CN102063523A

CN102063523A - 基于超采样算法的浮点定点相结合的线段反走样的实现

Info

Publication number: CN102063523A
Application number: CN201010557424XA
Authority: CN
Inventors: 焦永; 陈宝民; 周敏龙
Original assignee: CHANGSHA JINGJIA MICROELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: CHANGSHA JINGJIA MICROELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2011-05-18

Abstract

本发明公开了一种基于超采样算法的浮点定点相结合的线段反走样的实现方式。它包括线段端点顺序的调整；将线段扩展为矩形；计算线段的属性增量；数据写入FIFO；扫描线边界的计算；像素点坐标生成；面积比计算，最后将扫描生成的坐标和属性延迟面积比计算所需周期后将坐标、属性、面积比同时输出至融合过程。在实现时采用浮点定点精度相结合的方式，计算扩展矩形的四个顶点坐标采用浮点数精度，扫描线生成的坐标点将其增加两位小数，变成定点数，将扩展矩形的顶点也转化成含两位小数的定点数，这样面积比就可以采用定点数来计算，在精度损失不大的情况下，减少了大量资源。

Description

基于超采样算法的浮点定点相结合的线段反走样的实现

技术领域

本发明主要涉及到图形芯片设计中的线段反走样领域，特指基于超采样算法的浮点定点相结合的线段反走样的实现。

背景技术

光栅图形显示器是目前使用最广泛的图形显示器，因为它具有以下优点：光栅扫描显示器具有固定的刷新顺序，扫描从屏幕的左上角开始，从左到右，从上到下的顺序进行刷新，从而刷新控制部件得以简化，节约了成本。在光栅显示系统中，构成图形的最小图形元素是像素，这样只要计算屏幕上位于给定区域以内的所有像素，并且赋予一定的颜色，就完成了图形的绘制。光栅显示器中的图形由像素构成，而每一个像素又可呈现出多级灰度或不同的颜色值，颜色丰富，显示出来的图形具有更好的视觉效果。光栅扫描显示器是一个画点设备，与图形的复杂度无关，刷新频率固定，因此不会象随机扫描显示器那样出现闪烁现象，人眼看上去更舒服。

但光栅显示器也有它的缺陷，图形信号是连续的，而光栅显示系统中用来表示图形的却是一个个离散的像素。用离散的像素来表示连续的图形时会出现失真，也就称为走样。当我们要画一条直线时，它通常不可能完全精确地从一个像素点画一条直线到另一个像素点，只可能用尽可能靠近这条直线路径的像素点集来近似地表示这条直线。显然只有画水平线、垂直线时，像素点集在直线路径上的位置才是准确的，其他情况下的直线均或多或少地存在阶梯状（锯齿状）的现象。为了提高图形的显示质量，需要减少或消除上述走样现象。用于减少或消除这种走样现象的技术，称为反走样。研究如何消除或减缓这类走样现象，给人视觉上产生更舒适光滑的图形，在图形界面已成为人机交互主流方式的今天，具有非常重要的应用价值。

目前主要的线段反走样算法有：

1、提高分辨率。提高光栅系统分辨率，使得屏幕像素点增加。即增大采样频率，使得每个像素的尺寸更小，图像边缘产生的锯齿更小，使得人的视觉系统对其敏感度降低。但该方法受到硬件实现技术的限制；

2、超采样技术。超采样，即将一个像素点分为n个子像素，对每个子像素均进行采样。对于图像所经过的每一个像素点，计算图像所覆盖到的子像素的个数，根据子像素的个数对该像素点的颜色设置。这种算法比较常用，但在判断子像素点与线段扩展矩形位置关系时需要进行大量计算，耗费的硬件资源比较多。

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术难点，本发明提供了一种结构相对简单、硬件资源消耗不大、反走样效果明显的基于超采样的浮点定点相结合的线段反走样的实现。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：1、逻辑简单：本发明提出的线段反走样的实现结构并未采用很复杂的算法，都是比较利于硬件实现的算法，带来的好处就是逻辑简单；2、性能优良：本发明提出的线段反走样技术采用全流水计算子像素点面积比的方法，保证了线段反走样的效率，同时采用浮点精度与定点精度相结合的反走样算法，在保证反走样效果的同时减少了大量的硬件资源；3、使用方便：本发明提出的基于超采样的浮点定点相结合的线段反走样的实现可重用性比较好，可以在嵌入式或通用图形芯片设计中很方便的移植。

