專利名稱：實(shí)時(shí)圖像去壓縮的幀緩存組織的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高性能顯示系統(tǒng)，尤其是實(shí)時(shí)完成圖像去壓縮的這種高性能顯示系統(tǒng)中所用的幀緩沖存貯器。
科學(xué)地顯形有助于更好地理解所處理的大量數(shù)據(jù)。一般這種顯形是在大形高級(jí)計(jì)算機(jī)上計(jì)算并通過高速網(wǎng)傳到觀察用的用戶工作站。一種這類顯形的繩有力的技術(shù)是利用運(yùn)動(dòng)來加強(qiáng)用戶對(duì)數(shù)據(jù)的理角。通過顯示被觀察數(shù)據(jù)的各種外觀的移動(dòng)并以勻滑的運(yùn)動(dòng)序列來顯示它們，可顯現(xiàn)出被研究數(shù)據(jù)的許多信息。
隨著用戶顯示的分辨率的增加，通過傳輸網(wǎng)來傳送足夠的數(shù)據(jù)以得到所需的勻滑運(yùn)動(dòng)的難度也增加。若不使用某種形式的壓縮和去壓縮技術(shù)，即使用高帶寬的通信網(wǎng)，要傳送勻滑運(yùn)動(dòng)所需的足夠數(shù)據(jù)(每秒30幀或更高)也是困難的。若每一像元用24比特來表示，每一8比特的字節(jié)表示顏色，則可以看出，表示運(yùn)動(dòng)所要求的數(shù)據(jù)通過量是T＝3HresVresFref字節(jié)/秒，其中，T是以每秒字節(jié)表示的數(shù)據(jù)通過量，Hres是水平分辨率或者每掃描行的像元數(shù)，Vres是垂直分辨率或者每幀的掃描行數(shù)，而Fref是幀速率。
為了支持實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)圖像的高帶寬，必需要有一非常高帶寬的通信網(wǎng)。一種這類網(wǎng)是高性能并行接口(HPPI)。HPPI是用32比特寬的數(shù)據(jù)總線以支持每秒100兆字節(jié)的最大數(shù)據(jù)速率而設(shè)計(jì)的。但是，即使HPPI的帶寬對(duì)于高分辨率、實(shí)時(shí)的勻滑運(yùn)動(dòng)圖象仍是不夠的。比如，為了用32比特寬的HPPI總線在2048×1536的高分辨率顯示器上顯示滿幅圖像，可達(dá)到的最大幀速率是Fref＝Thppi/(3HresVres)＝1，000，000/(3×2048×1536)＝10.6幀/秒其中，Thppi是HPPI上每秒100兆字節(jié)的通過量。
對(duì)于每秒10.6幀的幀速率，目標(biāo)的任何運(yùn)動(dòng)都會(huì)顯示成跳動(dòng)。達(dá)到較勻滑運(yùn)動(dòng)的一種方法是用更高帶寬的通信網(wǎng)。然而這種高帶寬通信網(wǎng)是昂貴的。對(duì)于大多數(shù)用戶來說，其價(jià)格/性能比是不合理的。達(dá)成實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)圖像通信的另一方法是采用圖像壓縮/去壓縮技術(shù)。
采用圖像壓縮和去壓縮技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是源端記錄圖像序列所要求的存貯容量減小。圖形服務(wù)器可產(chǎn)生一電影序列，但只貯存壓縮的圖像數(shù)據(jù)。這可以使用高級(jí)計(jì)算機(jī)DASD(即，磁盤)存貯器作為數(shù)字視頻記錄器，它可比其它方法可能存貯的圖像幀要多。壓縮/去壓縮的另一優(yōu)點(diǎn)是傳送圖像所需的帶寬減少。
一種較好的壓縮算法是塊截法，詳見Healy等的“采用裁斷編碼的數(shù)字圖像帶寬壓縮”，IEEEtranscomm.，COM-9，1991年12月，1809到1823頁。它提供高質(zhì)量的文字和圖形圖像去壓縮，并得到較好的類似電視的自然圖像質(zhì)量。壓縮方法本身與本發(fā)明無直接聯(lián)系，我們只是復(fù)習(xí)一下其某些方面的概念。
該算法的基本思想是用兩種顏色(6字節(jié))加一16比特的MASK(屏蔽碼)來表示每一4×4的像元區(qū)域(若每像元3字節(jié)，則共計(jì)48字節(jié))。這兩種顏色由統(tǒng)計(jì)計(jì)算出的能最好地表征該4×4像元區(qū)內(nèi)的顏色分布。這兩種顏色稱為HI(高)顏色和LO(低)顏色。每一MASK比特決定相應(yīng)像元是取HI顏色還是LO顏色。若MASK是“1”，則相應(yīng)像元取HI顏色;若其是“0”，則對(duì)應(yīng)像元取LO顏色。這用

