DE2525155C2

DE2525155C2 - Anordnung zur computergesteuerten Rasterpunktdarstellung von codierter, Liniensegmente bezeichnender Vektorinformation als eine Folge von X/Y Koordinatenwerten

Info

Publication number: DE2525155C2
Application number: DE2525155A
Authority: DE
Inventors: Karl Arnold San Jose S.C. Belser
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-06-10
Filing date: 1975-06-06
Publication date: 1985-07-11
Also published as: JPS511030A; US3973245A; FR2274112A1; GB1504975A; JPS589451B2; FR2274112B1; DE2525155A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur computergesteuerten Rasterpunktdarstellung von codierter, Liniensegmente bezeichnender Vektorinformation als eine Folge von X/Y Koordinatenwerten.
Geräte zum Drucken, Abfragen oder bildlichen Darstellen graphischer Daten unterteilt man in Vektortypen oder Rastertypen.

Ein Vektorgerät kann zeichnen oder abfragen mit einer Serie elementarer Bewegungen in zwei Richtungen. Wenn diese Bewegungen gerade Segmente sind, wird von Vektoren gesprochen, so daß ein Bild aus einer Reihe von geraden Liniensegmenten unter direkter Programmsteuerung abgetastet oder aufgebaut werden kann.
Im Gegensatz dazu wird ein Rastergerät durch ein vorgegebenes Rastermuster gespeist, welches jeden Punkt des Abtast- i-Jer Bildanzeigebereiches erschöpfend abdeckt Wenn das Abtastmuster aus einer Anordnung von Punkten besteht, die erst als Punkte pro Zeile und dann als Zeilen pro Seite erzeugt werden, dann erscheint das Muster als ein Rasier. Bei einem Fernsehgerät beginnt der Bildstrahl beispielsweise in der linken oberen Ecke des Schirmes und läuft nach rec·· 's und bildet so eine Zeile. Der Abtaststrahl kehrt dann zur linken Kante zurück, um eine zweite Zeile — einen Punkt tiefer — auf der Bildschirmfläche zu beginnen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der ganze Bildschirmbereich abgetastet wurde.

Bei zahlreichen Computerprodukten herrschte früher der Vektorbetrieb vor, weil die Programmierung gra- Ij

phischer Befehle für eine Bildanzeigestation mit Größen- und Richtungsinformation formuliert wurde.

Aus verschiedenen Gründen wird die Rasterabtastung und -ausgabe bevorzugt. Zunäc**:,! einmal ist die Maschinenausrüstung nicht so kostspielig wie bei ähnlichen im Vektorbetrieb arbeitenden Geräten. Zweitens ist f

die Druckleistung für das Rastergerät hoch, da die Bitreihen, die den Raster darstellen, in einer relativ festen Zeit erzeugt werden und vom Bildinhalt unabhängig sind. Das gilt jedoch nicht für Vektorgeräte. Drittens stellen Rastergeräte Bilder mit einem höheren Auflösungsgrad her, als sie bei Vektorgeräten aufgrund der digitalen Punktnatur der Rastergeräte möglich ist. Viertens könnnen Rastergeräte für eine gegebene Auflösungsqualität mit einer höheren Informationsrate gespeist werden als Vektorgeräte.

Das Grundproblem bei der Anwendung der Rasterausgabegeräte ist die Umwandlung von codierter Vektor-Information in Rasterform. Sie verlangt eine beträchtliche Maschinenausrüstung, eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit bei der Umwandlung und für die Rastereingabe/Ausgabegeräte, welchp synchrone Abtastcharakteristika aufweisen müssen. Wie bereits gesagt wurde, ist der Vektorbetneb mit einer bequemen Darstellungsform für die „

Programmierer verknüpft. |

Um ein Rasterbildschirmgerät mit Vektorbetriebsbefehlen zu speisen, muß die implizite Form des Vektorbefehles (z. B. zeichne Linie: X\ Y\; Xj Y:) umgewandelt wurden in ein explizites Punktmuster, das der wahren Bahn der Linie möglichst nahe kommt. Dieses explizite Punktmuster kann z. B. in einem Randomspeicher gespeichert werden. In diesem Zusammenhang taucht allerdings die Frage auf. ob im Speicher aufgezeichnete Punkte dazu benutzt werden können, das Rasterausgabegerät direkt zu treiben und nicht warten zu müssen, bis alle Punkte im Speicher gesetzt wurden. Im Betrieb stellte es sich als wünschenswert heraus, ein ganzes Bild vor der Rasteranzeige zusammenzusetzen, weil graphische Befehle keine Einschränkung für die Reihenfolge oder Richtung der Vektoren im Bild enthalten. Somit gibt es keine Möglichkeit, die Information auf Zeilenbasis anzuzeigen, während das Rastermuster erzeugt wird.

Aus der DE-OS 22 46 029 ist es bekannt, in Bildspeicher eines Rastersichtgeräts durch Adressenmodifikation eine Umformatierung der Daten vorzunehmen, um die gespeicherten Daten in das Wiedergabeformat des Sichtgeräts zu überführen.

