JP2970216B2 - 画像表示装置およびビデオ画素データを生成するための方法 - Google Patents

画像表示装置およびビデオ画素データを生成するための方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的には画像表示装置
と方法、さらに詳しくは、複数の画像ソースからの画像
の同時表示に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】最近の表示システムにお
いては、複数の画像ソースからのデータが表示される。
これら画像は、「ウィンドウ」すなわち表示のあるエリ
アをある画像ソースに割り当てる手法を用いて表示装置
上に示される。しかし、複数ソースからの出力を表示装
置上で統合しなければならない時は、問題が生ずる。表
示装置に対し２個以上のソースがある場合には、出力を
１個の表示モニターに統合することが必要になる。
【０００３】容易な解は一時にはたゞ１個のソースしか
表示できないシステムを設計することである。例えば、
もしハイビジョンテレビ（ＨＤＴＶ）の見本入力が選択
された際は、ＨＤＴＶ出力のみが表示装置への出力とな
る。しかし図形処理システムにおいて「ウィンドウ表
示」の要求が増加し、また２個以上のビデオソースが存
在するマルチメディア環境が増々重要視されるようにな
ると、この比較的簡単な解は適当でなくなってくる。
【０００４】ウィンドウ表示を実施するためには、モニ
ター画面により定義される全領域内で、別個のサブエリ
アは別個のビデオをソースとするような機構を提供しな
ければならない。図１はウィンドウ付図形モニター画面
の例を示す。領域Ａはローカルホストまたはワークステ
ーションをソースとすることが出来る。領域Ｂは高速ネ
ットワークを通して接続される遠隔図形サーバーをソー
スとすることが出来る。領域ＣはＨＤＴＶ見本をソース
とすることが出来る。かゝ表示を提供する１技法は画素
切換え等の技術では知られている。すなわちある表示領
域またはウィンドウに対しては、その領域の画素ソース
はある特定の画像面から選択する。
【０００５】より複雑な問題は、単純な四角形のウィン
ドウ上にではなく、ソースからの任意の形状の画像を別
の画像の上に重ね書きする時に表われる。例えば自動車
の画像が図形サーバーを用いて与えられ、またその自動
車画像をＨＤＴＶが生成する背景画像上に重ね書きする
ことを要求されることがある。前方物体すなわち自動車
の形状は四角形ではないから、すべての画素選択を各画
素毎ベースで実施することが必要となる。
【０００６】２画像ソース系に適用可能な１解法は、カ
ラーキー付画素切換えを利用し、２ソース間の各キー毎
選択を可能にすることである。この技法は、Ｌ．Ｌｕｍ
ｅｌｓｋｙ等への米国特許Ｎｏ．４，９９４，９１２、
「オーディオビジュアル割込み表示」に述べられてい
る。
【０００７】しかし、図１に示すような３以上のビデオ
ソースがある場合には、各画素毎ベースでＮ画像源（Ｎ
は２より大）を表示するのに別の解法が必要となる。
【０００８】任意形状の複数ソース画像の重ね書きで生
ずる別の問題は、画像画素切換えの結果起るエリアシン
グ効果によるものである。１画像ソースの画素は第２画
像ソースからの画素とブレンドしないことから、エリア
シングは生ずる。エリアシングは合成画像が、階段状や
色の歪曲のような、前景と背景間の縁に沿って望ましく
ない人工的にみえる原因となる。この人工的な不自然な
部分をなくすためには、アンチエリアシング技法が必要
である。しかし前景画像は背景画像に関する情報を含ん
でいない点から、アンチエリアシングはビデオ出力にお
いてリアルタイムで実施すべきである。従って、リアル
タイムでのＮ個の画像ソースのアンチエリアシング技法
が必要となる。さらに任意形状の前景物体をエリアシン
グするためには、アンチエリアシングは各画素ごとに行
わなければならない。
【０００９】しかし最近の高解像度表示では、ビデオデ
ータのバンド幅が非常に広く、またデータ転送速度が非
常に高いので、リアルタイムのやり方で実施しようとす
る画像処理に厳しいタイミング制約を加えることにな
る。
【００１０】１９９１年３月１９日発行の、Ｐａｐｐａ
ｓ等の米国特許Ｎｏ．５，００１，４６９、「ウィンド
ウ依存バッファ選択」には、単一モニタに複数画像ソー
スを示す図形処理サブシステムのウィンドウ制御ハード
ウェアが記載されている。これを実施するのに、各ウィ
ンドウを別々のフレームバッファとして定義し、また各
ウィンドウ、すなわち各フレームバッファに対し、ウィ
ンドウ識別ならびに頂辺位置、底辺位置、左辺位置、右
辺位置の４値に基づくウィンドウ寸法およびウィンドウ
位置を定義する。このシステムはまた優先順位案を採用
し、Ｎフレームバッファ（「ウィンドウ」）は０からＮ
−１まで優先順位がつけられる。こゝで０は最大優先度
を有し、Ｎ−１が最低優先度を有す。図形処理サブシス
テムには各フレームバッファに１個、全部でＮ個のウィ
ンドウ検出論理を含み、関係したウィンドウが画面領域
でアクティブかどうかを決定するために、ウィンドウ寸
法およびその位置を示す値、例えば上位、下位、左位
置、右位置をそれぞれ示す値に対するコンパレータを用
いる。ウィンドウがアクティブであるとき、どの「アク
ティブ」な画像ソースが最高優先度を有しているかを決
定するために、画像ソースポインタおよび他の情報をＮ
個の入力信号の優先順位づけを行う優先順位論理に送信
する。最高優先順位の活動画像が優先順位論理で選択さ
れ、モニタに表示される。
【００１１】Ｐａｐｐａｓ等は複数の画像ソースを制御
するのにウィンドウ寸法および位置値を採用し、また画
像フレームバッファは複数のウィンドウを有さない。さ
らに、このシステムは四角形のウィンドウのみに使用が
