[工学]西安电子科技大学《计算机图像显示技术》第5讲 图形显示功能部件 阴极射线管3

计算机图形显示技术,主讲 徐 青,西安电子科技大学雷达信号处理国防科技重点实验室,2,随机扫描显示系统,矢量产生器产生矢量的要求矢量产生的原理速率乘法器构成的矢量产生器加法器构成的矢量产生器字符产生器质量指标点阵法字符发生器线段法字符产生器程序控制法字符产生器,3,随机扫描显示系统,显示系统有两个功能：图形显示和字符显示。在图形显示中，任何复杂的图形都可以分解为直线和曲线，而曲线又可以用许多短直线段来逼近，直线段越短，画出的曲线就越光滑。在随机扫描体制显示系统中用矢量（线段）方式显示图形或字符。,4,随机扫描显示系统矢量产生器,产生矢量的要求线段：是一条矢量，它可以用起点和终点坐标来表示（绝对表示法），也可以用矢量起点坐标、矢量增量值和增量的符号来表示（相对表示法） ，工程上常用相对表示法如上图，矢量起点为 ，矢量1的增量 和 均为正，矢量2的增量 和 均为负,5,随机扫描显示系统矢量产生器,产生矢量的要求显示屏上的矢量实质上是电子束的运动轨迹，它们受x，y两个相互正交的偏转信号控制形成，因此任何一条矢量都可以看成是x和y两个方向运动的合成。先给出矢量的 和 数据和符号，去产生两个正交方向的偏转信号，最后形成该矢量，是比较简单的。,6,随机扫描显示系统矢量产生器,产生矢量的要求 1.良好的直线性即逼近精度高，因为直线的始点和终点虽可把它设在屏幕坐标的可寻址的点上，但线段中间的点就可能不在屏坐标的网格点上，如图所示这种情况下，我们必须以最靠近该直线的可寻址的点来逼近该直线，这样逼近精度不会大于一个光栅单位,7,随机扫描显示系统矢量产生器,产生矢量的要求2.所画线段的起点和终点准确如不准确，则在一条线段的中点和下一条线段的起点之间会看到一个小的间隙或台阶，如下图所示。,8,随机扫描显示系统矢量产生器,产生矢量的要求3.线段上各点亮度均匀即要求点之间应等间距。这在直线和轴平行或成45度时是容易做到的，在其他情况时，也应尽可能使间距相等，即保持单位长度上点的数量一定。4.画线速度变快，以使在单位时间显示更多的信号量。,9,随机扫描显示系统矢量产生器,产生矢量的要求为了更好满足产生矢量的要求（逼近精度、亮度均匀、恒速），就需要给显示系统配备专门产生直线的矢量发生器。矢量产生器的主要参数有：最大长度：荧光屏上最长线段的增量数。划线速率：光点走过单位增量所需时间。时钟频率：最高划线速率的倒数。,10,随机扫描显示系统矢量产生器,产生矢量的要求在作图显示时，通常由计算机给出具体的矢量指令来确定具体的矢量。矢量的起点通常由专门的未知指令确定，因此矢量指令只包含指令性质、增量值及符号。,机器字较长的矢量指令 用一个字节表示,机器字较短的矢量指令 用两个字节表示,11,随机扫描显示系统矢量产生器,矢量产生的原理1.数字乘法器：数字乘法器是一种特殊的乘法器。它和数据乘法器不同，输入不是两个数据，而是一个数据和一个时钟脉冲。输出不是数据，而是与乘积相当的脉冲序列。,数字乘法器框图,12,随机扫描显示系统矢量产生器,矢量产生的原理2.数字积分器：如对数字乘法器的输出进行积分，得：其中 为初始值，当 且初始值为零时，有y=z，即数字乘法器输出脉冲和输入数据相等，积分结果为输入数据值,13,随机扫描显示系统矢量产生器,2.数字积分器：下图为数字积分器原理图。在 积分时间内，y计数器的数据呈线性增长如将y计数器输出和D/A变换器相连接，可从D/A输出端得到由输入数据控制的线性变换电压，它就可以控制电子束在荧光屏上扫描，从而形成一条矢量。显然矢量的长度和输入数据相当。,14,数字积分器,矢量产生器框图,数字积分原理图,15,随机扫描显示系统矢量产生器,速率乘法器构成的矢量产生器1.速率乘法器：是一个数字乘法器，由数据寄存器，分频链和符合门等组成。它具有如下特点： （1）数据寄存器位数和分频链位数相等。 （2）分频链依次对加入的时钟脉冲进行二分频。