Nach der DE-OS 22 61 141 ist es bekannt, graphische Information, die in kodierter Form vorliegt, in AVV-Koordinalien des Anzeigeformats umzuwandeln, diese in den Bildspeicher als Bildpunktkoordination einzuspeichern und zur Wiedergabe auf dem Rastersichtgerät auszulesen. Der Zeitaufwand für eine Umwandlung der Veklorinformation in eine Rasterform ist dabei relativ hoch, denn durch den zeilenweise orientierten Pufferspeicher kann pro Zyklus nur jeweils eine Zeile, d. h. nur eine Y- Koordinate berücksichtigt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Umwandlung von codierter Vektorinformation in |

eine Rasterform mit einem geringen Zeitaufwand zu ermöglichen. |

Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Dabei werden durch die zwischenzeitliche Bereichsformatierung des Speichers im Durchschnitt mehrere Punkte für alle Vektoren in einer »quadratischen Untergruppe« erfaßt

Wenn im Speicher nicht nur einzelne Bits adressiert werden können, verlangt das Schreiben von Information in den Speicher und das Lesen von Information aus dem Speicher für die Optimierung verschiedene Formate. Das wird teilweise von dem Wunsch hergeleitet, bei der Punkteingabe Zeilensegmente in standardisierten zweidimensior.i!en topologisch benachbarten Formaten darzustellen, wie beispielsweise in quadratischen Untergruppen. Vorteilhafterweise umfassen quadratische Untergruppen mehrere Punkte, die ein Zeilensegment definierten, und können daher in den Speicher in einer und nicht in mehreren Zykluszeiten geschrieben werden. Da die Richtung eines Zeilensegmentes gleichermaßen wahrscheinlich angenommen werden kann, besteht für eine quadratische Untergruppe eine hohe Erwartungswahrscheinlichkeit für eine RichtungsunempFindlichkeit, so daß im Durchschnitt mehrere Punkte für alle Vektoren erfaßt werden. Um Daten an ein Rastergerät zu liefern, müssen andererseits die Bits in jeder Untergruppe in einer für die Rasteradressierung geeigneten linearen Dimension ausgerichtet sein. Daher müssen die Daten in der quadratischen Anordnung in linearen Gruppen verzeichnet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anschließend näher beschrieben. Es zeigt

F i g. IA ein schematisches Schaltbild zur Rasterung codierter Information,

ι i g. 11.» CJFi SCtiCmatiSCiiCS oCiiSituhu ZUP wHlWSHuiUng rSStCrCOuieriCr ϊΠιΟΠπαΐΐΟΰ ίΠ Codierte Deinen, 2Ö

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines i-itadressierbaren Speichers mit X/Y- Koordinaten.

F i g. 3A eine schematische Darstellung für einen zeilenformatierten Speicher mit wortorganisierten Speicheradresse,

F i g. 3B eine schematische Darstellung für einen bereichsformatierten Speicher,

F i g. 4A eine schematische Darstellung von Blockgruppierungen aus sequentiell adressierbaren Wörtern, F i g. 4B eine schematische Darstellung der Speicherstellen innerhalb eines Blockes,

F i g. 5A und 5B eine schematische Darstellung von Wörterblöcken im Zeilen- und Bereichsformat,

Fig. 6A bis 6C ein schematisches Beispiel einer Punktaufzeichnung; Bitplan der aufzuzeichnenden Punkte (6A); Adreßdarstellung im Zeilenformat (6B); Adreßdarstellung im Bereichsformat (6C),

F i g. 7A und 7B eine schematische Darstellung für die Adreßumwandlung des Zeilen- bzw. Bereichsformates,

F i g. 8A und 8B eine schematische Darstellung des Randomspeichers im Bereichs- (und nach der Umordnung) im Zeilenformat,

F i g. 9 ein schematisches Logikdiagramm des Datenflusses für die in F i g. IA gezeigte Speicher- und Umordnungslogik 37,

Fig. 10 eine schematische Darstellung von Einzelheiten der Auswahlschaltung (20) und der Steuerlogik (19) nach Fig. IA,

Fig. U eine schematische Darstellung zur Datentransformation der Formatumwandlungslogik (13) nach F i g. 1A und 9; geeignet für den Einsatz von Schieberegistern und

Fig. 12 ei.ie Schieberegisteranordnung für die Formatumwandlungslogik 18.

Punktaufr-eichnung und Rastererzeugung

Um eine Folge von Punkten, die einer Linie entsprechen, in einen Speicher zu schreiben, muß eine Folge von Speicheradressen erzeugt werden. Ein typisches Verfahren für eine derartige Adreßerzeugung ist der Bresenham-Algorahmus für die Erzeugung gerader Linien. Dieser Bresenham-Algorithmus ist beschrieben in J. F. Breser.ham »An Algorithm for Computer Control of a Digital Plotter«, IBM Systems Journal, Vol. 4, No. 1,1965, S. 22 — 30. In diesem Algo/ithmus wird ein Ort angenähert durch eine Folge gerader Liniensegmente. Dieser Algorithmus ist jedoch typisch für die herkömmliche Art, insofern, als die Segmente durch Betrag und Richtung definiert sind. Sie müssen in ein explizites Biimuster umgewandelt werden, das in einem Speicher festgehalten werden Kann. Wenn man jetzt einen bit-adressierbaren Speicher hat, d. h. einen Speicher mit einem Einheit-gro-Ben Wort, so brings man diesen Speicher in Einklang zu einem zweidimensionalen Bitplan durch Zuordnung von X- und Y-Koordinaten zu bestimmten Bereichen von Speicheradressen. Ein Speicher von einer Million Bits entspricht beispielsweise einem Quadratbereich von 1024 χ 1024 Bits. Zur Definition einer jeden Koordinate braucht man also einen Adreßcode von 2¹⁰. D. h. insgesamt, daß 20 Adreßbits 2ur eindeutigen Angabe eines jeden Bits gebraucht werden. Wenn einmal alle Vektoren in ein explizites, im Speicher festgehaltenes Bitmuster umgewandelt sind, heißen sie »zur Abtastung umgewandelt«. Mit dem Speicher kann man jetzt ein Bildanzeigegerät durch Adressierung des Speichers beginnend mit Punkten in der linken oberen Ecke des -Y/V-Budes, indem man jeweils eine horizontale Zeile adressiert, bis der ganze X/Y-Bereich adressiert ist. Die Geschwindigkeit der Punktschreibung in den Speicher und die Geschwindigkeit, mit der ein Rasterabtastgerät getrieben werden kann, ist begrenzt durch die Zeit, die man zum Schreiben eines jeden Bit in den Speicher oder Lesen gus dem Speicher braucht, d. h. durch die Speicherzykluszeit.

