Videobild-Erstellungssystem und bei diesem anwendbares
Verfahren zum Erstellen eines Videobildes
Die Erfindung bezieht sich auf das Erstellen von Videobildern.
Es existiert eine Anzahl von verfügbaren Standard-Rechner-Peripheriegeräten,
die die Erzeugung von "Rechner-Grafiken" vollständig elektronisch vorzunehmen gestatten.
Diese Grafiken können die Form von Vektor- oder Rasteranzeigen haben, wobei die Eingabeeinrichtung üblicherweise
irgendeine Form einer Berührungsplatte bzw. eines Berührungstabletts hat, auf dem eine Bedienperson zeichnen
kann, wobei die Ergebnisse des Zeichnens im Echtzeitbetrieb auf einer elektronischen Anzeigeeinrichtung
zu sehen sind.
Das System, das unter anderem für Fernsehleute von besonderem
Interesse ist, ist ein System der Rasteranzeigekonfiguration, bei der die Anzeige selbst die Form eines
normalen Farbfernsehschirms haben kann, wobei die Videoinformation
von dem Rechner dann direkt gesendet werden kann. Die ohne weiteres ersichtliche Anwendung eines
derartigen Systems ermöglicht die elektronische Erzeugung der soweit in modernen Produktionen verwendeten
Grafiken, anstatt der Anwendung der traditionellen Verfahren mit Bleistift und Papier oder der traditionellen
Verfahren "mit Ausschneiden und Aufkleben". Diese traditionellen
Verfahren sind zeitraubend und verbrauchen viel Materialien.
Ein typisches bekanntes elektronisches grafisches System
ist in Fig. 1 veranschaulicht. Dieses System umfaßt eine Berührungsplatte bzw. ein Berührungstablett 10, einen
Rechner 12, einen Vollbild- bzw. Bildspeicher 13 mit
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zugehörigen Farberzeugungs-RAM-Speichern 14 bis 16 für
die Anzeigeeinrichtung 17. Ein Künstler zeichnet mit einem Stift 11 auf dem Berührungstablett, und der Rechner
12 registriert die Koordinaten (x, y) des Stiftes, während die ausgewählte Farbe festgehalten wird, die
der Künstler für die Zeichnung ausgewählt hat. Der Rechner gibt dann die in Frage kommenden Adressen an
den Bildspeicher 13 ab, in welchem die Bildelemente unter der betreffenden Adresse so modifiziert werden,
daß der Code festgehalten wird, der der gewählten Farbe entspricht, die der betreffende Speicher als eintreffende
Daten aufgenommen hat. V7enn der Bildspeicher mit normalen Sende-Video-Frequenzen ausgelesen wird, dann sind auf
der Anzeigeeinrichtung die Zeilen oder Bilder sichtbar, die von dem Künstler gezeichnet worden sind. Es hat sich
in der Praxis herausgestellt, daß in dem Fall, daß die Anzeigeeinrichtung direkt vor dem Berührungstablett angeordnet
ist, die Tatsache kein Problem hervorruft, daß der Künstler nicht seine Hand, sondern den Anzeigeschirm
sieht.
Es ist möglich, den Rechner dazu heranzuziehen, die Stiftgröße
so festzulegen, daß sie mehrere Bildpunkte im Durchmesser groß ist, beispielsweise so groß, daß die in dem
"Zeichen"-Bild vorhandenen Linien eine bestimmte Breite
haben, als wenn mit einem größeren Stift gezeichnet worden wäre. Dies wird dadurch erreicht, daß das Schreiben
von Daten in dem Bildspeicher so gesteuert wird, daß die benachbarten Bildpunkte auch die eintreffenden Daten erhalten.
Die Farbe für die Anzeige wird aus den RAM-Speichern 14
bis 16 erzeugt, die die ROT-, GRÜN- bzw. BLAU-Komponente verarbeiten, um die gewünschte Farbkombination zu erzeugen.
(Gleiche Beträge von R-, G- und B-Komponenten erzeugen ein monochromes Bild mit einer bestimmten Helligkeit.)
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Wenn die Daten aus dem Bildspeicher 13 acht Bit breit sind, gestattet dies 256 verschiedene "Teilfarb"-Kombinationen
zu erzielen. Die Kapazität der RAM-Speicher ist entsprechenigewählt. Die verschiedenen Farbparameter
werden in die RAM-Speicher von dem Rechner her eingeführt; sie können bei Bedarf aktualisiert werden.
Während des normalen Betriebs arbeiten die RAM-Speicher als ROM-Speicher in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des
Bildspeichers,
Das beschriebene System ist kennzeichnend für eine ziemlich allgemeine Anwendung von digitalen Verfahren, wobei
bereits eine Anzahl derartiger. Einheiten verfügbar ist.
Bei dem beschriebenen System ist der Weg von dem Berührungstablett
zu dem Bildspeicher und der Anzeigeeinrichtung über den Rechner vollständig unidirektional, da der
Rechner lediglich in den Bildspeicher einschreibt und aus diesem Speicher nicht liest (und in einem derartigen
System keinen Gebrauch macht von der in dem Bildspeicher festgehaltenen Information).
Die mit einer derartigen Maschine gezeichnete Art von Bildern kann eine sehr hohe Qualität haben, jedoch dennoch
in die Kategorie der "Feinkunst" fallen oder, um einen anderen Weg zu wählen, mehr impressionistisch als
realistisch aussehen. Dies wird durch die Eigenschaft der harten "elektronischen" Linien hervorgerufen, die
weit weg von Struktur- und Tonqualitäten der konventionelleren Künstler-Geräte sind.
Diese elektronische Eigenschaft der Bilder wird noch
durch den Umstand verstärkt, daß die existierenden Systeme "teilweise" Farbsysteme (wie dargestellt) sind
und nicht "volle" Farbsysteme. Dies bedeutet, daß der Bildspeicher lediglich 256 mögliche Kombinationen be-
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■ - 8 -
züglich des jeweiligen Bildelements aufweist, und daß
eine Farbe jeder dieser Kombinationen zugeteilt werden kann. Demgemäß sind lediglich 256 Farbton- bzw. Farbwert-,
Sättigungs- oder Leuchtdichtepegel für irgendein vorgegebenes Bild auf dem Anzeigeschirm möglich. Eine tatsächliche
Bilddarstellung einer Szene würde weit mehr Kombinationen als diese Kombinationen aufweisen.
