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Die
Erfindung betrifft ganz allgemein die dreidimensionale (3D) Bildbearbeitung
und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Komprimieren
von Parameterwerten für
Pixel in einem 3D-Grafik-Einzelbild.
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Computer
werden für
viele Anwendungen verwendet. Da sich Computersysteme weiterentwickeln,
sind die Anforderungen an die grafische Anzeige mehr und mehr gefragt.
Dies trifft insbesondere zu für
das Gebiet der dreidimensionalen (3D) Bildbearbeitung. Um 3D-Grafik-bilder zu bearbeiten,
muss die Position der Grafikgrundelemente in Bezug zu der Anzeige
in allen drei Dimensionen verstanden werden. Dies umfasst die Dimension
der Tiefe, häufig
als die Z-Dimension bezeichnet. Die Z-Dimension beschreibt die Positionierung
eines 3D-Grafik-Grundelements
in Bezug auf andere 3D-Grafik-Grundelemente in dem Einzelbild hinsichtlich
der Tiefe bzw. des Abstandes vom Betrachter. Dadurch können Objekt
in einer überlappenden
Weise vor- oder hintereinander gezogen werden.
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Computerdisplays
oder andere hochauflösende
Anzeigeeinrichtungen, wie HDTV-Fernseher (HDTVs), Projektoren, Drucker
und dergleichen, präsentieren
dem Betrachter ein Bild als eine Anordnung einzelner Bildelemente
oder Pixel. Den einzelnen Pixeln wird eine spezifische Farbe gegeben,
die der Farbe der Abbildung an dem Ort des speziellen Pixels entspricht.
Die Pixel liegen in einem engen Abstand zueinander, und das optische
Wahrnehmungssystem des Betrachters führt eine Filterung der einzelnen
Pixelfarben durch, um ein zusammengesetztes Bild zu formen. Wenn
das Partitionieren der Abbildung in die einzelnen Pixelelemente
richtig durchgeführt
wird und die Pixel eng genug beieinander liegen, nimmt der Betrachter
die angezeigte Anordnung von Pixel als ein virtuelles zusammengesetztes
Bild wahr.
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Um
ein gleichmäßiges und
kontinuierliches Bild auf dem Display darzustellen, muss die Bearbeitungseinheit
beim Bearbeiten der 3D-Grafikbilder eine hohe Pixel-Bearbeitungsrate
beibehalten. Um hohe Pixel-Bearbeitungsraten zu erreichen, müssen die
in einem Displayspeicher gespeicherten Pixeldaten in einer effizienten
Weise zurückgeladen,
bearbeitet und dann wieder im Speicher zurückgespeichert werden. Um sehr
hohe Pixelbearbeitungsraten zu erhalten, wird eine große Menge
Speicherplatz benötigt.
Der Grund dafür
ist, dass immer dann, wenn neue Pixelfragmente zurückgeladen
werden, wenigstens die bereits in einem Display-Teilbild gespeicherte,
bestehende Z-Komponente an Pixeln zurückgeladen und mit den Fragmenten
verglichen werden muss, um ein aktualisiertes Bild zu erzeugen.
Der sich ergebende Informationssatz für jeden geänderten Pixel muss dann in
den Speicher zurückgespeichert
werden.
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Mit
zunehmender Auflösung
des Displays oder Pixelzahl in einer bestimmten Fläche, nehmen die
Anforderungen an den Speicherplatz zu, um das angezeigte Bild zu
erhalten. Höhere
Anforderungen an den Speicherplatz übertragen sich in erhöhte Kosten.
Der Grund dafür
kann sein, die Anforderung nach schnelleren, teureren Speichern,
deren Geschwindigkeit den benötigten
Platz bereitstellt oder durch mehrere Speicher, die parallel arbeiten
kann. Parallele Speicherstrukturen sind unerwünscht, da sie das System zu
komplex machen und die Kosten für
die Herstellung von 3D-Bildbearbeitungssystemen steigern.
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Deshalb
besteht ein Bedürfnis
nach einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Verringern der Speicherplatzanforderungen
in einem 3D-Grafiksystem.
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Die
US 5,864,342 offenbart ein
Beispiel eines Verfahrens zum Erzeugen grafischer Objekte unter
Nutzung eines reduzierten Speicherplatzes. In einem Beispiel werden
die geometrischen Grundelemente von Modellen in einer Szene in Portionen
oder Blöcke
von 32 × 32
Pixel unterteilt. Diese Blöcke
werden noch einmal unterteilt in kleine Unterblöcke von 8 × 8 Pixel. Die Unterblöcke werden
dann unter Verwendung von direkten Cosinus-Transformationstechniken
einzeln komprimiert.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Komprimieren von
Parameterwerten für
Pixel eines Pixelblocks:
Umwandeln von Parameterwerten für den Pixelblock in
einen spaltenweise Differentialdarstellung als Steigung, die die
Parameterwerte als eine Mehrzahl von Bezugspunkten, eine Mehrzahl
von Steigungen und eine Mehrzahl von abgeleiteten Steigungen darstellt;
Umwandeln
der spaltenweisen Differentialdarstellung als Steigung in eine planare
Darstellung der Steigung, die die planaren Werte unter Verwendung wenigstens
eines Bezugswertes, zweier Bezugssteigungen und einer Mehrzahl von
abgeleiteten Steigungen erzeugt; und
Erzeugen einer Ausgabeformat-Darstellung
der Parameterwerte für
den Pixelblock aus der planaren Differentialdarstellung als Steigung.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren
für eine
zweiseitige Kompression von Parameterwerten für Pixel eines Pixelblocks ein
Durchführen
einer ersten und zweiten Randkompression, wobei jede Randkompression
das jeweilige Erzeugen umfasst:
einer spaltenweisen Differentialdarstellung
als Steigung mit den ersten spaltenweisen Differentialdarstellungen
als Steigung und
den planaren Differentialdarstellungen der
Steigung
gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung, und Erzeugen einer Ausgabeformat-Darstellung
für den
Pixelblock, wobei das Erzeugen der Ausgabeformat-Darstellung umfasst:
wenn
ein vorbestimmtes Unterbrechungsmuster in der ersten oder zweiten
Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen erfasst wird, eine Doppelrand-Ausgabeformatdarstellung
der Parameterwerte für
die ersten und zweiten spaltenweise abgeleiteten Steigungsdarstellungen
erzeugt wird, wobei die Doppelrand-Ausgabeformadarstellung die ersten
und zweiten Bezugspixelwerte, die ersten und zweiten Bezugszeilensteigungen,
die ersten und zweiten Bezugsspaltensteigungen, Teile jeder ersten
und zweiten Mehrzahl von Zeilen-Steigungsableitungen, Teile der
ersten und zweiten Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen und
eine Unterbrechungs-Anzeige in eine vorbestimmte doppelseitige Ordnung
ordnet, wobei die Teile der ersten und zweiten Mehrzahl von Spalten-
und Zeilen-Steigungsableitungen, die in der Doppelseiten-Ausgabeformat-Darstellung
enthalten sind, auf der Grundlage einer Stelle des vorbestimmten
Unterbrechungsmusters in dem Pixelblock
bestimmt wird, wobei
die Unterbrechungsanzeige die Teile der ersten und zweiten Mehrzahl
von Spalten- und Zeilen-Steigungsableitungen beschreibt; und
wenn
das vorbestimmte Unterbrechungsmuster nicht erfasst wird, eine Einzelseite-Ausgabeformat-Darstellung
der Parameterwerte für
den Pixelblock erzeugt wird, wobei die Einzelseite-Ausgabeformat-Darstellung
den ersten Bezugspixelwert, die erste Bezugsspaltensteigung, die
erste Bezugszeilensteigung, die erste Mehrzahl von Zeilen-Steigungsableitungen
und die erste Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen in einer
vorbestimmten Einzelseitenordnung ordnet.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Pixelparameter-Kompressionsprozessor
zum Komprimieren von Parameterwerten für Pixel eines Pixelblocks:
ein
Bearbeitungsmodul; und
einen Speicher, der betriebsmäßig mit
dem Bearbeitungsmodul gekoppelt ist, wobei der Speicher Betriebsbefehle
speichert, die bei Ausführung
durch das Bearbeitungsmodul bewirken, dass das Bearbeitungsmodul
die folgenden Funktionen ausführt.