Zur Versorgung synchroner Bildanzeigegeräte, wie beispielsweise eines Kathodenstrahlröhrengerätes braucht man natürlich eine hohe Datenrate. Wenn z. B. ein Bild aus 1024 χ 1024 Bits mit einer Geschwindigkeit mit 60 Wiederholungen pro Sekunde an ein solches Kathodenstrahlröhrengerät gesendet wird, dann muß der Inhalt vom Speicher mit einer Bitdatenrate von über 60 Millionen Bits pro Sekunde gelesen werden. Das erfordert andererseits erne Speicherzykluszeit von etwas unter 16 Nanosekunden. Ein solcher Speicher ist außerordentlich kostspielig in der heutigen Technologie zu erstellen.

Eine Lösung dieses Problemes mit der bisherigen Technik bestand darin, daß man mehrere BL's in einem

Speicherzyklus adressierte. So konnte man z. B. ein Speicherwort aus 64 Bits in einer Mikrosekunde adressieren, um eine zur Auffrischung eines Kathodenstrahlröhrenbildes aus 1024 χ 1024 Bits ausreichende Datenrate zu erhalten. Ein solcher Speicher ist immer noch ein bit-adressierbaren Speicher mit einer langsamen Zykluszeit. Da die Bits in einem Speicher topologisch nebeneinander in horizontalen Punktreihen eines Bitplanes liegen, nennt man diesen Speicher einen zeilenformatierten Speicher. Wegen dieses Zeilenformates kann man einem Rasterbildgerät Bits mit der geforderten Geschwindigkeit zuführen. Dadurch wird jedoch in keiner Weise die Punktschreibzeit heruntergesetzt, d. h. die Zeit, die zum Einlesen von Punkten, welche graphische Koordinaten (X/Y) repräsentieren, in eindeutige Speicheradressen gebraucht wird.

Punktschreiben, Rastererzeugung und Kormate

Um Punkte mit möglichst großer Geschwindigkeit in den Speicher schreiben zu können, muß in jedem Speicherzyklus auf mehrere Bits zugegriffen werden können. Es sei angenommen, die Liniensegmente hätten willkürliche Orientierung und Länge. Statistisch gesehen ist eine Maximierung der Punktschreibgeschwindigkeit für Liniensegmente willkürlicher Orientierung und Position möglich, wenn die Bits des Speicherwortes ungefähr quadratischen Bereichen des Bitplanes entsprechen. Da die Bits in einem Speicherwort topologisch, sowohl in der X-Richtung als auch in der V-Richtung des Bitplanes nebeneinander liegen, nennt man einen solchen Speicher einen bereichsformatierten Speicher. Die Schwierigkeit bei der Maximierung der Punktschreibgeschwindigkeit liegt in den beiden unterschiedlichen Formaten, dem Zeilenformat und dem Bereichsformat. D. h„ die Bits im Speicherwort entsprechen in den beiden Formaten verschiedenen Stellen im X/Y-P\an. In einem konventionellen Speicher müssen also die Daten nach dem Einschreiben der Punkte, aber vor dem Anfang der Rasterabtastung umgeordnet werden; und zwar so schnell wie möglich, weil sich dadurch eine zusätzliche Verzögerung und eine langsamere durchschnittliche Punkt-Schreibgeschwindigkeit ergibt.

Das Umw^ndlungsgerät im allgemeinen

In Fig. IA ist ein Gerät zum Schreiben von Datenpunkten in tiiien Puffer und zum Umordnen dieser Daten gezeigt, damit mit diesen Daten ein Rasterbildanzeigegerät gespeist werden kann. Das Gerät enthält eine Quelle codierter Infon, ation, wie beispielsweise einen Computer 10 zur Erzeugung von Liniensegmentinformation.

Jedes Liniensegment stellt eine Folge von X/V-Koordinatenwerten dar. Ein Sereichswortformatierer 39 bringt aufgrund der Vektorinformation den Vektor oder das Liniensegment in das Format eines Bereichswortes, welches eine quadratische Anordnung von Punkten hat. Gleichzeitig wird eine die Punkte in der Speichermatrixanordnung 16 darstellende Adresse erzeugt. Die Umordnung oder Neuformatierung der Daten von einem Bereich in linearer Anordnung erfolgt durch die Speicher- und Umformungslogik 37. Diese Logik speist wiederum einen Raster-Umwandler 41. Da das System auch mit einem Bildschirm-Ein/Ausgabegerät verwendet werden kann, isi ein Räsierbiidänzcigcgcfäi 23 däfgestcni, weiches mit einem Leüchioiift ziisammcnvr-irki. der mit dem Computer 10 über den Rückkopplungsweg 38 gekoppelt ist.

In F ι g. 1B ist die Quelle 41' für die rastercodierten Daten gezeigt, die von einem kleinen Abtastelement 23 gebildet werden, welches eine Speicher- und Umformatierlogik 37' treibt. Diese Logik wandelt lineare Anordnungen von Rasterdaten in Bereichswörter (rechtwinklige Untergruppen) um.

Punktaufzeichnung, Koordinatenplanung und Bitspeicher-Wortadressierbarkeit

Der Mittelpunkt bei der Funktion der Punktaufzeichnung ist die Bitadressierbarkeit, wenn die X/Y-Koordinaten in rechtwinkligen Untergruppen oder linearen Anordnungen (Bereich und Zeilenformat) aufgezeichnet werden. Diese Beschreibung dient als Grundlage zur Erklärung des Umformatieralgorithmus. in dem topologisch benachbarte, rechtwinklige Untergruppen umgeformt werden in lineare Anordnungen im Randomspeicher 16.