附图说明

图1是本发明实现的线段反走样效果；

图2是本发明提出的线段反走样实现的结构示意图；

图3是本发明提出的像素点面积比计算实现结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，为本发明实现的线段反走样的效果：(a)反走样放大后；(b)非反走样放大后；(c)反走样运行结果；(d)非反走样运行结果；可以发现反走样的效果非常明显，能够满足目前的大部分显示需求。

如图2所示，本发明的基于超采样的浮点定点相结合的线段反走样的实现，它包括线段端点顺序的调整：将线段方向调整为第一象限和第四象限；将线段扩展为矩形：以线段为中心线、以线宽为矩形的宽将线段扩展为矩形；计算线段的属性增量：反走样线段支持颜色渐变；数据写入FIFO：反走样线段生成时需要的时钟周期较多，因此可以前面流水线结果写入FIFO，当一条线段生成完毕马上可以读取下一条线段，节省时钟周期；扫描线边界的计算：根据线段端点|△X|和|△Y|的关系确定扫描的主要方向和次要方向，分别计算主要边的边界和次要边的边界，下一扫描线的次要边边界由增量法确定；像素点坐标生成：根据扫描线的边界生成当前扫描线上的像素坐标和属性；面积比计算：将每个屏幕像素分成4×4的网格，每个网格点赋予不同的权值，然后计算每个网格点与扩展矩形的位置关系，若当前网格点在扩展矩形内部则总权值增加网格点权值，否则增加0，最终得到的总权值除以网格点加权后的权值之和即为该像素的面积比，将扫描生成的坐标和属性延迟面积比计算所需周期后将坐标、属性、面积比同时输出至融合过程。在计算中，为确保线段反走样的效果，最好是保证单精度浮点数的精度，但由于面积比的计算有大量叉乘运算，占用的资源非常大，所以在实现时采用浮点定点精度相结合的方式，计算扩展矩形的四个顶点坐标采用浮点数精度，扫描线生成的坐标点将其增加两位小数，变成定点数，将扩展矩形的顶点也转化成含两位小数的定点数，这样面积比就可以采用定点数来计算，在精度损失不大的情况下，减少了大量资源。

如图3所示，本发明中的像素点面积比的计算。采用定点算法实现，首先将扩展矩形的坐标和当前像素点的坐标转化成定点数；然后计算该像素点与扩展矩形四条边的叉乘，只需要计算一个点的叉乘，其余的可以采用增量法得到；根据叉乘积的符号确定像素点与扩展矩形的位置关系，同时可以确定该像素点权重。

与传统的计算面积比方法相比，本发明在对效果影响很小的情况下降低了计算复杂度：将大量的浮点运算转换成定点运算，减小了芯片面积。

Claims

1.基于超采样算法的浮点定点相结合的线段反走样的实现，其特征为：输入包含线段的两个端点单精度浮点格式的坐标T₀(x₀,y₀)、T₁(x₁,y₁)，及其对应的单精度浮点格式的属性{R₀,G₀,B₀,A₀,Z₀}、{R₁,G₁,B₁,A₁,Z₁}，若x₀>x₁，则交换T₀、T₁两个点的坐标和属性，保证线段的方向是从左到右；以线段为中心线、以线段宽度为宽将线段扩展成为一个矩形；线段属性增量的计算，这三个点为：线段原来的两个端点以及P0点，P0点的坐标为

Figure 201010557424X100001DEST_PATH_IMAGE001

，且P0的z坐标值与(x₀,y₀)是一样的。

2.确定扫描线，若，则主要沿x方向行进，

Figure 201010557424X100001DEST_PATH_IMAGE003

，则主要沿y方向行进，分别得到水平和垂直方向的扫描线范围；进行水平、垂直扫描，得到光栅化的像素点坐标和属性，将像素点坐标转化成带符号的、带两位小数的定点数，将权利1得到的扩展矩形的顶点转化为定点数（含两位小数）。

3.判断像素网格点坐标与扩展矩形的位置关系：

for (i=0; i<=SUB_PIXEL; i++)

for (j=0; j<=SUB_PIXEL; j++)

{ 检查

Figure 201010557424X100001DEST_PATH_IMAGE004

处的网格点的叉乘积，如果都>=0，则表示该网格点在线条矩形内，确定该网格点的权重：是顶点：＝1；否则，是边上的点：＝2；否则，＝4}，上述公式的计算均采用定点的全流水运算，可以保证面积比计算的效率，将一个像素所有网格点的权重全部相加得到该像素点的面积比。