Das System gemäß der vorliegenden Erfindung versucht eine vollkommenere elektronische Analogie des normalen
Künstler-Werkzeugs zu erreichen, damit eine Bedienperson noch einen Schreibstift bewegen kann, dennoch aber
die Ergebnisse auf einem Anzeigeschirm so erscheinen, als ob die betreffende Bedienperson tatsächlich mit
einem Bleistift, einem Malpinsel oder mit einem anderen Gerät arbeitet.
Dazu ist das erfindungsgemäße Videobild-Erstellungssystem dadurch gekennzeichnet, daß Bilddaten bereitgestellt werden,
die sich auf zumindest einen Bildpunkt beziehen, der einer bestimmten Koordinatenstelle zugeteilt ist, und daß
Verarbeitungseinrichtungen vorgesehen sind, die das Bild für die jeweilige bestimmte Koordinatenstelle sowohl aus
den gerade abgeleiteten Bilddaten als auch aus den zuvor abgeleiteten Bilddaten verarbeiten.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein bekanntes Bilderstellungssystem. Fig. 2 zeigt einen grafischen Vergleich zwischen der
Helligkeit einer bekannten Anordnung und entsprechenden Erwägungen gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel, das unter Mitwirkung eines
Bleistifts gewonnen worden ist.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel, das durch einen spitzeren
Bleistift gewonnen worden ist.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Betriebs eines in Fig. 5 gezeigten Prozessors.
Fig. 7 veranschaulicht im einzelnen einen Speicheradressierungsbetrieb .
Fig. 8 veranschaulicht einen zu dem Betrieb gemäß Fig. 6 alternativen Verarbeitungsbetrieb.
Fig. 9 veranschaulicht eine weitere alternative Verarbei-'
tungsfunktion.
Fig.10 zeigt eine Konfiguration, die für ein Teilfarbsystem
verwendet wird.
Fig.11 zeigt eine erweiterte Anordnung, die für eine Vollfarbverarbeitung
geeignet ist,
Wie bereits im Zusammenhang mit der bekannten Anordnung gemäß Fig. 1 beschrieben, kann ein derartiges bekanntes
System die Stiftgröße bestimmen, obwohl das durch diesen Stift gezeichnete resultierende Bild vielmehr impressionistisch
aussehen kann, und zwar aufgrund der harten elektronischen Linien. Unter Berücksichtigung dieses
bekannten Systems, welches in schwarz und weiß (monochrom) arbeitet, sei angenommen, daß die Stiftbreite mit sieben
Bildpunkten ausgewählt worden ist (wobei eine Zentrierung im Bildpunkt 4 erfolgt ist).. Sodann wird die Intensität
bzw. Helligkeit dem aus Fig. 2 (a) ersichtlichen Verlauf entsprechen. Um sich zu einem natürlicheren Bild hin zu
bewegen, bestand die erste Erwägung darin, die Helligkeit so zu variieren, daß sie zu den Kanten des Stiftes
hin reduziert ist, wie dies Fig. 2 (b) veranschaulicht. Die Form wurde zunächst dadurch berechnet, daß ein Zylinder
berücksichtigt wurde, der auf eine Matrix von Bildelementen projeziert wurde. In der Mitte war volle Helligkeit
vorhanden, während an den Kanten, an denen der ZyIinder
lediglich teilweise ein Bildelement abdeckt, eine entsprechend reduzierte Helligkeit vorlag bzw. benutzt
- ίο -
wurde. Obwohl dadurch der richtige Vfeichzeichnungseffekt
für die Kanten erzielt wird, um ein verbessertes Bild, auf einer Rasteranzeige zu liefern, wird dadurch jedoch
lediglich teilweise das Problem überwunden, da nämlich der Algorithmus keine Kenntnis vom Hintergrund hat und
demgemäß einen Lichthofeffekt hervorruft.
Es hat sich herausgestellt, daß es zur Erzeugung eines realistischeren Bildes erforderlich ist, einen Beitrag
vom "Hintergrund" zu liefern, auf dem das Bild gezeichnet wird, wenn das betreffende Bild synthetisiert wird.
Der Hintergrund kann dem Papier oder dem Teil des bereits erstellten Bildes entsprechen. Die Gründe für
diese Lösung v/erden nunmehr erläutert v/erden.
Im folgenden sei der Stift betrachtet, als wäre es ein
Bleistift, der lediglich als ein Punkt betrachtet werden kann, welcher über das Papier zur Bildung von Linien
gezogen werden kann. Eine weitere Überprüfung hat jedoch gezeigt, daß dies lediglich teilweise zutrifft, da
das Ende des Stifts eine "Verbreiterung" aufweist und daß diese Verbreiterung in Abhängigkeit davon variiert,
ob es sich bei dem betreffenden Stift um einen Bleistift, um einen Farbstift, um einen Färb- bzw. Ölkreidestift,
um Holzkohle oder um ein anderes Gerät handelt, v/enn
somit ein System so auszubilden ist, daß die Künstler-Geräte erfolgreich nachgebildet v/erden, wenn der Stift
über das Berührungstablett bewegt wird, dann dürfen nicht gerade die entsprechenden Bildelemente mit ihrer
Adresse und ihren in Frage kommenden Farben das System ausfüllen, sondern vielmehr muß eine Verbreiterung um
den in Frage kommenden Punkt wie bei einem tatsächlichen Stift, einer tatsächlichen Ölkreide oder einem tatsächlichen
Kohlestift gebildet werden.