,16,随机扫描显示系统矢量产生器,速率乘法器特点 （3）数据寄存器和分频链的各位输出与符合（与）门相连接，连接规律为数据高位与频率高的脉冲相与，数据低位与频率低的脉冲相与，其余一一对应。 （4）分频链每位输出的分频脉冲互不重合。 （5）符合门相与的输出进行逻辑加（或）后再将相加的脉冲序列输出。,17,随机扫描显示系统矢量产生器,速率乘法器构成的矢量产生器2.分频链是速率乘法器特殊的一种逻辑功能部件。它不但分频，还可以进行工作循环时间控制，每位分频的脉冲在时间上还保证互不重合。利用分频链溢出脉冲，再加上控制触发器可以对速率乘法器工作时间进行控制。,18,随机扫描显示系统矢量产生器,速率乘法器构成的矢量产生器3.线长检测：一条矢量的长度由 和 的数据来确定，它可分为两个部分，一部分为有效位（线长位），另一部分为无效位（非线长位）例如，一个十位的数据 为0000000101，其高七位为0，是非线长位，而低三位有具体数据，是线长位显然线长位越长，画出的矢量越长,19,速率乘法器构成的矢量产生器,速率乘法器构成的矢量产生器框图,20,随机扫描显示系统矢量产生器,加法器构成矢量产生器加法器构成的数字乘法器：由数据寄存器、传数门、全加器和结果寄存器组成。,一种数字乘法器结构,21,加法器构成矢量产生器,加法器构成矢量产生器框图,22,随机扫描显示系统矢量产生器,加法器构成矢量产生器上图中移位控制器进行线长检测，它控制 和 数据左移的同时，控制操作次数计数器进行右移 全“0”检测电路对操作次数计数值进行检查，一旦该计数值为“0”，就送出一个脉冲使矢量产生器停机时序控制器提供移位脉冲、相加操作脉冲和辉亮脉冲它由S0启动，以全“0”脉冲结束,23,随机扫描显示系统字符产生器,质量指标字符产生器的质量高低是衡量能否将大量信息准确而迅速地传输给观察者的标准。通常用可知度和可读度来衡量字符质量。提高可知度、可读度，关键是字型设计和显示质量。质量指标包括：字符种类、字符尺寸、字符书写速率和字符显示效率。,24,随机扫描显示系统字符产生器,质量指标1.字符种类是指字符产生器所能产生的字母、数字、符号和汉字的种数。一般有26个大写和小写英文字母，09阿拉伯数字，简单的汉字和若干专用的特殊符号。用途不同，要求的字符种类不同。每种字符都规定一种特定的代码，简称为字符代码,25,随机扫描显示系统字符产生器,质量指标2.字符尺寸是指字符再荧光屏上的几何尺寸大小它由视觉锐度和形成字符的点数来决定3.字符书写速率在保证不失真和不闪烁条件下，每个字符书写时间越短，以帧就能显示出更多的字符通常单个字符书写时间为5微秒至数十微秒级,26,随机扫描显示系统字符产生器,质量指标4.字符显示速率是指一个字符辉亮时间与该字符书写时间的比值。辉亮时间占书写时间越多，字符平均亮度越高，字符显示效率也就越高。字符产生器它的类型很多，下面我们将介绍点阵法、线段法和程序控制法。,27,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器： 通常分为两类：小光栅点阵法和大光栅点阵法。1.小光栅点阵法点阵法字符产生器是在点阵（或光栅）上按照字形的要求，对若干点进行增辉来形成字符的。点阵始点出现的位置由字符定位数据确定。小光栅点阵法中，点阵范围相对比较窄。字符产生器送出用于增辉的脉冲，通常称之为字符辉亮脉冲。,28,小光栅点阵法,点阵及字符器框图,下图为88点阵及字符产生器组成框图，其中字符只占用57点阵。,29,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器1.小光栅点阵法点阵法产生器产生点阵坐标数据。点阵坐标数据和定位数据一起送给偏转控制系统。各种字符辉亮信号存储在字符存储器中，由字符代码进行选择。控制器协调字符产生器各部分工作，使字符产生器输出的辉亮脉冲和偏转控制信号严格同步。