CN1050208C - 实时获取并重放动画视频图象序列的系统 - Google Patents

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Abstract

一种实时获取并重放动画视频图象序列的系统，该类型的系统至少包括一个数据收集级(2)，一个重放级(3)。收集级(2)包括至少两个自主的存储块(M1，M2)，分别与两个屏幕控制器(CRTC1，CRTC2)相联。对已经记录在一存储块内的、或将要记录到一存储块中的数据的管理操作，与对已经记录在另一存储块内的图象序列的重放操作能够交替地进行。

Description

实时获取并重放动画视频图象序列的系统
本发明涉及一种实时获取并重放动画视频图象序列的系统，尤其涉及这样一种类型的系统，它包括：至少一个由存储块构成的数据收集级；一个由屏幕控制器形成的读/写级，该屏幕控制器由中央处理单元驱动，以便读写存储块中的与至少一个图象序列相应的数字数据；以及一个数据重放级。
对于这样的系统，一般希望能够实时获取、局部存储并且重放大量高质量图象。可以认为：
图象是由一组象点或“象素”组成的，每个象素以16位或32位编码；以及
术语“实时”意思是指在电子图象的场频中，一秒内能将完全图象切换25或30次。
为达到这种可能，这样的系统必须具有大容量存储器，以便满足这类数据的大存储容量的需求。
在上述类型的收集及重放系统中，在数据收集级由屏幕控制器形成的读/写设备，特别是通过进行读、写和刷新操作，处理由处理中央单元发出的宏命令，以便处理存储块中的数据。重放级必须也能够并行访问存储块，以便从中读取与至少一个图象序列相应的数字数据，并且然后在屏幕上以模拟形式顺序地重放该序列。
因此，收集级和重放级必须能够访问存储块，即使实际上它们不能同时访问。目前，存储技术不能允许同时访问，以致采用了各种方案以解决存储块访问所产生的问题。
第一种方案在于，为系统安排一种定序器型的仲裁装置，它将存储块的一小部分通带(即单位时间所能读或写的总位数)分配给由收集级的屏幕控制器所执行的读、写和刷新操作，并将其余部分分配给重放级，以便使它能够读取一个图象序列，并且将之显示到屏幕上。
最近，第二个方案在于利用一种由动态视频RAM形成的存储块。该种RAM具有一定特点，包括一个移位寄存器，作为存储块与重放级之间的接口。换言之，在存储块与重放级之间交换的所有信息都经过所述寄存器。在这样一种系统中，在屏幕的行扫描的回描时间内，产生移位寄存器的装入和/或转存，使得存储块的大部分通带被分配用于屏幕控制器对所述存储块内的数据所进行的管理。
这样，上述两种方案，通过对存储块的数据进行管理所需的访问、与对记录在所述存储块的数据进行图形重放所需的访问之间进行交替，从而解决了存储块双重访问问题。
然而，这样的方案使屏幕显示能力方面的系统性能受到限制，即屏幕上动画的图象受到限制。在这样的系统中，对已经记录在存储块内的数据或特要记录到存储块中的数据进行管理的读方式或写方式中的访问时间，相对长些，并且结果是，对存储块中的新图象序列相关的数据进行记录的有关操作，以低于屏幕上象点的显示频率(“象素”频率)的频率进行。实际上，这样的系统以大约每秒3,000,000至4,000,000象素的速率工作，从而极大地限制了实时动画重放的可能性。
再者，与标准大量生产的动态存储器相比，视频RAM技术仍然非常昂贵。
本发明的目的在于提供一种实时获取和重放动画图象序列的系统，以便解决针对存储块的双重访问问题。这一系统的实现，与现有系统相比，能够可观地降低成本，提供较高的依赖于显示能力的性能。
为实现这一目的，本发明提供一种实时获取和重放动画图象序列的系统，该类型的系统包括至少一个由存储块构成的数据收集级；一个由屏幕控制器形成的读/写级，该屏幕控制器由中央处理单元驱动，以便读写存储块中的与至少一个图象序列相应的数字数据；以及一个数据重放级；所述系统的特征在于：
数据收集级(2)包括至少两个自主存储块，分别以这样一种方式与至少两个屏幕控制器相联，使得将存储块中的一个及其相联的屏幕控制器分配到数据收集级(2)，以便对已经记录在存储块内的或将要记录到存储块内的数据执行管理操作，与之交替地，将至少另一个存储块及其相联的屏幕控制器分配到重放级(3)，以便重放已经记录在所述另一存储块内的图象序列。
这样，重放系统在将新的图象序列记录到与另一个屏幕控制器相联的存储块内的同时，能够放出在与一个屏幕控制器相联的存储块内的图象序列，反之亦然。重放系统能够这样交替地工作，并且与两个屏幕控制器一起高速工作，即避免了单一屏幕控制器所控制的存储块的交替访问的问题。
根据本发明另一特征，每个存储块是利用同步或异步型的标准DRAM型存储器实现的。
在本发明的一个特定实施方式中，每个屏幕控制器设置在与其相联的存储块与中央处理单元之间。
在本发明的系统最佳实施例中，每个屏幕控制器也与传输总线相连，使其能够直接接收用于重放的压缩图象序列的数据，这些数据记录在FIFO或SRAM类型的辅助存储器中，或例如在硬盘单元中。
这样一种结构，导致每个屏幕控制器构成一个交点，或者一个关于相对于设于控制器外围的四个相异操作块的读和写的开关装置，操作块即：
一个DRAM型存储器的块；
中央处理单元；
FIFO或SRAM类型的辅助存储单元，或一个硬盘单元；以及
重放级的ADC/DAC转换电路。
本发明的收集级和重放级系统，在关于图形动画方面和成本方面显示了极大优点。
这样一个系统，使基本上在所有屏幕上以每秒大约12,000,000象素的速率实现高质动画成为可能，其中，这样的图形动画，能够表示图象的部分的移动或者多个图形物体沿着相对于静态的或移动的背影的图象平面座标轴的移动。