限定されるように思われる。またフォーマットが異なる
複数ソースの表示の問題にも触れていない。
【００１２】従って、Ｎ個の独立画像ソース（Ｎは３以
上）からのビデオ信号の、画素切換えおよびＮ個の画像
ソースの各画素ベースでの制御を使用することによる、
同時表示を提供することも本発明の目的の１つである。
【００１３】画素カラーキーおよびウィンドウ識別に基
づき、各画素毎にアルファミキシングと画素切換えの組
合せを使用して、モニタ上に多数の画像ソースからのビ
デオデータを表示する方法と装置を提供するのが、本発
明の他の目的である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】多数画像を恣意的にミッ
クスするラスタ図形表示ビデオデータ経路（データを通
過するパス）を実行する方法と装置により、前記および
その他の問題は克服され、本発明は実現される。ビデオ
データ経路は高度に並列化されており、一組の参照用テ
ーブルの制御下で動作する並列デバイスを用いる。参照
用テーブルはホストワークステーション等のコントロー
ラからロード可能である。ラスタ図形表示ビデオデータ
経路は、極めて高い画面解像度で機能し、またデータフ
ォーマットがそれぞれに異なる多数の別ソースからのデ
ータも用いることができる。多数の画像ソースからの出
力はホストワークステーションの制御下でミックスさ
れ、画素精度は（ａ）各画像ソースに対する画像の組合
せ透過係数（アルファ）、および（ｂ）ホストワークス
テーションにより割当てられたウィンドウ識別番号に基
づいている。
【００１５】予め定めた共通フォーマットへの画素デー
タフォーマット変換により、ＨＤＴＶやスーパコンピュ
ータ等の画像処理サーバ等多数の異なる画像ソースによ
り生成されるそれぞれの画素値に、一貫性を持たせるこ
とができる。
【００１６】前景画像の境界と背景との間における、上
述した不自然な部分を消すのに用いるためのアンチエリ
アシング機能を開示する。アンチエリアシング機能は、
例えば他のソースからの背景画像の上に、あるソースか
らの半透明画像の前景を示すような特殊効果を生成する
のにも用いることが出来る。好ましいアンチエリアシン
グのアプローチは、画素ミキシングを採用することであ
る。
【００１７】どんな数の独立ビデオソースをも許容する
ために、各ソースに対し別個のフレームバッファが割り
当てられる。従って、Ｎ個の別々のビデオソースを有す
るシステムに対しては、Ｎ個のフレームバッファがあ
る。表示モニター側が要求するバンド幅に応じて、Ｎ個
のフレームバッファの各々はＭ重にインタリーブされ
る。
【００１８】本発明はまた、画素ミキシング機能および
画素多重化機能を、高速逐次法で提供する集積回路デバ
イスに関係する。
【００１９】
【実施例】図２を参照すると、本発明に従って構成さ
れ、動作する複数ソースビデオ表示画素ミキシングシス
テム１０のブロック図が説明されている。システム１０
はＮ個のソースからビデオデータ入力を受信し、各ソー
スは関連フレームバッファ（ＦＢ）記憶装置（ＦＢ＿１
〜ＦＢ＿Ｎ）を有している。同時に各ＦＢの画素（ｘ，
ｙ）のビデオ出力データ経路も示されている。そこには
Ｎ個のオーバーレイＦＢがあり、表示装置１２の位置
（ｘ，ｙ）に表示される画素に、各ＦＢから１個づつの
Ｎオーバーレイ画素がある。ＦＢは１からＮまで、階層
的に順序づけられており、１が最高優先度を有すると考
えられ、Ｎが最低優先度を有すると考えられる。本発明
実施上の制限ではないが、好ましくは、ＦＢ＿１はホス
ト１４と関連させ、ＦＢ＿Ｎは例えば、画素半透明の指
示、すなわち後述するように画素が半透明または透明で
あることを示す値であるアルファを出力しないＨＤＴＶ
ビデオソースと関連させる。ＦＢは、並列にアドレス指
定され、それぞれのフレームバッファは同時に動作しな
ければならない。例えば、トップフレーム（ＦＢ＿１）
の画素（ｘ，ｙ）のデータの出力と、他のフレーム（Ｆ
Ｂ＿２〜ＦＢ＿Ｎ−１）の同じ画素（ｘ，ｙ）のデータ
の出力とは、同期しなければならない。
【００２０】図２に示すようなマルチメディアシステム
では、画素フォーマットの一貫性を仮定することは出来
ない。例えばスーパーコンピュータおよび／または図形
サーバーにより生成され、通信ネットワークから受信し
た画像は２４ビット赤，緑，青（Ｒ，Ｇ，Ｂ）書式のこ
とがある。他方、ローカルワークステーションホスト１
４は８ビット画素フォーマットのことがあり、ＨＤＴＶ
見本入力はクロミナンス／輝度（Ｙ／Ｃ）書式のことが
ある。これら多様なソースからの画素をミックスするた
めには、第１ステップは画素値を共通フォーマットに変
換することである。システム１０ではＲ，Ｇ，Ｂ書式
を、その比較的簡単さの故に共通フォーマットとして選
択したが、他のフォーマットも本発明の教示範囲内であ
る。従って、全画素データはＲ，Ｇ，Ｂに変換される。
このデータ変換は参照用テーブル（ＬＵＴ）１５を使用
して、各ＦＢで実施される。すなわち、与えられたＦＢ
内に格納された特定の書式を知り、変換さるべきフォー
マットの画素がＬＵＴ１５のアドレス入力に加えられる
と、対応するＲ，Ｇ，Ｂ値が出力となるというように、
関連のＬＵＴ１５はプログラムされている。各ＬＵＴ１
５は固定内容のＬＵＴが採用されることもあるが、好ま
しくは、ローカルホスト１４に結合され、アプリケーシ
ョンに応じてプログラマブルである。ホスト１４は図１
に図示するように、ウィンドウＡに表示されるデータに
対するあるＦＢへのビデオデータのソースとなることも
ある。一例として、ホスト１４がワークステーションで
あるなら、英数字テキスト情報は表示用にホスト１４に
より生成される。
【００２１】ＨＤＴＶソース等のある種ビデオソースで
は、ビデオ信号はアナログフォーマットで表わされるこ