,30,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器1.小光栅点阵法如果字符产生器不直接在荧光屏上产生字符，而是在存储器中形成字符，可用x、y偏转数据去图像存储器寻址，辉亮信号作为数据写入到图像存储器中。点阵产生器：产生形成字符的偏转信号字符存储器：存储各种字符辉亮信息,31,小光栅点阵法,小光栅点阵产生器 逻辑框图,对于每个字符，它们的偏转信号是相同的，x和y的扫描总是一个慢而另一个快。 用途不同，点阵的格式也有所不同。一般形成字符符号时，常用57和79两种格式。汉字，采用1516点阵格式。,32,小光栅点阵法,字符存储器： 字符存储器是存储各种字符辉亮信息的一个部件，也是字符产生器的核心。 它随形成字符辉亮信息的方法不同而不同，而这些方法又与所采用的器件有着密切的关系。,33,小光栅点阵法,字符存储器原理图,两级寻址：点阵产生器的x数据作为存储器低三位地址，字符代码作为高位地址。Y计数器数据控制行选择电路，从而将y方向上的字符辉亮信息从并行变成串行数据输出。,34,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器2.大光栅点阵法字符产生器大光栅点阵法字符产生器是在光栅扫描直接控制下形成字符辉亮脉冲，最后在荧光屏上显示出字符。当前，广播电视、计算机终端、遥感终端、光栅扫描雷达显示器上的特征和文字显示，都广泛采用大光栅点阵法字符产生器。,35,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器2.大光栅点阵法字符产生器大光栅点阵法字符产生器属于辉亮控制。与小光栅点阵法相比，点阵格式、字符选择方式都相同，但在工作方式和时序控制上有很大差别，因而在逻辑结构上也不同。,36,大光栅点阵法字符产生器,如下图，计算机提供显示内容的显示指令，在光栅扫描数据控制下，字符产生器为视频监视器提供字符辉亮信号Z。同时视频监视器也在光栅扫描数据控制下形成大光栅扫描，所选择的字符就可稳定显示在屏面上了。,字符产生器与其它部件关系,37,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器2.大光栅点阵法字符产生器基本原理（1）字符定位：指所选定的字符开始书写位置确定在屏幕上哪一点。字符始点坐标由计算机以显示指令方式提供，当电子束按照大光栅规律扫描到这个始点坐标时，产生一个启动脉冲去控制字符产生器工作，以形成所需的字符辉亮脉冲。小光栅点阵法：计算机以显示指令方式给出字符始点坐标，通过偏转扫描控制系统，使电子束立即出现在荧光屏相应坐标上，然后启动字符偏转和辉亮控制，在屏面上书写字符。,38,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器2.大光栅点阵法字符产生器基本原理（2）字符的存储：在大光栅字符产生器中，常用EPROM来存储每个字符的辉亮信息。可以用两种方法来存储一个字符的辉亮信息一是“一址一行”：一个地址存一个字符的一行信息， 另一种是“一址一列”：一个地址存储一个字符中的一列辉亮信息。,39,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器2.大光栅点阵法字符产生器基本原理“一址一行”：一个地址存一个字符中的一行信息，即：光栅扫描到该字某一行开始位置时，一次读出一行信息，然后按光栅扫描速度逐个移出，变成串行的辉亮脉冲序列。“一址一列”：一个地址存储一个字符中的一列辉亮信息，即：在光栅每行扫描过程中，扫描该字符每个点时，字符存储器给出一列的辉亮信息，通过行选，输出其中一个点的辉亮信息。,40,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器2.大光栅点阵法字符产生器基本原理（3）字符显示的控制：在大光栅点阵法字符产生器中，每一个字一般由88或1616个点阵组成（实际中，每个字并不占满这些点阵，其空出的可作间隔）。