CN104685543B

CN104685543B - 图形描绘装置

Info

Publication number: CN104685543B
Application number: CN201380050266.0A
Authority: CN
Inventors: 鸟居晃; 加藤义幸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: JPWO2014050845A1; WO2014050845A1; CN104685543A; DE112013004757T5; US20150187044A1; JP5823052B2

Abstract

从预先保存了描绘图形的图形数据和定义描绘内容的描绘列表的外部存储器中将它们读出而在中间数据生成单元中生成中间数据并保存到外部存储器，利用中间数据扫描单元从外部存储器的中间数据中检测图形，利用图形描绘单元根据外部存储器的图形数据生成检测图形的像素而进行描绘，将该描绘图像写入并保持在多个缓存器构成的缓存器中，显示输出单元读出保存在缓存器中的描绘图像并输出到显示装置，交替进行缓存器的写入和从缓存器的读出。

Description

图形描绘装置

技术领域

本发明涉及对图形图像进行描绘并传送给显示装置的图形描绘装置。

背景技术

在进行图形的描绘和显示的图形描绘装置中，如下方法较为普遍：在外部存储器上确保帧缓存器频带，针对该帧缓存器描绘构成图形的像素而生成图像，向显示装置传送该帧缓存器的图像，由此进行画面显示。此外，为了使描绘途中的图像不被画面显示，如下方法也较为普遍：使帧缓存器采用双缓存器结构，在1画面(1帧)的描绘结束后切换描绘面与显示面。

并且，日本特开2009-15248号公报(专利文献1)中提出了如下的方式：为了减少双缓存器时的存储器访问，按照频带从2个缓存器中选择而进行写入和读出。

现有专利文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-15248号公报

发明内容

发明要解决的课题

包括专利文献1在内，在现有的外部存储器上的帧缓存器中描绘图形并读出所描绘的图形而进行显示的方式中，由于产生较多对外部存储器的数据读写，因此，消耗较多的存储器频带(需要的数据传送量)。由于读出帧缓存器并传送到显示装置的处理始终按照每秒60帧等的刷新率进行，因此，专用一定的存储器频带。此外，当在帧缓存器中进行描绘时，例如，在半透明处理的情况下，需要读/修改/写(read-modify-write)处理，使用存储器频带变多。此外，由于这些处理中所需要的存储器频带与分辨率和颜色(每像素的比特数)成比例，因此，在以高分辨率实现颜色较多的图形显示的情况下，为了确保存储器频带，需要使用高速的外部存储器，或者由多个芯片构成外部存储器，存在成本变高的问题。

本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于，得到一种图形描绘装置，在图形的描绘和显示的过程中，不需要外部存储器上的帧缓存器且使用存储器频带较少。

用于解决课题的手段

本发明的进行图形的描绘和画面显示的图形描绘装置具有如下单元：中间数据生成单元，其从预先保存了待描绘的图形的图形数据和定义描绘内容的描绘列表的外部存储器中读出图形数据与描绘列表，生成中间数据，并将所生成的中间数据保存到外部存储器；中间数据扫描单元，其根据保存在外部存储器中的中间数据对图形进行检测；图形描绘单元，其根据保存在外部存储器中的图形数据生成由该中间数据扫描单元检测出的图形的像素，进行描绘图像的描绘；多个缓存器构成的缓存器，其保持由图形描绘单元描绘出的描绘图像，以交替进行描绘图像的描绘与待描绘的描绘图像的读出；以及显示输出单元，其输出保存在该缓存器中的描绘图像以在显示装置中进行显示。

发明效果

根据本发明的图形描绘装置，由于采用如下结构：从外部存储器读出描绘图形的图形数据与定义描绘内容的描绘列表，利用中间数据生成单元生成中间数据，利用中间数据扫描单元从上述中间数据中检测图形，利用图形描绘单元根据图形数据生成检测出的图形的描绘图像，保持在多个缓存器构成的缓存器中，利用显示输出单元将在上述缓存器中保存的描绘图像输出到显示装置，因此，不需要外部存储器上的帧缓存器，具有削减存储器频带的效果。特别是，由于矢量图形的数据量较小，因此，存储器频带削减的效果明显。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的图形描绘装置的结构图。