Wenn der betreffende Stift nunmehr so betrachtet wird,
als wäre er ein Malerpinsel, dann benötigen weitere Aspekte eine Untersuchung, da die Art des Malens ebenfalls
von Wichtigkeit ist. Eine vollständig mit Plakatfarbe versehene Bürste ist dem Stift- bzw. Bleistift-Fall
sehr ähnlich, da sie einfach die Farbe des Papiers durch die Plakatfarbe entsprechend einer bestimmten Verteilung
bzw. Verbreitung ersetzt. Bei Wasserfarben und Ölfarben hängt es nun nicht nur davon ab, in welche Farbe der
Pinsel bzw. die Bürste getaucht wird, sondern es hängt auch davon ab, welche Farbe auf dem Papier ist. Die
Pinsel werden noch Verbreiterungen aufweisen, nicht jedoch von der einfachen Art des Stiftes bzw. Bleistiftes,
der lediglich eine einzige Spitze aufweist. Die jeweilige Bürste kann eine Vielzahl von Spitzen aufweisen (die
Punktierung), Linien (bei Öl) oder gerade ©ine einzige Spitze (das traditionelle Kamelhaar), wobei jedoch in
allen Fällen nur ein geringer oder überhaupt kein zeitlicher Gehalt vorliegt.
Es hat sich somit gezeigt, daß anstelle des Einschreibens
von lediglich einem Punkt oder mehreren Punkten gleichen Wertes für die jeweilige Position des Stiftes auf dem
Berührungstablett eine Verteilung von Leuchtdichte- bzw. Luminanz- und Farbart- bzw. Chrouninanzpegeln um den betreffenden
fraglichen Punkt zu schreiben ist, damit die Wirkung des Stiftes oder des Pinsels simuliert wird. An
der äußersten Einflußkante des Stiftes ist ein sehr geringer Beitrag von dem Stift vorhanden, während ein großer
Beitrag von dem Hintergrund vorhanden ist. Demgegenüber ist in der Mitte des Stiftes der Beitrag nahezu
durch den Stift gegeben.
Nunmehr sei auf Fig. 3 Bezug genommen, in der kleine Vierecke bzw. Quadrate Bildpunkte kennzeichnen und in
der die vertikale Achse den Beitrag von dem Bleistift veranschaulicht. Die dargestellte Kurve könnte typisch
sein für einen breiten Stift, während die in Fig. 4 gezeigte
Kurve genauer einen Stift mit einer schmalen feinen Spitze veranschaulicht,
Der Beitrag (K) für den Stift gemäß Fig. 3 und 4 wird
durch den Beitrag ergänzt, der von dem Hintergrund geliefert wird. Dieser Hintergrund kann Papier oder das
bereits unterlegte Zeichenbild sein. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß dann, wenn der Beitrag von
dem Stift abnimmt, der Beitrag von dem Hintergrund zunimmt, und umgekehrt. Demgemäß muß die Information auf
diesem Hintergrund während der Bildzusammensetzung bzw. Bildsynthese verfügbar gemacht werden.
In dem Fall, daß die Form von einem Zylinder berechnet
wird, wie dies oben erwähnt worden ist, führt dies in der Praxis zu einem scharfen stiftartigen Ergebnis,
wenn eine Verarbeitung durch die Rasteranzeige erfolgt. Die gleichmäßige "Höhe" des ausgewählten nicht-quantifizierten
Zylinders definiert wirksam den Beitragswert (K).
Eine Anordnung zur Schaffung des Bilderstellungssystems
gemäß der Erfindung ist in Fig. 5 veranschaulicht. Um das Verständnis der Arbeitsweise zu erleichtern, wird
das betreffende System zunächst als Schwarz-Weiß-System (monochromes) System beschrieben werden, so daß lediglich
eine Variation in der Helligkeit berücksichtigt wird. Der Farbbetrieb wird später noch im einzelnen erläutert
v/erden.
Das Berührungstablett 10 ist, wie zuvor, mit seinem zugehörigen
Stift versehen, und die x- und y-Koordinaten werden einem Adressengenerator 24 zugeführt. Die gewünschte
Anordnung wird mit Hilfe der Schalter 21 in zweckmäßiger Weise ausgewählt.
Diese Schalter können beispielsweise die Form von digitalen
Standard-Zahleneinstellschaltern haben, so daß die Einstellung einer bestimmten Zahl zu einem Ausgangssignal
führt, welches kennzeichnend ist für das gewählte Gerät und die gewählte Farbe (oder Helligkeit
im monochromen Fall), wobei die Auswahl aus jenen Größen erfolgt, die für den Benutzer verfügbar sind. Beispiele
für typische Geräte- bzw. Werkzeugformen sind in Fig. 3 und 4 veranschaulicht; diese Formen würden in dem
ROM-Speicher 23 vorgespeichert werden, und die jeweils ausgewählte Größe würde aus dem betreffenden Speicher
für einen Bildpunkt verfügbar gemacht, und zwar auf einer Bildpunkt-Basis mittels des Adressengenerators
Dieser Speicher 23 liefert effektiv den Wert K für irgendeinen
vorgegebenen Bildpunkt innerhalb des ausgewählten Flecks. Ein entsprechender Betrjfb tritt auch
für den Helligkeitswert auf, der aus jenen Werten ausgewählt
ist, die in dem ROM-Speicher 22 verfügbar sind (siehe auch die schematische Darstellung gemäß Fig. 6).
Die Verteilungsdaten für den Verteilungskoeffizienten K bezüglich eines vorgegebenen bzw. bestimmten Gerätes
mit den Werten, die dem Beispiel entsprechen, wie es in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, und die aus dem Formungs-ROM-Speicher
23 ausgelesen werden, ändern sich somit in dieser bestimmten Art und Weise von Bildpunkt zu Bildpunkt.
Darüber hinaus werden Helligkeitsdaten aus dem ROM-Speicher 22 für eine Verarbeitung durch den Prozessor
20 ausgelesen. Die Größe des interessierenden Bereiches für ein bestimmtes Gerät wird zweckmäßigerweise
zu dem Adressengenerator 24 hingeleitet, wie dies veranschaulicht,
ist, um nämlich sicherzustellen, daß die Anzahl der neben einer vorgegebenen bzw. bestimmten
Koordinate verarbeiteten Bildpunkte auf einem Minimum gehalten wird, damit eine maximale Verarbeitungsgeschwindigkeit
gewährleistet wird.