In F i g. 2 ist ein Bitplan f»r einen bitadressierbaren Speicher gezeigt Der Speicher entspricht einer An^rdnung von Punkten, in der sich LMN-Bits in horizontaler Richtung und KN-Bhs in vertikaler Richtung befinden, wobei K, L, M und N ganze Zahlen sind. Das Produkt MN definiert die Größe des im Umordnungsalgorithmus benutzten Speicherwortes. Jedes Bit kann durch eine absolute Zahl adressiert werden. Die Adresse des unteren linken Bits ist Null und das untere rechte Bit hat die Bezeichnung LMN—\. Das äußerste linke Bit in der zweiten Zeile von unten ist LMN. Das äußerste rechte Bit in der zweiten Zeile ist 2LMN— 1.

Außer der Identifizierung eines jeden Punktes in der Anordnung durch eine absolute Zahl können die Bits durch ein X/V-Koordinatensystem adressiert werden. In diesem Λ/Y-Koordinatensystem ist das Bit in der linken unteren Ecke der Anordnung als Punkt 0,0 bezeichnet Das Bit rechts unten in der Ecke ist 0,LMN-1. Das äußerste linke Bit in der zweiten Zeüe ist bezeichnet mit 1,0 usw. Daraus kann man eine Beziehung zur Erzeugung von Speicheradressen aus Koordinatenpaaren ableiten:

Speicheradresse = X + (LMN) Y

Wenn ein LMN eine Potenz von 2 ist dann werden bei Multiplikation mit LMN die V-Bits nach links verschoben um eine Anzahl von Stellen, die gleich der Potenz von 2 sind.

Punktschreibung, Koordinatenplanung und Zeilenspeicherwortadressierbarkeit

In F i g. 3A ist ein Zeilenformatspeicher gezeigt mit demselben Bitplan wie in F i g. 2. Dieser Speicherplan setzt sich aus NKL Speicherwörtern zusammen, die für einen wortorganisierten Randomspeicher geeignet sind, wobei jedes Wort MN Bits enthält und nach Punktreihen ausgerichtet ist. Die stark ausgezogenen rechteckigen Bereiche sind Speicherwörter; sie sind mit ihren entsprechenden Wortadressen bezeichnet. Die Zahlen in den Wörtern sind die Bitnummern. So ist der Punkt in der linken unteren Ecke das Bit 0 des Wortes 0. Das Bit in der rechten unteren Ecke ist das Bit MN—\ des Wortes L-X. Das äußerste linke Bit in der zweiten Punktreihe ist das Bit 0 des Wortes L usw. Diese Punkte entsprechen den X/Y-Koordinaten (0,0); (0,LMAZ-I); (1,0) usw. Die Formel zur Erzeugung der Wort- und Bitadressen aus den Koordinatenpaaren lautet:

Adresse (Wort) = (X + (KMN)Y)_MN =

Adresse (Bit) = MODx_1n(X + (LMN)Y) = Rest von

Wenn LMN 2* und das Produkt MN2^m * " ist, dann reichen die Adressen der Bits in einem Wort von 0 bis 2'" *"-l. Diese Adresse kann durch eine Binär-Wertzahl m + η dargestellt werden. Für diesen Fall besteht die Bitadresse lediglich aus den niederen m + η Bits der binären Darstellung von X + 2* Yund die Wortadresse ist die verbleibende Gruppe der werthohen Bits.

Punktaufzeichnung, Koordinatenplan und Wortbereich-Adressierbarkeit

In Fig.3B ist das Bereichswortformat mit demselben Bitplan wie in Fig.2 gezeigt. Dieser Speicherplan umfaßt NKL Speicherwörter, von denen jedes NiV/Bits enthält. M Bits liegen horizontal und Λ/Bits vertikal. Die stark ausgezogenen rechteckigen Bereiche sind Speicherwörter und mit ihren Adressen bezeichnet. Die Zahl in den Wörtern ist die Bitzahl. Somit ist das linke untere Bit in der Anordnung das Bit 0 des Wortes 0. Das untere rechte Bit ist das Bit M— 1 des Wortes LN-1. Das äußerste linke Bit in der zweiten Punktzeile ist jetzt das Bit M des \vortes 0 usw. Diese Punkte entsprechen wie oben den X/Y-Koordinaten (0,0), {0,LMN— 1), (1,0) usw. Die Formel zur Erzeugung der Wort- und Bitadressen aus diesen Koordinatenpaaren ist folgende:

Adresse (Wort) = [X]_M + LN[Y]_n

Adresse (Bit) = Modv(X) + MMoO_n(Y), (1)

worin[XJy und Μοάγ(Χ)ν/ϊε oben definiert sind.

Wenn LMN gleich ist 2* und MN2^{m +} " ist, dann ist M jetzt 2^m und Λ/ist 2". Die Adressen der Bits in einem Speicherwort reichen immer noch von 0 bis 2^{m +} "— 1. Jetzt kommen jedoch die m Bits der Bitadresse m + η von der X-Koordiiiate und die η Bits kommen von der V-Koordinate. Insbesondere werden die wertniederen m Bits der X-Koordinate zu den wertniederen Bits der Bitadresse. In ähnlicher Weise werden die wertniederen η Bits der V-Koordinate zu den werthohen Bits der Bitadresse. Die verbleibenden Bits der X-Koordinate und der K-Koordinate bilden die Speicherwortadresse.

Punktaufzeichnung codierter graphischer Daten in einen Puffer und die Umformung

in die Rasterform als Drei-Schritt-Verfahren

Das Gesamtziel besteht bekanntlich in der Übertragung codierter Daten, die Liniensegmente darstellen, aus einem Computer 10 an ein Bildanzeigegerät des Rastertyps (z. B. das Ausgabegerät 23 nach Fig. IA in drei Funktionsstufen).

Die erste Stufe ist die Umwandlung der codierten Daten in A/Y-Koordinaten und die Eintragung der Koordinaten in einem Randomspeicher 16. Dazu werden die Speicherwörter wie in einem Bereich oder einem Unterformat befindlich behandelt.