图2是示出通过本发明的实施方式1进行描绘的图形的图。

图3是示出矢量图形数据的结构例的图。

图4是示出比特图(bit map)图像数据的结构例的图。

图5是示出定义了图形的描绘法的由数据构成的描绘列表的例子的图。

图6是示出作为层级结构的描绘列表的例子的图。

图7是示出中间数据生成部所生成的中间数据的结构例的图。

图8是中间数据扫描部将画面上最上面的扫描行描绘成对象的情况下的说明图。

图9是中间数据扫描部将画面上从上起第2行的扫描行描绘成对象的情况下的说明图。

图10是中间数据扫描部进行将最后(在画面上最下面)的扫描行描绘成对象的处理的说明图。

图11是中间数据的生成、扫描行的描绘、显示输出的各处理的定时的说明图。

图12是在使外部存储器上的中间数据存储器频带为双缓存器结构时的中间数据的生成与使每个扫描行的描绘和显示处理偏移1帧的处理法的说明图。

图13是使中间数据的生成为2帧1次的情况下的处理法的说明图。

图14是在行缓存器为4行的双缓存器结构时的描绘与显示的处理法的说明图。

图15是本发明的实施方式3的图形描绘装置的结构图。

具体实施方式

实施方式1

图1是示出本发明的实施方式1的图形描绘装置的结构图。

在图1中，10是图形描绘装置，11是进行描绘控制的控制部，12是根据描绘列表或者描绘指令以及图形数据生成中间数据的中间数据生成部，13是对处理对象的扫描行所包含的图形进行检测的中间数据扫描部，14是根据图形数据生成像素而对描绘图像进行描绘的图形描绘部，15是保持1行的描绘图像的双缓存器结构的行缓存器，16是从行缓存器15读出描绘图像并输出的显示输出部，17是向图形描绘装置10发出指示的CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)，18是用于保存并保持描绘列表、图形数据和中间数据的外部存储器，19是进行画面显示的显示装置。

接着，对动作进行说明。

这里，作为例子对将图2所示的图形21、22、23、24、25、26分别放大、缩小、旋转来进行描绘的动作进行说明。

首先，CPU 17预先将矢量图形或比特图(bit map)图像的图形数据保存到外部存储器18的图形数据存储器频带。

图3示出矢量图形数据的结构的例子。矢量图形是由直线或贝塞尔曲线构成图形轮廓的图形，由指令(MoveTo或LineTo)与顶点或者控制点的XY坐标值来定义轮廓。并且，还具有指定图形的描绘色的数据。图4示出比特图图像数据的结构的例子。比特图图像数据由图像尺寸、每个像素的颜色值(RGBA值)构成。

并且，CPU 17预先将用于描绘1帧的描绘列表保存到外部存储器18的描绘列表存储器频带。图5示出描绘列表的结构的例子。描绘列表是定义了如何描绘哪个图形(矢量图形或比特图图像)的数据。描绘哪个图形通过指向图形数据的指针来指定，如何描绘通过变换矩阵指定。在该例子中，设变换矩阵为3×2的矩阵，并针对矢量图形的顶点和控制点的XY坐标或者比特图图像的四角XY坐标应用下述的式子，由此指示放大、缩小、旋转，平行移动等坐标变换。

【数1】

描绘列表包含1帧中所有的描绘内容。由于作为例子示出的图2的描绘内容为描绘图形21、22、23、24、25、26这6个图形，因此，用于进行该描绘的描绘列表如图5所示，由分别指向图形21、22、23、24、25、26的指针和变换矩阵构成。并且，各图形的描绘顺序是从描绘列表的起始端依次进行描绘的。

另外，描绘列表也可以如图6所示为层级结构。并且，也可以为定义了作为3维图形API(Application Program Interface：应用程序接口)的OpenGL(Graphics Library：图形库)的显示列表这样的一系列的描绘指令的形式。