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Umwandeln
von Parameterwerten für
den Pixelblock in eine spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung,
die die Parameterwerte als eine Mehrzahl von Bezugspunkten, eine
Mehrzahl von Steigungen und eine Mehrzahl von Steigungsableitungen
darstellt;
Umwandeln der spaltenweisen abgeleiteten Steigungsdarstellung
in eine planare abgeleitete Steigungsdarstellung, die die planaren
Werte unter Verwendung wenigstens eines Bezugspixelwertes, zwei Bezugssteigungen
und einer Mehrzahl von Steigungsableitungen darstellt; und
Erzeugen
einer Ausgabeformat-Darstellung der Parameterwerte für den Pixelblock
aus der planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Pixelparameter-Kompressionsprozessor
des dritten Aspekts für
ein Doppelrand-Kompressionsverfahren verwendet. In diesem Falle
speichert
der Speicher Betriebsbefehle, die bei Ausführung durch das Bearbeitungsmodul
das Bearbeitungsmodul dazu veranlassen, die Funktionen durchzuführen:
Durchführen einer
ersten Randkompression, wobei die erste Randkompression beinhaltet:
Umwandeln
von Parameterwerten für
den Pixelblock in eine erste spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung,
wobei die erste spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung eine
erste Mehrzahl von Pixelpunktwerten entlang eines ersten Randes
des Pixelblocks, eine erste Mehrzahl von Spaltensteigungen und eine
erste Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen umfasst, wobei jede
Spaltensteigungsableitung der ersten Mehrzahl von Spaltensteigungsableitungen
eine Spaltensteigungsabweichung an einem Pixelpunkt darstellt, der
nicht durch die erste Mehrzahl von Pixelpunktwerten und die erste
Mehrzahl von Spaltensteigungen dargestellt wird; und
Umwandeln
der ersten spaltenweisen abgeleiteten Steigungsdarstellung in eine
erste planare abgeleitete Steigungsdarstellung, wobei die erste
planare Steigungsdarstellung die erste Mehrzahl von Pixelpunktwerten
und die
erste Mehrzahl von Spaltensteigungen auf einen ersten
Bezugspixelwert, eine erste Bezugsspaltensteigung, eine erste Bezugszeilensteigung
und eine erste Mehrzahl von Zeilen-Steigungsableitungen reduziert;
Durchführen einer
zweiten Randkompression, wobei die zweite Randkompression beinhaltet:
Umwandeln
wenigstens eines Teils der Parameterwerte für den Pixelblock in eine zweite
spaltenweise abgeleitete Spaltendarstellung, wobei die zweite spaltenweise
abgeleitete Spaltendarstellung die zweite Mehrzahl von Pixelpunktwerten
und die zweite Mehrzahl von Spaltensteigungen auf einen zweiten
Bezugspixelwert, eine zweite Bezugsspaltensteigung, eine zweite
Bezugszeilensteigung und eine zweite Mehrzahl von Zeilen-Steigungsableitungen reduziert;
und
Erzeugen einer Ausgabeformat-Darstellung für den Pixelblock,
wobei das Erzeugen der Ausgabeformat-Darstellung umfasst:
wenn
ein vorbestimmtes Unterbrechungsmuster in einer der ersten und zweiten
Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen erfasst wird, eine Doppelrand-Ausgabeformatdarstellung
für die
Parameterwerte für
die ersten und zweiten spaltenweise abgeleitete Spaltensteigungsdarstellungen
erzeugt wird, wobei die Doppelrand-Ausgabeformatdarstellung die ersten
und zweiten Bezugspixelwerte, die ersten und zweiten Bezugszeilensteigungen,
die ersten und zweiten Bezugsspaltensteigungen, Teile jeweils der ersten
und zweiten Mehrzahl von Zeilen-Steigungsableitungen, Teile der
ersten und zweiten Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen in
ein vorbestimmtes Muster und eine Unterbrechungspunktanzeige ordnet,
wobei die enthaltenen Teile, welche die Teile der ersten und zweiten
Mehrzahl von Spalten- und Zeilen-Steigungsableitungen beinhalten,
die in der Doppelrand-Ausgabeformatdarstellung enthaften sind, basierend
auf der Stelle des vorbestimmten Unterbrechungspunktmusters in dem
Pixelblock bestimmt werden, wobei die Unterbrechungspunktanzeige
enthaltene Teile beschreibt; und
wenn das vorbestimmte Knickpunktmuster
nicht erfasst wird, eine Einzelrand-Ausgabeformatdarstellung der
Parameterwerte für
den Pixelblock erzeugt wird, wobei die Einzelrand-Ausgabeformatdarstellung
den ersten Bezugspixelwert, die erste Bezugsspaltensteigung, die
erste Bezugszeilenspaltung, die erste Mehrzahl von Zeilen-Steigungsableitungen
und die erste Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen in eine
vorbestimmte Ordnung ordnet.
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Ein
Beispiel in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Einzelbildes, das in eine Mehrzahl von Pixelblöcke unterteilt ist;
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2 zeigt
ein Blockdiagramm eines Grundelements und verschiedene Pixelblöcke, die
eine dem Grundelement entsprechende Pixelinformation enthalten;
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3 zeigt
ein Blockdiagramm eines Pixelparameter-Kompressionsprozessors in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt
einen Pixelblock, der eine Mehrzahl von Pixel mit einer Mehrzahl
von Parameterwerten enthält;
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6 zeigt
ein Blockdiagramm einer spaltenweisen abgeleiteten Steigungsdarstellung
der aus den Pixelblockparametern in 5;
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7 zeigt
eine planare abgeleitete Steigungsdarstellung aus den Pixelblockparametern
in 5;
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8 zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausgabeformat-Darstellung der Parameterwerte
für einen Pixelblock;
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9 zeigt
ein Blockdiagramm einer anderen Ausgabeformat-Darstellung der Parameterwerte eines
Pixelblocks;
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10 zeigt
ein Blockdiagramm eines Pixelblocks und der entsprechenden Pixelparameterwerte;
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11 zeigt
eine spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung aus den Parameterwerten
des Pixelblocks aus 10;
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12 zeigt
ein Blockdiagramm einer planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung
aus den Parameterwerten des Pixelblocks in 10;
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13 zeigt
eine Schnittansicht eines Pixelblocks, der zwei überschneidende Grundelemente aufweist;
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14 zeigt
ein Flussdiagramm eines anderen Verfahrens zum Komprimieren von
Parameterwerten eines Pixelblocks;
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15 zeigt
ein Blockdiagramm einer ersten spaltenweisen abgeleiteten Steigungsdarstellung
eines Pixelblocks, die mit dem in 14 dargestellten Verfahren
korrespondiert;
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16 zeigt
eine zweite spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung, die auch
mit dem in 14 dargestellten Verfahren korrespondiert;
und
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17 zeigt
einen Teil einer doppelseitigen planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung
eines Pixelblocks in Übereinstimmung
mit dem in 14 dargestellten Verfahren.
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Ganz
allgemein liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Komprimieren von Parameterwerten für Pixel
in einem Frame, wobei die Parameterwerte die Werte des Z-Parameters
für jeden
Pixel in dem Frame enthalten können.
Dies wird durch ein Gruppieren der Pixel in dem Einzelbild in eine
Mehrzahl von Pixelblöcke
erreicht, wobei jeder Pixelblock eine Mehrzahl von Pixel enthält. Für wenigstens
einen der Pixelblöcke werden
die Parameterwerte für
den Pixelblock in eine spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung
umgewandelt, welche die Parameterwerte als eine Mehrzahl von Bezugspunkte,
eine Mehrzahl von Steigungen und eine Mehrzahl von Steigungsableitungen
darstellt. Die spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung wird
dann in eine planare abgeleitete Steigungsdarstellung umgeformt,
welche die Darstellung der Mehrzahl von Bezugspunkten und der Mehrzahl
von Steigungen auf einen einzigen Bezugspixelwert, zwei Bezugsteigungen
und eine Mehrzahl von Steigungsableitungen reduziert. Eine Ausgabeformat-Darstellung
der planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung wird dann erzeugt,
wobei ein Kodieren der Steigungs ableitungen ermöglicht, die Parameterwerte
für den
Pixelblock in den meisten stark zu komprimieren. Diese komprimierte
Formatdarstellung der Parameterwerte kann dann in einer Weise in
einem Speicher gespeichert und von diesem zurückgeladen werden, welche die
Speicherplatzanforderungen zum Durchführen einer dreidimensionalen
3D-Grafikverarbeitung stark verringert.
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Die
Erfindung kann mit Bezug auf die 1 bis 17 besser
verstanden werden. 1 zeigt ein Einzelbild 10,
dass in eine Mehrzahl von Pixelblöcke 20 zergliedert
ist, wobei die Mehrzahl von Pixelblöcken 20 einen Pixelblock 22 umfasst.
