Функциональная схема буквенно-цифровых СОИ телевизионного типа

Функциональная схема буквенно-цифровых СОИ телевизион­ного типа дана на рис. 3.6. Информационный массив в объеме од­ного или нескольких кадров заносится через устройство интер­фейса (УИ) в буферное запоминающее устройство (БЗУ). Если в СОИ используется ЭЛТ без запоминания, то для воспроизведения изображения необходим режим регенерации. Наличие БЗУ позво­ляет организовать его без участия ИИ.

Информационная емкость БЗУ С_БЗУ = N_ЗУ ´ n, где N_ЗУ - количество ячеек памяти, а п -разрядность ячейки памяти.

Для хранения информации объемом в одну страницу (кадр) N_БЗУ должно быть больше или равно N_ЗK(количество знаков в кадре), т. е.

С_БЗУ = N_ЗК ´ n. (3.13)

Разрядность ячейки памяти п определяется числом разрядов, необходимых для кодирования знака и его признаков (цвета, раз­мера, мерцания, ориентации и т. д.). Следовательно, п ³ п_а,где п_а -разрядность кода алфавита, определяемая соотношениями (1.20) или (1.21).

Минимальное количество адресных разрядов (k), необходимых для выбора N_ЗKячеек памяти, определяется равенством

k = [log₂N_зк]. (3.14)

Наиболее просто последовательность выборки кодов знаков из БЗУ осуществляется при раздельной адресации по номеру зна­коместа в текстовой строке (r младших адресных разрядов) и но­меру текстовой строки (k-r старших адресных разрядов). В этом случае

r = [log₂N_з.тс], (3.15)

(k - r) = [log₂N_тс], (3.16)

k = [log₂N_з.тс] + [log₂N_тс]. (3.17)

При этом требуемое число ячеек памяти БЗУ следует определять как

N_ЗУ ≥ 2^rN_тс. (3.18)

Преобразователь кода информационной модели (ПКИМ) является генератором знаков. Он осуществляет преобразование кода знаков, хранящихся в БЗУ, в последовательный код. По этому коду в процессе телевизионной развертки форми­руется последовательность видеоимпульсов для подсвета ЭО, входящих в контуры отображае­мых знаков. Наиболее распространенными являются знакогенера­торы, выполненные на базе матрицы-накопителя ПЗУ. В такой матрице хранится информация о начертании всех знаков алфавита. Раз­рядность ячейки памяти должна быть не менее размерности ис­пользуемой матрицы знака по горизонтали . Для каждого зна­ка в ПЗУ выделяется таких ячеек памяти. Следовательно, при основании кода алфавита N_З требуемое число -разрядных ячеек памяти ПЗУ N_ПЗУ определяют из условия

N_ПЗУ ≥ N_з . (3.19)

Информационная емкость ПЗУ

C_ПЗУ ≥ N_ПЗУ . (3.20)

В ПЗУ знакогенератора используется двухкоординатный прин­цип адресации. В качестве первой координаты используется код знака. В качестве второй адресной координаты используется код номера ряда матрицы, поступающий на вход дешифратора DCY с выхода счетчика рядов матрицы CЧZ. Выбор требуемого знака заключается в выборе соответствующей группы ячеек памяти, где записана информация о его графике. На рис. 3.6 n-разрядный код знака с БЗУ подается на вход дешифратора DCX, с помощью ко­торого выбирают группу из вертикальных шин ПЗУ.

Таким образом, с выхода ПЗУ в каждый момент времени сни­мается -разрядный код, оп­ределяющий точки, которые необходимо высветить в дан­ном ряду матрицы (так, при выборе буквы А в соответст­вии с начертанием знака, пока­занным на рисунке, для перво­го ряда матрицы будет снята кодовая комбинация 00011).