圖1說明，它給出了4×4像元區(qū)20對(duì)其MASK22的比特映象圖。因?yàn)?×4像元可用HI顏色和LO顏色(每個(gè)3字節(jié))以及16比特MASK(2字節(jié))表示，所以壓縮率是ROMP＝48/(3+3+2)＝6。
去壓縮的機(jī)理類似于壓縮原理。對(duì)于每個(gè)4×4像元的矩陣，目標(biāo)設(shè)備接收這兩種顏色(HI和LO)以及一16比特MASK。對(duì)于MASK的每一比特，4×4像元矩陣的對(duì)應(yīng)像元在該MASK為“1”對(duì)取HI顏色，或者在該MASK是“0”時(shí)，其取LO顏色。圖2給出了任意4×4像元區(qū)24的壓縮數(shù)據(jù)格式，其中，每一像元可以是兩種顏色A或B的任何一種。
在一典型的系統(tǒng)中，通過網(wǎng)接收的數(shù)據(jù)在其準(zhǔn)備好存入幀緩存之前被暫時(shí)緩存于-FIFO(先入后出)存貯器中，較好的幀緩存是由視頻隨機(jī)存取存貯器(CRAM)構(gòu)成。這種CRAM以快速頁面方式操作，其典型的存取周期是50ns。
大家知道，去壓縮可通過如下方法來實(shí)現(xiàn)，即先把已壓縮的數(shù)據(jù)存入幀緩存內(nèi)，再在視頻圖像刷新時(shí)對(duì)像元數(shù)據(jù)去壓縮。另一種方法是先對(duì)像元去壓縮而后再存入幀緩存內(nèi)。盡管第一種方法比第二種所用的幀緩存容量較少，其問題是已壓縮數(shù)據(jù)不容易進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，而幾乎任何這種操作都要求先把像元數(shù)據(jù)去壓縮。并且，若用幀緩存只貯存壓縮格式的數(shù)據(jù)。就需要另一個(gè)幀緩存來貯存去壓縮的圖像。解決辦法是在存入其幀緩存之前就把數(shù)據(jù)去壓縮，這樣，幀緩存內(nèi)將只包含紅、綠、蘭格式的像素。
去壓縮涉及許多問題。首先是，為使幀緩存不致成為系統(tǒng)的瓶頸，去壓縮必需實(shí)進(jìn)行。比如，對(duì)HPPI總線，傳送4×4像元的已壓縮數(shù)據(jù)通常要80ns。為使幀緩存不致成為難題，必須對(duì)每已壓縮數(shù)據(jù)組在80ns內(nèi)完成去壓縮。去壓縮應(yīng)采用流行的部件以工程經(jīng)濟(jì)的方法來完成。
改善存貯器帶寬的經(jīng)典方法是交叉存貯。有兩種存貯交叉方法。一是并行存取交叉存貯器在一個(gè)存貯器存取時(shí)間內(nèi)，對(duì)N路交叉的存貯器將有N個(gè)操作。第二種方法是以時(shí)間串序重迭的方式存取交叉存貯器，對(duì)于N路交叉存貯器，另一存貯器存取一不同的模塊可在/N存貯周期后開始。
無論哪種情況，幀緩存的設(shè)計(jì)應(yīng)使去壓縮帶寬大于或等于通信＊的限制。
先前的文獻(xiàn)提供了許多圖像壓縮/去壓縮方案。
去1989年8月15日發(fā)布的美國專利號(hào)4，857，922作者Richards，標(biāo)題為“圖像顯示裝置和方法”，描述了一種硬件壓縮/去壓縮方法，其中，圖像用兩組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來表征。第一組數(shù)據(jù)是通過對(duì)原始圖像低通濾波再對(duì)其二次抽樣得到的。第二組數(shù)據(jù)是在其第一組內(nèi)插圖像與其原始圖像間的增量脈碼調(diào)制的數(shù)據(jù)組。這兩組數(shù)據(jù)用游程編碼技術(shù)來壓縮。
在1990年12月4日發(fā)布的美國專利號(hào)4，975，771中，Kassat-ly的題為“電視廣播方法與裝置”中，描述了這樣一種方法，多通道視頻可在一單通道載波上廣播發(fā)送，它是對(duì)視頻數(shù)據(jù)壓縮然后按數(shù)據(jù)包的形式在廣播介質(zhì)上時(shí)分復(fù)用。基本上，該專利給出了怎樣更有效地利用一個(gè)視頻信號(hào)載波，以便在單載波上發(fā)送多通道視頻信號(hào)。
在1990年11月13日發(fā)布的美國專利號(hào)4，970，663的題為“操作數(shù)字視頻數(shù)據(jù)的方法和裝置”中，Bedell等描述了用壓縮法改善圖像質(zhì)量的一種方法，他們將15比特的紅、綠、蘭源圖像數(shù)據(jù)二次抽樣而后變成8比特的LUV亮度和色彩值。在顯字器，再把這種LUC格式數(shù)據(jù)用抖動(dòng)技術(shù)擴(kuò)展成全分辨率信號(hào)。