Die Pixel in dem Einzelbild 10 sind in Pixelblöcke gruppiert,
um eine Parameterkompression zu erleichtern. In dem Einzelbild 10 sind
Anzeigeobjekte durch eine Anzahl von 3D-Grafik-Grundelemente darstellt.
Vorzugsweise sind diese 3D-Grafik-Grundelemente polygonale Grundelemente
und können
Dreieck-Grundelemente sein, welche gewöhnlich in 3D-Grafiksystemen
verwendet werden. Die Größe der Pixelblöcke 20 wird basierend
auf der typischen Größe eines
für die
Erzeugung eines Objekts in dem Einzelbild 10 verwendeten
Grundelements gewählt.
Vorzugsweise wird die Größe der Pixelblöcke 20 derart
gewählt,
dass der Hauptteil der Pixelblöcke
vollständig
in ein spezielles Grafik-Grundelement in dem Einzelbild 10 fällt. In
einer Ausführungsform
ist jeder der Pixelblöcke 20 ein
8 Pixel mal 8 Pixel Block. In einer solchen Ausführungsform würde jeder
Pixelblock 64 Pixel umfassen. Obwohl die in jedem der Blöcke enthaltene
Anzahl an Pixel variieren kann, wird das 8 mal 8 Beispiel in dem Rest
der Beschreibung verwendet, um die Veranschaulichung der Erfindung
zu unterstützen.
Es sollte angemerkt werden, dass die verwendete Blockkonfiguration
nicht nach einem quadratischen Block verlangt und zum Beispiel ein
8 mal 16 rechtwinkliger Block verwendet werden könnte.
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2 zeigt
ein Dreieck-Grundelement 40. Dreiverschiedene Typen von
Pixelblöcken
sind in Verbindung mit dem Grundelement 40 dargestellt. Der
Feldblock 46 ist ein Pixelblock, der vollständig in das
Grundelement 40 fällt.
Der Randblock 44 ist ein Pixelblock, der entlang eines
Randes des Grundelements 40 liegt und vorzugsweise auch
entlang des Randes eines weiteren Grundelements liegt, derart, dass
der Randblock 44 die Grenze von zwei Grundelementen entlang
einer gemeinsamen Teilungslinie darstellt. Der Eckpunktblock 42 umfasst
einen der Eckpunkte des Grundelements 40 und schneidet ebenso
mehrere Grundelemente. Wie dem Fachmann klar ist, können mehrere
Eckpunkte oder alle der Eckpunkte des Grundelements in dem gleichen Block
enthalten sein, wenn das Grundelement im Vergleich zu der verwendeten
Blockgröße klein
genug ist.
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Die
hier beschriebene Erfindung nutzt die Tatsache, dass Feldblöcke, wie
der Block 46, den Hauptteil der Pixelblöcke in einem speziellen Einzelbild
umfassen. Alle Pixel in einem Feldblock haben Z-Koordinatenwerte,
die in der gleichen Ebene liegen, die mit der Ebene korrespondiert,
entlang welcher die Grundelemente liegen. Das Ausnutzen dieser planaren
Zugehörigkeit
zwischen den verschiedenen Z-Koordinatenwerten der Feldblöcke in dem Frame
ermöglicht,
dass der Hauptteil der Parameterwerte für einen Feldblock mit einer
stark reduzierten Anzahl von Bits dargestellt wird, aber erforderlich macht,
dass jedes Pixel einzeln dargestellt wird. Die Komprimierung kann
in einer verlustfreien Weise durchgeführt werden, die ermöglicht,
dass alle speziellen Z-Koordinatenwerte für jeden der Pixel in einem Pixelblock
vollständig
wieder gewonnen werden, wenn der komprimierte Datensatz für den Pixelblock entkomprimiert
wird.
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3 zeigt
einen Kompressionsprozessor, der in Verbindung mit den in 4 und 14 dargestellten
Verfahren verwendet werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass
die Verfahren der 4 und 14 ohne
die Verwendung eines dargestellten Kompressionsprozessors durchgeführt werden könnten. Der
Pixelparameter-Kompressionsprozessor 50 aus 3 umfasst
ein Bearbeitungsmodul 52 und einen Speicher 54.
Das Bearbeitungsmodul kann eine einzige Bearbeitungseinheit oder
eine Mehrzahl von Bearbeitungseinheiten umfassen. Eine solche Bearbeitungseinheit
kann ein Mikroprozessor, ein Mikrokontroller, ein Digital-Signalprozessor,
ein Zustandsautomat, eine logische Schaltung und/oder eine beliebige
Einrichtung sein, die eine auf Betriebs- und/oder Programmbefehle
basierende Information bearbeitet.
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Der
Speicher 54 kann eine einzelne Speichereinrichtung oder
eine Mehrzahl von Speichereinrichtungen sein. Eine solche Speichereinrichtung
kann eine Nurlese-Speichereinrichtung, eine direkte Zugriffsspeichereinrichtung,
eine Floppydisc, ein Festplattenspeicher und/oder eine Einrichtung,
die eine digitale Information speichert. Es sei darauf hingewiesen,
dass, wenn das Bearbeitungsmodul 52 ein oder mehrere seiner
Funktionen mit einem Zustandautomaten und/oder einer logischen Schaltung durchführt, der
die entsprechenden Betriebsbefehle enthaltende Speicher in den Zustandsautomaten und/oder
die logische Schaltung eingebettet ist. Der Speicher 54 speichert
Programm- und/oder Betriebsbefehle, die, wenn sie ausgeführt werden,
dem Bearbeitungsmodul 52 ermöglichen, wenigstens eines der in
den 4 und 14 dargestellten Verfahren durchzuführen. Es
sei angemerkt, dass der Prozessor 50 einige der Funktionen
dieser Verfahren durch in dem Speicher 54 gespeicherte
Software durchführen
kann, während
andere Teile unter Verwendung von Hardware oder einem in dem Prozessor 50 enthaltenen
Schaltkreis durchgeführt
werden können. So
können
in einigen Ausführungsformen
eine Mischung aus Hardware und Software dazu verwendet werden, die
Verfahren der 4 und 14 durchzuführen.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Komprimieren der Parameterwerte
für Pixel in
einem Einzelbild, derart, dass die Speicherplatzanforderungen verringert
werden können.
Vorzugsweise sind die komprimierten Parameterwerte die Z-Koordinaten-Parameterwerte
für die
Pixel in dem Einzelbild. Es sollte jedoch für den Fachmann klar sein, dass
andere Parameterwerte für
die Pixel in einer ähnlichen
Weise komprimiert werden können.
Damit andere Parameterwerte komprimiert werden können, sollte die Beziehung
zwischen den Parameterwerten in einem Grundelement eine relativ
planare Beziehung sein, wie diejenige, die für die Z-Werte für verschiedene
Pixel in einem Grundelement existiert.
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Das
Verfahren aus 4 beginnt am Schritt 62,
an welchem Pixel für
das Einzelbild in eine Mehrzahl von Pixelblöcken gruppiert sind. Vorzugsweise wird
diese Pixelgruppierung derart durchgeführt, dass der Hauptteil der
Pixelblöcke
in dem Einzelbild Feldblöcke
sind, derart, dass sie in einem einzelnen Grundelement enthalten
sind. Nachdem die Gruppierung am Schritt 62 durchgeführt worden
ist, werden die Schritte 64 bis 68 für wenigstens
einen Pixelblock durchgeführt
und vorzugsweise für
alle Pixelblöcke
in dem Einzelbild. Die Schritte 64 bis 78 entsprechen der
Kompressionsspeicherung und der Dekomprimierung eines einzelnen
Pixelblocks und können
für mehrere
Pixelblöcke
in dem Frame wiederholt werden.
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5 zeigt
einen speziellen Pixelblock 22, der eine Mehrzahl von Pixel 80 enthält, von
denen jeder einen Pixelparameterwert 81 hat. So zeigt jeder der „P" Zeichen einen Pixelparameterwert
an der speziellen Pixelstelle. In einer Ausführungsform, in welcher die
Parameterwerte Z-Koordinaten-Parameterwerte für die Pixel sind, können die
Z-Koordinaten-Parameterwerte durch zwei 16 Bit Wörter dargestellt werden, derart,
dass 32 Bits benötigt
werden, um jeden der Parameterwerte 81 in dem Block 22 darzustellen.
In einer solchen Ausführungsform
würden
2048 Bits benötigt,
um die Z-Werte für
alle Pixel in dem Block 22 zu speichern.
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Die
Komprimierung beginnt am Schritt 64, an welchem die Parameterwerte
für die
in dem Pixelblock enthaltenen Pixel in eine spaltenweise abgeleitete
Steigungsdarstellung übertragen
werden. 6 stellt die spaltenweise abgeleitete
Steigungsdarstellung 88 der Parameterwerte für den Pixelblock 22 dar.