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Der Prozessor 20 nimmt nun nicht nur Daten von dem ROM-Speicher
22 her auf, sondern auch von dem Bildspeicher 13 her. Der betreffende Prozessor verwendet einen Teil
der neuen Daten mit den zuvor gespeicherten Daten. Der Anteil ist dabei durch den Viert K zu irgendeinem vorgegebenen
Zeitpunkt bestimmt. Zu den gewünschten (gelesenen) Adressen aus dem Hauptspeicher erfolgt ein
Zugriff mittels des Adressengenerators 24, und zwar so, wie dies für die Adressen zutrifft, unter denen die
verarbeiteten Daten zu speichern sind. Demgemäß fließt ■·
die Information nicht nur so, wie dies simuliert wird, zu dem Speicher hin (wie im bekannten Falle), sondern
die betreffende Information fließt außerdem von dem
Speicher heraus für eine Verarbeitung. Diese Verarbeitung kann als "Lese-I'Iodifizierun£s-Schreib"-Prozeß bezeichnet
werden. V/ährend der Bildaufbau fortschreitet; ist der Verlauf kontinuierlich für den Monitor 17 verfügbar
gemacht, indem eine drei Anschlüsse aufweisende Bildspeicheranordnung verwendet wird, wie sie veranschaulicht
ist und die einen separaten Anzeigeadressengenerator 25 enthält, der aufeinanderfolgend den Bildspeicher
13 adressiert, um Zugriff zu den gespeicherten Daten für eine Überwachung bzw. Betrachtung zu erhalten.
Der Adressengenerator 25 steht, wie veranschaulicht, unter
der Steuerung einer Synchronisiersignal-Abtrennschaltung 26, die in normaler Art und Weise eine Information
von einer Videobezugsquelle erhält. Demgemäß gestattet . der Bildspeicher 13 einen Zugriff für die Verarbeitung,
so daß an jedem Punkt im wesentlichen wahlfrei bzw. b'eliebig und an einem Videoausgangsanschluß ein Lese- und
Schreibvorgang durchgeführt wird, von dem der Inhalt des Bildspeichers mit Videofrequenzen angezeigt werden
kann.
Ein Beispiel der Rechen-Verarbeitung der Daten ist in
Fig. 6 gezeigt. Die.stift-förmige Verteilung und die
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Helligkeit sind als Größen schematisch angedeutet, die
aus den Speichern 23 bzw. 22 her kommen. Dies ist selbstverständlich kein Grund dafür, daß im elektronischen Falle die Intensität (oder im erweiterten Farbsystem
die Farbe) über den Pinsel hinweg konstant zu sein hat, und demgemäß nehmen die Stift-Farbdaten oder
die Stift-Interisitätsdateri, die gespeichert sind, entsprechende
Vierte zu den gespeicherten Stiftformdaten an.
Der Algorithmus zum Füllen des Inhalts des Bildspeichers 13 bei Bewegung des Stiftes ist wie folgt gegeben:
LUMA(neu) = K*PL. + C1 - K) .
= K.(PL- LUHA611.) + LIMA
Dies gilt für K ^ 1 und kennzeichnet die Verteilung auf
einer Punkt-zu-Punkt-Basis der Stiftform.
PL ist die Stift-Intensität und kennzeichnet einen
Luminanzwert. LUMA ist der Bildspeicherinhalt.
Dieser Algorithmus ist durch den Prozessor 20 realisiert.
;
Der Bildelementebereich, bestehend aus 16*16 Bildelementen,
ist als Bildelementebereich gezeigt, der groß genug ist, um die gewünschte Stiftform zu umfassen.
Die Prozessor-Hardware zur Verarbeitung dieses bestimmten Algorithmus umfaßt einen Subtrahierer 30 (z.B.
74 S381), einen Multiplizierer 31 (z.B. MPY-8Huj/TR¥)
und einen Addierer 32 (z.B. 74S301). Die Spitze der
Stiftform befindet sich in diesem Falle in der Mitte des Bildelementebereiches; sie liefert den Maximalwert
K an diesem Punkt. Die x- und y-Koordinate, die durch
das Berührungstablett geliefert wird, entspricht der Ecke des aus dem Speicher ausgelesenen Bildelementebereiches.
Die Verarbeitung sämtlicher Punkte innerhalb dieses Bereichs wird durchgeführt, und die modifizierten
Daten v/erden in den Speicher 13 zurückgeschrieben. Während dieser Verarbeitung werden der alte
Luminanz- bzw. Leuchtdichtewert und der bestimmte Intensitätswert
subtrahiert, und die Differenz wird mit einem Koeffizienten K multipliziert. Der Wert für K hängt dabei
davon ab, wo der bestimmte Bildpunkt innerhalb des ausgewählten Bildelementebereiches liegt. Das Ergebnis
wird den früheren Luminanzdaten hinzuaddiert. Es dürfte
ersichtlich sein, daß einige Bildpunkte am Umfang bei diesem Beispiel unverändert bleiben. Die Bewegung des
eigentlichen Stiftes bzw. Schreibstiftes auf der Berührüngsplatte um einen Bildpunkt bewirkt das Auslesen eines
neuen Bildelementebereiches aus dem Speicher 13; dieser ausgelesene Bildelementebereich wird zum größten Teil
die früheren Bildpünkts enthalten, wobei jedoch 16 neue ·
Bildpunkte vorhanden sein werden und wobei selbstverständlich 16 andere Bildpunkte weggelassen sein werden.
Die Verarbeitung wird wieder für den gesamten Bildelementebereich bzw. das gesamte Bildelementefeld durchgeführt.