Die zweite Stufe ist die Umwandlung topologisch benachbarter Unterbereiche in eine lineare Anordnung oder ein Zeilenformat

Die letzte Stufe schließlich ist die Adressierung der im Zeilenformat stehenden Daten durch das Rasterbildanzeigegerät.

Anschließend werden diese Vorgänge genauer im Zusammenhang mit den in Fig. IA und IB gezeigten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Erster Verfahrensschritt

Im ersten Verfahrensschritt werden die Bildinformationen darstellenden codierten Daten vom Computer 10 in das Pufferregister Ii gelesen. Ein Daten-Korrversions-Logikeiernent 12 transformiert die im Register ί ί gespeicherten codierten Daten in Λ/Ύ-Koordinaten. Diese Koordinaten müssen an entsprechende Stellen des Randomspeicher 16 gelegt werden; dazu muß eine Entsprechung zwischen den Speicherwörtern und den rechtwinkligen Abschnitten (oder Untergruppen) eines abstrakten Koordinatenverzeichnisraumes hergestellt werden. Infolgedessen kann jedes Bit im Speicher im Verhältnis 1 :1 in einem Punkt im Planraum aufgezeichnet werden.

Die Koordinatenpunkte werden durch die Adreß- und Steuerlogik 13 in Speicherwort- und Bitadressen umgewandelt. Das Logikelement 13 berechnet nach (1) effektiv eine Adresse, Jede durch das Element 13 erzeugte Zeile umfaßt zwei Komponenten, nämlich eine Wortadresse und eine Bitadresse. Die Adressen der Wörter nehmen bezug auf den Randomspeicher 16 und entsprechen der Untergruppe des Planes. Jede Bitadresse wird an das Bereichsformatregister 14 geleitet. Die Wortadresse wird an den Randomspeicher 16 über die Steuer- und Adreßausw'ihlschaltung 20 angelegt. Die Planaufzeichnung erfolgt durch logische ODER-Verknüpfung der die Punkte darstellenden Bits im Bereichsformatregister mit Hilfe der durch die Steuerlogik 13 erzeugten Bitadreßkomponente.

Solange die aus der XO-'-Koordinate abgeleitete Wortadresse sich nicht ändert, liegt der aufzuzeichnende

ίο Punkt im Bereich der rechteckigen Untergruppen und kann natürlich im Bereichsformatregister aufgezeichnet werden, ohne daß man den Randomspeicher 16 adressieren muß. Wenn sich die Wortadresse ändert, dann liegt der aufzuzeichnende Punkt außerhalb der laufenden Untergruppe.

Um diese Punkte auch aufzuzeichnen, muß der Inhalt der laufenden Untergruppe »gerettet« werden. Dazu adressiert man zunächst den laufenden Inhalt des Speichers an derselben Untergruppenposition. Der laufende Inhalt im Speicher und das zu »rettende« Bereichswort werden logisch durch das Logikelement 15 kombiniert und in den Speicher 16 an derselben Bereichswortstelle eingegeben. Nachdem der laufende Inhalt des Bereichsformatregisters logisch kombiniert und in den Speicher 16 eingegeben wurde, steht das Register zur Aufzeichnung neuer Koordinatenpunkte in einer anderen Untergruppe zur Verfügung. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis die durch die kodierte Darstellung erzeugten Punkte erschöpft sind.

Zweiter Verfahrensschritt

Im nächsten Verfahrensschritt wird der Inhalt des Speichers so umgeordnet, daß er im linearen Wortformat |

adressiert werden kann. Eine Forderung dieses Verfahrens besteht in der Konvertierung von Speicherplatz, |

indem man Untergruppen durch lineare Anordnung zur Adressierung durch die Rasterbildanzeigeeinrichtung ersetzt.

Es stellt sich die Frage, welches die kleinste Dateneinheit ist, die innerhalb der Speichereinschränkungen bequem umgeordnet werden kann. Die Umordnung des Speichers vom Zeilenformat in das Bereichsformat oder I

umgekehrt, erfolgt in Gruppen von N Speicherwörtern, die zusammen einen N Punkte hohen mal MN Punkte breiten Teil der Anordnung überlagern, wie sie beispielsweise in Fig.4B gezeigt ist. Der N mal MN große Abschnitt der Punktanordnung wird Block genannt und ist die Grund-Umordnungseinheit. Die ganze von diesen Blocks erfaßte Punktanordnung ist in F i g. 4A gezeigt.

In den F i g. 5A und 5B sind das Zeilenformat und das Bereichswortformat gezeigt, die das Punktmuster des in F i g. 4B gezeigten Blocks überlagern. Das erste Speicherwort hat nach der Darstellung die Adresse A, die ein Vielfaches von MN ist. Dadurch ist sichergestellt, daß die die Punktanordnung überlagernden Blocks so sind, wie es in F i g. 4A gezeigt ist.
Die Umordnung auf Blockebene besteht aus folgenden Operationen:

1. Abruf von/VWörtern aus dem Speicher 16 in einen Arbeitsspeicher.
AO 2. Die Bits 0 bis m— 1 eines jeden der Wörter 0 bis N— 1 nimmt man in dieser Reihenfolge und schreibt sie in

den Speicher als Bits 0 bis MN— 1 zurück in die Stelle Λ + 0.
■3. Die Bits m bis IM— 1 eines jeden der Wörter 0 bis N— 1 nimmt man in dieser Reihenfolge und schreibt sie in

den Speicher als Bits 0 bis MN— 1 in die Stelle A +1 zurück.
4. Der Schritt 3 wird für die Stellen A + 2 bis A + N— 2 wiederholt.

5. Man nimmt die Bits (N-1) M bis MN—\ eines jeden der Wörter 0 bis N— 1 in dieser Reihenfolge und schreibt sie in den Speicher als Bits 0 bis MN— 1 in die Stelle A + N— 1 zurück.