另外，本发明的系统已经找到一种能够替换利用低容量以及尤其是高成本的视频存储器的系统，它由标准视频存储器实现，而没有对特定硬件的限制。
根据本发明的另一优点，能够使系统适于具有最小容量为256兆字节(MB)的存储器系统，其存储器尤其能够安装在与微计算机(例如，符合ISA、MCA、EISA或NUBUS标准)的插件上最大可用面积相等的电子卡上。
通过结合以下附图而进行解释性说明，本发明的其他优点、特征、及其细节将会更加清楚。
图1是获取并重放图象序列的现有技术系统的简要框图；
图2是构成获取并重放图象序列的本发明的一个实施例的简要框图；
图3是本发明的变化实施例的简要框图。
如图1所示的获取并重放动画图象序列的现有系统，包括一个用于获取数字数据的级2，以及一个用于图形重放所述数据的级3。
数据收集级2，包括一个存储块M，以及一个由中央控制单元CPU所驱动的屏幕控制器CRTC形成的读/写装置。存储块M由与移位寄存器RG相联的视频随机存取存储器VRAM实现，屏幕控制器CRTC经过总线b1与存储块M通信，用于在VRAM存储器中执行读/写操作，并经过总线b2、以及与总线b2相连的I/O接口，与中央控制单CPU通信，以提供与外围设备(未示出)的连接。
重放级3，包括一转换装置4，其包括一个数—模转换器DAC，以及一个模一数转换器ADC。转换装置4，由总线b3连接到存储块M的移位寄存器RG，并且由总线b4连接到电视型扫描屏E。
如上文所述，这样的一种系统将存储块M交替地分配给数据收集级2和重放所述数据的级3。该系统具有由这种交替所导致的所有缺陷。
如图2所示，实时获取并重放动画图象序列的本发明的系统，包括一个以数字形式获取数据的级2，以及一个图形重放所述数据的级3。
数据收集级2，包括一个存储器M，被分为至少两个自主的存储块M1和M2，每个块由标准动态随机存取存储器DRAM构成。每个存储块M1和M2，与由屏幕控制器CRTC1或CRTC2构成的读/写装置相联。两个控制器由中央控制单元CPU驱动。每个存储块M1和M2由各总线b10连接到相联的屏幕控制器CRTC1或CRTC2。中央控制单元CPU由总线b11连接到两个屏幕控制器CRTC1和CRTC2。
该例中的重放级3与参照图1所述的属于同一一般类型，即它包括一个数-模型DAC和/或模-数型ADC的转换装置4，以及一个屏幕E。转换装置4由总线b12连接到两个屏幕控制器CRTC1和CRTC2。转换装置4例如至少用于将取自存储块的相应于图象序列的数字数据转换为模拟或者数字电视标准。
另外，两个屏幕控制器CRTC1和CRTC2经过总线b15与一个外围部件(比如一个辅助存储器M0)相连，以便直接接收对将要重放的图象序列进行压缩所得的数据。
这样，在操作中，能够将一个存储块，比如块M1及其相联的屏幕控制器CRTC1分配给数据收集级2，以便对已记录在存储块M1内的、或将要记录到存储块M1中的数据执行管理操作，与之交替地，另一存储块M2及其相联的屏幕控制器CRTC2被分配到重放级3，以便将记录在存储块M2中的图象序列在屏幕E上图形重放。
当以该种方式操作时，重放级3能够这样永久地访问存储块M1或M2中的一个或另一个，而不必在收集级2与重放级3之间时时交替地访问单一存储块。这样，当在从一个存储块取得的数字数据基础上、在屏幕E上重显并移动图象序列时，可以在显示并移动之前将新的图象序列记录到另一存储块内，这样能够确保屏幕上动画的完美连续。
变化的实施例示于图3，示出了本发明的系统能力的一个实用的扩展。
在该变化中，利用辅助或缓冲存储器M10将每个屏幕控制器CRTC1和CRTC2连接到处理器单元CPU，辅助或缓冲存储器M10是16位宽或32位宽的，例如为增加处理速度，有两位是进入—返回(go-and-return)流控制位；屏幕控制器CRTC1和CRTC2还连接到辅助或缓冲存储器M0，两个存储器M0由总线b13连接到编码/解码器CODEC，经过附加的辅助或缓冲存储器M11又与硬盘D相连。
这样，在按照标准(例如，MPEG I，MPEG II，或CCITT H.261)利用域间(interfield)方法对图象序列进行压缩和/或去压缩操作中，利用了编码/解码器CODEC，它需要同时处理至少三个数据流，以便在先前处理的图象i的基础上，处理图象i+1。
在图象序列压缩方式中，编码/解码器CODEC处理下列内容：
第一视频信号的输入流，它由屏幕控制器CRTC1数字化，并存储在存储块M1的存储平面中，所述输入流来自一个外源，比如一台摄象机；
第二基准信号的输入流，它由屏幕控制器CRTC2数字化，并存储在存储块M2中，所述信号相应于先前图象i；以及
第三数字化信号的输出流，它已由编码/解码器CODEC压缩并处理，使能够根据图象i重放构造图象i+1，所述信号被送到硬盘D。
在图象去压缩方式中，编码/解码器CODEC处理：
第一输入流，与取自硬盘D的经压缩的数字化信息流相应；
第二输入流，与已在先前步骤中去压缩、取自存储块M1或M2中的一个、并经过与存储块M1或M2相联的屏幕控制器传送到编码/解码器的数字化信号相应；以及
第三已处理的去压缩的数字化信号输出流，与图象i+1相应，所述信号被送至另一流控制器，用于在屏幕上显示。
通过两个屏幕控制器CRTC1和CRTC2，这些信号的压缩与去压缩操作变得非常方便。
一般而言，设备的操作可以颠倒过来，即图形图象不是被重放，而是从屏幕E获取图象，记录在存储块M1和M2，然后例如记录在辅助存储器。
这样，重放级3能够获取相应于图象序列的数据并经过相关的控制器CRTC1或者CRTC2交替地在存储块M1或者M2中存储该数据，而获取级3能够经过相关的控制器CRTC2或者CRTC1交替地从另一存储块M2或者M1读所述数据，并且将该数据存储到辅助存储器或者硬盘单元中。
电视屏幕上的图象实时动画设备，尤其能够利用在比如用户型交互游戏中。