Während einer bestimmten Zeitfolge wird üblicherweise in denInhalten der Speicher 22 und 23 keine Änderung
auftreten, während jedoch das Bildelementefeld von dem Bildspeicher 13 in Abhängigkeit von der Bewegung
des Stiftes geändert wird. Daraus kann ersehen werden, daß während der gerade beschriebenen zweiten Verarbeitungsoperation
die vorhergehende Bewegung um einen Bildpunkt dazu führt, daß ein Anteil der durch die
frühere Verarbeitungsoperation erzeugten Luminanzinformation
in der Berechnung des neuen Inhaltes für das aktualisierte Bildelementfeld verwendet wird.
Der Prozessor 20 ist durch eine zweckentsprechend aufgebaute Hardware realisiert, die innerhalb einer hinreichend
kurzen Zeitspanne die Verarbeitungsgeschwindigkeiten zu erzielen gestattet, um die Echtzeit-Betriebsanforderungen
zu erfüllen, die über normale Rechengeschwindigkeiten hinausgehen.
■ :..:.. -..- ... 31A81
Die Anzahl der Verarbeitungsschritte für eine vorgegebene
Koordinate hängt von der Größe des Bildelementefeldes ab, zu dem zugegriffen wird.
Wenn das Bildelementefeld eine Breite von 32 Bildpunkten
und eine Höhe von 32 Bildpunkten hat, dann sind für jede Bewegung des Stiftes 32«32 oder 1024 Punkte zu verarbeiten.
Eine angemessene Aktualisierungsrate für den betreffenden Stift würde 500 mal pro Sekunde oder besser noch
häufiger erfolgen. Dieser Wert führt zu einer Verarbeitungsgeschwindigkeit
von etwa 2us pro Punkt.
Die Größe des Bildelementefeldes oder Quadrates von Bildelementen, die aus dem Hauptbildspeicher 13 herausgeführt
sind, muß genau so groß sein wie jene Größe, die durch Zugriff aus den Stift-Intensitäts- und Stift-Formspeichern
22 und 23 herausgeholt wird, Demgemäß weisen die zuletzt genannten Speicher lediglich eine Kapazität
von einigen Bildpunkten in der Breite und Höhe für irgendeine vorgegebene Stiftintensität und -form auf.
Die Größe des Bildelementfeldes kann in Abhängigkeit von Anforderungen veränderbar gemacht sein, wie dies bereits
im Hinblick auf Fig. 5 beschrieben worden ist. Der Adressengener.ator
24 für diese Anordnung arbeitet dabei so, daß die gewünschte Stelle entsprechend ausgewählt wird.
Ein Ausführungsbeispiel dieses Adressengenerators wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert.
Ein Systemtaktgenerator 50 steuert in Verbindung mit den normalen "Go"-Impulsen, die davon herrühren, daß der
Stift bzw. der Schreibstift das Berührungstablett berührt,
den Adressenbetrieb für die Verarbeitung. Ein "Go"-Impuls von dem Berührungstablett lädt die davon
ausgehenden x- und y-Koordinaten in die Register 40 bzw. 41. Diese V/erte werden weitergeleitet, um in die x- bzw.
y-Bildspeicher-Adressenzähler 42, 43 geladen zu werden.
Dadurch ist der Beginn der Adressierung innerhalb des vorgegebenen Bildelementefeldes zum gleichen Zeitpunkt
definiert, zu dem die beiden Bildelementfeld-Speicheradressenzähler
44 und 45 gelöscht sind (Zähler 42 wird geladen und Zähler 44 wird über1 das· ODER-Glied 53 gelöscht)
. Der Go-Impuls von dem Berührungstablett löst außerdem den Taktgenerator 50 aus, der Impulse mit einer
Wiederholungsrate erzeugt, bei der die betreffenden Impulse einen hinreichenden'Abstand haben, um die Verarbeitung
innerhalb des Prozessors 20 gemäß Fig. 5 durchführen zu können, bevor der nächste Impuls erzeugt wird
(z.B. 500 us). Demgemäß gelangt der erste Impuls von dem Generator 50 weiter, um eine Leseoperation bei dem
Bildspeicher 13 sowie bei den Bildelementfeldspeichern 22 und 23 unter einer Adresse zu.bewirken, die durch
die Ausgangssignale der Zähler 42, 43 bzw. 44, 45 festgelegt ist, wie dies schematisch in Fig. 6 veranschaulicht
ist. Eine Verzögerungseinrichtung 51 dient dabei dazu, für die Leseoperation und dem Prozessor 20 eine
genügende Zeitspanne zur Verfugung zu stellen, damit die Daten aus der ersten Bildelementstelle innerhalb
des Bildelementfeldes mit den Intensitätsdaten und dem zugehörigen Verteilungswert verarbeitet werden, bevor
ein Schreibimpuls erzeugt wird, durch den das Einschreiben der verarbeiteten Daten in den Bildspeicher 13 zurück
sowie die Ausführung der "Lese-Modifizierungs-Schreib"-Ablauffolge
ausgelöst wird. Eine weitere Verzögerungseinrichtung 52 ist dazu vorgesehen, Zeit für
die Beendigung der Schreiboperation bereitzustellen, bevor'der Taktimpuls weitergeleitet wird, um die Adressen
in dem Bildspeicher-x-Adressenzähler 42 und in dem Bildelementfeld-Adressenzähler 44 für den nächsten
Zyklus weiterzuschalten bzw. zu erhöhen.