在1989年1月10號(hào)發(fā)布的題為“具有容錯(cuò)圖像壓縮算法的系統(tǒng)”、美國專利號(hào)4，797，729中，Tsai描述了一種基于塊截技術(shù)的壓縮/去壓縮方法。去壓縮是通過采用復(fù)用器和寄存器串序完成的。HI色數(shù)據(jù)和LO色數(shù)據(jù)都被裝入兩個(gè)寄存器，然后，根據(jù)一比特MASK以像元串序選取HI數(shù)據(jù)及LO數(shù)據(jù)。該專利揭示了Y、I、Q彩色信號(hào)分量的使用，比如，對(duì)于Y分量，對(duì)于4×4的像元組要用16個(gè)周期來完成去壓縮。由于去壓縮是串行完成的，其帶寬將受限制。
在1986年4月1日發(fā)布的美國專利號(hào)4，580，134的題為“用數(shù)據(jù)壓縮和去壓縮的彩色視頻系統(tǒng)”中，Cambell等描述了一種對(duì)彩色圖像編碼、傳輸、存貯及生成的系統(tǒng)。該專利也使用塊截技術(shù)，其已壓縮的數(shù)據(jù)塊被貯存在塊緩沖存貯器中。然后該專利描述了在其視頻路徑中采用“快速”串行去壓縮邏輯。該系統(tǒng)要求用非常尖端而昂貴的高速譯碼電路以便把數(shù)據(jù)傳送給高性能圖形顯示器。進(jìn)而，因?yàn)槠鋷彺嬷毁A存已壓縮數(shù)據(jù)，它不能用于貯存非壓縮數(shù)據(jù)。由于塊裁技術(shù)采用有損失的壓縮/去壓縮方法，在圖像質(zhì)量是最重要因素的場合，就期望用非壓縮的方式。
在1986年1月14日發(fā)布的美國專利號(hào)4，564，915的題為“YIQ計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)”中，Evans等描述了一種提供彩色電視柵狀掃描視頻輸出的計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)。其所述結(jié)構(gòu)原理允許把幀緩沖存貯器由單色映射制升級(jí)成RGB全色分辨率系統(tǒng)，但它需要附加的存貯裝置。
1985年9月10日發(fā)布的題為“電子成像攝像機(jī)”的美國專利4，541，010中，Alston描述了一種利用電荷耦合器件陣列作為圖像檢測裝置又用作緩沖存貯器的電子攝像機(jī)。它詳述了一種方法，其中，一種予演方式可在不要求另一專用緩存的情況下在-CRT監(jiān)視器上以視頻形式顯示出來。
IBM技術(shù)發(fā)明公報(bào)1985年8月號(hào)第958-959頁，。Asano描述了一種圖像壓縮/去壓縮方案，它先將圖像去壓縮之后再存貯在圖像緩存內(nèi)。此后，所存貯的圖像再映射到一全點(diǎn)可尋址的存貯器內(nèi)以根據(jù)伴隨命令來顯示。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有可對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)去壓縮的幀緩沖存貯器的改進(jìn)的顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種可對(duì)高分辨率顯示圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)去壓縮的改進(jìn)的顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一目的是提供一種能用現(xiàn)成硬件實(shí)現(xiàn)并對(duì)系統(tǒng)性能重大改善的視頻顯示系統(tǒng)。
總之，本發(fā)明將描述一種顯示系統(tǒng)，它包括存貯裝置和一比特MASK，該存貯裝置貯存至少能顯示一對(duì)編碼的顏色的已壓縮像元圖像，一比特MASK定義了像元圖像的一個(gè)像元子集的哪一個(gè)像元是哪種顏色。該系統(tǒng)具有許多存貯器模塊。子集的像元交叉地存貯在存貯模塊內(nèi)。一發(fā)生器產(chǎn)生一系列信號(hào)以使數(shù)據(jù)并行地寫入每一模塊。寄存器裝置提供加到存貯器模塊的表征編碼顏色的數(shù)據(jù)?？刂蒲b置根據(jù)這些MASK位來控制發(fā)生器把編碼的顏色數(shù)據(jù)以并行方式、在一個(gè)存貯周期內(nèi)寫入由MASK比特的位置值顏色所指定的＊網(wǎng)帶寬才可解決幀緩存成為系統(tǒng)的瓶頸的問題。為了增大帶寬，每一存貯器模塊應(yīng)有獨(dú)立的數(shù)據(jù)路徑機(jī)單獨(dú)的控制以使所有模塊并行操作。注意，如前所述，對(duì)于HPPI通信網(wǎng)，每80ns傳送16個(gè)像元信息(16像元/80ns＝200兆像元/秒)。若存貯器模塊內(nèi)采用50ns帶寬的存貯芯片，則N必需至少是10(10像元/50ns＝200兆像元/秒)。若N是16，則可得到每秒320兆像元的最大帶寬(16像元/50ns)。盡管簡單的存貯器交叉可得到最好的性能，但多重存貯器模塊、且每模塊都有其單獨(dú)的數(shù)據(jù)路徑和控制線，其復(fù)雜性和造價(jià)和很難說是合理的。
