DE69708270T2

DE69708270T2 - Videobildmischung in einem heimkommunikationsterminal

Info

Publication number: DE69708270T2
Application number: DE69708270T
Authority: DE
Inventors: Jiann-Tsuen Chen; Alexander G. Macinnis
Original assignee: PowerTV Inc
Current assignee: PowerTV Inc
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2017-03-07
Also published as: US6023302A; KR19990087566A; WO1997033437A1; EP0885528A1; DE69708270D1; AU2057397A; EP0885528B1; EP0885528A4

Description

Verwandte Patentanmeldungen

Diese Patentanmeldung betrifft dem Gegenstand nach die folgenden gleichzeitig schwebenden, in gemeinsamem Eigentum stehenden Patentanmeldungen, die gleichzeitig mit der vorliegenden Patentanmeldung eingereicht wurden: "List Controlled Video Operations" ("Listengesteuerte Video-Operationen"), Aktenzeichen US 08/612104 (veröffentlicht unter WO-A-9733438), und "Interpolation of Pixel Values and Alpha Values in a Computer Graphics Display Device" (Interpolation von Pixelwerten und Alpha-Werten in einer Computergrafik-Anzeigevorrichtung"), Aktenzeichen US 08/612105 (veröffentlicht unter WO-A-97.33253).

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren zum Mischen und anderweitigen Manipulieren von Videobildern in einem Terminal, beispielsweise einem Heimkommunikationsterminal (HCT) in einem Kabelfernsehsystem. Im Besonderen stellt die Erfindung verschiedene Merkmale zur Verfügung, die den Wirkungsgrad und die Fähigkeiten der Computergrafik in einem solchen Terminal verbessern.