Die x- und y-Größe des durch Schalter 21 gemäß Fig. 5
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ausgewählten Bildelementfeldes ist in den Registern 48 bzw. 49 festgehalten. Diese Werte werden Vergleichern
46 bzw. 47 zugeführt, so daß die gerade vorliegende Zähler s te llung der Zähler 44 und 45 verglichen v/er den
kann,um zu bestimmten, wann das gewünschte Bildelementfeld
vollständig adressiert ist. Demgemäß wird nach Auftreten einer vorgegebenen Anzahl von Taktimpulsen,
die gleich der Anzahl der Bildelemente in der x-Richtung für ein Bildelementfeld (Nx) ist, dann, wenn
das Ausgangssignal des Bildelementfeld-Adressenzählers 44 gleich dem Ausgangssignal des ROM-Speichers 48 ist,
eine Änderung im Ausgangssignal des Vergleichers 46 auftreten, wodurch der Bildelementfeld-Zähler 44 gelöscht
und der Bildspeicher-x-Adressenzähler 42 wieder mit der
x-Koordinate von dem Register 40 her erneut geladen wird. Zugleich werden der Bildspeicher-y-Adressenzähler
43 und der Bildelementfeldspeicher-y-Adressenzähler 45
in ihren ZählerStellungen erhöht, so daß sämtliche Bildelemente in der x-Richtung in dem betreffenden Bildelementfeld
adressiert, verarbeitet und wieder in den Bildspeicher für die nächste y-Stelle in dem Bildelementfeld
eingeschrieben werden. Diese Schritte setzen sich solange fort, bis schließlich die y-Adressenzählerstellung
des Zählers 45 gleich dem Ausgangssignal des ROM-Speieher 49 wird. Dies \fira mit Hilfe des Vergleichers 4?
festgestellt, der eine Anzeige darüber liefert, daß sämtliche Bildelemente innerhalb des Bildelementfeldes
verarbeitet worden sind. Diese Gleichheit bewirkt die Stillsetzung des Taktgenerators 50.
Wenn der Stift zu der nächsten x-, y-Koordinate bewegt wird, dann ist dieser Wert an den Eingängen der Register 40 und 41 verfügbar, und der zugehörige Go-Impuls
veranlaßt die erneute Durchführung des gesamten Operationszyklus, und zwar diesmal für ein Bildelementfeld,
welches um ein Bildelement entweder in der x-Richtung
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oder in der y-Richtung bewegt ist, was davon abhängt,
wie der Stift bewegt worden ist.
Durch Verwendung der zugehörigen Hardware für die Verarbeitung ist es möglich, ein Bildelementfeld von 16·16
Bildelernenten in etwa nur 350 Ais zu verarbeiten und neu
zu schreiben. Diese Zeitspanne ist dabei schnell genug, um normalen Schreibstiftbewegungen zu folgen, ohne daß
eine Gefahr· dafür vorhanden ist, daß die Verarbeitung nachhinkt.
Aufgrund der Verarbeitungsgeschwindigkeit wird das System anscheinend augenblicklich auf sämtliche Bürsten bzw.
Pinsel oder anderen Künstlergeräte bis zu den größten Geräten hin ansprechen. Bei sehr großen Pinseln ist
ein Bildelementfeld von 16*16 oder 32·32' zu klein,
weshalb entweder größere Bildelementefelder oder ein mehrfaches Schreiben in Erwägung zu ziehen sind. Dies
führt zu einer Verlangsamung des Betriebs bzw. der Aktion. Je größer der Pinsel ist, umso langsamer ist
jedoch die Aktion, was nicht unähnlich dem Arbeiten mit einem tatsächlichen Pinsel ist, weshalb dies ziemlich
akzeptabel ist. Damit diese Vedangsamung des Pinsels
nicht in unnatürlichen Schritten erfolgt, wird die Größe des Bildelementfeldes lediglich so groß wie
notwendig für den jeweils benutzten Pinsel gemacht, wobei die Änderung in der Größe bei Bedarf nachgeführt
wird.
Obwohl die in dem Speicher 13 gemäß Fig. 6 angedeuteten
Bildpunktdaten für eine S-Bit-Auflösung festgelegt sind,
wird in der Praxis eine Erhöhung der Auflösung bis zu 16 Bits dazu führen, daß ein Bild von höherer Qualität
erhalten wird, wenn diese Verfeinerung gefordert wird.
Diese Bitverarbeitungskapazität der Speicher und diese
Verarbeitung erfordern demgemäß eine Ausweitung.
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Obwohl die Auflösung der Rasteranzeige lediglich beispielsweise
512·768 Bildelemente umfaßt, ist es zur
Steigerung der Qualität bekannt, daß die Stiftposition (x und y) vorzugsweise eine Genauigkeit vom achtfachen
dieses Werteshat (d.h. 1/8 eines Bildelementes in jeder Richtung) Die oben beispielsweise beschriebene Zylinderform
kann in der Praxis auf die Bildelementmatrix mit einer Genauigkeit von 1/8 Bildelement festgelegt werden,
da das Berührungstablett im Stande ist, die Schreib-Stiftkoordinaten
mit einer derartigen Genauigkeit festzulegen. Demgemäß können 64 (das sind 8·8) Festlegungen
des Zylinders, die jeweils zu einer anderen Pinsel- bzw. Bürstenform führen, in dem Speicher 23 gespeichert werden,
und die jeweils in Frage kommende verwendete Anordnung hängt von den Anteilen der Koordinate ab, die durch
das Berührungstablett geliefert werden. Dies führt daher
zu einer effektiven Pinsel- bzw. Bürsteneinstellgenauigkeit, die 8 mal besser bzw. höher ist als die ursprüngliche
Bildelementmatrix. Die Bildelementfeldspeicherkapazität und die Kapazität des Adressengenerators erfordern
eine entsprechende Einstellung.
Die soweit beschriebenen Pinsel bzw. Bürsten und Stifte weisen keine Kurzzeiteigenschaft auf, wenn der Schreibstift
konstant über einem Punkt gehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt geschieht nichts weiteres. Im Falle der
Vervrendung einer Luftbürste,' die länger über einem Punkt gehalten wird, bildet sich jedoch die Farbe stärker
aus. Diese Modifikation kann einfach auf den Algorithmus
gemäß Fig. 6 dadurch angewandt werden, daß eine Berührungstablett/Schreibstift-Kombination gewählt wird,
die eine Impulsfolge erzeugt, während man an einer vorgegebenen Koordinatenstelle festhält (und zwar anstelle
des oben erläuterten einzelnen "Gon-Impulses). Dies ermöglicht
es, daß die Folge der Go-Impulse jeweils den im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebenen Lese-Modifizierungs-Schreib-Betrieb
auslöst.