とがあるのに注意を要する。そのため、アナログビデオ
入力をＦＢ＿Ｎ内への格納に適するディジタルフォーマ
ットに先づ変換するために、ＡＤ変換器が使われる。
【００２２】ＬＵＴ１５、画素データフォーマット変換
器を使用して、各独立画像ソースが提供する画素データ
フォーマットの一貫性の欠除という問題を克服する。こ
ゝでは画素ミキシング前に共通画素フォーマットを提供
することになる。
【００２３】ミキシングおよび画素境界ごとのアンチエ
リアシングを実行するためには、各ＦＢは、ＦＢ＿Ｎを
除き、アルファバッファメモリプレーンを有している。
ＦＢ＿Ｎはそれ以上優先度の低い下流ＦＢがなく、従っ
てミックスすべき背景画像を有しない。アルファバッフ
ァメモリプレーンには、関連ＦＢへのビデオデータのソ
ースでもあるデバイスによりアクセスする。例えば、Ｆ
Ｂ２は２４ビットＲ，Ｇ，Ｂプレーンと８ビットアルフ
ァプレーンで構成される３２ビットメモリプレーンを有
し、両プレーンともそのソースは通信ネットワークを通
して図形処理サーバーである。図形処理サーバーが画像
を与える時には、その画像用に提供する各画素に関係す
るアルファ値も生成する。
【００２４】こゝで用いる時は、アルファは画素の半透
明または透明に関する指示であると考えられ、０と１と
の間の値を仮定できる。アルファが０に等しければ関係
画素は完全に透明であると考えられる。すなわち、すべ
ての背景画素は可視である。アルファが１に等しい時
は、関係画素は完全不透明であると考えられる。０と１
との間の値は、画素透明度に階調を与え、望ましくない
人工的表示を除去するための境界画素のアンチエリアシ
ングに前景および背景の境界で有利に用いられる。
【００２５】画素データとアルファ値は、共に通信ネッ
トワークを通して関連ＦＢ＿２に転送される。下流ＦＢ
から渡されたＲ，Ｇ，Ｂ画像画素データを、ＦＢ＿２か
らの画素とミックスするためには、８ビットアルファ値
が、ＭＩＸ論理１６およびマルチプレクサー（ＭＵＸ）
論理１７を経由し、画素ミキシングに用いられる。かく
してアルファＦＢプレーンは、背景画素と前景画素との
リアルタイムでの各画素毎のミキシングを可能にする。
アンチエリアシングも以下に述べるように、リアルタイ
ムで実施できる。
【００２６】演算中は、最低優先度（Ｎ）を有するＦＢ
は関連ＬＵＴ１５により、画素（ｘ，ｙ）をＲ，Ｇ，Ｂ
画素書式に変換し、ＭＩＸ１６により次の高位優先度フ
レームバッファ（ＦＢ＿Ｎ−１）からの対応画素とミッ
クスするために、変換した画素値を伝える。すべてのＦ
Ｂ＿ｊは、Ｎ番目ＦＢ（最低優先順位）を除き、３演算
のうちのいずれかを実行する。これら演算を表１に示
す。
【００２７】 表 １ １． ＦＢ＿ｊ＋１から渡された画素を廃棄し、関連画
素を優先度のより高い方の上流ＦＢ＿ｊ−１またはｊ＝
１なら表示装置１２に渡す。これは関連ＭＵＸ１７のＡ
入力を選択することにより実行する。 ２． 自身の画素を廃棄し、ＦＢ＿ｊ＋１から受信した
画素をＦＢ＿ｊ−１または、ｊ＝１なら表示装置１２に
渡す。これは関連ＭＵＸ１７のＣ入力を選択することに
より実行する。 ３． 関連ＦＢからのアルファ値を用い、自分の画素値
をＦＢ＿ｊ＋１から受信した画素とミックスし、次にミ
ックスした画素値をＦＢ＿ｊ−１、またはｊ＝１ならば
表示装置１２に渡す。これは関連ＭＵＸ１７のＢ入力を
選択することにより実行される。
【００２８】上に説明した方法は、ある表示画素（ｘ，
ｙ）が与えられた時、いずれかのＦＢからの単独画素
（ｘ，ｙ）を選択する（画素切換え）手法、または異な
るＦＢからの２以上の画素（ｘ，ｙ）のミックスした結
果を選択する（画素ミキシング）手法を提供する。
【００２９】図４に見るように、本発明はローカルホス
ト１４の画素値に基づくカラーキー入力法を採用する。
ローカルホスト１４は３プレーンよりなる。第１プレー
ンはローカルホスト１４画素値すなわちカラーを示すカ
ラー識別子（ＣＩ）を格納する。第２プレーンはローカ
ルホスト１４ウィンドウ識別信号（ＷＩＤ）を格納す
る。第３プレーンはローカルホスト１４アルファ値（Ｗ
Ｓアルファ）を格納する。システム１０は、ホスト１４
のＦＢからの入力に基づく多数の信号を生成するのに制
御論理１９を採用している。これら入力には表示装置１
２演算を決定するために「カラーキー入力」のＣＩ入力
を含んでいる。ウインドウ識別信号（ＷＩＤ）は、表示
装置１２における異なるウィンドウがそれぞれのウイン
ドウに関連した１以上のキーカラーを有することを可能
にする。パレットＬＵＴ１５およびビデオ制御ＶＣＬＵ
Ｔ２２の使用によりこれを実行する。ビデオ制御ＶＣＬ
ＵＴ２２は、表１に従ってその演算制御のために各ＭＵ
Ｘ１７にペアで提供される２（Ｎ−１）出力を有する。
【００３０】例えば、第１ウィンドウに対しＨＤＴＶ入
力をＶＣＬＵＴ２２により選択する「キー」として、赤
のＣＩが定義されることがある。他のウィンドウに対し
ては、赤のＣＩはＨＤＴＶ背景画素とホスト１４画素と
のミキシングをＶＣＬＵＴ２２により生じせしめる「キ
ー」であって、アンチエリアシングを実行するために境
界画素値の修正にＷＳアルファを用いることができる。
また別のウィンドウに対しては、赤のＣＩは、ＣＩを２
４ビットＲ，Ｇ，Ｂ形式に変換するパレットＬＵＴ２０
により、表示装置１２に表示される画素であることがあ
る。本方法は、２画像ソースのみに限定されず、いかな
る数の独立画像ソースをも有利に整合せしめ得る。さら
に本方法は、リアルタイム・エリアシングまたは画像ブ
レンディングのような機能に対する画素ミキシングをも
提供する。これら機能のすべてを、ＷＩＤ値に基づき、
対象目標内に含まれる、および／またはそれに接してい
る画素に関し実行することが出来る。さらに、これら機
能は各画素毎ベースに適用される。