В современных СОИ телевизионного типа блоки ПЗУ и дешифратора DCX отсутствуют, их функции выполняются программным способом в устройствах управления СОИ (для компьютера это видеокарта). Такой способ позволил увеличить алфавит СОИ и позволил масштабировать выводимые символы, что увеличило информативность и улучшило качество восприятия информации оператором. Полученный -разрядный код преобразуется в последова­тельность видеоимпульсов, сни­маемых с выхода параллель­но-последовательного регистра и подаваемых на вход видеоусилителя с ча­стотой тактового генератора f_тг. Ее выбирают из условия

f_тг = N_эс f_Z / [(1 - α_Z)β_г]. (3.21)

Длитель­ность видеоимпульса, опреде­ляющая размер элемента матрицы по горизонтали, находится из равенства T_Э = 1/f_тг. На рис. 3.7 показана последова­тельность преобразования информации в режиме регенерации изо­бражения.

После установки адреса на входах БЗУ (А₁, … А_k)ин­формация (Q₁, … Q_n) установится на его выходе через время вы­борки БЗУ (t_В.БЗУ). Код (Q₁, …Q_n)является входным для ПЗУ знакогенератора, на выходе которого установится информация че­рез время выборки ПЗУ (t_В.ПЗУ). После установления информации на выходе ПЗУ ее можно переписать в параллельном формате в регистр RG по входам (D₁, … D_i)и приступить к адресации следующего знака. Одновременно производят последовательный вывод информации, записанной в регистр. На рис. 3.7 сигналы U_вс и U_z.п показаны для случая считывания первого ряда матрицы знаков А, Т и N.

За время считывания ряда матрицы одного знака ( тактов) и формирования пробела ( тактов) на выходе ПЗУ должен установиться код следующего знака. Следовательно, необходимо обеспечить выполнение условия

(t_в.БЗУ + t_в.ПЗУ) ≤ ( + )/f_тг = (1 - α_Z)β_г/(f_zN_з.тс). (3.22)

Адресация номера знакоместа в текстовой строке на рис. 3.14. осуществляется с помощью счетчика знакомест СЧ_зн,содержимое которого изменяется на единицу после формирования элементов знака и промежутка между знаками на одной телевизионной строке. Счетчик знакомест управляется импульсами с выхода устройства синхронизации, следующими с частотой

f_зк = f_тг/( + ). (3.23)

Емкость счетчика СЧ_3Ндолжна быть равна числу знаков в текстовой строке N_3.ТС.

После формирования всех элементов знаков, расположенных на одной телевизионной строке, осуществляется формирование элементов следующей телевизионной строки. Номер ряда матрицы задается счетчиком СЧZ,управляемым частотой строчной развертки f_Z. Эту частоту определяют как

f_z = f_тгβ_г(1 - α_Z)/[( + )N_{з тс}]. (3.24)

Емкость счетчика СЧZ выбирают равной ( + ). После опроса строк формируется полная текстовая строка. Далее, в течение строк устройство синхронизации запрещает съем информации с ПЗУ. Импульсом переполнения счетчика СЧZ изменяется на еди­ницу содержимое счетчика текстовых строк СЧ_ТС, который управля­ет старшими (k-r)разрядами БЗУ. После формирования всех N_TCтекстовых строк процесс формирования повторяется с частотой кадров f_к (или полей f_п).

Формирование телевизионного растра осуществляется с по­мощью блока развертки (БР), осуществляющего развертку по строкам, синхронизируемую частотой f_Z, и развертку по кадрам (полям), синхронизируемую частотой f_к (f_п). Для прогрессивной развертки частота f_к формируется путем деления частоты строч­ной развертки на Z. Так как при чересстрочной развертке в каждом поле содержится дробное число Z/2 строк, то для получения целочисленного значения коэффициента деления делителя частоты на вход делителя с коэффициентом, равным числу строк в двух полях, подают удвоенную частоту строк 2f_z. В том случае, если требуется микширование знаковой информации с изображением, получаемым по телевизионному каналу, в качестве опорных сигна­лов используются синхроимпульсы строчной и кадровой развер­ток, а тактовую частоту f_тг получают умножением частоты f_Z на n₁´n₂ или принудительной подстройкой частоты f_тг в соответствии с зависимостью (3.25) системой регулирования.