每排字通常整齐并列在一起。“点”：每行的 中任一点；“字”：一排中每个 所包含的范围；,41,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器2.大光栅点阵法字符产生器基本原理（3）字符显示的控制：“行”：组成每排字符的 中任一行；“排”：包含 各行扫描的范围；按照“点”、“字”、“行”、“排”的要求控制辉亮信息的出现是大光栅点阵法字符产生器的最大特点。,42,大光栅点阵字符产生器,“一址一行”式字符存储的控制,行计数器数据作为程序寻址。每行辉亮信息读出后存储在移位寄存器上，用时钟脉冲逐步移出，作为辉亮脉冲。,43,大光栅点阵字符产生器,大光栅字符产生器框图,44,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器2.大光栅点阵法字符产生器的组成由字符定位、字符存储、时序控制、字符代码控制等部分组成。字符存储器采用“一址一行”方式存储字符辉亮控制信息。每帧画面中的字排起点坐标数据由计算机通过接口送来。,45,随机扫描显示系统字符产生器,点阵法字符产生器2.大光栅点阵法字符产生器的组成符合电路对定位数据和光栅坐标（x，y）数据进行比较，二者相等时形成一个启动“点”、“字”、“行”、“排”时序电路的字符开始脉冲，每一排的字符代码由计算机送到缓冲存储器中，字计数器和排计数器的数据组成缓冲存储器的读出地址，将所存字符代码送给字符存储器。,46,随机扫描显示系统字符产生器,线段法字符产生器线段法字符产生器属于偏转控制的字符产生器线段法又称为积分笔划法，是一种用线段组合来形成字符的方法它的主要功能是依次产生形成这些线段的偏转信息，在辉亮信号配合下，在荧光屏上划出所需显示的字符，最基本的问题是字形分解和线段产生,47,随机扫描显示系统字符产生器,线段法字符产生器1.字符分解字符分解的目的是使工程设计简化，以便减少字符产生设备的复杂程度字符分解的步骤一般为：先选定合适的网络，再将显示的字符写在网络内，最后用直线来逼近曲线。,48,字符分解,网格和线段示意图,线段种类越多，字形越逼真，设备量也随之变得复杂。,49,随机扫描显示系统字符产生器,线段法字符产生器2.线段的产生是指控制电子束，按照直线段的斜率和长度要求进行扫描。为了产生相应的线段，偏转系统中应分别加入相应的偏转波形。为了形成具有正负极性的锯形波形，就要采用双向积分器。,50,随机扫描显示系统字符产生器,线段法字符产生器3.字符存储在线段法字符产生器中，要形成不同的字符就需要产生不同的积分控制信号或者输入不同的积分控制数据这里积分控制信号和数据可以事先用逻辑元件或存储器存储起来，由字符代码进行选择存储积分控制信号和数据的部件，称为字符存储器或字符库,51,随机扫描显示系统字符产生器,线段法字符产生器4.字符产生器的组成线段法字符产生器应该包含：字符代码寄存器、字符存储器、双向积分器、辉亮控制电路和时序产生器等字符代码寄存器接受计算机送来的字符代码，然后控制字符产生器，选出所需积分控制信号字符存储器存储各种字符的积分控制信号和辉亮信号积分器根据积分控制信号进行积分，形成所需的偏转信号,52,字符产生器的组成,时序产生器产生各种控制脉冲，协调字符产生器各部分的正常操作,线段法字符产生器框图,53,随机扫描显示系统 线段法字符产生器,数字5的分解,产生数字5的波形,54,随机扫描显示系统字符产生器,程序控制法字符产生器由计算机的程序来控制字符的形成。程序控制法字符产生器的控制很灵活，硬件部分可以做的非常简单。但是要付出较大的字符书写时间作为代价，显示的实时性要降低一些。用的最普遍的是程序控制的线段法字符产生器。,55,随机扫描显示系统字符产生器,程序控制法字符产生器1.工作方法和指令格式在程序控制线段法字符产生器中，事先将各种斜率的线段和控制方式进行编