【００３１】好ましくは、ビデオ出力制御はローカルホ
スト１４ＦＢを用いて行われる。説明用に、ＦＢ＿１を
ローカルホストＦＢとして選択するが、ＦＢ中のいずれ
も代りに選択することができる。図４に見られるよう
に、ローカルホスト１４図形処理作業領域に対し、その
ＦＢには総計Ｐビットのプレーンがある。これらプレー
ンによるＰビット出力のうち、Ｃビットはカラー識別子
（ＣＩ）として用いられ、Ｗビットはウィンドウ識別子
（ＷＩＤ）として用いられ、またＭビットがローカルホ
スト１４画像を他の画像とブレンドするための（ＷＳア
ルファ）のために使用される。ＣＩ，ＷＩＤ共に、２４
ビットＲ，Ｇ，Ｂデータを提供するためのＬＵＴ１５へ
の識別子（アドレス）として採用される。さらにこれら
と同一ビットが、表示出力を整合するために用いられる
ビデオ経路制御ビット（ＶＩＤ＿ＣＮＴＲＬ）を提供す
るために、ＶＣＬＵＴ２２への識別子（アドレス）とし
て用いられる。ＶＩＤ＿ＣＮＴＲＬの幅は画像ソースの
総数（Ｎ）の関数である。
【００３２】各ＦＢ＿ｊ（但し１≦ｊ≦Ｎ）に対し、表
１に説明した３演算の１つを選択するのに２ビットを必
要とする。これら２ビットの定義は次のように表わすこ
とができる。
【００３３】 ００−ミキシング使用禁止、ＭＵＸに対し、入力Ａを選
択せよ ０１−ミキシング使用禁止、ＭＵＸに対し、入力Ｃを選
択せよ １Ｘ−ミキシング使用可能、ＭＵＸに対し、入力Ｂを選
択せよ ＦＢ＿ｊに対し、もしビット１（ＭＳＢ）がセットされ
れば、ミキシングは使用可能で、ＦＢ＿ｊとＦＢ＿ｊ＋
１とをミックスした画素の結果はＦＢ＿ｊ−１に渡され
る。この場合ビット０（ＬＳＢ）は無視される。ビット
１がリセットされると、アルファミキシングは使用不能
になり、（もしビット０をリセットすれば）ＦＢ＿ｊか
らの画素値、または（もしビット１をセットすれば）Ｆ
Ｂ＿ｊ＋１から受信した要素値のいずれかが、ＦＢ＿ｊ
−１にパスされる。
【００３４】ＦＢ＿Ｎはその出力画素値を上流にパスで
きるのみであるという点において、それは制御ビットを
要求するものではない。従ってＶＩＤ＿ＣＮＴＲＬに必
要なビットの総数は、Ｎ画像ソースに対し、Ｂ＝２（Ｎ
−１）である。こゝでＢはＶＩＤ＿ＣＮＴＲＬのビット
数であり、Ｎは独立画像ソースの数である。
【００３５】ＦＢ＿ｊのＶＩＤ＿ＣＮＴＲＬ割当ては、
最下位ビットに対しビット２ｊ−２、最上位ビットに対
し２ｊ−１である。これは複数ソースシステムのウィン
ドウ制御用に、柔軟な機構を提供する。ローカルホスト
１４から、カラーキー入力を用いることにより、ユーザ
はどの表示画素をも、すべてのＦＢからのすべての対応
画素の結果から形成させることが出来る点に注目すべき
である。すなわち、ユーザは特定の出力書式を表わすた
めにカラーキーを定義し、つぎに特定の出力が望ましい
所ではそのカラーキーを採用する。さらにＷＩＤを使用
してユーザは、ウィンドウ識別の関数としてそのカラー
キーを選択することが可能となる。例えば、ＷＩＤの幅
が４ビットであれば、２4 すなわち１６まで同時に表
示、および制御されるウィンドウがあり得る。この場合
ＶＣ＿ＬＵＴ２２には１６までの異なる記憶領域があ
り、各領域には異なるＶＩＤ＿ＣＮＴＲＬ値を含有して
いる。ＶＣ＿ＬＵＴ２２内領域の特定のものがＷＩＤ値
により選択され、一方またその領域内の特定のＶＩＤ＿
ＣＮＴＲＬビット組合せがＣＩ値により選択される。
【００３６】要約すると、本機構は各画素毎にカラーキ
ー入力およびミキシング（アンチエリアシング）技法を
用いて、いかなる数のＦＢに対しても柔軟な出力制御を
提供する。ＦＢミキシングが各レベルで使用可能であれ
ば、その結果表示される画素（Ｒ）の方程式は次式で与
えられる。
【００３７】 Ｒ＝α1 Ｐ1 ＋（１−α1 ）（α2 Ｐ2＋（１−α2 ）（α3 Ｐ3 ＋ （１−α3 ）……（αN-1 ＰN-1 ＋（１−αN-1 ）ＰN ））……） ここで、ＰｊはＦＢ＿ｊからの画素を表わし、またαｊ
はＦＢ＿ｊからのアルファ値を表わす。
【００３８】高解像度モニタ、例えば２０４８×２０４
８の画素では、３６０ＭＨｚ以上のビデオバンド幅を必
要とする。高解像度モニタに必要なバンド幅を提供する
には、ＦＢ ＶＲＡＭからの直列ビデオ出力をインタリ
ーブすることが必要になる。例えば、従来のＶＲＡＭは
３３ＭＨｚの直列出力バンド幅を有し、ＦＢビデオ出力
経路は６０Ｈｚ２０４８×２０４８解像度モニタに対
し、少くとも１１重にインタリーブする必要があり、従
って１１の独立のデータ経路を必要とする。インタリー
ビングの他の例として、１２８０×１０２４解像度モニ
ターに対しては、ビデオバンド幅は１１０ＭＨｚであ
る。従ってこの解像度には、４重インタリービングで充
分である。しかし、２０４８×１５３６解像度モニタに
対しては、ビデオバンド幅は２６０ＭＨｚである。４重
インタリービングは４×３３ＭＨｚ、すなわち１３２Ｍ
Ｈｚのみしか提供せず、一方８重インタリービングは２
６４ＭＨｚを提供するので、この場合は８重インタリー
ビングが必要になる。
【００３９】各ＦＢのＭＩＸ論理１６およびＭＵＸ論理
１７は、このようなインタリーブ係数に適合するように
設定されている。即ち、Ｎ重にインタリーブされると
き、図３に示されるようにミキシングを行うときの論理
演算もＮ重インタリービングに適合していなければなら
ない。一般に、インタリーブされた独立データ経路の各
々に、ＭＩＸ論理１６およびＭＵＸ論理１７がある。従
って、ＦＢの表示出力がＮ画像ソースに対しＭ重にイン
タリーブされると、（（Ｍ×Ｎ）−Ｎ）対のＭＩＸとＭ
ＵＸ論理ブロックがあり、その中で最低優先度ＦＢレベ
ルはミキシングを必要としない。このモジュール方式に
よれば、いかなるモニタ解像度に対してもリアルタイム
での画素ミキシングが可能である。