Die spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung 88 um fasst
eine Mehrzahl von Pixelpunktwerten 82, eine Mehrzahl von
Spaltensteigungen 84 und eine Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen 86. Die
Pixelpunktwerte 82 entsprechen den Parameterwerten für die Pixel,
die vorzugsweise entlang eines Randes des Pixelblocks angeordnet
sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausrichtung des Pixelblocks
derart verändert
werden kann, dass die Zeile von Pixelpunktwerten, welche als die
obere Zeile des Pixelblocks in 6 dargestellt
ist, entlang der unteren Zeile oder entlang der äußerst linken oder äußerst rechten
Spalten positioniert sein kann.
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Die
Spaltensteigungen 84 repräsentieren die Steigung des
Parameterwertes entlang jeder der Spalten. Innerhalb jeder Spalte
kann die Spaltensteigung durch ein einfaches Subtrahieren des Parameterwertes
in der zweiten Zeile von dem Parameterwert in der ersten Zeile berechnet
werden. Fall somit die erste Zeile einen Parameterwert P0 hat und der Parameterwert in der zweiten
Zeile einen Wert P1 hat, ist die Spaltensteigung
in der Spalte gleich P1 minus P0.
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Jede
der Spalten-Steigungsableitungen 86 wird so berechnet,
dass diese die Abweichung von der gegenwärtigen Steigung des Parameters
am Punkt entlang der Spalte angibt. Auf diese Weise wird die abgeleitete
Steigung (dS2) die Differenz zwischen der
Steigung des Parameterwerts zwischen den Pixelpunkten P0 und
P1 und die Steigung zwischen den Pixelpunkten
P1 und P2 sein.
Die Gleichung zum Berechnen des Wertes dS2 ist: dS2 = (P2 – P1) – (P1 – P0)
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Ebenso
können
die abgeleiteten Steigungen für
die verbleibenden Pixelstellen in dem Pixelblock unter Verwendung
der Formel berechnet werden: dS(N) =
(P(N) – P(N-1)) – (P(N-1) – P(N-1)).
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Es
sollte angemerkt werden, dass diese Formel entlang jeder Spalte
in dem Block verwendet wird. Die Werte für jede Spalte in der spaltenweisen abgeleiteten
Steigungsdarstellung 88 werden unabhängig von den Werten in anderen
Spalten berechnet. Es sollte angemerkt werden, dass anstatt des Berechnens
einer spaltenweisen abgeleiteten Steigungsdarstellung das gleiche
Prinzip auf eine zeilenweise Basis angewendet werden kann anstatt
auf eine spaltenweise Basis, um ähnliche
Ergebnisse mit einer unterschiedlichen Ausrichtung zu erhalten.
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Weiter
mit dem Flussdiagramm in 4 wird am Schritt 66 die
spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung in eine planare abgeleitete
Steigungsdarstellung übertragen.
Die planare abgeleitete Steigungsdarstellung 99, die sich
aus der Übertragung
der spaltenweisen abgeleiteten Steigungsdarstellung 88 ergibt,
ist in 7 dargestellt. Zu sehen ist, dass die planare
abgeleitete Steigungsdarstellung 99 die Mehrzahl von Pixelpunktwerten 82 und die
Mehrzahl von Spaltensteigungen 84 der spaltenweisen abgeleiteten
Steigungsdarstellung 88 auf einen Bezugspixelwert 92,
eine Bezugszeilensteigung 94, eine Bezugsspaltensteigung 96 und
eine Mehrzahl von Zeilen-Steigungsableitungen 98 reduziert.
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Die
planare abgeleitete Steigungsdarstellung zieht einen weiteren Vorteil
aus der Korrelation zwischen den Parameterwerten in dem Pixelblock und
vereinfacht weiter die Darstellung der Pixelpunktwerte 82 und
der Spaltensteigungen 84 der spaltenweisen abgeleiteten
Steigungsdarstellung 88. Im Wesentlichen wird das gleiche
Prinzip, das auf die Spalten angewendet wird, um die spaltenweise
abgeleitete Spaltendarstellung 88 zu erhalten, auf die ersten
zwei Zeilen spaltenweisen abgeleiteten Steigungsdarstellung 88 angewendet,
um die planare abgeleitete Steigungsdarstellung 99 zu erzeugen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Spalten-Steigungsableitungen 86,
die zum Einsetzen in die spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung 88 berechnet
werden, in der planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung 99 unverändert bleiben.
Die Bezugszeilensteigung 94 ermöglicht, dass die Pixelpunktwerte 82 in
eine Reihe von Zeilen-Steigungsableitungen komprimiert werden.
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Die
Regelmäßigkeit
der Parameterwerte in dem Pixelblock wird auch dazu verwendet, die
Spaltensteigungen 84 in der zweiten Zeile auf eine einzelne
Bezugsspaltensteigung 96 und die verbleibenden Zeilen-Steigungsableitungen
zu reduzieren, die basierend auf die Bezugsspaltensteigung 96 erzeugt werden.
Die abgeleitete Steigung, die in der zweiten Zeile und der zweiten
Spalte liegt, wird durch Subtrahieren der Steigung an der Pixelstelle
von der Bezugsspaltensteigung 96 berechnet. Die abgeleitete Steigung
in der zweiten Zeile und der dritten Spalte wird berechnet durch
Subtrahieren der Steigung an der Pixelstelle von der Steigung an
der zweiten Zeile und der zweiten Spalte und so weiter.
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Weiter
mit dem Verfahren in 4 am Schritt 68 wird
eine Ausgabeformat-Darstellung aus der planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung
erzeugt. Die Ausgabeformat-Darstellung 100, die in einer Ausführungsform
verwendet wird, ist in 8 dargestellt. Unter Verwendung
des Beispiels, in welchem jeder Parameterwert an jeder Pixelstelle
unter Verwendung von 32 Bits dargestellt wird, kann der Wert an
dem Bezugspixel 102 mit 32 Bits dargestellt werden. Die
Bezugszeilensteigung 104 und die Bezugsspaltensteigung 106 benötigen 33
Bits, da diese Steigungen mit Vorzeichen versehene Steigungen sind, derart,
dass ein zusätzliches
Bit benötigt
wird, um eine positive oder negative Steigung anzugeben.
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Die
Komprimierung wird beim Kodieren der abgeleiteten Steigung in der
Ausgabeformat-Darstellung 100 erreicht. Wegen der hohen
Korrelation zwischen Pixelparameterwerten (Z-Werten in einer Ausführungsform) in den Pixelblöcken, werden
die abgeleiteten Steigungen typischerweise sehr kleine Werte haben.
In den meisten Fällen
werden die abgeleiteten Steigungen einen ganzzahligen Wert haben,
der von –1
bis 1 reicht. Die abgeleiteten Steigungen ergeben sich aus der Diskretisierung
der Z-Werte. Ein Kodierschema kann somit verwendet werden, bei welchem
ein –1
durch einen Zwei-Bitwert dargestellt wird, eine 0 durch einen Zwei-Bitwert
dargestellt wird und eine 1 als ein dritter Zwei-Bitwert angegeben wird.
Der letzte verfügbare
Zwei-Bitwert in einem Zwei-Bitkodierungssatz kann dann dazu verwendet werden,
ein Escape zu kodieren. Ein Escape gibt an dass der Wert der abgeleiteten
Steigung an einer speziellen Stelle außerhalb des Bereichs der Kodierungsbits
liegt. Auf diese Weise wird jede abgeleitete Steigung, die größer als
1 oder kleiner als –1
ist, mit einem Escape-Wert kodiert. In einem einfachen Beispiel
könnte
eine 0 kodiert werden als „00", eine –1 könnte kodiert
werden als X10",
eine 2 könnte
kodiert werden als „01" und schließlich könnte ein
Escape-Wert kodiert werden als „11 ".
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Anzahl von Kodierungsbits, die
verwendet werden, um die Spalten- und Zeilen-Steigungsableitungen
in der Ausgabeformat-Darstellung zu kodieren, mehr oder weniger
als zwei Bits sein könnten.
In einem Ein-Bit-Beispiel könnte
ein Wert verwendet werden, um eine 0 Ableitungssteigung zu kodieren,
wohingegen der andere Wert ein Escape angibt. Ebenso ermöglicht die
Verwendung von drei Kodierbits einen größeren Kodierbereich, so dass
möglicherweise
weniger Escapes notwendig werden. In der Annahme, dass zwei Bits
verwendet werden, um jede abgeleitete Steigung zu kodieren, würde die
kodierte abgeleitete Steigungsanordnung 108 in der Ausgabeformat-Darstellung 100 122
Bits benötigen.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Ordnen der abgeleiteten Steigungen
in der kodierten abgeleiteten Steigungsanordnung vorzugsweise derart
vorbestimmt ist, dass ein Umkehren des Kompressionsprozesses unkompliziert
ist.