3.5. Графические СОИ телевизионного типа

Графические СОИ предназначены для формирования графичес­кой информационной модели (ГИМ). Они широко применяются в качестве терминальных устройств ЭВМ для вывода результатов обработки информации в форме графиков, схем, диаграмм, гисто­грамм, и т. п. в системах автоматизированного проектирования интегральных схем, радиоэлектронной и другой аппаратуры, в си­стемах управления космическими полетами, управления производ­ством и технологическими процессами.

Графические информационные модели могут быть статически­ми и динамическими. Статическая модель не меняется при воспри­ятии ее оператором. В динамической модели 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 информационной модели и структуру СОИ. По типу используемых ЭО различают СОИ с точечными ЭО, называемые часто полнографическими и с укрупненными графическими элементами - графемами, называе­мые часто СОИ с ограниченной графикой или квазиграфическими.

Графические СОИ с укрупненными графичес­кими элементамииспользуют ограниченный набор графем, форми­руемых в пределах графического знакоместа (см. рис. 1.2). Гра­фемы кодируются подобно знакам. При этом в информационное слово вводится дополнительный разряд, позволяющий отличать код знаков от кода графических элементов. Таким образом, струк­турная схема квазиграфических СОИ принципиально не отличает­ся от структурной схемы буквенно-цифровых СОИ, представлен­ной на рис. 3.6.

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

Емкость ПЗУ преобразователя кода ГИМ определяется услови­ем

С_ПЗУ.г ≥ . (3.25)

где N_а.гэ-основание кода алфавита графических элементов; и - относительные размеры матрицы по вертикали и го­ризонтали.

Для кусочно-линейной аппроксимации контурных графических моделей широко используется набор отрезков прямых, проходящих через точки, расположенные по периметру знакоместа. Примеры формирования таких отрезков на экране ЭЛТ показаны на рис. 3.8.

Для представления ГИМ совокупностью графем транслирующая программа ЭВМ обеспечивает предвари­тельную разбивку изображения на отдельные фрагменты, которые по фор­мату и положению соответствуют знакоместам. Затем произ­водится идентификация каждого фрагмента с наиболее подходя­щей графемой и выдается в СОИ ее код. Опыт показывает, что очень часто требуются графемы, являющиеся зеркальным отображением друг друга. Это позволяет вдвое снизить объем ПЗУ графогенератора, занося в него информацию только о начертании поло­винного количества графических элементов. Графемы, соответствующие зеркаль­ным отображениям, получают при обратном порядке считывания рядов матрицы. Один из вариантов реализации этого решения показан на рис. 3.9.

Старший разряд кода графических элементов Q_n определяет, к какому (пря­мому или отраженному) типу относится формируемая графема. Поэтому сигнал Q_n подается на информационный вход D-триггера, а остальные (п-1) разрядов - на адресные входы ПЗУ знакогенератора. Запись i-разрядного кода одной стро­ки графемы в параллельно-последовательный регистр RG осуществляется сигна­лом «запись» (ЗП)в начале каждого знакоместа. По этому же сигналу заносится значение Q_n в D-триггер. В соответствии с состоянием этого триггера по входам V₊ и V_- осуществляется управление направлением последовательной выборки информа­ции, записанной в регистр RG (начиная с младшего разряда для прямых и со старшего - для отраженных графем). Соответственно, мультиплексором М осуществляется коммутация выходов регистра. При такой структуре предъявля­ются жесткие требования к быстродействию регистра и мультиплексора:

t_DPг + t_DM ≤ T_э, (3.26)

где t_DPги t_DM - время на задержки включения регистра и мультиплексора.

Недостатком метода графических элементов является недоста­точно высокая точность аппроксимации ГИМ, обусловленная огра­ниченным набором ГЭ и их фиксированным положением на ин­формационном поле. Этот недостаток частично устраняется путем организации независимых символьных и графических знакомест. Следует отметить, что уменьшение размера знакомест связано с увеличением их количества на информационном поле и, следова­тельно, с увеличением информационной емкости БЗУ. В то же время уменьшение размера графического знакоместа приводит к уменьшению информационной емкости ПЗУ графогенератора. К недостатку метода укрупненных графических элементов следует также отнести необходимость специальных транслирующих про­грамм при выводе графической информации с ЭВМ.