Wenn der Block im Zeilenformat stand, steht er jetzt im Bereichsformat. Wenn der Block im Bereichsformat stand, steht er jetzt im Zeilenformat. Dieser Prozeß muß für jeden Block im Speicher für eine vollständige Umordnung ausgeführt werden.

Die Umordnung der Daten im Speicher 16 wird funktionell ausgeführt durch die Speicher- und Umformatier-Iogik37 in F i g. IA. Der erwähnte Umordnungsspeicher ist als Formatlogik-Umwandlungseiement 18 ausgelegt. Ein solches Element enthält Einrichtungen zur seriellen Umsetzung der Transformation oder Umordnung, wie sie z. B. in den obigen Schritten 1 bis 5 beschrieben wurde. Die serielle Umsetzung umfaßt sowohl das Lesen von Information in das Element als auch das Herausziehen von Information aus dem Element. Die serielle Umsetzung oder der Umformatierungsschritt verlangt keine Rechenoperationen im üblichen Sinne. Die Funktion kann auch durch einen doppelt adressierbaren Speicher wahrgenommen werden, wie er beispielsweise in der US-Patentschrift 32 77 449 beschrieben ist. Die Randomnatur des Matrixspeichersystems mit vertikaler Adressierbarkeit ist jedoch für diese Erfindung nicht notwendig. Die genaue Wechselbeziehung zwischen den Elementen 15 bis 18 bei der Umformatierung wird anschließend näher im Zusammenhang mit den F i g. 10 bis 12 beschrieben.

Dritter Verfahrensschritt — lineare Anordnung für Rasterzeilenadressierung

Die jetzt im Speicher 16 stehenden Daten werden als horizontale Zeilensegmente des beispielsweise in F i g. 2 gezeigten Bitplanes formatiert. Um Daten in diesem Format zu benutzen, müssen Adressen erzeugt werden, die diese horizontalen Zeilensegmente zur Bildung von Rasterzeilen miteinander verbinden.

Ein Raster besteht aus einer Folge von A/V-Koordinaten, die in der linken oberen Ecke des Bildes beginnen und zuerst X in Schritten von jeweils 1 erhöhen, bis die erste Zeile von Punkten adressiert wurde. Diese Zeile

wird cine Rasterzeile genannt. Die ^-Koordinate wird dann auf die oberste linke Position des Bitplancs ■zurückgestellt und Vum den Wert 1 erhöht. Dann wird der X Wert wieder über die zweite Punktzeile hin erhöht. Das ist die zweite Rasterzeile. Dieses Verfahren v/ivd zeilenweise von der Oberseite des Bildes bis zur Unterseite fortgesetzt, bis alle Punkte des Bildes adressiert wurden. Die Formel zur Umwandlung der X/Y-Koordinj'ten für das Raster in Wort- und Bitadressen (innerhalb des Wortes) für Daten im Zeilenformat wurde bereits angegeben. Da die Daten im Zeilenformat stehen, werden alle Daten innerhalb eines Wortes konsekutiv bsi der Erzeugung des Rasters adressiert. Dadurch wird die Anzahl von Zugriffen zum Speicher zur Erzeugung von Rasterdaten sehr klein gehalten.

Beispiel des Verfahrens

In F i g. 6A ist ein Bitplan der aufzuzeichnenden Punkte wiedergegeben. Der Aufzeichnungsbereich für dieses Beispiel ist eine Anordnung von 16 Punkten in einer 4x4 Matrix. Eine aus den Koordinatenpaaren (0,0), (1,1), (2,2), (3,3) bestehende Diagonale wird aufgezeichnet.

Der der 16 Punktmatrix entsprechende Speicher soll 4 Wörter mit je 4 Bits umfassen. Somit findet die 4 χ 4 is Punktanordnung der F i g. 6A ihr Gegenstück in den F i g. 6B und 6C, wo die der Anordnung für den Speicher überlagerten Speicherwörter im Linienformat bzw. im Bereichsformat stehen. Die Speicherwortadressen sind jeweils in den [·' 1 g. 6B und 6C angegeben. Die Zahlen in den Wörtern sind die Bitadressen. Die Aufgabe besteht dann darin, die 4 Punkte von Fig.6A in den nach Fig.6C organisierten Speicher zu schreiben und dann die Information in das Format umzuordnen, das in F i g. 6B gezeigt ist.

Bei der Adressierung nach dem vorhergehenden Abschnitt wird folgende Entsprechung getroffen:

1. Die horizontale Abmessung der Punktanordnung beträgt LMN = 4, wobei L = 1, M = 2 und N = 2 ist.

2. Die vertikale Abmessung der Punktanordnung beträgt KN = 4, wobei K = 2 und N = 2 ist.

3. Die Wortabmessung ist MN = 4, worin N = 2 und M = 2 ist. Die horizontale Breite des Linienwortes, bezogen auf den Plan ist MN = 4 und die Höhe des Bereichswortes ist N = 2 und die Breite des Bereichswortes M = 2.

Die Adressen für jeden Punkt lassen sich nach der Formel (1) für das Bereichswort und die Bitadressen berechnen. Die Transformation von einem Af/y-Koordinatenpunkt in ein Bereichswort und eine Bitadresse kann wie folgt dargestellt werden.

(0,0) — (0,0); (1,1) — (0,3); (2,2) — (3,0) und (3,3) — (3,3).

Obige Transformation läßt sich anhand der F i g. 6C bildlich überprüfen.