-
Alle
benötigten
Escape-Werte, um die Werte der abgeleiteten Steigungen in dem Pixelblock
zu kodieren, müssen
auch in der Ausgabeformat-Darstellung 100 enthalten sein.
Weil jeder Escape-Wert aus einer Berechnung resultiert, die vier
32-Bitmengen enthält,
können
34 Bits benötigt
werden, um einen Escape-Wert darzustellen. Auf diese Weise werden die
Escape-Werte 110,
die in der Ausgabeformat-Darstellung 100 enthalten sind,
34 Bits mal der Anzahl von Escapes benötigen, die in dem Pixelblock erforderlich
sind, mit welchem die Ausgabeformat-Darstellung 100 korrespondiert.
Das Ordnen der Escape-Werte 110 in der Ausgabeformat-Darstellung 100 sollte
in gewisser Weise mit dem Ordnen der abgeleiteten Steigungen in
der kodierten abgeleiteten Steigungsanordnung 108 korrespondieren,
derart, dass eine Dekomprimierung der Ausgabeformat-Darstellung 100 vereinfacht
wird. Es sollte angemerkt, werden, dass das Ordnen der verschiedenen
Teile der Ausgabeformat-Darstellung 100 aufgrund einer spezifischen
Implementierung variieren kann.
-
Im
günstigsten
Fall, in welchem keine Escape-Werte für einen speziellen Pixelblock
benötigt werden,
kann die Ausgabeformat-Darstellung 100 die 2048 Bits, die
in dem Beispiel zum Speichern der unkomprimierten Parameterwerte
für alle
Pixel in dem Pixelblock benötigt
werden, auf die 220 Bits reduzieren lassen, die benötigt werden,
um die komprimierte Version zu speichern. Das Durchführen einer solchen
Kompression der Parameterwerte kann ein System ermöglichen,
um diese Werte zu einer Speicherstruktur zu übertragen, und zwar mit weit
weniger Platz, als in einem unkomprimierten Format erforderlich
wäre. Zudem
kann die Komprimierung auch den Speicherplatz reduzieren, der benötigt wird,
um die Parameterwerte zu speichern. Weil die Komprimierung verlustfrei
ist, sind die Parameterwerte vollständig aus dem komprimierten
Format wiedergewinnbar.
-
9 zeigt
eine Ausgabeformat-Darstellung 120, die in einer anderen
Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden kann, um die Anzahl von Bits weiter
zu reduzieren, die benötigt
wird, um die Parameterwerte für
ein Pixelblock zu speichern. Wie im Falle der Ausgabeformat-Darstellung 100,
speichert die Ausgabeformat-Darstellung 120 den Bezugspixel 102 und
die kodierte abgeleitete Steigungsanordnung 108. Eine Differenz
zwischen der Ausgabeformat-Darstellung 120 und der Ausgabeformat-Darstellung 100 besteht
darin, dass die Escape-Werte 130 unter Verwendung von weniger
als 34 Bits gespeichert werden können.
Vorzugsweise bestimmt die maximale Anzahl von Bits, die benötigt wird,
um den größten oder
den meisten Bit verbrauchenden Escape-Wert zu speichern, die Anzahl
von Bits, die verwendet werden, um jeden der Escape-Werte 130 zu
speichern. So M-Bits verwendet werden, um jeden der Escape-Werte
zu speichern, wobei M-Bits die minimale Anzahl von Bits ist, die
benötigt
wird, um jeden der Escape-Werte in einer verlustfreien Weise vollständig zu
kodieren. Damit eine Dekomprimierung der Ausgabeformat-Darstellung 120 auftreten kann,
muss die Anzahl von Bits, die verwendet wird, um jeden der Escape-Werte
zu speichern, in der Ausgabeformat-Darstellung 120 angegeben
werden. So werden die Konfigurationsbits 128, die die Anzahl
von Bits-pro-Escape angeben, in der Ausgabeformat-Darstellung 120 kodiert.
Weil jeder Escape-Wert ein Minimum von zwei Bits benötigt, sind
fünf Bits
richtig, um einen Bereich zwischen 2 und 24 Bits zu kodieren.
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Ein
anderer Unterschied zwischen der Ausgabeformat-Darstellung 120 und
der Ausgabeformat-Darstellung 100 ist, dass die Bezugs-Reihensteigung 124 und
die Bezugs-Spaltensteigung 126 mit weniger als 33 Bits
dargestellt werden kann. In vielen Fällen werden die Bezugs-Reihensteigung
und die Bezugs-Spaltensteigung relativ klein sein. So könnten N-Bits
verwendet werden, um sowohl die Bezugs-Reihensteigung 124 als
auch die Bezugs-Spaltensteigung 126 darzustellen, wobei
N die minimale Zahl an Bits ist, die benötigt wird, um jeden der Bezugs-Reihensteigung
und der Bezugs-Spaltensteigung in einer verlustfreien Weise zu kodieren.
Noch einmal, die Konfigurationsbits 122, die die Anzahl
von Bits-pro-Steigung
angegeben, müssen
in der Ausgabeformat-Darstellung enthalten sein, um eine Dekomprimierung
zu erlauben. Wie im Fall bei den Escape-Werten, sind fünf Bits
richtig, um die Anzahl von Bits, N, zu kodieren, die verwendet werden,
um die Bezugs-Steigung zu kodieren.
-
Es
ist sollte angemerkt werden, dass die Optimierungen hinsichtlich
einer Reduktion der Anzahl von verwendeten Bits, um Escape-Werte
oder Bezugs-Steigungen zu speichern, in verschiedenen Ausführungen
der Erfindung enthalten sein können oder
nicht. So kann in einer Ausführungsform
nur die Optimierung für
die Escape-Werte verwendet werden, in einer anderen Ausführungsform
kann nur die Optimierung für
Zeilen- oder Spaltenbezugssteigungen verwendet werden und in einer
noch anderen Ausführungsform
können
beide Optimierungen verwendet werden.
-
Zurück zu 4 wird
am Schritt 70 die Ausgabeformat-Darstellung im Speicher
gespeichert. Weil die Anzahl von Bits, die erforderlich ist, um
die Parameterwerte für
alle Pixel in einen Pixelblock zu kodieren, stark reduziert worden
ist, ist die benötigte Speichergröße, um die
Ausgabeformat-Darstellung zu speichern, sehr viel geringer als es
erforderlich wäre,
um einen unkomprimierten Satz von Parameterwerten zu speichern.
Zudem ist der benötigte Speicherplatz,
um die Parameterwerte zu speichern, reduziert. Eine ähnliche
Reduktion in der Speichergröße wird
realisiert, wenn die Ausgabeformat-Darstellung von dem Speicher
am 72 erneuert wird. Sobald die Ausgabeformat-Darstellung
erneuert worden ist, werden die Parameterwerte für jeden der Pixel aus der Ausgabeformat-Darstellung
zurück
gewonnen.
-
Die
Zurückgewinnung
der Parameterwerte beginnt am Schritt 74, an welchem die
planare abgeleitete Steigungsdarstellung aus der Ausgabeformat-Darstellung
rekonstruiert wird. Weil die Ordnung der Teile der Ausgabeformat-Darstellung
bekannt ist, wird die Rekonstruktion der planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung
erleichtert. Am Schritt 76 wird die spaltenweise abgeleitete
Steigungsdarstellung basierend auf der planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung
rekonstruiert. Nachdem dies erreicht worden ist, können die
Parameterwerte für
den Pixelblock durch Berechnen der Parameterwerte basierend auf
den Pixelpunktwerten, Spaltensteigungen und Spaltensteigungs-Ableitungen
am Schritt 78 zurück
gewonnen werden.
-
Die 10 bis 12 zeigen
ein Beispiel unter Verwendung tatsächlicher Pixelparameterwerte,
die das Verständnis
von Teilen des Verfahrens in 4 erleichtern
können. 10 zeigt
einen Pixelblock 140, in welchem die Zahlen an jeder Pixelstelle den
Z-Wert darstellen oder irgendeinen anderen Pixelparameterwert entsprechend
jedem Pixel in dem Pixelblock 140. Der Pixelblock 140 soll
ein Feldpixelblock sein, derart, dass der gesamte Pixelblock 140 in
einem einzelnen Grafik-Grundelement enthalten ist. Es gibt eine
starke Korrelation unter den Parameterwerten über den gesamten Pixelblock.