第二個(gè)問題是必需從本地工作站存取該幀緩存。并且這種存取必須以非壓縮方式或者以壓縮方式進(jìn)行。若去壓縮數(shù)據(jù)被用于本地工作站的圖象操作，則非壓縮方式存取是重要的。而已壓縮方式存取也可增加本地工作站的性能。
第三個(gè)問題是，對(duì)于高分辨率監(jiān)示器，必需交叉其VRAM的串行輸出以提供其監(jiān)示器必需的帶寬。由于現(xiàn)行VRAM的串行帶寬約為33MHz，一般幀緩存設(shè)計(jì)都使其串行輸出口根據(jù)所接的顯示器來交叉。比如，對(duì)于1280×1024的監(jiān)示器分辨率，其視頻帶寬是110MHz。所以，四路VRAM串行輸出交叉對(duì)這種分辨率已足夠。但是對(duì)于2048×1536的監(jiān)示器分辨率，其視頻帶寬是260MHz，即132MHz，而八路可得到264MHz。因此，幀緩存和去壓縮的設(shè)計(jì)應(yīng)能提供靈活的視頻輸出帶寬以使其設(shè)計(jì)不致于成為對(duì)監(jiān)示器分辨率一像元地址都有一個(gè)列表示，后面是行表示，比如，對(duì)于左上角的第0行，其地址是(0，0)，此后是(1，0)，(2，0)等。每一像元用3字節(jié)(每字節(jié)8比特)的顏色信息表征。
4×4交叉幀緩存32用以貯存從顯示器30來的像元信息，它包括16個(gè)存貯器模塊M0-M15。每一存貯器模塊有256×256×24比特位置。像元地址按照水平和垂直交叉存貯在幀緩存32內(nèi)，以使4×4像元矩陣的每一像元存入不同的存貯模塊。比如，對(duì)顯示器30所示的4×4矩陣36，地址(0，0)貯存存貯模塊M0;(1，0)存入模塊M1;(2，0)存入模塊M2，…。同樣，像元地址(0，1)存入存貯模塊M4;(0，2)存入模塊M8，…。34是存貯模塊M0的展開圖，它表示了其中存貯的像元地址。以上述方式，從中可以找到每隔四個(gè)(包括行或列)像元的地址。
若要對(duì)4×4的像元矩陣子集進(jìn)行操作，這種方式可以對(duì)存貯模塊M0-M15同時(shí)操作以改變其中貯存的像元數(shù)據(jù)的狀態(tài)。后面將會(huì)看清，圖3所示的交叉存貯結(jié)合輸入數(shù)據(jù)格式，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)去壓縮。
應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，接收的數(shù)據(jù)是圖2所示的格式，它是兩個(gè)連續(xù)32比特字的已壓縮像元數(shù)據(jù)。第一數(shù)據(jù)字包含表示第一種顏色(A)的24比特(0∶23)和一8比特(8∶31)HI字MASK。第二個(gè)32比特字包括接續(xù)色(顏色B)和一8比特LO字MASK。并且，該LO和HI字MASK在一個(gè)去壓縮存貯周期內(nèi)，把兩種顏色A和B映射到對(duì)應(yīng)像元的映象位置。
在下面的說明中，假定幀緩沖存貯器32是由利用行地址選通(RAS)信號(hào)和列地址選通(CAS)信號(hào)的VRAM存貯芯片所組成的。熟悉的人都知道，這些信號(hào)是低電平狀態(tài)有效，當(dāng)本文中把信號(hào)表示成RAS＊或CAS＊時(shí)，就表示這種情況。
圖4所示的幀緩存系統(tǒng)包括一狀態(tài)機(jī)50，其輸出線上提供地址和定時(shí)控制信號(hào)。該狀態(tài)機(jī)50實(shí)質(zhì)上是一由中央處理器(未畫出)來組織的序列發(fā)生器。該系統(tǒng)還包括-FIFO存貯器52，它向寄存器R1，R2，R3，R4和R5提供數(shù)據(jù)。已壓縮數(shù)據(jù)經(jīng)電纜54的數(shù)據(jù)進(jìn)入FIFO52。CAS＊發(fā)生器56上加有從寄存器R4和R5來的比特MASK部分以及一對(duì)控制信號(hào)CASHI＊和CASLO＊。工作站58也與CAS＊發(fā)生器56和寄存器R2相連接，以使工作站58也能存取幀緩存32。幀緩存32按圖3組織，并由模塊M0-M15的4×4矩陣構(gòu)成。