Der erste Funkt wird im Bereichsformatregister i4 aufgezeichnet und der nächste aufzuzeichnende Punkt liegt ebenfalls in demselben Bereichswort, e^r muß also auch in das Bereichsformatregister eingegeben werden. Der dritte Punkt liegt jedoch in einem anderen Bereichswort. Somit muß der laufende Inaalt des Bereichsformatregisters im Randomspeicher 16 gespeichert werden, bevor dieser dritte Punkt aufgezeichnet wird. Für diese Speicherung wird der laufende Inhalt des Wortes 0 im Speicher 16 logisch kombiniert mit dem laufenden Inhalt des Bereichsformatregisters in der Kombinationslogik 15. Das kombinierte Ergebnis ersetzt die im Wort 0 gespeicherte Information. Das Bereichsformatregister wird dann auf 0 zurückgestellt und wie bei den beiden ersten Punkten werden die nächsten beiden Punkte im Bereichsformatregister aufgezeichnet. Wenn der Inhalt des Registers 14 in den Speicher übertragen werden muß, werden die Punkte mit dem Inhalt des Bereichswortes 3 mit dem Speicher 16 wie oben kombiniert.

Der Bitplan des Speicherinhaltes des Bereichsformates nach der Zusammensetzung des Bildes ist in F i g. 6A gezeigt.

Umformatierung

ξ . so

■ Der Speicher muß jetzt vom Bereichsformat in das Zeilenformat umformatiert werden. Die Ergebnisse der

Transformation sind in Fig.8B gezeigt. Wie bereits im vorigen Abschnitt beschrieben wurde, erfolgt die Umordnung mit Hilfe von Blocks. In diesem Beispiel gibt es zwei Blocks, von denen der eine die Wörter 0 und 1 und der andere die Wörter 2 und 3 enthält.

Unter Bezug auf die F i g. 1A, 6A, B und 8A und B wird anschließend die Transformation vom Bereichswort in ein Zeilenwort beschrieben.

1. Die Wörter 0 und 1 werden vom Speicher 16 adressiert und durch die Formatumwandlungslogik 18 als Blockwörter 0 bzw. 1 »gerettet«.

2. Die Bits 0 und 1 des Blockwortes 0 und des Blockwortes 1 werden in dieser Reihenfolge aus der Formatumwandlungslogik 18 herausgezogen und zur Bildung eines Speicherwortes verkettet, welches dann in das Wort 0 des Speichers 16 geschrieben wird.

3. Die Bits 2 und 3 des Blockwortes 0 und des Blockwortes 1 werden in dieser Reihenfolge aus dem Logikelement 18 herausgezogen und verkeilet und dann in die Bits 0,1,2 und 3 des Speicherwortes 1 im Speicher 16 geschrieben. Damit ist die Umordnung des ersten Blockes beendet.

4. Die Wörter 2 und 3 werden aus dem Speicher 16 adressiert und im Logikelement 18 als Blockwörter 0 bzw. 1 srerettet.

5. Die Bits O und 1 des Blockwortes 0 und des Blockwortes 1 vom Logikeiement ί8 werden i ■ dieser | Reihenfolge verkettet und in die Bits 0 bis 3 des Speicherwortes 2 im Speicher 16 geschrieben.

6. Die Bits 2 und 3 des Blockwortes 0 und des Blockwortes 1, din im Logikelement 18 »gerettet« sind, werden | verkettet und in die Bits 0 bis 3 des Speicherwortes 3 im Speicher 16 geschrieben. Damit ist die Umordnung des letzten Blockes beendet

Herausziehen umformatierter Daten für die Rasterbildanzeige

Die Speicherdaten müssen jetzt einem Rasterabtastgerät zugeführt werden. Die Daten müssen in Koordinatenform adressiert werden als:

0,0; 0,1; 0.2; 0,3 für die erste Zeile,
1,0; 1,1; 1,2; 1,3 für die zweite Zeile,
2,0; 2,1; 2,2; 2,3 für die dritte Zeile,
3,0; 3,1:3,2; 3, 3 für die letzte Zeile.

Mit den in F i g. 7A gezeigten Umwandlungsschema werden die Speicherwort- und Bitadressen für die dritte Zeile des Rasters nach der Adreßformel (2) berechnet. Wenn die Koordinatenpunkle für die dritte Rasterzeile gegeben sind, lauten die entsprechenden Zeilenwort- und Bitadressen:

ZO 2,0-,Zl Z1;Z2 Z2;Z3 2,3.
Diese Adressenerzeugung kann in F i g. 6B nachgeprüft werden.
Programmbeispiel des Gerätes

In den F i g. 9 bis 12 sind Einzelheiten des Speichers und der Steuer- und Umformatierlogik 37 gezeigt F i g. 9 zeigt ein Datenflußdiagramm zur Ausführung der Umformatierung oder Umordnung der Daten im Randomspeicher 16. Fig. 10 zeigt die logische Auslegung des Adreß- und Steuerelementes 19 sowie des Steuer- und Adreßwählers 20. F i g. 11 gibt ein Beispiel für die Unterteilung des Inhaltes der Formatumwandlungslogik in M identische Schieberegisteranordnungen. F i g. 12 zeigt die Form einer derartigen Schieberegisteranordnung, die im Formatumwandlungselement 18 benutzt wird. Die nachfolgend aufgeführten Schritte stellen in ihrer sequentieilen Ausführung die in den Fig.9 bis 12 gezeigte Pro.?rammlogik für die Speicherformatumordnung dar. Dabei wird insbesondere auf die F i g. 9 und 10 bezug genommen

Die Schritte 1 bis 5 initialisieren das Gerät.

1. Den Umordnungsadreßzähler-Ladedatenwähler 101 so einstellen, daß die Qiuelie N— 1 gewählt wird.

2. Die Ladeleitung 103 am Umordnungsadreßzähler 115 takten, um sie mit N— 1 zu laden. Dadurch wird der Zähler 115 initialisiert.

3. Umordnungswähler 101 einstellen, daß die Addierquelle 105 gewählt wird.

4. Steuer- und Adreßwähler 20 auf den Speicher 16 einstellen, so daß nur die Umordnungsadresse in den Speicher 16 geleitet wird. Das bedeutet, daß 107 und 109 geschlossen sind und das Schaltglied 111 geöffnet ist.