【００４０】図３はインタリーブされたビデオシステム
のＭ×Ｎの実施例を示す。シリアライザ２４は、ｊ＝１
におけるミキサ３０からの出力を受け取り、これら出力
をビデオクロック速度で表示装置１２に送る。
【００４１】前記の集積回路演算の実行にはいくつかの
方法がある。第１はＦＢ ＶＲＡＭからのインタリーブ
されたビデオデータ出力を直列化した後に、高速集積回
路デバイスを用意することである。しかしこれには、２
６０ＭＨｚ表示に対しては、２画像をブレンド、即ちミ
ックスする等の演算に３．８５ナノ秒サイクルが必要で
ある。第２の方法は、図３のように、インタリーブされ
た記憶データ経路の各々の出力に多数のより低速デバイ
スを用意することである。第１の方法は高ビデオバンド
幅を収容するのにＥＣＬまたはＧａＡｓゲートアレイの
いずれかが必要な点から、第２の方法が第１の方法より
優っている。しかし、以下述べる同一の回路構造は、い
ずれの方法にも対応する。
【００４２】ビデオデータ経路流の中で、最もタイムク
リティカルなのはブレンディング機能即ち、ミキシング
機能である。それはこの機能が乗算器と加算器を必要と
することによる。ＦＢ＿ｊのブレンディング機能は次式
を用いる。
【００４３】 Ｒｊ＝（αｊＰｊ）＋（（１−αｊ）Ｒｊ＋１） ここで、Ｒｊは次ＦＢへの結果の画素値出力、ＰｊはＦ
Ｂ＿ｊからの画素値、Ｒｊ＋１は前ＦＢ＿ｊ＋１からの
画素値入力、αｊはＰｊ／（Ｐｊ＋Ｒｊ＋１）画素重み
（但し０≦α≦１．０）である。この方法では乗算器２
個と加算器１個を必要とする。しかし代数操作により Ｒｊ＝（αｊＰｊ）＋（（１−αｊ）Ｒｊ＋１） Ｒｊ＝（αｊＰｊ）＋Ｒｊ＋１−（αｊＲｊ＋１） Ｒｊ＝（αｊ（Ｐｊ−Ｒｊ＋１））＋Ｒｊ＋１） が得られる。Ｒｊのこの表現では１個の乗算器と２個の
加算器のみを要する。
【００４４】図５にミキサ集積回路デバイス３０のブロ
ック図を示す。必要なサイクル時間の故に、加算器３２
と乗算器３４とは逐次になっており、すべてのデータ値
は以下述べるように、同期順序でそれらを維持するよう
遅延される。
【００４５】以下に図５のミキサ３０の機能を説明す
る。図３をも参照する。各画素に関連する画像データは
同時に入力に到達する。最大クロック時間を与えるた
め、すべての入出力はレジスタされ（ＲＥＧ１〜ＲＥＧ
８）、システムクロックにより刻時される。
【００４６】システムクロックは、Ｍ重インタリーブメ
モリに対しては、ビデオバンド幅をＭで除算することに
より得られる。例えば、中解像度モニタの場合、ビデオ
バンド幅は１１０ＭＨｚである。ＦＢメモリは例えば、
４重にインタリーブされる。従って、システムクロック
は１１０ＭＨｚ／４すなわち２７．５ＭＨｚである。高
解像度モニタの場合は、ビデオバンド幅が２６０ＭＨ
ｚ、またメモリは８重にインタリーブされる。従ってシ
ステムクロックは２６０ＭＨｚ／８、すなわち３２．５
ＭＨｚである。
【００４７】約３３ＭＨｚで演算する完全乗算器即ち、
桁上げ機能を有するフルマルチプラーを経済的に得るの
は困難なので、乗算器３４はパイプラインであることが
好ましい。パイプラインの深さは選択された素子の技術
に依存する。容易に入手可能な集積回路技術を使えば、
乗算器パイプライン深さは２段、加算器３４は１段で得
られる。処理能力を最大にするため、各機能ブロックの
出力は同期化される。かくして、ミキサ３０は、それぞ
れ独立して動いているシステムクロックと全体で同期化
される。
【００４８】ミキサ３０の機能を以下に述べる。すべて
の入力は、チップレジスタＲＥＧ１〜ＲＥＧ４に同期化
されて与えられる。これら入力は、ＶＩＤ＿ＣＮＴＲＬ
ｊ，αｊ，Ｐｊ、およびＲｊ＋１である。ＲＥＧ３とＲ
ＥＧ４の出力は、（Ｒ３−Ｒ４）演算が行われる機能ブ
ロックＦＵＮＣ１に送られる。一方では、すべての入力
を同期化するために、Ｒ１，Ｒ２、およびＲ４はレジス
タＲＥＧ５およびＲＥＧ６を通じて遅延される。（ＦＵ
Ｎ４）の機能については後に述べる。次の２クロックサ
イクルに対し、Ｒ５とＦ１はＦＵＮＣ２により乗算が行
われ、Ｒ６はＲＥＧ７およびＲＥＧ８により、２クロッ
クサイクルだけ対応して遅延される。最後に、Ｆ２とＲ
８が（Ｆ２＋Ｒ８）演算を行う機能ブロックＦＵＮＣ３
を通して送られる。
【００４９】Ｎフレームバッファを通して完全なミキシ
ングを得るために、Ｒｊの全体の精度は各ＦＢ＿ｊでの
Ｐｊの幅と共に増加するが、Ｒｊは伝播されるべきであ
る。しかし、Ｒｊの全ての解像度を次段に送ることは経
済的効果がないために、実用的な手法とはならない。し
かし、簡単な打切りならば使用することが出来、ミキシ
ング１段当り平均１／２ビットの誤差を生ずる。
【００５０】もし機能ブロックＦＵＮＣ５で四捨五入が
行われると、平均してその誤差は１／４ビット、または
ＦＵＮＣ５が採用されないときは１／２ビットの１／２
である。従って、ＦＵＮＣ５は結果の画素ＲｊがＰｊと
同数のビットを有するならば、ミキサ３０に必要な全サ
イクル時間は６システムクロック周期である。
【００５１】ミキサ３０は２機能を果たす。第１の機能
はアルファミキシング（またはアンチエリアシング）で
ある。第２の機能はデータが転送される経路を制御する
ことである。図２に示すように、ＦＢ＿Ｎを除く各ＦＢ
に対し、３：１ＭＵＸが用意される。さらに、コストお
よび複雑さの低減のため、ＭＵＸ１７の機能はミキサ３
０に組み込まれる。
【００５２】アルファを１．０にセットすると、Ｒ
ｊ（アルファミキシングの結果）はＰｊである。アルフ
ァを０．０にセットすると、その時はＲｊはＲｊ−１で
ある。換言すれば、アルファ値が適切に選択されれば、
ミキシング機能によって多重化機能が果たされる。この
ことは図５に示すブロック（ＦＵＮＣ４）において行わ
れる。ＦＵＮＣ４の論理を、８ビット幅アルファ値に対
し、図６に示す。アルファ値を制御するのに２ビットＶ