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11 zeigt
eine spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung 150,
die sich aus der Umwandlung des Pixelblocks 140 ergibt.
Die spaltenweise abgeleitete Spaltendarstellung 150 umfasst
eine Mehrzahl von Pixelpunktwerten 146, welche die Parameterwerte
für die
in der oberen Reihe liegenden Pixel sind. Wie vorher beschrieben,
wird jede der Spaltensteigungen 148 durch Subtrahieren
des Parameterwerts des Pixels in der zweiten Zeile von dem Parameterwert
des Pixels in der ersten Zeile berechnet. Es ist zu sehen, dass
die Steigung des Parameters entlang jeder Spalte des beispielhaften
Pixelblocks 1 ist. Dies sollte aus der Darstellung in 10 deutlich werden.
-
Jede
der Spalten-Steigungsableitungen 144 gibt an, ob einer
der Z-Werte an diesen Stellen von der Sieigung entlang ihrer jeweiligen
Spalte abweicht oder nicht. In dem dargestellten einfachen Fall
sind alle diese Spalten-Steigungsableitungen 144 Null. Dies
gibt an, dass die Auflösung,
mit welcher die Steigung für
jede Spalte berechnet wurde, richtig ist, und dass keine Abweichung
von der Steigung in dem Pixelblock vorliegt.
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Die
spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung 150 in 11 wird
dann in die planare abgeleitete Steigungsdarstellung 160 umgeformt,
die in 12 dargestellt ist. Wie zu sehen
ist, bleiben die Spalten-Steigungsableitungen 144 unverändert. Die Zeile
von Pixelpunktwerten 146 in 11 wird
in einen einzelnen Bezugspixelwert 162, eine Bezugs-Zeilensteigung 166 und
die obere Zeile der Zeilen-Steigungsableitungen 168 umgeformt.
Die Bezugs-Zeilensteigung 166 wird
durch Subtrahieren des Pixelpunktwertes in der zweiten Spalte von
dem Pixelpunktwert in der ersten Spalte berechnet. Die Steigung
in diesem Fall wird als gleich 5 berechnet. So wird die Steigung
von 5 über
den gesamten Satz an Spalten beibehalten und somit sind die Zeilen-Steigungsableitungen,
die in der ersten Zeile enthalten sind, als 0 dargestellt.
-
Die
Zeile von Spaltensteigungen 148 in 11 kann
in einer ähnlichen
Weise reduziert werden. Die in der zweiten Spalte enthaltene Steigung wird
von der Steigung in der ersten Spalte subtrahiert, um den Wert der
abgeleiteten Steigung zu bestimmen. Weil alle der Spaltensteigungen 148 als gleich
1 dargestellt sind, sind die Zeilen-Steigungsableitungen in der
zweiten Zeile als 0 dargestellt.
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Das
Zusammenstellen der in der planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung 160 in 12 enthaltenen
Werte in einer Ausgabeformat-Darstellung ist dann eine einfache
Aufgabe, die die Anzahl von Bits weitestgehend reduziert, die benötigt wird,
um die Z-Werte für
den Pixelblock 140 in einer verlustfreien Weise zu kodieren.
Ein Komprimieren der Z-Werte und beliebiger anderer ähnlicher
Werte entsprechend der Pixelblöcke
in einem 3D-Grafiksystem kann dem 3D-Grafiksystem ermöglichen,
unter viel weniger Speichergröße betriebsfähig zu sein.
Dies wiederum kann ein viel preiswerteres System zulassen, das noch
in der Lage ist, hohe Pixel-Bearbeitungsraten beizubehalten.
-
Das
in den 10 bis 12 dargestellte Beispiel
war ein einfaches Beispiel einer Komprimierung eines Feldblocks,
der vollständig
in einem einzelnen Grundelement enthalten ist. Das Beispiel ist weiter
vereinfacht, da es keine Steigungsabweichung (–1 und 1 Werte enthält), die
typischerweise in tatsächlichen
Feldblöcken
vorhanden sind, wie ihnen in der Praxis begegnet wird. Ein schwierigeres
und komplexeres Beispiel existiert für einen Randblock, welcher,
wie vorher beschrieben, entlang der Grenzlinie von zwei Grundelementen
liegt. 13 zeigt einen Pixelblock-Querschnitt 171,
an welchem der dargestellte Pixelblock zwei Grundelemente hat, die
in etwa in der Mitte des Pixelblocks aneinander angrenzen. Die gelieferte
Ansicht zeigt die Grundelemente als Linien, an welchen ein Grundelement
eine erste Steigung 174 und das andere Grundelement eine zweite
Steigung 176 hat. Falls der Linie mit der ersten Steigung 174 ausgehend
von der linken Seite gefolgt wird, wird die Steigung bis zu dem
Schnittpunkt beibehalten, an welchem die Steigung sich verändert. Die
neue Steigung wird dann beibehalten, bis der äußerst rechte Bereich des Pixelblocks
erreicht ist. Auf pixelweisen Basis wird die abgeleitete Steigung
Null sein, bis zum vierten Pixel von links. An diesem Punkt wird
eine dritte Steigung 178 bestimmt. Diese dritte Steigung
ist eine Anomalie, die der Steigung zwischen dem Pixelpunkten 182 und 180 entspricht.
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Die
Veränderungen
in der Steigung innerhalb des Pixelblocks würde zu zwei Escape-Werten führen, die
entlang jeder Zeile oder Spalte (in Abhängigkeit von der Ausrichtung)
der Pixelausgabedarstellung des Pixelblocks enthalten sind. Falls
jedoch der Pixelblock mit Bezugspixeln an beiden Enden des Pixelblocks
angenähert
ist, dann werden die Steigungsdifferenzen entlang jeder der ersten
und zweiten Steigungen 174 und 176 bis zum Schnittpunkt
Null sein. Dies deshalb, weil die Steigung entlang jeder Linie bis
zu dem Schnittpunkt konstant ist. Das Ausnutzen dieser Zusammenfassung
kann die Anzahl von Bits reduzieren, die in der Ausgabeformat-Darstellung
benötigt
wird, im Vergleich zu der Anzahl von Bits, die mit der Einfügung von
zwei Escape-Werten pro Zeile oder Spalte benötigt wird. Eine weitere übliche Situation,
in welcher diese Technik sich als nützlich erweist, ergibt sich
bei zwei Grundelementen, die tatsächlich nicht aneinander grenzen,
die aber in verschiedenen Ebenen liegen, wobei eine Ebene vollständig vor
der anderen liegt. Eine solche Situation findet sich häufig am
Rand von Objekten, die in der Anzeige enthalten sind.
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17 zeigt
einen Bereich einer planaren abgeleiteten Doppelrand-Steigungsdarstellung 210. Der
Unterbrechungspunkt 220 gibt den Punkt an, an welchem das
Bezugspixel, an welchem die abgeleitete Steigung Bezug nimmt zwischen
dem in der oberen linken Ecke, Pu 212 und
dem in der unteren linken Ecke Pd 222 umschaltet.
Diese Steigung 214 und die abgeleiteten Steigungen 216 und 218 werden
unter Verwendung des Bezugspixels 212 berechnet, während die
Steigung 224 und die abgeleiteten 226 und 228 unter
Verwendung des Bezugspixels 222 berechnet werden. Um die
planare abgeleitete Doppelrand-Steigungsdarstellung 210 zu
dekomprimieren, muss der Unterbrechungspunkt mit Bezug auf jede Spalte
in der Ausgabeformat-Darstellung enthalten sein. Obwohl dies einigen
zusätzlichen
Mehraufwand mit sich bringt, kann dies in einigen Fällen sehr
günstig
für das
Reduzieren der Anzahl von Escape-Werten sein, die in der Ausgabedarstellung
benötigt
werden. Die Reduktion der Escape-Werte ist typischerweise von genügendem Vorteil,
um die Einfügung
eines zusätzlichen
Bezugs-Pixelwertes und zwei zusätzlicher
Bezugs-Steigungen, die mit dem zu sätzlichen Bezugs-Pixelwert korrespondieren,
rechtfertigt.
-
14 zeigt
ein Verfahren, das verwendet werden kann, um die Doppelrand-Komprimierungstechnik
bei der Komprimierung eines speziellen Pixelblocks zu nutzen. Das
Verfahren beginnt am Schritt 190, an welchem eine erste
Randkomprimierung durchgeführt
wird. Die erste Randkomprimierung wird vorzugsweise so durchgeführt, wie
dies mit Bezug auf die Schritte 64 und 66 in 4 beschrieben
wurde, derart, dass eine spaltenweise und eine planare abgeleitete
Steigungsdarstellung basierend auf einem Bezugspixel erzeugt werden.