Принцип формирования цветной графической информационной моделив квазиграфических и буквенно-цифровых СОИ иллюстри­руется функциональной схемой рис. 3.10. С буферного запоминаю­щего устройства n_з-разрядный код знака или графического эле­мента поступает на вход знакогенератора. Сигналы, определяю­щие контур знака, с его выхода поступают на один из входов трех видеоусилителей: ВУR, ВУG, ВУВ. По этим входам видеоусили­тели либо полностью запираются, либо отпираются. Амплитуда напряжения на их выходах определяется аналоговыми сигналами rR, gG и bB,которые фор­мируются преобразователя­ми ПК R, ПК G, ПК В путем преобразования (k-i)-разрядного кода цветности с вы­хода БЗУ. Уровни сигналов rR, gG и bB определяются в соответствии с уравнением (1.3).

Усиленные видеосиг­налы поступают на управля­ющие входы цветной ЭЛТ. В однопрожекторных цвет­ных ЭЛТ, управляемых ус­коряющим напряжением или плотностью тока, используется один преобразователь кода цветности. Возможна передача к видеомонитору не трех сигналов, а одного полного, закодированного по системе SECAM, использующейся в цветном телевидении. Однако невысокая цветовая разрешающая способность, проявляющаяся в размытости переходов цветов, ограничивает применение в СОИ такого способа.

СОИ полнографического типас точечными элементами отображения являются наиболее перспективными графическими средствами отображения ввиду их универсальности, принципиально допустимой высокой точности аппроксимации отображаемых информационных моделей, возможности координатного задания элементов отображения. В СОИ этого типа индикатор на ЭЛТ дополняется внешней памятью, называемой «памятью образов», или вспомогательным буферным запоминающим устройством ВБЗУ для записи, хранения и вывода информации о состоянии каждого ЭО информационного поля. Информация в ВБЗУ зано­сится побитно для каждой точки. Следовательно, при записи орга­низация памяти ВБЗУ задается условием

С_ВБЗУ ³ N_эсN_эв, (3.27)

где N_эс и N_эв - число ЭО информационного поля по горизонтали (строке) и вертикали. Если требуется формирование цветного или полутонового изображения, то для каждого ЭО необходим(k-i)-разрядный код признаков. В этом случае

С_ВБЗУ ≥ N_эсN_эв n_ВБЗУ. (3.28)

Увеличение числа точечных ЭО приводит, с одной стороны, к повышению точности аппроксимации ГИМ, с другой - требует увеличения информационной емкости и быстродействия ВБЗУ и соответственно усложняет и удорожает СОИ. Число точечных элементов отображения, формируемых по вертикали, можно определить по (3.2), а по горизонтали - по (3.7). Адресация ячеек памяти ВБЗУ организуется по двухкоординатному принципу: n_Ax-адресных разрядов определяет номер ЭО в строке (n_Ax ³ [log₂ N_эс]), n_Аy-разрядов - номер строки информационного поля (n_Ay ³ [log₂N_эв]).

Таким образом, графическая информационная модель при записи в ВБЗУ задается совокупностью координат точек, входящих в формируемое изображение. Этот массив данных может выдаваться непосредственно от ЭВМ. В этом случае отсутствует необходимость включения в СОИ БЗУ и ПКИМ. Однако такой способ неэффективен, так как при выводе точек ЭВМ не может выполнять других действий. Для сокращения объема информации, получаемой из ЭВМ, выводятся не координаты всех ЭО ГИМ, а последовательность команд и данных, определяющих порядок формирования ГИМ. Этот массив данных, называемый дисплейным файлом, вводят в БЗУ СОИ. При формировании контурной ГИМ дисплейный файл формируют как совокупность начальных и конечных координат отрезков прямых, аппроксимирующих график. При этом для кодирования каждого отрезка требуется информационная емкость не менее 2(n_Ax + n_Аy) бит.