ＩＤ＿ＣＮＴＲＬが採用される。アルファ書込み許可ビ
ット（ＶＩＤ＿ＣＮＴＲＬ＿１）がアサート（論理
「１」）の時は、α＿ＯＵＴはアルファ入力と同一であ
る。アルファ書込み許可ビット（ＶＩＤ＿ＣＮＴＲＬ＿
１）がデアサート（論理「０」）の時は、α＿ＯＵＴ＿
Ｏ〜α＿ＯＵＴ＿６はＡＮＤ６〜ＡＮＤ０によりゼロに
させられる。さらに、α＿ＯＵＴ＿７は１にセットさ
れ、α＿ＯＵＴ＝１．０にして、ミキサ３０にＰｊ＋１
を選択させる。
【００５３】ミキサ３０への入力および出力の総数は、
８ビットアルファ値を仮定すると、パワー等を含まない
全８３ピンに対し、 各Ｒ，Ｇ，Ｂカラー：Ｒｊに対し ８出力 Ｐｊに対し ８入力 Ｒｊ＋１に対し ８入力 共通信号 アルファに対し ８入力 ＶＩＤ＿ＣＮＴＲＬに対し ２入力 システムクロックに対し １入力 である。
【００５４】前述のように、画素ミキシングに際しての
問題点の一つは、２つの異なるソースから生成した２画
像は書式が違うことがある点である。例えば画素サイズ
が２画像ソース間で異なり、１画像ソースの画素は正方
画素であり、他の画像ソースの画素は正方画素ではない
ことがある。他の例は２画像ソースが同一解像度を有し
ないことがある。従って全ＦＢ構造に対し各画素毎対応
を有するためには、一方の画像ソースが他方のより小さ
ければ、１画像はスケールアップし、あるいはその画像
が他方より大きければ、スケールダウンをする必要が生
ずることがある。本発明の教えに含まれるこれら問題の
一解決は、ＦＢの画像ソースの解像度が、水平垂直両方
向で各画像ソースの最小公倍数であるようなＦＢのすべ
てに関しオーバーサンプルすることである。解像度が１
９２０×１０３５画素に固定されるＨＤＴＶ画像サンプ
ラーの場合と違い、オーバーサンプリングは必ずしも簡
単に行われないという点で、この最小公倍数法は望まし
い。しかし、もしＦＢサイズが最小公倍数のサイズであ
る時は、画素は単純に複製されるか、またはオーバーサ
ンプリングの手段として内挿される。別の方法はオーバ
ーサンプルを行うためにディジタル信号処理を採用する
ことである。
【００５５】しかし最小公倍数法によって、ＦＢのサイ
ズが非常に大きくなってしまうことに注意を要する。例
えば、４８０走査線と１０３５走査線の最小公倍数は３
３，１２０走査線である。更に、結果の画素が正方画素
でないことがある。またモニタバンド幅に適合するため
には時間基準補正が必要なことがある。ここで、モニタ
バンド幅とは、画素レートのことである。例えば、出願
人のモニタＴＶ（６０９１モニタ）では、ノンインタレ
ース、解像度１２８０×１０２４、走査周波数６０ＫＨ
ｚで、画素レートは１１０ＭＨｚである。
【００５６】幸いなことに、多くの図形処理またはビデ
オシステムでは、画素は通常正方（または正方形に近
似）である。さらに、ウィンドウ表示により、画像ソー
スは全ＦＢを充当する必要はなく、従って各画素は等し
く取扱うことができる。かくして、画素Ｐ（ｘ，ｙ）ｊ
はすべてのｊ（１≦ｊ≦Ｎ）に対し正方でサイズが等し
いと考えてよい。こゝでｊはｊ番目のＦＢを表わし、Ｎ
はシステム中のフレームバッファの数である。
【００５７】要約すると、本発明は、表示モニタにおい
て複数画像ソースを組合わせる問題を取り上げ解決す
る。オーバーレイおよびブレンディング技法がＮ個の独
立画像ソースを有するシステムに対し開示される。
【００５８】本発明の手法は、各ソースが関連のＦＢを
有する独立画像ソースのいかなる数（Ｎ）をも考慮に入
れている。またアーキテクチャは、各ＦＢの逐次出力を
ビデオ出力に適合するようにインタリーブできるように
なっている。従って、インタリーブにＭ配列が必要なら
ば、その時はミキサ３０の総数はＮ×Ｍであり、これが
画像の組合せ透明度係数の関数である画素精度を有する
いかなる数の画像のミキシングをも可能にする。
【００５９】本発明の教えはまた、各種ミキシング演算
が、アプリケーションの特定ウィンドウ識別番号に基づ
き、マルタスク環境で生ずることができるような、ビデ
オ参照用テーブルを採用している。
【００６０】本発明はまた、ＷＩＤ値を用いいかなる数
の独立画像ソースに対しても、各画素毎ベースでリアル
タイム画素切換えおよび制御を提供する。
【００６１】本発明は、その好ましい実施例に関し特別
に図示し、また説明してきたが、本発明の目的および精
神から逸脱することなく、形式および詳細部分での変更
を行いうることは、当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】多数のビデオデータソースが関連ウィンドウ内
にそれぞれ表示されている表示画面の説明図。
【図２】本発明に従って、参照用テーブルを有する多数
の階層配列フレームバッファ、画素ミキシング、および
フレームバッファ間に介在する画素多重化回路構成を示
すブロック図。
【図３】参照用テーブルを有する多数の階層配列フレー
ムバッファ、画素ミキシング、およびフレームバッファ
間に介在する画素多重化回路構成のＮ×Ｍコンフィギュ
レーションを示すブロック図。
【図４】ローカルホストビデオ経路の説明図。
【図５】集積回路デバイス内に具体的に例示された画素
ミキシングおよび多重化論理を説明するブロック図。
【図６】図５の画素ミキシング論理からアルファ制御論
理機能を説明する図。
【符号の説明】