将描绘所需要的图形数据和描绘列表分别保存到外部存储器18的图形数据存储器频带和描绘列表存储器频带后，CPU 17指示图形描绘装置10开始进行描绘。由此，图形描绘装置10开始进行1帧的处理。控制部11与显示输出部16的垂直消隐期间(vertical blankperiod)的开始定时一致地，向中间数据生成部12发出开始处理的指示。

中间数据生成部12当从控制部11接受指示时，从外部存储器18的描绘列表存储器频带读出描绘列表而开始进行处理。

首先，读出由描绘列表指定的图形数据，针对顶点或控制点的XY坐标，使用由描绘列表指定的变换矩阵来进行坐标变换处理。即，针对图形21的矢量图形数据的顶点或控制点的XY坐标，使用变换矩阵(A1、B1、C1、D1、E1、F1)来进行坐标变换处理。此时，中间数据生成部12判定坐标变换后的Y坐标的最小值和最大值，并保持为描绘范围信息。

接着，在图形21的所有顶点或控制点的坐标变换处理结束后，将指向图形21的指针、由描绘列表指定的变换矩阵以及描绘范围信息(Y坐标最小值、最大值)作为中间数据写入外部存储器18的中间数据存储器频带。

接着，读出描绘列表的下一行，针对图形22进行相同的处理。即，读出图形22的图形数据，针对顶点或控制点的XY坐标使用变换矩阵(A2、B2、C2、D2、E2、F2)进行坐标变换处理。接着，在对图形22的所有顶点或控制点的坐标变换处理结束后，将指向图形22的指针、由描绘列表指定的变换矩阵以及描绘范围信息(Y坐标最小值、最大值)作为中间数据写入外部存储器18的中间数据存储器频带。

同样，读出描绘列表直到最末，在外部存储器18的中间数据存储器频带上生成登记了用1帧进行描绘所需要的所有图形数据的信息的中间数据。图7示出中间数据的结构的例子。生成该中间数据的处理在处理转移到下一帧之前的期间的垂直消隐期间中实施。

另外，在描绘列表为层级结构的情况下，将从上层的描绘列表调用下层的描绘列表时指定的变换矩阵乘以在下层的描绘列表中指定给各个图形的变换矩阵，使用该乘算结果的变换矩阵对图形数据的顶点或控制点的XY坐标进行坐标变换处理。

然后，控制部11与显示输出部16输出到显示装置19的水平同步的定时一致地，按照扫描行对中间数据扫描部13发出处理开始的指示。

首先，控制部11指示中间数据扫描部13将画面上最上面的扫描行作为对象进行描绘。图8是用于说明将最上面的扫描行作为对象的描绘处理的图。

中间数据扫描部13从控制部11接受指示后，从外部存储器18的中间数据存储器频带读出中间数据，参照描绘区域信息判定图形数据是否包含在处理对象的扫描行上。并且，当图形数据包含在处理对象的扫描行上的情况下，向图形描绘部14输出指向图形数据的指针和变换矩阵并指示进行描绘。在图8的例子中，由于图形24包含在处理对象的扫描行上，因此，指示图形描绘部14对图形24进行描绘。

图形描绘部14从中间数据扫描部13接受指示后，从外部存储器18的图形数据存储器频带读出图形数据，通过指定的变换矩阵对顶点或控制点的XY坐标实施坐标变换处理而进行变形后，针对处理对象的扫描行生成像素数据而在行缓存器15中进行描绘。由于根据图形数据生成各个像素数据的方式是公知的，因此说明省略。

在扫描了所有图形的中间数据且处理对象的扫描行中所包含的所有图形数据(在图8的例子中仅为图形24)的描绘结束的时刻，在行缓存器15中完成该扫描行的图像。

显示输出部16根据水平同步的定时切换作为双缓存器结构的行缓存器15的描绘侧缓存器与显示侧缓存器，从描绘侧缓存器切换到显示侧缓存器的显示侧缓存器中读出图像而开始向显示装置19进行1行的传送。与此同时，控制部11指示中间数据扫描部13将画面上从上面起第2行的扫描行作为对象进行描绘。图9是用于说明将从上面起第2行的扫描行作为对象的处理的图。