Am Schritt 192 wird eine zweite Randkomprimierung durchgeführt, wobei
die zweite Randkomprimierung einen Bezugspixel nutzt, der in einer
Ecke orthogonal gegenüber
dem Bezugspixel der ersten Randkomprimierung liegt. Die 15 und 16 zeigen
spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellungen 202 und 204 entsprechend
der ersten und zweiten Randkomprimierung. Der Bezugspixel für die zweite
spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung 204 ist vorzugsweise
in der unteren linken Ecke. So ist die zweite Randkomprimierung ähnlich der
ersten Randkomprimierung, mit dem einzigen Unterschied, dass diese
einen anderen Bezugspixel in dem Pixelblock nutzt. Zusätzlich dazu
kann die zweite Randkomprimierung eine partielle Randkomprimierung
sein. Dies deshalb, weil dann, wenn eine Doppelrand-Ausgabedarstellung
verwendet wird, die ersten zwei Zeilen basierend auf dem Bezugspixel
der ersten Randkomprimierung beschrieben werden und deshalb die
abgeleiteten Steigungen für
diese Zeilen nicht für
die Erfüllung
der zweiten Randkomprimierung berechnet werden müssen.
-
Am
Schritt 194 wird bestimmt, ob ein vorbestimmtes Unterbrechungspunktmuster
innerhalb einer der ersten und zweiten Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen
entsprechend der ersten und zweiten Randkomprimierungen vorliegt
oder nicht. Das Unterbrechungspunktmuster wird als ein Punkt innerhalb
der abgeleiteten Steigungen erkannt, an welchem eine Steigungsdiskontinuität erfolgt.
So gibt der Unterbrechungspunkt 220 in 17 den
Punkt an, welchem die Steigung entlang der Spalte seine Richtung
signifikant verändert.
Falls kein Unterbrechungspunktmuster am Schritt 194 erfasst
wird, geht das Verfahren weiter zum Schritt 196, an welchem
eine Einzelrand-Ausgabeformatdarstellung der Parameterwerte für den Pixelblock
aus den Ergebnissen der ersten Randkomprimierung erzeugt wird. Die
Einzelrand-Ausgabeformatdarstellung wird den ersten Bezugspixel,
die erste Bezugs-Spaltensteigung, die erste Bezugs-Zeilensteigung,
die erste Mehrzahl von Zeilen-Steigungsableitungen und die erste
Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen entsprechend der ersten
Randkomprimienung in einer vorbestimmten Einzelrandordnung enthalten.
Die Dar stellung ist vorzugsweise so, wie sie mit Bezug auf die 8 und 9 beschrieben
wurde.
-
Falls
am Schritt 194 bestimmt wird, dass ein Unterbrechungsmuster
vorliegt, geht das Verfahren weiter zum Schritt 198, an
welchem eine Doppelrand-Ausgabeformatdarstellung für die Parameterwerte
des Pixelblocks basierend auf den Ergebnissen der ersten und zweiten
Randkomprimierung erzeugt wird. Die Doppelrand-Ausgabeformatdarstellung
ordnet die ersten und zweiten Bezugs-Pixelwerte, die ersten und
zweiten Bezugs-Zeilensteigungen, die ersten und zweiten Bezugs-Spaltensteigungen, Teile
jeder der ersten und zweiten Mehrzahl von Zeilen-Steigungsableitungen,
Teile der ersten und zweiten Mehrzahl von Spalten-Steigungsableitungen
und eine Unterbrechungspunktangabe für jede Spalte (oder Zeile in
Abhängigkeit
von der Wahl der Bezugspixel) in einer vorbestimmten Doppelrandordnung.
Die Teile der ersten und zweiten Mehrzahl von Spalten- und Steigungsableitungen,
die in der Doppelrand-Ausgabeformatdarstellung enthalten sind, basieren
auf der Stelle des vorbestimmten Unterbrechungsmusters in dem Pixelblock.
Die Unterbrechungspunktangabe beschreibt die Teile der ersten und
zweiten Mehrzahl von Spalten- und Steigungsableitungen, die in der
Doppelrand-Ausgabedarstellung enthalten sind.
-
Vorzugsweise
umfassen auch die Einzel- und Doppelrand-Ausgabeformatdarstellungen
eine Angabe, ob die Komprimierung für den Pixelblock eine Einzelrandkomprimierung
oder eine Doppelrandkomprimierung ist. Ein einzelnes Bit könnte enthalten
sein, um diese Bestimmung zu machen. Eine Darstellung der verschiedenen
Ableitungssteigungen und Escape-Werte
wird vorzugsweise mit der Einzel- und Doppelrand-Ausgabeformatdarstellungen
in der gleichen Weise herbeigeführt,
wie dies mit Bezug auf die 8 und 9 beschrieben
wurde. So kann das Zwei-Bit-Kodiersystem, das für die abgeleiteten Steigungen
in einer Einzelrandkomprimierungstechnik beschrieben ist, leicht
auf die Doppelrand-Komprimierungstechnik zusammen mit dem Escape-Wert und
den besprochenen Zeilen- und Spalten-Steigungswertoptimierungen
angewendet werden.
-
Das
Verfahren in 14 kann modifiziert werden,
um jegliche unnötige
Bearbeitung zu vermeiden. Vorzugsweise werden die erste und zweite Randkomprimierung
parallel durchgeführt,
derart, dass die Bestimmung bezüglich
der Existenz eines Unterbrechungsmusters entweder auf der ersten oder
zweiten Randkomprimierung basieren kann, da beide das vorbestimmte
Unterbrechungspunktmuster innerhalb ihrer abgeleiteten Steigungsfelder
angeben werden. Es kann jedoch vorgezogen werden, nur einen Teil
der ersten Randkomprimierung durchzuführen, derart, dass, wenn die
erste spaltenweise abgeleitete Steigungs darstellung erzeugt wird,
diese dann untersucht werden kann, um zu bestimmen, ob eine Einzel-
oder Doppelrandkomprimierung für
den speziellen Pixelblock geeignet ist. Wenn ein solches Verfahren
verwendet wird, kann die Erfassung des Unterbrechungspunktmusters
in dem Verfahren früher
auftreten und wenn eine Einzelrandkomprimierung verwendet wird,
um einen Pixelblock zu komprimieren, kann die Durchführung eines
Teils der zweiten Randkomprimierung vermieden werden.
-
Die
Komprimierungstechnik für
die Parameterwerte der Pixelblöcke
innerhalb eines Einzelbildes, wie sie hier beschrieben wurde, kann
die Größenanforderungen
zum Speichern und Zurückladen der
Parameterwerte aus dem Speicher stark verringern. Es wird darauf
hingewiesen, dass die Komprimierung auch den Speicherplatz reduziert,
der benötigt
wird, um die Parameterwerte für
einen speziellen Pixelblock zu speichern, wenn die Komprimierung
erfolgreich ist.
-
Es
sei angemerkt, dass in einigen Fällen
eine Komprimierung eines speziellen Pixelblocks dadurch nicht vorteilhaft
sein kann, dass die sich daraus ergebende Ausgabeformat-Darstellung
in der Tat größer hinsichtlich
der Anzahl von Bits ist, als dies erforderlich wäre, um die Parameterwerte in
einem unkomprimierten Zustand zu speichern. Aufgrund dessen machen
Systeme, welche die hier beschriebene Komprimierungstechnik verwenden,
vorzugsweise eine Feststellung dahingehend, ob eine Komprimierung
tatsächlich
im Hinblick auf einen Pixelblock möglicht ist oder ob tatsächlich eine
Expansion das Ergebnis wäre.
Solche Systeme können
dann das Speichern einer expandierten Version der Pixelblöcke in dem
Speicher zusammen mit der Angabe, dass der Block unkomprimiert ist,
vermeiden. Zudem kann festgestellt werden, ob ein Speicher-Block-Fetching
eine Komprimierung weniger günstig
macht. Falls der minimale Speicher-Block-Fetch 64 Bits
beträgt
und der Komprimierungsalgorithmus die Parameterdaten von 92 Bits
auf 70 Bits komprimiert, werden keinen realen Größenersparungen realisiert,
da zwei Block-Fetches nach wie vor erforderlich sein werden. So
wird die Entscheidung, ob das Komprimieren eines Parameterdatensatzes
erfolgen soll oder nicht auch auf der Basis einer Speicher-Zugriffsgranularität erfolgen
muss.