１０ 複数ソースビデオ表示画素ミキシングシステム １２ 表示装置 １４ ローカルホスト（ワークステーション） １５ 参照用テーブル（ＬＵＴ） １６ ＭＩＸ論理 １７ マルチプレクサー（ＭＵＸ）論理 １９ 制御論理 ２２ ビデオ制御（ＶＣ）ＬＵＴ ２４ シリアライザ ３０ ミキサ集積回路デバイス ３２ 加算器 ３４ 乗算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レオン、ルメルスキー アメリカ合衆国コネチカット州、スタム フォード、ガクストン、ロード、30 (72)発明者 アラン、ウェスリー、ピーバーズ アメリカ合衆国ニューヨーク州、ピーク スキル、パーク、ストリート、1238 (72)発明者 ジョン、ルイス、ピタス アメリカ合衆国コネチカット州、ベセ ル、キングスウッド、ドライブ、46 (56)参考文献 特開 平２−163793（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−106283（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−154577（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−105388（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−123391（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−210395（ＪＰ，Ａ) Ａｎｄｒｅｗ Ｓ．Ｇｌａｓｓｎｅｒ 著，白田耕作 監訳「最新３次元コンピ ュータグラフィックス」，（平３−４− １），株式会社アスキー，ｐ．284−ｐ. 293 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G06F 15/66 G06F 15/72 G09G 5/06

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】画像表示装置であって、 最高優先度フレームバッファ手段および複数の低優先度
    フレームバッファ手段を提供するように階層式に組織さ
    れた複数のフレームバッファ手段であって、その各々が
    接続されている画像ソースから受信した画素値を格納し
    ているフレームバッファ手段と、 前記各フレームバッファ手段と結合され、格納した画素
    値の表示書式を予め定められた表示書式に変換するため
    の変換手段と、 前記変換手段の出力端子の個々の出力端子に結合される
    入力端子を有し、合成画像画素を形成するために前記複
    数のフレームバッファ手段の各々からの画素値を選択的
    に組合わせるための組合せ手段とを備え、 前記組合せ手段は、前記フレームバッファ手段のうちの
    階層上隣接した２つのものの間にそれぞれが介在するよ
    うにして入出力端子が接続された複数の生成手段を有し
    ており、前記生成手段のそれぞれは、画素値を選択的に
    生成し、その生成した画素値を次にレベルが高い生成手
    段の入力端子に提供するものであり、前記生成手段は制
    御手段に応答して、（ａ）前記フレームバッファ手段の
    うちの階層上隣接したもののうちの第１のフレームバッ
    ファ手段からの画素値出力に等しい画素値を提供する
    か、（ｂ）前記フレームバッファ手段のうちの階層上隣
    接したもののうちの第２のフレームバッファ手段からの
    画素値出力に等しい画素値を提供するか、または（ｃ）
    前記第１および第２のフレームバッファ手段からの各々
    の画素値出力の組合せに等しい画素値を提供し、 前記生成手段のそれぞれは、前記フレームバッファ手段
    のうちの接続されているものが提供する画素透明度値に
    応じて、接続されている前記フレームバッファ手段から
    の画素値と、次に優先度が低いレベルから受信する画素
    値とを、共にミックスするためのミキサー手段を含んで
    おり、 前記ミキサー手段はそれぞれ、次に優先度が低いレベル
    の前記フレームバッファ手段に接続された前記ミキサー
    手段から受信した画素値から、当該ミキサー手段が接続
    されている前記フレームバッファ手段から出力された画
    素値を減算するための第１の手段と、当該ミキサー手段
    が接続されている前記フレームバッファ手段から出力さ
    れた画素値に関連する透明度値に、前記第１の手段から
    出力された差分値を乗算するための第２の手段と、およ
    び次に優先度が低いレベルの前記フレームバッファ手段
    に接続された前記ミキサー手段から受信した画素値に、
    前記第２の手段が出力した乗算値を加算するための第３
    の手段とを有することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】ビデオ画素データを生成するための方法で
    あって、 最高優先度フレームバッファ手段および複数の低優先度
    フレームバッファ手段を提供するように階層式に組織さ
    れた複数のフレームバッファ手段を有し、また前記フレ
    ームバッファ手段の各々が、接続されている画像画素ソ
    ースからの画像画素データを格納するステップと、 最も低いレベルのものを除いて、前記フレームバッファ
    手段の各々のレベルにおいて、 ａ） 当該レベルの前記フレームバッファ手段から出力
    された画素値に等しい第１の画素値と、 ｂ） 隣接した低いレベルの前記フレームバッファ手段
    から出力された第２の画素値と、 ｃ） 当該レベルの前記フレームバッファ手段から出力
    された透明度値に基づいて、当該レベルの前記フレーム
    バッファ手段から出力された前記画素値と、隣接した低
    いレベルの前記フレームバッファ手段から出力された前
    記画素値とを組み合わせた第３の画素値のいずれか１つ
    を当該レベルの出力として選択するステップであって、 前記第３の画素値を選択する場合には、当該フレームバ