中间数据扫描部13从控制部11接受指示后，从外部存储器18的中间数据存储器频带读出中间数据，参照描绘区域信息来判定图形数据是否包含在处理对象的扫描行上。并且，当图形数据包含在处理对象的扫描行上的情况下，向图形描绘部14输出指向图形数据的指针和变换矩阵并指示进行描绘。在图9的例子中，由于图形21与图形24包含在处理对象的扫描行上，因此，指示图形描绘部14对图形21和图形24进行描绘。

图形描绘部14从中间数据扫描部13接受指示后，从外部存储器18的图形数据存储器频带读出图形数据，通过指定的变换矩阵对顶点或控制点的XY坐标实施坐标变换处理而进行变形后，针对处理对象的扫描行生成像素数据而在行缓存器15中进行描绘。此时，在双缓存器结构的行缓存器15中的、显示输出部16没有读出的描绘侧的缓存器中进行描绘。

在扫描了所有图形的中间数据并且处理对象的扫描行上包含的所有图形数据(在图9的例子中图形21与图形24)的描绘结束的时刻，在行缓存器15中完成对应的扫描行的图像。

对于从上面起第三行以后的扫描行也进行同样的处理。图10是用于说明将最后(画面上最下面)的扫描行作为对象的处理的图。

与前述同样地，中间数据扫描部13从外部存储器18的中间数据存储器频带读出中间数据，参照描绘区域信息判定图形数据是否包含在处理对象的扫描行上。在图10的例子中，由于图形25包含在处理对象的扫描行上，因此，指示图形描绘部14对图形25进行描绘。

图形描绘部14从中间数据扫描部13接受指示后，从外部存储器18的图形数据存储器频带读出图形数据，通过指定的变换矩阵对顶点或控制点的XY坐标实施坐标变换处理而进行变形后，针对处理对象的扫描行生成像素数据而在行缓存器15中进行描绘。此时，在双缓存器结构的行缓存器15中的、显示输出部16没有读出的一方的缓存器中进行描绘。

在扫描了所有图形的中间数据并在处理对象的扫描行上包含的所有图形数据(在图10的例子中仅图形25)的描绘结束的时刻，在行缓存器15中完成该扫描行的图像。

并且，显示输出部16从行缓存器15读出最后的扫描行的图像而传送给显示装置19，由此完成1帧的画面显示。

这样，按照各扫描行来扫描中间数据并对对象的扫描行上所包含的图形进行检测，读出该图形数据而在行缓存器15中描绘，向显示装置19输出行缓存器15的图像，由此进行画面显示。图11是说明处理的定时的图。另外，该图是显示装置19的纵向分辨率为768的情况下的例子。

如上所述，通过设为按照扫描行根据图形数据生成图像并输出到显示装置的结构，不需要外部存储器上的帧缓存器，由此，实现削减存储器频带的效果。特别的是，由于矢量图形的数据量较小，因此，存储器频带削减的效果明显。

并且，如图12所示，也可以为如下结构：使外部存储器上的中间数据存储器频带为双缓存器结构，使中间数据生成部12根据描绘列表和图形数据生成中间数据的处理、和中间数据扫描部13和图形描绘部14按照扫描行的描绘和显示输出部16进行显示的处理错开1帧。

并且，在不需要每帧都更新显示内容的情况下，如图13所示，也可以为如下结构：在多帧中执行1次中间数据生成部12根据描绘列表和图形数据生成中间数据的处理，中间数据扫描部13、图形描绘部14和显示输出部16在多帧中重复使用相同的中间数据。

另外，在上述实施方式1中，通过扫描处理行的方法对中间数据扫描部和图形描绘部进行了说明，但是这些处理不限于扫描行的方法，只要是能够将1帧分割成多个来进行图形的检测以及对检测出的图形的描绘图像进行描绘的方法，也可以为现有的其他方法。并且，缓存器也不限于行缓存器，只要是满足图形检测和对检测图形的描绘图像进行描绘的处理方法的缓存器的形式即可。

实施方式2

实施方式1是使行缓存器15为1行的双缓存器结构的例子，但是，行缓存器15也可以为保持多行的图像的结构。作为例子，下面对保持4行的图像的结构的情况下的动作进行说明。图14是对该情况下的描绘与显示的处理进行说明的图。