-
Wie
bereits ausgeführt
wurde, ist die räumliche
Ausrichtung des Pixelblocks in Bezug zu einer „Spalten"-Steigungsberechnung frei wählbar. So
können
Bezugspixel in jeder der vier Ecken gewählt werden, und die erste Komprimierungsstufe
in eine spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung kann tatsächlich eine
Transformation in eine zeilenweise abgeleitete Spaltendarstellung
sein. Es sollte auch für den
Fachmann deutlich sein, dass andere Typen von Kodierschemen, wie
eine Huffman-Kodierung und dergleichen verwendet werden könnte, um
einen begrenzten Satz von Werten für jede der abgeleiteten Steigungen
in der Ausgabeformat-Darstellung zu kodieren. Die hier beschriebene
Zwei-Bit-Kodierung ist nur ein Beispiel eines solchen Kodierschemas.
Ferner kann es für
große
Blöcke
vorteilhaft sein, die vier Eckenpixel als Bezugspixel zu verwenden
und sich in Richtung des Zentrums des Blocks vorzuarbeiten, in einer
Weise, die eine Extrapolation der Verwendung von zwei Bezugspixeln
und das Vorarbeiten in Richtung einer Linie zwischen den zwei Bezugspixeln
reflektiert.
-
Figurenbeschreibung
-
1
-
- Figure = Figur
- Block 22 = Block 22
- Pixel Blocks 20 = Pixelblöcke 20
- Frame 10 = Einzelbild 10
-
2
-
- Figure = Figur
- Field Block 46 = Feldblock 46
- Vertex Block 42 = Eckblock 42
- Edge Block 44 = Randblock 44
- Primitive 40 = Grundelement 40
-
3
-
- Figure = Figur
- Processing Module 52 = Bearbeitungsmodul 52
- Memory 54 = Speicher 54
- Processor 50 = Prozessor 50
-
5
-
- Figure = Figur
- Pixels 80 = Pixel 80
- Parameter Values 81 = Parameterwerte 81
- Block 22 = Block 22
-
4
-
- Figure = Figur
- Group pixels of the display frame into a plurality of pixel
blocks 62 = Gruppiere Pixels des Einzelbildes in eine Mehrzahl
von Pixelblöcken 62
- For at least one pixel block: = Für wenigstens einen Pixelblock:
- Translate parameter values into a column-wise differential slope
representation 64 = Wandle Parameterwerte in eine spalten
weise abgeleitete Steigungsdarstellung um 64
- Translate the column-wise differential slope representation
into a planar differential slope representation 66 = Forme
die spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung in eine planare
abgeleitete Steigungsdarstellung um 66
- Generate an output format representation from the planar differential
slope representation 68 = Erzeuge eine Ausgabeformat-Darstellung
von der planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung 68
- Store the output format representation in memory 70 =
Speichere die Ausgabeformat-Darstellung im Speicher 70
- Retrieve the output format representation from the memory 72 =
Lade die Ausgabeformat-Darstellung aus dem Speicher zurück 72
- Reconstruct the planar differential slope representation from
the output format representation 74 = Rekonstruiere die
planare abgeleitete Steigungsdarstellung aus der Ausgabe- format-Darstellung 74
- Reconstruct the column-wise differential slope representaion
from the planar differential slope representation 76 =
Rekonstruiere die spaltenweise abgeleitete Steigungsdarstellung
aus der planaren abgeleiteten Steigungsdarstellung 76
- Recover the parameter values for the pixel block from the column-wise
differential slope representation 78 = Gewinne die Parameterwerte
für den
Pixelblock aus der spaltenweisen abgeleiteten Steigungsdarstellung
zurück
-
6
-
- Figure = Figur
- Column Slopes 84 = Spaltensteigungen 84
- Column-wise Differential Slope Rerpesentation 88 = Spaltenweise
abgeleitete Steigungsdarstellung 88
- Pixel Point Values 82 = Pixelpunktwerte 82
- Column Slope Differantials 86 = Spalten-Steigungsableitungen 86
-
7
-
- Figure = Figur
- Reference Row Slope 94 = Bezugs-Zeilensteigung 94
- Reference Pixel Value 92 = Bezugspixeiwert 92
- Reference Column Slope 96 = Bezugsspaltensteigung 96
- Planar Differential Slope Representation 99 = Planare
abgeleitete Steigungsdarstellung 99
- Column Slope Differentials 86 = Spalten-Steigungsableitungen 86
- Row Slope Differentials 98 = Zeilen-Steigungsableitungen 98
-
8
-
- Figure = Figur
- Output Format Representation 100 = Ausgabeformat-Darstellung 100
- Reference Pixel 32 bits 102 = Bezugspixel 32 Bits 102
- Reference Row Slope 33 bits 104 = Bezugs-Zeilensteigung 33 Bits
104
- Reference Column Slope 33 bits 106 = Bezugs-Spaltensteigung 33 Bits
106
- Encoded Differential Slope Array 122 Bits 108 = Kodierte
abgeleitete Steigungsanordnung 122 Bits
- Escape Values 34 bits * (Number of Escapes) 110 = Escape-Werte 34 Bits
* (Anzahl von Escapes 110)
-
9
-
- Figure = Figur
- Output Format Represnetation 120 = Ausgabeformat-Darstellung 120
- Reference Pixel 32 bits 102 = Bezugspixel 32 Bits 102
- Bits/slope 5 bits 122 = Bits/Steigung 5 Bits 122
- Reference Row Slope N bits 124 = Bezugs-Zeilensteigung N-Bits
124
- Reference Column Slope N bits 126 = Bezugs-Spaltensteigung N-Bits
126
- Encoded Differential Slope Array 122 bits 108 = Kodierte
abgeleitete Steigungsanordnung 122 Bits 108
- Bits/escape 5 bits 128 = Bits/Escape 5 Bits 128
- Escape Values M bits * (Number of Escapes) = Escpae-Werte M
Bits * (Anzahl von Escapes)
-
10
-
- Figure = Figur
- Pixel Block 140 = Pixelblock 140
-
11
-
- Figure = Figur
- Column Slopes 148 = Spaltensteigungen 148
- Column-wise Differential Slope Rerpesentation 150 = Spaltenweise
abgeleitete Steigungsdarstellung 150
- Pixel Point Values 146 = Pixelpunktwerte 146
- Column Slope Differantials 144 = Spalten-Steigungsableitungen 144
-
12
-
- Figure = Figur
- Reference Row Slope 166 = Bezugs-Zeilensteigung 166
- Reference Pixel Value 162 = Bezugspixelwert 162
- Reference Column Slope 164 = Bezugsspaltensteigung 164
- Planar Differential Slope Representation 160 = Planare
abgeleitete Steigungsdarstellung 160
- Column Slope Differentials 144 = Spalten-Steigungsableitungen 144
- Row Slope Differentials 168 = Zeilen-Steigungsableitungen 168
-
13
-
- Figure = Figur
- First Slope 174 = Erste Steigung 174
- Pixel Point 182 = Pixelpunkt 182
- Third Slope 178 = Dritte Steigung 178
- Pixel Point 180 = Pixel Punkt 180
- Second Slope 176 = Zweite Steigung 176
- Pixel Divixions 172 = Pixelunterteilungen 172
- Pixel Block Cross-section 171 = Pixelblock-Querschnitt 171
-
14
-
- Figure = Figur
- Perform a first edge compression 190 = Führe eine erste
Randkomprimierung durch 190
- Perform a second edge Compression 192 = Führe eine
zweite Randkomprimierung durch 192
- Is there a breakpoint pattern? 194 = Gibt ein Unterbrechungspunktmuster? 194
- No = Nein
- Yes = Ja
- Generate a single edge output format reprensentation for the
parameter values of the pixel block from the results if the first
edge compression 196 = Erzeuge eine Einzelrand-Ausgabeformatdarstellung
für die Parameterwerte
des Pixelblocks aus den Ergebnissen der ersten Randkomprimierung 196
- Generate a double edge output format representation for the
parameter values of the pixel block from the results of the first
and second edge compressions 198 = Erzeuge eine Doppelrang-Ausgabeformatdarstellung
für die
Parameter= werte des Pixelblocks aus den Ergebnissen der ersten
und zweiten Randkomprimierung 198
-
15
-
- Figure = Figur
- First Column-wise Differential Slope Representation 202 =
Erste spaltenweisen abgeleitete Steigungsdarstellung 202
-
16
-
- Figure = Figur
- Second Column-wise Differential Slope Representation 204 =
Zweite spaltenweisen abgeleitete Steigungsdarstellung 204
-
17
-
- Figure = Figur
- Breakpoint 220 = Unterbrechungspunkt 220
- Double Edge Planar Differential Slope Representation 210 =
Planare abgeleitete Doppelrand-Steigungsdarstellung 210