Claims (6)

1.一种实时获取和重放动画图象序列的系统，该类型的系统包括至少一个由存储块构成的数据收集级；一个由屏幕控制器形成的读/写级，该屏幕控制器由中央处理单元驱动，以便读写存储块中的与至少一个图象序列相应的数字数据；以及一个数据重放级；所述系统的特征在于：
数据收集级(2)包括两个自主存储块，分别以这样一种方式与两个屏幕控制器相联，使得将存储块中的一个及其相联的屏幕控制器分配到数据收集级(2)，以便对已经记录在存储块内的或将要记录到存储块内的数据执行管理操作，与之交替地，将另一个存储块及其相联的屏幕控制器分配到重放级(3)，以便重放已经记录在所述另一存储块内的图象序列。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于：重放级(3)包括至少一个转换装置(4)，至少用于将从存储块中取得的与图象序列相应的数字数据转换为模拟或数字电视标准。
3.根据权利要求1或2的系统，其特征在于：每个存储块是利用同步或异步类型的标准动态随机存取存储器构成的。
4.根据权利要求3的系统，其特征在于：每个控制器设置在与其相联的存储块与中央控制单元之间，并且与转换装置(4)连接。
5.根据权利要求3的系统，其特征在于：各控制器直接与诸如辅助存储器或者硬盘单元这样的外围设备相连，以便直接接收对即将在图形屏幕上重放的图象进行压缩或者执行其他处理产生的数据。
6.根据权利要求3的系统，其特征在于：重放级(3)获取与图象序列相应的数据并且经过相联的控制器交替地将所述数据存储到一个存储块中，而收集级(2)经过相联的控制器交替地从另一个存储块读取所述数据并且将所述数据存储到辅助存储器或者硬盘单元中。
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