圖5給出了CAS＊發(fā)生器的詳圖。16個(gè)復(fù)用器(MU×1到MU×16)接收CASLO＊和CASHI＊輸入信號(hào)。后面將會(huì)看出CASLO＊和CASHI＊將在一個(gè)存貯器周期的不同時(shí)間變成有效。此外，16比特MASK碼型來的某一比特電平被加到每一復(fù)用器以作為控制輸入，并在該控制輸入之一變?yōu)橛行顟B(tài)時(shí)使相應(yīng)的復(fù)用器產(chǎn)生一個(gè)輸出。若其MASK輸入為1，則相應(yīng)的復(fù)用器選擇CASHI＊，而在其MASK輸入是0時(shí)，相應(yīng)的MOX發(fā)揮CASLO＊。由于CASLO＊和CASHI＊在一存貯周期的不同時(shí)間有效，就在一個(gè)存貯周期內(nèi)在輸出電纜60上產(chǎn)生16個(gè)CAS＊電平。每一CAS＊電平可控制把一種顏色值寫入4×4像元矩陣內(nèi)16個(gè)像元之一的對(duì)應(yīng)像元位置中。
為說明簡便起見，對(duì)于一組給定的已壓縮數(shù)據(jù)，HI顏色寫將出現(xiàn)在LO顏色寫之前。但是，這并不是對(duì)本發(fā)明的限制，因?yàn)榭梢杂萌魏我环N寫入順序。
下面將說明的產(chǎn)生CAS＊信號(hào)的方法可得到80ns的去壓縮周期。該方法減少了使兩個(gè)CAS信號(hào)CASLO＊和CASLO＊，有效的時(shí)間，而CASHI＊用于寫入HI顏色而CASLO＊用于寫入LO顏色。一組壓縮數(shù)據(jù)的所有HI顏色用同一行地址和列地址存入VRAM，并在一個(gè)存貯周期的稍后CASLO＊變成有效時(shí)，寫入所有的LO顏色，從而可在一個(gè)存貯周期內(nèi)把兩種顏色裝入16個(gè)像元位置。
圖6是典型的VRAM定時(shí)圖。該定時(shí)圖出自三菱公司的1兆位VRAM部件M5M442256JL-8。該定時(shí)信息決定了幀緩存的性能。
·tpc-快速頁方式周期，最小50ns。
·tcas-CAS脈寬，最小25ns。
·tcp-快頁面方式下的CAS予充電時(shí)間，最小10ns。
·tdsc-數(shù)據(jù)建立時(shí)間，最小0ns。
·tdhc-數(shù)據(jù)保持時(shí)間，最小25ns。
·tasc-列地址建立時(shí)間，最小5ns。
·tcah-列地址保持時(shí)間，最小20ns。
圖7是本發(fā)明所用的快壓縮方式同方式周期的定時(shí)圖。用50nstpc的VRAM芯片可得到小于100ns(2tpc)的存取周期。如該定時(shí)圖所示的那樣，CASHI＊和CASLO＊可以重迭。這之所以可能，是因?yàn)閷?duì)于壓縮方式存貯周期來說，只選擇一個(gè)CAS＊，而不管它是CASHI＊或者CASLO＊，而不會(huì)兩者同時(shí)選中。數(shù)據(jù)線上的MHI和MLO表示寄存器R2在一個(gè)存貯周期內(nèi)的什么時(shí)候表示HI顏色及LO顏色。去壓縮的最小可能的周期是TCMP＝t1+t2，其中，t1是數(shù)據(jù)保持時(shí)間tdhc，而t2是頁面方式周期tpc。
應(yīng)注意，t1是必需的，因?yàn)椴荒苓`背第一顏色寫周期的數(shù)據(jù)保持時(shí)間。而對(duì)于一存貯模塊的LO顏色壓縮方式后面緊跟-HI顏色壓縮方式的存貯器操作時(shí)，t2也是必需的。這兩個(gè)連續(xù)的CAS＊下降沿之間的間隔至少必需是tpc。
如上所述，三菱公司的1兆位VRAM的tahc＝25ns而tpc＝50ns。這樣，理想情況下tcmp＝75ns。用75ns去壓縮，可按全傳輸速率接收HPPI壓縮數(shù)據(jù)。由于去壓縮所需時(shí)間從100ns減為75ns，采用兩個(gè)CAS方法的性能改善是TZCAS＝100/75＝1.33。
為使幀緩存不致成為網(wǎng)的瓶頸，必需滿足條件T≤NP，這里T是該網(wǎng)的通過量，N是交叉的4×4存貯模塊的數(shù)目，P是4×4存貯模塊幀緩存去壓縮的性能(Performance)。對(duì)HPPI，T是每秒200兆像元。若不采用兩個(gè)CAS＊法，則對(duì)于單個(gè)24比特的紅、綠、蘭數(shù)據(jù)路徑，用50ns的VRAM，每次去壓縮要用100ns。這得到P＝160兆像元/秒。因此，為使幀緩存不致成為瓶頸，N必須大于等于2。必須要另一4×4存貯模塊，它要能并行操作。另一種方法是昂貴的交叉法，其每一存貯模塊有其自己的單獨(dú)的數(shù)據(jù)路徑和控制線。但是，若采用兩個(gè)CAS＊法，則可達(dá)到P＝213兆像元/秒。因而只需要一個(gè)4×4存貯模塊且只需單一24比特紅、綠、蘭數(shù)據(jù)路徑。