5. Speichereingabedatenwähler 15 so einstellen, daß nur Daten vom Umordnungsspeicher 18 durch den Speicher 16 geleitet werden können. Die von den Leitungen A und B getriebenen UND-Glieder in F i g. 9 sind somit ausgeschaltet, während das von der Leitung C eingespeiste UND-Glied eingeschaltet ist. Die folgenden Schritte initialisieren das Gerät zum Lesen der Daten aus dem Speicher 16 und zum Einsetzen in den Umordnungsspeicher

6. Zahlensteuerung 113 so einstellen, daß die Umordnungsadresse im Zähler 115 heruntergesetzt wird, wenn die Zählleitung 117 getaktet wird.

7. Den Umordnungsspeicher 18 und eine Ein/Auswahlleitung 135 so einstellen, daß Daten in den Speicher geschoben werden, wenn die Schiebeleitung getaktet wird.

8. Den Schreib/Lese«, jhler 137 des Speichers 16 so einstellen, daß die Daten in das Speicherdatenregister 17 gelesen werden, wenn die Zyklusanforderungsleitung getaktet wird.

9. Die Ladeleitung 121 fur den Zykluszähler 123 takten. Siehe hierzu Fig. 10.

In den folgenden Schritten wird Information vom Speicher 16 in den Umordnungsspeicher 18 übertragen.

10. Die Speicherzyklusanforderungsleitung 131 takten, die das Speicherdatenregister 17 mit Daten über den Weg 47 lädt.

11. Die Umordnungsspeicher-Schiebeleitung 133 takten. Diese Leitung überträgt Daten vom Register 17 in den bo I mordnungsspeicher 18 über die Bahn 43.

12. Sprung njch Schritt Ib, wenn die Zykluszahl-Nulleitung 127 ein wahres Signal führt.Siehe F ig. 10.

13. Die Umordnungsadreßzahlleitung 117 takten, um die Adresse im Register 115 um 1 herunterzusetzen.

14. Die Zykluszähler-Zahlleitung 125 takten, um die Zykluszahl im Register 123 um 1 herunterzusetzen.

15. Sprung zum Schritt 10. Die folgenden Schritte initialisieren das Gerät zur Übertragung von Daten aus dem Umordnungsspeicher 18 in den Speicher 16.

16. Die Zahlsteuerleitung 113 so setzen, daß die Umordnungsadresse erhöht wird, wenn die Zahlleitung 117 getaktet wird.

17. Die Umordnungsspeicher-Wahlleitung 135 so setzen, daß Daten aus dem Speicher 18 geschoben werden,
wenn die Schiebeleitung 133 getaktet wird.

18. Den Speicher-Lese/Schreibwähler 137 so einstellen, daß Daten in den Speicher 16 von der Datenwähkrsammelleitung 45 geschrieben werden, wenn die Zyklusanforderungsleitung 131 getaktet wird.

19. Die Ladeleitung 121 für den Zykluszähler 123 takten. In den folgenden Schritten werden die aus dem 5 Umordnungsspeicher herausgezogenen Daten in den Speicher 16 geschrieben.

20. Die Speicherzyklusanforderungsleitung 131 takten. Diese Leitung lädt den Speicher 16 mit Daten aus dem
Umordnungsspeicher 13.

21. Die Umordnungspuffer-Schiebeleitung 133 takten, so daß ein neues Wort in den Speicher 16 gesetzt wird.

22. Sprung zum Schritt 2b, wenn die Zykluszahlleitung 127 0 ist IO

23. Die Umordnungsadreßzähler-Taktleitung 117 takten, um den Inhalt des Adreßzählers 115 um 1 zu erhöhen.

24. Die Zykluszähler-Zahlleitung 125 takten, um die Zykluszahl im Zähler 123 h3runterzusetzen.

25. Sprung nach Schritt 20.

Die folgenden Schritte initialisieren das System für die nächste Umordnungsaufgabe.

26. Sprung nach Schritt 29, wenn die letzte Speicheradresse im Zähler 115 gleich KN-1 ist. 15

27. Die Umordnungsadreßzahlladeleitung 103 takten, um die Adresse um Nzu erhöhen.

28. Sprung nach Schritt 6.

Wenn die Bedienungskraft mehr Datenpunkte in ein vorgegebenes Rasterbild einsetzen will, muß das ga.ize
Bild vom Zeilenformat in das Bereichsformat umformatiert werden. Die Gesamtheit wird dann wie oben vom 20 Bereichsformat in das Zeilenformat umgeordnet.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur computergesteuerten Rasterpunktdarstellung von codierter Liniensegmente bezeichnender Vektorinformation als eine Folge von X/YKoordinatenwerten,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Schaltung (12,13) vorgesehen ist für das punktweise Bestimmen der Kocrdinatenwerte für jedes Liniensegment in einen aus matrixförmig angeordneten Speicherzellen bestehenden Unterbereich (F i g. 6A) eines bereichsformatierten Speichers matrixförmig angeordneter Unterbereiche,
daß eine Schaltung (14, 20) für das Speichern der Werte des aktuellen Unterbereichs in einen wortweise

ίο adressierbaren Speicher (16) vorgesehen ist,

daß ein neuer Unterbereich adressierbar ist, wenn die Punkteaufzeichnung den aktuellen Unterbereich überschreitet,

daß eine Schaltung (17, 18, 19, 20, 15) für die Umwandlung der aus dem Speicher (16) ausgelesenen Unterbereiche in lineare Feider im Zeilenformat vorgesehen ist durch Abbildung des Inhaltes der Speicherzellen topologisch benachbarter Unterbereiche für gleiche Reihen oder Spalten in lineare Felder,

und daß die linearen Felder in den Speicher (16) speicherbar und für eine serielle Rasterpunktdarstellung adressierbar sind.