Das System kann so ausgebildet werden, daß eine noch
realistischere Simulation erfolgt, indem die Dimension des "Druckes" hinzugefügt wird. Die Struktur des Künstlerwerkzeugs
ändert sich mit dem Druck. Wenn demgemäß eine druckempfindliche Einrichtung am Punkt bzw. der
Spitze des Schreibstifts befestigt wäre, dann könnte der Druck berücksichtigt werden, wenn die Stiftformspeicher
eingestellt sind. Alternativ dazu kann ein zweiter Multiplizierer dem Standard-Algorithmus zwischen dem
Stiftformspeicher und dem Prozessor hinzugefügt werden, wie dies Fig. 8 durch den zusätzlichen Multiplizierer
33 veranschaulicht. Der Schreibstift 11 ist dabei als mit einem federbelasteten Potentiometer 58 zusammenhängend
schematisch angedeutet, wobei der Schleifkontakt des Potentiometers eine vom Druck an der Spitze abhängige.
Spannung Vp erzeugt. Diese Spannung wird mittels eines Analog-Digital-Wandlers 59 in den Wert kt umgesetzt.
Wenn ein schwacher Druck angewandt wird, dann ist der Koeffizient k1 klein, und wenn ein hoher Druck
angewandt wird, dann geht der Wert für K zu 1.
Eine weitere Verfeinerung der Maschine besteht darin,
die Wirkung eines schwachen Radiergummis zu simulieren oder im Falle von Wasserfarben die Wirkung einer schwachen
Wasserfarbe zu simulieren, indem eine Verwischungseigenschaft zugelassen wird. Dies kann dadurch erreicht
werden, daß der Prozessor gemäß Fig. 6 so modifiziert wird, daß er als Akkumulator arbeitet, um eine rekursive
Tiefpaßfilterung bezüglich des Bildelementfeldes zu ermöglichen,wie
dies Fig. 9 veranschaulicht. Dies ermöglicht einen Beitrag von den benachbarten Bildpunkten innerhalb
des bereitzustellenden Bildelementfeldes, wenn die Intensität bzw. Helligkeit eines bestimmten Bildpunktes berechnet
wird.
Der Prozessor 20 kann wie zuvor einen Subtrahierer 30,
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einen Multiplizierer 31 und einen Addierer 32 enthalten.
Die alten Daten werden von dem Subtrahierer 30 aufgenommen, in welchem die von der Verzögerungseinrichtung 34
her gelieferten verzögerten Daten abgezogen v/erden. Das Ergebnis wird mit dem Koeffizienten C in demMultiplizierer
31 multipliziert. Das Ausgangssignal des Multiplizierers
wird in dem Addierer 32 den von der Verzögerungseinrichtung 34 her gelieferten verzögerten Daten
hinzuaddiert. Die Hardware dieses Prozessors wirkt als gewünschter Akkumulator, wobei der Wert von C das Ausmaß
des Verwischens bestimmt. Wenn die VerzögerungszeitspanneTgleich 1 Bildelement gewählt ist, dann findet
eine horizontale Verwischung statt. Wenn^gleich 16 Bildpunkten gewählt ist, dann erfolgt eine vertikale Verwischung.
Diese Verzögerung kann beispielsweise unter Verwendung von Zahleneinstellschaltern ausgewählt werden.
Wie veranschaulicht, kann der Wert für C bei Bedarf variabel sein, und zwar im Hinblick sowohl beispielsweise
auf die Form des Radiergummis (von dem Speicher 23 her verfügbar gemacht) als auch hinsichtlich der Druckausübung
durch den Radiergummi (von dem Schreibstift 11 her verfügbar gemacht), indem der weitere Multiplizierer
33 verwendet wird.
Obwohl die Verteilungen gemäß Fig. 3 und 4 etwa symmetrisch
sind, braucht dies bei anderen Konfigurationen nicht so zu sein. Demgemäß wird beispielsweise bei einer sogenannten
Tupfenbürste eine Anzahl von Spitzen vorhanden sein.
Obwohl das System zur leichteren Erläuterung im Hinblick auf einen monochromen Betrieb beschrieben worden ist,
ist das betreffende System in der Praxis dazu geeignet, Farbbilder zu erzeugen. Ein erster Schritt bestünde darin,
ein "Teilfarb"-System unter Verwendung von Speichern in
Verbindung mit Fig. 1 bereitzustellen. Für einen solchen Fall ist die Verarbeitungsforderung in Fig. 10 veran-
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schaulicht. Die von dem Speicher 32 her benutzten Intensitäts-
bzw. Helligkeitswerte sind nunmehr als Farbwerte definiert; die daraus abgeleiteten verarbeiteten Werte
werden in tatsächliche Farbwerte auf das Auslesen aus dem Bildspeicher (wie in Fig. 1). umgesetzt.
Dabei besteht im elektronischen Falle kein Grund dafür, daß die Farbe über die Bürste bzw. den Pinsel hinweg
konstant zu sein hat; vielmehr kann der Stiftfarbspeieher entsprechende Anteile bezüglich des Stiftformspeichers
aufweisen.
Damit ist der Algorithmus für das, Auffüllen des Bildspeicherinhalts
bei Bewegung des Schreibstiftes nunmehr wie folgt gegeben:
= K.P ()
C + (1K)
Dabei ist K<1 und kennzeichnet den Beitrag auf einer Punkt-zu-Punkt-Basis der Stiftfortn.
P_ ist die Stiftfarbe und kennzeichnet einen Wert bezuglieh
der Farbart, der Sättigung und der Leuchtdichte. Mit dem Begriff"Wert" ist der Bildspeicherinhalt für
den betreffenden Bildpunkt bezeichnet.
Bei einem Teilfarbsystem können Schwierigkeiten mit Rücksicht darauf auftreten, daß die durch den Algorithmus
erzeugte "Intensität" als ungenaue "Farbe" auftreten kann. Um diese Verschlechterung zu vermeiden, müssen
spezielle Leuchtdichtewerte "reserviert" werden.