現(xiàn)回頭參看圖4和圖7，將說明在線去壓縮/緩存系統(tǒng)的工作。連接32比特?cái)?shù)據(jù)字經(jīng)數(shù)據(jù)輸入54送入FIFO存貯器52。一自由運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)時(shí)鐘(sysclk)由狀態(tài)機(jī)50產(chǎn)生并控制FIFO52的操作以與系統(tǒng)的其余部件相同步。
當(dāng)FIFO52中收到足夠的數(shù)據(jù)時(shí)，就使FIFORDY＊信號(hào)有效。以通告FIFO52內(nèi)已存好了待理的數(shù)據(jù)。狀態(tài)機(jī)50識(shí)別該信號(hào)，并通過發(fā)出通信方式(COMMODE＊)信號(hào)和RDFIFO＊(讀FIFO)而進(jìn)入快頁面存貯器存貯器存取方式，直到檢測到FIFO將要空(FIFOAE＊)信號(hào)時(shí)，它放棄快頁面存貯器方式存取。狀態(tài)機(jī)50也在RDFIFO＊有效期間每隔一個(gè)SYSCLK產(chǎn)生一裝入MASK允許信號(hào)(LDMASK＊)。注意，由于已壓縮數(shù)據(jù)總是由一對(duì)32比特字組成，RDFIFO＊的持續(xù)期總是兩個(gè)SYSCLK的倍數(shù)。
從FIFO52讀出的24比特顏色數(shù)據(jù)(23∶0)被傳送到寄存器R1和R2。HIMASK比特(15∶8)也從FIFO52讀出并經(jīng)寄存器R3暫存一個(gè)時(shí)鐘周期，然后當(dāng)LOMASK比特(70)被裝入寄存器R5的同一時(shí)鐘周期，HIMASK比特被從R3裝入R4。這16比特MASK(15∶0)被保持在寄存器R4和R5，而HI和LO顏色數(shù)據(jù)比特被相繼裝入寄存器R2并再裝入存貯模塊32。
如上所述，存貯器32被配置成4×4存貯模塊，并且其像元按4×4的形狀以水平和垂直兩個(gè)方面交叉存貯。在一存貯周期內(nèi)，CAS＊發(fā)生器56提供16個(gè)CAS＊信號(hào)，這些信號(hào)的電平受顏色MASK的控制。在一去壓縮周期的第一部分時(shí)間內(nèi)(即CASKHI＊)，-24比特的HI顏色從寄存器R2廣播傳送到存貯模塊32，并且CAS＊發(fā)生器在其MASK比特為1的比特位置所對(duì)應(yīng)的那些輸出線上產(chǎn)生有效電平。這就使HI顏色數(shù)據(jù)并行地寫入其相應(yīng)的高階MASK位是1電平所選的像元位置。在該去壓縮周期的第二部分(即CASLO＊)，在其比特MASK為0的位的控制下，把LO顏色像元寫入，從而完成一去壓縮周期。
上述操作在圖7有部分說明，當(dāng)CASHI＊降到有效狀態(tài)時(shí)，MASK中的1比特使CAS＊信號(hào)加到存貯器32，以使寄存器R2發(fā)出HI顏色比特被寫入16個(gè)像元存貯位置。以類似方式，當(dāng)信號(hào)CASLO＊降到有效電平時(shí)，LO顏色比特被寫入相應(yīng)的MASK為0的比特所對(duì)應(yīng)的像元位置。
工作站58(見圖4)也可通過總線60和62存取緩沖存貯器32。通過把MASK比特適當(dāng)放置在總線60，而把顏色數(shù)據(jù)適當(dāng)放置到總線62上，CASHI＊和CASLO＊信號(hào)可以把顏色數(shù)據(jù)寫入存貯模塊32，如上所述。
當(dāng)期望非常高分辨率的幀緩存時(shí)，就不可忽視視頻時(shí)鐘速度。比如，-VRAM具有一可工作在33MHz的串行口。但對(duì)于-60Jz，2048×1536分辨率的監(jiān)視器，視頻時(shí)鐘速度超過260MHz?？煽闯?60MHz＝7.88。為與視頻時(shí)鐘匹配，VRAM最少應(yīng)8路交叉以提供足夠的串行輸出帶給高分辨率監(jiān)視器。圖4所示的設(shè)計(jì)是模塊式的，并且其視頻輸出帶寬可增加到單個(gè)VRAM串行輸出的4P，這里P是表示所用的4。4存貯模塊數(shù)目的正整數(shù)。這一方法可使系統(tǒng)的視頻通過能力增加到能與任何分辨率的監(jiān)視器相匹配。-60Hz，2048×2048分辨率的監(jiān)視器需要360MHz的視頻速率。由于360/33＝10.9，則P＝3將能提供足夠的視頻帶寬。