    ッファ手段から提供された前記画素透明度値に基づい
    て、当該フレームバッファ手段からの画素値と隣接した
    低い前記フレームバッファ手段から受信した画素値とを
    ミックスし、このミックスするステップはさらに、 次に優先度が低い前記フレームバッファ手段から受信し
    た前記画素値から当該フレームバッファ手段から出力さ
    れた前記画素値を差し引いて差分を求めるステップと、 前記差分に、当該フレームバッファ手段から出力された
    前記画素値に関連した前記画素透明度値を乗算して乗算
    値を求めるステップと、 前記乗算値に、次に優先度が低いレベルの前記フレーム
    バッファ手段から受信した前記画素値を加算するステッ
    プを含んでいることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】画像画素データを処理するための集積回路
    装置であって、第１の画素値ソースの出力端子に結合す
    るための第１の入力ポートと、第２の画素値ソースの出
    力端子に結合するための第２の入力ポートと、前記第１
    の画素値ソースから出力された前記画素値に関連した画
    素透明度値ソースの出力端子に結合するための第３の入
    力ポートとを備え、さらに制御入力ポートに与えられる
    制御信号の所定の状態に応答して、前記第１の入力ポー
    ト及び前記第２の入力ポートから受信した画素値を選択
    的にミックスする手段であって、この手段は、前記第２
    の入力ポートより受信した画素値から前記第１の入力ポ
    ートより受信した画素値を差し引く第１の手段と、前記
    第１の手段から出力された差分に前記第３の入力ポート
    から受信した画像画素透明度を乗算する第２の手段と、
    前記第２の手段からの出力された値に前記第２の入力ポ
    ートから受信した前記画素値を加算する第３の手段とを
    有している、前記手段と、 前記第３の手段に結合されており、結果として得られた
    画素値を出力する出力ポートと、 を備えたことを特徴とする集積回路装置を有する請求項
    １記載の装置。
  4. 【請求項４】前記集積回路装置は、さらに前記第２の入
    力ポートから受信した画素値を、前記第１および第２の
    手段の演算に必要な時間だけ遅延せしめるための遅延手
    段を有し、 前記遅延手段は、前記第２の手段から出力された値に前
    記遅延された画素値を加算するために、前記遅延された
    画素値を提供するべく前記第３の手段に結合された出力
    端子を有することを特徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】画像表示装置であって、 最高優先度フレームバッファ手段および複数の低い優先
    度フレームバッファ手段を提供するように階層的に組織
    された複数のフレームバッファ手段であって、前記フレ
    ームバッファ手段の各々が接続されているソースからの
    画像画素データを格納する前記フレームバッファ手段
    と、 画素値を選択し、次に優先度が高いレベルの他の選択手
    段の入力端子に選択した画素値を提供するために、階層
    的に隣接するフレームバッファ手段間に介在するように
    接続された選択手段であって、前記選択手段が制御信号
    に応答して、（ａ）当該レベルにおける前記フレームバ
    ッファ手段から出力された前記画素値に等しい画素値
    と、（ｂ）レベルが低い隣接した前記フレームバッファ
    手段から出力された画素値と、（ｃ）当該レベルの前記
    フレームバッファ手段から出力された前記画素値と、次
    にレベルが低い隣接した前記フレームバッファ手段から
    出力された前記画素値とを組み合わせた画素値であっ
    て、この組み合わせは当該レベルの前記フレームバッフ
    ァ手段から出力された前記画素値に関連する画素透明度
    値に基づいて行なわれる、前記画素値のいずれか１つを
    各々のレベルにおける出力として選択する前記選択手段
    であって、 前記選択手段は、次に優先度が低いレベルの前記フレー
    ムバッファ手段から受信した前記画素値から当該フレー
    ムバッファ手段より出力された前記画素値を差し引く第
    １の手段と、前記第１の手段から出力された差分に、当
    該フレームバッファ手段より出力された前記画素値に関
    連する前記画素透明度を乗算する第２の手段と、前記第
    ２の手段から出力された値に、次に優先度が低いレベル
    の前記フレームバッファ手段に接続された前記選択手段
    から受信された前記画素値を加算する第３の手段とを含
    んでいることを特徴とする画像表示装置。
  6. 【請求項６】前記フレームバッファ手段のそれぞれの出
    力端子に結合され、格納された前記画像画素データのフ
    ォーマットを所定のフォーマットに変換する手段をさら
    に含むことを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
  7. 【請求項７】前記制御信号は制御手段によって生成さ
    れ、この制御手段は、画素色コード及び表示画面ウィン
    ドウ識別子に基づいて各画素毎に前記制御信号を発生す
    る参照用テーブル手段を含んでおり、 前記画素色カードと前記表示画面ウィンドウ識別子は、
    前記制御手段に接続された前記フレームバッファ手段の
    うちの１つに格納されることを特徴とする請求項５記載
    の画像表示装置。
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