CPU 17将图形数据和描绘列表分别保存到外部存储器18的图形数据存储器频带和描绘列表存储器频带，指示图形描绘装置10开始进行描绘，中间数据生成部12在外部存储器18的中间数据存储器频带上生成如下中间数据的动作与实施方式1所示的动作相同，该中间数据登记了关于用1帧进行描绘所需要的所有图形数据的信息。

然后，控制部11按照显示输出部16向显示装置19输出的水平同步的定时的4比1的比例，向中间数据扫描部13发出处理开始的指示。

首先，控制部11指示中间数据扫描部13将画面上最上面的4行的扫描行作为对象进行描绘。中间数据扫描部13从控制部11接受指示后，从外部存储器18的中间数据存储器频带读出中间数据，参照描绘区域信息判定图形数据是否包含在处理对象的4行的扫描行上。并且，当图形数据包含在处理对象的4行扫描行上的情况下，向图形描绘部14输出指向图形数据的指针和变换矩阵，并指示进行描绘。

图形描绘部14从中间数据扫描部13接受指示后，从外部存储器18的图形数据存储器频带读出图形数据，根据指定的变换矩阵对顶点或控制点的XY坐标实施坐标变换处理而进行变形后，针对处理对象的4行的扫描行生成像素数据而在行缓存器15中进行描绘。

在扫描了所有图形的中间数据且处理对象的4行的扫描行上包含的所有图形数据的描绘结束的时刻，在行缓存器15中完成该扫描行的4行的图像。

显示输出部16按照水平同步的定时的4比1的比例，切换作为双缓存器结构的行缓存器15的描绘侧缓存器与显示侧缓存器，从由描绘侧缓存器切换到显示侧缓存器后的显示侧缓存器中读出图像而开始向显示装置19进行4行的传送。与此同时，控制部11指示中间数据扫描部13将画面上接下来4行的扫描行作为对象进行描绘。

这样，按照多行的扫描行，扫描中间数据来检测对象的多行的扫描行中所包含的图形，读出该图形数据并在行缓存器15中描绘，向显示装置19输出行缓存器15的图像，由此进行画面显示。由于1次进行多行的扫描行的处理与按照1行进行处理的情况相比，能够减少中间数据扫描部13的判定处理次数和图形描绘部14的图形数据的读出次数，因此具有进一步削减存储器频带的效果。

实施方式3

实施方式1和实施方式2是使行缓存器15为描绘侧缓存器与显示侧缓存器的双缓存器结构的例子，但是，行缓存器15的结构并不限于双缓存器，也可以为用于切换3面以上的缓存器的结构。下面，对该情况的动作进行说明。

CPU 17将图形数据和描绘列表分别保存到外部存储器18的图形数据存储器频带和描绘列表存储器频带，指示图形描绘装置10开始进行描绘，中间数据生成部12在外部存储器18的中间数据存储器频带上生成如下中间数据的动作与实施方式1和实施方式2所示的动作相同，该中间数据登记了关于用1帧进行描绘所需要的所有图形数据的信息。

然后，控制部11与显示输出部16向显示装置19输出的水平同步的定时一致地，如实施方式1和实施方式2所示，向中间数据扫描部13发出处理开始的指示，图形描绘部14在行缓存器15中生成图像。并且，显示输出部16在水平同步的定时选择读出的缓存器，读出图像并开始向显示装置19传送。

此时，当图形描绘部14在行缓存器15中的图像生成完成时，控制部11指示中间数据扫描部13针对行缓存器15的下一个面进行下一次的扫描行描绘。即，在3面的三重缓存器结构的情况下，指示在将显示输出部16读出的缓存器面除外的剩余的2个面的缓存器中依次进行描绘。同样，在为4面的缓存器结构的情况下，指示在将显示输出部16读出的缓存器面除外的剩余的3个面的缓存器上依次进行描绘。