如圖8所示，這可通過在主總線上加入多個(gè)4×4存貯模塊來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)存貯部件本身是相互交叉的。換句話說，第一個(gè)模塊將具有像元0到3，第二個(gè)模塊將有像元4到7，直到第j個(gè)模塊將有像元4(j-1)+3。控制用狀態(tài)機(jī)(SM)必須作如下修正以便有存貯器請(qǐng)求時(shí)，它能選擇正確的CASGEN＊和幀緩存。用這種4×4模塊法，視頻輸出的通過量可以“無限地”擴(kuò)展以適應(yīng)任何監(jiān)視器的任何視頻速率。
當(dāng)需要與埸高帶寬的通信網(wǎng)相連接時(shí)，可修改其設(shè)計(jì)通過使輸入并行化以接受從網(wǎng)來的更大的通過量。這可通過加入更多的FI-＊·tasc-列地址建立時(shí)間，最小5ns。
·tcah-列地址保持時(shí)間，最小20ns。
圖7是本發(fā)明所用的快壓縮方式同方式周期的定時(shí)圖。用50nstpc的VRAM芯片可得到小于100ns(2tpc)的存取周期。如該定時(shí)圖所示的那樣，CASHI＊和CASLO＊可以重迭。這之所以可能是因?yàn)閷?duì)于壓縮方式存貯周期來說，只選擇一個(gè)CAS＊，而不管它是CASHI＊或者CASLO＊，而不會(huì)兩者同時(shí)選中。數(shù)據(jù)線上的MHI和MLO表示寄存器R2在一個(gè)存貯周期內(nèi)的什么時(shí)候表示HI顏色及LO顏色。去壓縮的最小可能的周期是TCMP＝t1+t2，其中，t1是數(shù)據(jù)保持時(shí)間tdhc，而t2是頁面方式周期tpc。
應(yīng)注意，t1是必需的，因?yàn)椴荒苓`背第一顏色寫周期的數(shù)據(jù)保持時(shí)間。而對(duì)于一存貯模塊的LO顏色壓縮方式后面緊跟-HI顏色壓縮方式的存貯器操作時(shí)，t2也是必需的。這兩個(gè)連續(xù)的CAS＊下降沿之間的間隔至少必需是tpc。
如上所述，三菱公司的1兆位VRAM的tahc＝25ns而tpc＝50ns。這樣，理想情況下tcmp＝75ns。用75ns去壓縮，可按全傳輸速率接收HPPI壓縮數(shù)據(jù)。由于去壓縮所需時(shí)間從100ns減為75ns，采用兩個(gè)CAS方法的性能改善是TZCAS＝100/75＝1.33。
為使幀緩存不致成為網(wǎng)的瓶頸，必需滿足條件T≤NP，這里T是該網(wǎng)的通過量，N是交叉的4×4存貯模塊的數(shù)目，P是4×4存貯模塊幀緩存去壓縮的性能(Performance)。對(duì)HPPI，T是每秒200術(shù)人員可作各種替代和修正而不背離本發(fā)明。因此，只要它們落入附屬權(quán)利要求的范圍，本發(fā)明將包括所有這些替代、修改和派生。
權(quán)利要求
1.一種具有存貯裝置和一比特MASK的顯示系統(tǒng)，該存貯裝置接收至少表征一對(duì)編碼顏色的已壓縮像元圖象數(shù)據(jù)，而該比特MASK包括具有指定值的比特位置，其值決定了所述像元圖象在像元子集內(nèi)的哪個(gè)像元將接收所述顏色的一種，該系統(tǒng)的特征是包括多個(gè)存貯模塊，所述像元子集內(nèi)的像元以交叉的方式貯存在所述模塊內(nèi)；施加上信號(hào)以使數(shù)據(jù)并行地寫入其多個(gè)存貯模塊內(nèi)的發(fā)生器裝置；呈現(xiàn)所述編碼的顏色數(shù)據(jù)的寄存器裝置；以及控制所述發(fā)生器裝置的裝置，以使編碼的顏色數(shù)據(jù)被寫入由其MASK比特位置所指定該顏色的像元子集內(nèi)的所有像元位置。
2.權(quán)利要求1的顯示系統(tǒng)，其中，所述編碼顏色對(duì)是在單一存貯周期內(nèi)并行地寫入其存貯模塊的，每一所述比特MASK的比特位置被映射到指定的存貯模塊內(nèi)，該系統(tǒng)的特征在于它有一控制裝置，該裝置在所述單存貯周期內(nèi)使第一信號(hào)有效，以便在所述MASK比特位置呈現(xiàn)第一值的控制，操作其發(fā)生器裝置把第一種編碼的顏色數(shù)據(jù)寫入其存貯模塊內(nèi)，并在該存貯周期內(nèi)啟動(dòng)第一信號(hào)，以在所述MASK比特位置呈現(xiàn)第二種值的控制下把第二種已編碼顏色數(shù)據(jù)寫入其存貯模塊內(nèi)。
3.權(quán)利要求2的顯示系統(tǒng)，其特征是其第一信號(hào)和第二信號(hào)的有效時(shí)間有部分重迭。