Um einen vollständigen Bereich von Farbwerten, Sättigungen und Leuchtdichtepegeln bereitzustellen, wäre jedoch ein
System mit drei Bildspeichern und der zugehörigen Verarbeitung zweckmäßig, wie dies Fig. 11 veranschaulicht.
Dieses System würde die Leuchtdichte- und Farbdifferenz-Komponenten (d.h. die Komponenten Y, I und Q) verarbeiten.
Demgemäß sind drei Bildspeicher 1j5A bis 13C mit zugehörigen
Prozessoren 2OA bis 2OC für die Komponenten Y, I bzw. 0. dargestellt.
Die verarbeiteten Daten, die in den verschiedenen Bildspeichern
festgehalten sind, werden zu einer Zusammenfassungs-
bzv/. Kombinationseinrichtung 35 hingeleitet, in der die Leuchtdichte- und Farbdifferenzinformation
miteinander kombiniert werden, um ein vollständiges Farbvideobild für den Monitor 17 zu liefern. Die Lesebzw.
Schreib-Adressierung der Bildspeicher erfolgt gemeinsam für die betreffenden Speicher; die Adressen
werden wie zuvor durch den Adressengenerator 24 geliefert. Die Bildelementfeldspeicher-Adressierung erfolgt
gemeinsam für die Bildelementfeldspeicher 22A bis 22C und 23. Wie in Fig. 11 gezeigt, gemäß der eine
Anzahl von Ausv/ahlvorgängen bezüglich der verschiedenen
Parameter vorgenommen werden kann, ist es zweckmäßig (als Alternative), die Schalter 21 gemäß Fig. 5 durch
den Rechner 12 zu ersetzen. Demgemäß kann eine bestimmte Farbe oder ein bestimmtes Gerät beispielsweise
durch die Rechner-Tastatur 37 ausgewählt werden. Durch die Verwendung von RAM-Speichern mit wahlfreiem Zugriff
anstelle von Lese-ROM-Speichern für die Bildelementfeldspeicher-22,
23 ist eine größere Anzahl von Variationen bequem vornehmbar, da irgendeine Farbe oder Form der in
einer Anzahl vorliegenden Farben und Formen, we.lche in dem Rechner-Massenspeicher 38 gespeichert sind, auf Betätigung
der Tastatur 37 hin über den Rechner 12 in den bezeichneten RAM-Speicher geladen v/erden können. Danach
v/erden die Speicher 22, 23 wirksam als Lesespeicher Verwendet, bijs eine neue Farbe oder Form ausgewählt wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird in die RAM-Speicher mit aktualisierten Parametern eingeschrieben. Die Speicherkapazitäten
der Speicher 22, 23 brauchen nicht der maximalen Bürstengröße äquivalent zu sein, die gebraucht wird (was durch
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die BiIt: element- oder Unterbildelement-Genauigkei t festgelegt
ist). Die Bildelementfeldgröße und χ, y-Koordinaten können ebenfalls über den Rechner geleitet werden.
Eine Zeitinformation von dem Berührung stable tt sowie
eine Druckiiifornation von dem Schreibstift beispielsweise
können ebenfalls in zweckmäßigerweise über den Rechner 12 zu den Prozessoren 2OA bis 2OC hin geleitet
werden, wie dies durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
Da der Rechner lediglich für Durchschalte- und Wegesuch-Operationen
gemäß einer wahlfreien Alternative zu der oben beschriebenen Einstellradschalterkonfiguration verwendet
wird und nicht für die Verarbeitung, stellt die Geschwindigkeitsbeschränkung des betreffenden Rechners
für das vorliegende System kein Problem dar.
Wie dargestellt, kann ein Cursor- bzw. Zeiger-Anzeigeblock 39 vorgesehen sein, um auf dem Monitor 17 die
Position des Schreibstiftes anzuzeigen. Der Cursor-Block kann eine sogenannte Versetzungs-Einrichtung enthalten,
die durch die Bildelementfeldgröße-Information gesteuert wird, welche über den Flechner zur Verfügung steht, so
daß der betreffende Zeiger versetzt wird, um die Mitte und nicht die Ecke des Bildelementfeldes anzuzeigen.
Das beschriebene System ist nun nicht nur auf die Verwendung
auf dem Gebiet der Aussendung beschränkt. Nach Abschluß des Bilderstellungsprozesses kann das Bild beispielsweise
unter Verwendung eines Foto-Zeichengerätes in eine Festkopie umgesetzt werden, so daß es als normales
Kunstwerk für Magazine usw. verwendet werden kann.
Durch die Hinzufügung von weiteren Peripheriegeräten (z.B. Modem) könnte das Bild direkt zu fernliegenden
Stellen hin geleitet und auf einer Platte zum Transport
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zu einer fernliegenden Stelle oder für eine zukünftige Verwendung aufgezeichnet werden.
Demgemäß steht ein voller Bereich von Optionen für die Bedienperson zur Verfugung, was als Eingangsgrößen für
den Rechner 12 angedeutet ist. Diese Optionen umfassen die Farbauswahl, das Gerät und Mittel, den Druck, die
Zeit der Anwendung (für die Luftbürste,etc.) sowie d£is
Abschwächen bzw. Verwischen durch eine Radiergummi-Simulation oder durch eine Wasserfarben-Simulation. Es
hat sich herausgestellt, daß das System extrem gute Künstler-Ergebnisse hervorbringt.
Obwohl das System unter Verwendung eines Berührungstabletts beschrieben worden ist., sind auch andere Möglichkeiten
hinsichtlich der Erzeugung der x- und y-Koordinaten gegeben.
Die oben beschriebenen Algorithmen können alternativ zu den betrachteten Fällen durch einen schnell arbeitenden
zugehörigen Mikroprozessor erzeugt werden, obwohl dies zu einem gewissen Verlust an Rechengeschwindigkeit
führen kann.
Obwohl die im Zusammenhang mit Fig. 11 beschriebene Anordnung im Hinblick auf NTSC-Farbkomponenten allgemein
erläutert worden ist, kann diese Anordnung in gleicher Weise auf PAL-Farbkomponenten oder RGB-Komponenten
angewandt werden.
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