这样，利用3面以上的多面缓存器构成行缓存器15，针对将为了进行显示输出而读出的缓存器面除外后的剩余的缓存器优先地依次进行描绘，由此，在内容复杂且行缓存器15的描绘处理负载较高的情况下，具有降低描绘处理不及时而导致不当的画面显示的可能性。

实施方式4

图15是示出本发明的实施方式4的图形描绘装置的结构图。

本实施方式是省略实施方式1、实施方式2和实施方式3的中间数据生成部12而利用CPU 17的软件处理来执行生成中间数据的处理的结构。

接着，对动作进行说明。

在执行描绘时，CPU 17与实施方式1、实施方式2和实施方式3的中间数据生成部12进行相同的处理，根据描绘列表和图形数据生成中间数据，并保存到外部存储器18。在1帧的中间数据的生成结束后，CPU 17指示图形描绘装置10开始进行描绘。由此，图形描绘装置10开始进行1帧的处理。

然后，与显示输出部16输出到显示装置19的水平同步的定时一致地，按照每个扫描行，利用中间数据扫描部13从外部存储器18的中间数据中检测扫描行中包含的图形，利用图形描绘部根据外部存储器的图形数据生成检测图形的像素而进行描绘，在行缓存器15中保持该描绘图像，并向显示装置19输出保存在行缓存器15中的描绘图像。

在变更显示内容的情况下，CPU 17生成新的中间数据并保存到外部存储器18，指示图形描绘装置10使用新的中间数据来进行描绘。

产业上的可利用性

在本发明的图形描绘装置中，根据坐标变换指示能够进行将图形放大、缩小、旋转、平行移动等的描绘，与现有装置相比能够削减存储器频带，能够用于出版、广告、印刷、游戏等媒体及内容中的视觉表现。

Claims

1.一种图形描绘装置，其进行图形的描绘和画面显示，其中，所述图形描绘装置具有：

中间数据生成单元，其从预先保存了待描绘的图形的图形数据和定义描绘内容的描绘列表的外部存储器中读出图形数据和描绘列表，生成中间数据，并将所生成的中间数据保存到上述外部存储器，其中，中间数据中包含指向待描绘的图形的图形数据的指针、由描绘列表指定的待描绘的图形的坐标变换处理用的变换矩阵以及待描绘的图形的描绘区域信息；

中间数据扫描单元，其根据保存在上述外部存储器中的中间数据的描绘区域信息，判定图形数据是否包含在处理对象的扫描行上，来对图形进行检测；

图形描绘单元，其根据保存在上述外部存储器中的图形数据生成由该中间数据扫描单元检测出的图形的像素，进行描绘图像的描绘；

多个缓存器构成的缓存器，其保持由上述图形描绘单元描绘出的描绘图像，以交替进行描绘图像的描绘与待描绘的描绘图像的读出；以及

显示输出单元，其输出保存在该缓存器中的描绘图像以在显示装置中进行显示。

2.根据权利要求1所述的图形描绘装置，其中，

上述缓存器是用于对描绘图像进行描绘和对待描绘的描绘图像进行读出的双缓存器结构，上述中间数据扫描单元采用如下结构：按照每个扫描行，从保存于上述外部存储器的中间数据中检测该扫描行中包含的图形，

上述图形描绘单元采用按照每个扫描行进行描绘图像的描绘的结构，

上述缓存器的切换、以及上述中间数据扫描单元和上述图形描绘单元进行的每个扫描行的处理是按照上述显示输出单元的画面显示输出的水平同步定时来执行的。

3.根据权利要求1或2所述的图形描绘装置，其中，

上述中间数据生成单元进行的中间数据的生成处理在处理转移到下一帧的垂直消隐期间内执行。

4.根据权利要求1或2所述的图形描绘装置，其中，

上述中间数据生成单元进行的中间数据的生成处理与上述中间数据扫描单元、上述图形描绘单元和上述显示输出单元进行的描绘及显示的处理错开1帧而执行。

5.根据权利要求1或2所述的图形描绘装置，其中，

上述中间数据生成单元进行的中间数据的生成处理以多帧一次的频度执行。

6.根据权利要求1或2所述的图形描绘装置，其中，

上述中间数据的生成处理由基于CPU的软件处理执行。