4.權(quán)利要求2的顯示系統(tǒng)，其特征在于其存貯模塊具有4×4的模塊陣，在所述模塊內(nèi)的4×4像元數(shù)據(jù)子集是這樣交叉存貯的，它使其4×4像元數(shù)據(jù)子集內(nèi)的每個(gè)像元存貯在該陣的不同模塊內(nèi)。
5.權(quán)利要求4的顯示系統(tǒng)，其特征是每一所述模塊是某種視頻隨機(jī)存取存貯器，它利用同時(shí)加RAS＊和CAS＊信號(hào)來完成數(shù)據(jù)的寫入，并且其發(fā)生器裝置通過其第一信號(hào)把CAS＊信號(hào)加到相應(yīng)于呈現(xiàn)第一種比特值的MASK比特位置的像元存貯位置，并把第二組CAD＊信號(hào)加到其MASK比特位置呈現(xiàn)第二種比特值的對(duì)應(yīng)的像元存貯位置。
6.權(quán)利要求5的顯示系統(tǒng)，其特征是其寄存器裝置在其存貯周期的第一部分時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)其一對(duì)編碼顏色的第一種，而在該存貯周期有第二存貯時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)其一對(duì)編碼顏色的第二種，從而可在單一存貯周期內(nèi)把其一對(duì)編碼顏色寫入其存貯模塊內(nèi)的全部4×4像元子集內(nèi)。
7.一種具有存貯裝置和一比特MASK的顯示系統(tǒng)，其存貯裝置接收表現(xiàn)至少一對(duì)編碼顏色的已壓縮像元圖象數(shù)據(jù)，其比特MASK包括具有指定值的比特位置，由它決定其像元圖像的一n×m像元子集內(nèi)的哪個(gè)一個(gè)像元將接收所述編碼顏色的一種，該系統(tǒng)的特征是包括多個(gè)存貯模塊，每一模塊包括一組子模塊，一像元子集內(nèi)的一行幾個(gè)像元以交叉方式貯存一存貯模塊的一行幾個(gè)子模塊內(nèi)，該行內(nèi)像元子集的另外一串幾個(gè)像元以交叉方式貯存在接續(xù)存貯模塊的子模塊內(nèi)，所有存貯模塊并行相連;與每一存貯模塊相關(guān)聯(lián)的CAS＊發(fā)生裝置，以便CAS＊信號(hào)把數(shù)據(jù)定入其相關(guān)存貯模塊的子模塊內(nèi);呈現(xiàn)所述編碼顏色數(shù)據(jù)的裝置;以及在所述比特MASK比特位置值的控制下，使其CAS＊發(fā)生裝置把已編碼顏色數(shù)據(jù)寫入貯存像元子集的子模內(nèi)的存貯區(qū)內(nèi)的控制裝置，從而通過多個(gè)存貯模塊把一種顏色值并行寫入。
8.權(quán)利要求7的顯示系統(tǒng)，其特征是其所有存貯模塊是并行連接到其呈現(xiàn)裝置的。
9.權(quán)利要求8的顯示系統(tǒng)，特征是還包括被連接到所述呈現(xiàn)裝置的附加的多個(gè)所述存貯模塊，這些存貯模塊安行和列安排，因而其控制裝置能把顏色數(shù)據(jù)定入該存貯裝置的交叉像元存貯位置。
10.權(quán)利要求8的顯示系統(tǒng)，特征是還有呈現(xiàn)所述已編碼的顏色數(shù)據(jù)的附加裝置，所有呈現(xiàn)裝置并行地指示其編碼的顏色數(shù)據(jù)，每一該呈現(xiàn)裝置并行地與多個(gè)存貯模塊相連，因而其控制裝置的工作可使每一顏色的編碼數(shù)據(jù)以并行及交叉的方式寫入其連接的存貯模塊內(nèi)。
全文摘要
描述了一種顯示系統(tǒng)，它包括接收至少呈現(xiàn)一種編碼顏色的已壓縮象元圖象的存貯裝置和確定圖象象元子集內(nèi)的哪個(gè)象元接收象元顏色之一的比特屏蔽碼。它包括多個(gè)存貯模塊。子集內(nèi)的象元交叉地貯存在模塊內(nèi)。一發(fā)生器提供的信號(hào)可把數(shù)據(jù)并行寫入模塊內(nèi)。寄存器裝置可把表現(xiàn)編碼顏色的數(shù)據(jù)送給這些模塊?？刂蒲b置根據(jù)其屏蔽位控制發(fā)生器把編碼的顏色數(shù)據(jù)在一存貯周期內(nèi)并行地寫入由屏蔽位置值所指定的顏色的子集內(nèi)的所有象元位置。
文檔編號(hào)G09G5/04GK1068924SQ92104948
公開日1993年2月10日 申請(qǐng)日期1992年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月22日
發(fā)明者?！っ鳌桃? 利昂·盧麥爾斯基, 阿蘭·韋斯利·皮維斯, 約翰·路易絲·皮塔斯 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司