на Allbest.ru