2. Verwandte Informationen

Herkömmliche Bildverarbeitungsverfahren in Terminals, wie beispielsweise die in Kabelfernsehsystemen, haben normalerweise begrenzte Fähigkeiten geboten, die auf das Anzeigen einfacher Informationen auf dem Fernseh-Bildschirm zugeschnitten sind, wie beispielsweise Menüs und elementare Video-Auflagen. Da das Wachstum in der Kabelfernsehindustrie neue Merkmale einschließlich Video-Spiele, Grafik-intensive Nachrichten-Shows, Multimedia-Anwendungen und dergleichen gefördert hat, ist die Notwendigkeit entstanden, neue und leistungsfähigere Grafikfähigkeiten auf den Terminals zur Verfügung zu stellen.
Außerdem haben neuere Generationen von Lichtwellenleiter-gestützten Netzen die Informationsbandbreite, die zu und von einzelnen Häusern oder Wohnungen übertragen werden kann, enorm erhöht, was die Entwicklung völlig neuer Verwendungsmöglichkeiten für diese Terminals erlaubt. Daher veralten herkömmliche Terminals und ihre grafischen Systeme zurzeit schnell. Kurz gesagt, es müssen Terminals wie beispielsweise HCTs entstehen, die die heutigen Fernsehgeräte mit begrenzten Fähigkeiten in interaktive Multimedia-Unterhaltungs- und -Kommunikationszentren umwandeln.
Herkömmliche grafische Bildschirmausgaben weisen oftmals die Fähigkeit auf, ein Bild auf ein Hintergrund-Video aufzulegen. Spielstände im Sport können beispielsweise am unteren Rand eines sich bewegenden Bilds eines Fußballspiels aufgelegt werden. Bei solchen Systemen kann jedes Pixel auf eine von drei Arten wiedergegeben werden: opak (jedes Pixel nimmt den Wert nur des aufgelegten Bilds an), durchscheinend (das aufgelegte Bild und das Hintergrundbild werden gemischt, sodass das Hintergrundbild "durch die Auflage" gesehen werden kann) oder transparent (nur das Hintergrundbild wird angezeigt).
Als weiteres Beispiel kann ein grafisches Steuerobjekt wie beispielsweise ein Lautstärkeregelungsanzeiger über ein Originalvideobild auf einem Fernsehbildschirm überlagert werden. Wie in Fig. 1A gezeigt, kann beispielsweise ein Originalvideobild 101 mit einem Lautstärkeregelungsanzeiger 102 so kombiniert werden, dass das resultierende Bild 103 beide Bilder aufweist - d. h. der Nutzer kann zwei Schichten von Bildschirmbildern sehen: das Originalvideo, das vor der Auflage sichtbar war, und das aufgelegte Bild selbst.
Um den Umfang des Mischens bei den vorgenannten Beispielen zu steuern, realisieren herkömmliche Systeme normalerweise Transparenz, indem sie jedem Pixel eine Vielzahl von zusätzlichen Bits zuweisen, die das Ausmaß angeben, in dem die Pixel aus der Auflage und dem Hintergrund gemischt werden. So kann beispielsweise eine Gruppe dieser "Misch"bits für jedes Pixel als ein Wert verwendet werden, der vor der Kombination mit dem Hintergrundbild mit dem Auflagen-Pixelwert multipliziert wird, wodurch gesteuert wird, ob der Auflagenteil oder das Hintergrundbild das resultierende Bild dominieren.
Wie in Fig. 1B gezeigt, kann beispielsweise jeder Pixelwert 104 im Auflagebild 102 einen zugehörigen "Misch"faktor 105 (der eine Vielzahl von Pixeln umfasst) haben, der mit dem Auflagen-Pixelwert multipliziert wird, um die Auflage mit einem entsprechenden Hintergrundbild-Pixel 106 zu mischen, um ein resultierendes Pixel 108 zu erzeugen. Diese Operationen können verwendet werden, um ein gemischtes Bild wie das Bild 103 in Fig. 1A zu erzeugen.
Eine herkömmliche Formel, die zum Mischen eines Vordergrundbilds und eines Hintergrundbilds für jedes Pixel einer Anzeige verwendet wird, ist durch die folgende Gleichung gegeben:
α · Vordergrund-Pixelwert + (1 - α) · Hintergrund-Pixelwert,
wobei α den zu jedem Pixel im Vordergrundbild (Auflagebild) gehörenden Mischwert darstellt. Gewöhnlich wird bei einem Rot-Grün-Blau-Pixelwert (RGB-Pixelwert), der 16 Bits (5 rote, 6 grüne, 5 blaue) umfasst, jede Farbkomponente getrennt gemischt, um das resultierende Bild zu erzeugen.
Leider erhöhen sich durch das Hinzufügen einer Gruppe von Bits 105 als Mischfaktor zu jedem Auflagen-Pixel der Speicherbedarf und Verarbeitungsaufwand zum Manipulieren der Bilder. Es kann daher erforderlich sein, Schnittstellenbusse mit einem größeren Speicher und größere Register im System bereitzustellen, um Pixelwerte zu manipulieren, und Speicher hinzuzufügen. Bei einem HCT, bei dem Kosten eine große Rolle spielen, erhöhen sich durch Zuweisen von zusätzlichen Bits zu jedem Pixel zur Realisierung der Transparenz der Speicherbedarf und der Verarbeitungsaufwand, die erforderlich sind, um die einzelnen Bildrahmen wiederzugeben. Folglich können herkömmliche Lösungswege zur Realisierung der Transparenz zu teuer sein, um in einem preiswerten HCT realisiert zu werden.
Es kann auch zweckmäßig sein, zwei Bilder auf eine räumlich gesteuerte Weise zu mischen, um scharfe Ränder um einen ansonsten opaken aufgelegten Teils eines Bilds "weich zu machen". Wenn, wie in Fig. 1 C gezeigt, beispielsweise ein opaker Kreis 110 auf einem Hintergrundbild 109 angezeigt werden soll, erzeugt der Rand des Kreises einen scharfen Kontrast zum Hintergrund, wenn die entsprechenden Pixelwerte der Auflage und des Hintergrunds weit auseinander gehen. Dieser Effekt kann durch Erzeugen einer "Puffer"zone 111 um das Auflagebild 110 und durch Mischen von Pixelwerten in der Pufferzone nach den gleichen allgemeinen Prinzipien, die in Fig. 1B gezeigt sind, abgeschwächt werden. Wie bereits beschrieben, ist es jedoch meistens notwendig, eine Vielzahl von Mischbits mit jedem Pixelwert im Auflagebild zu verknüpfen, wodurch sich Speicherbedarf und Verarbeitungsaufwand erhöhen.
Es sind weitere herkömmliche Systeme bekannt, beispielsweise die in GB-A- 2.267.202 oder EP-A-0.524.461 beschriebenen Systeme, die ein Videobild auf ein Grafikbild auflegen, das in Fenstern auf einem Computer-Bildschirm angezeigt wird. Insbesondere beschreibt GB-A-2.267.202 eine Mehrpuffer-Verarbeitungsarchitektur zur integrierten Anzeige von Video-Informationen und Grafik mit unabhängiger Farbtiefe. Mit der Systemarchitektur können ein Videofenster und ein Grafikfenster gleichzeitig auf einem ORT- Monitor eines Computers angezeigt werden. In Abhängigkeit von dem Wert eines Auflage- Schlüssels können die Pixel des Videofensters auf das Grafikfenster aufgelegt erscheinen, sodass die Grafik unter dem Videofenster verdunkelt wird. Die Pixel des Video- Auflagefensters können mit einem Mischsteuerbit (Alpha-Bit) verknüpft werden, das feststellt, ob ein Auflage-Pixel mit einem entsprechenden Pixel des Grafikfensters gemäß einem für das Grafikfenster definierten Mischwert gemischt werden soll.
Es ist auch bekannt, Videobilder von verschiedenen Quellen aufzulegen; siehe z. B. US-A-5.227.863 oder US-A-5.070.397. Insbesondere zeigt US-A-5.070.397 einen digitalen Videoschlüssel-Signalgenerator für spezielle digitale Video-Effekte und verwendet zwei in Kaskade geschaltete programmierbare Nachschlagetabellen. Zwei digitale Bilder A und B können gemischt werden, was mit einem Mischwert α gesteuert wird, der von einem Farbenreinheitsschlüssel und einem Leuchtdichte-Wert abgeleitet wird. Jedes Pixel des Bilds A wird mit α multipliziert, und jedes Pixel des Bilds B wird mit (1 - α) multipliziert. Dann werden alle Pixel von A und B gemischt, um das Video-Ausgangssignal zu erhalten. Somit werden die Pixelbits des Bilds A mit einem entsprechenden Pixelwert vom Bilci B entsprechend dem abgeleiteten α-Wert gemischt.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung löst die vorgenannten Probleme, indem sie grafische Mischmerkmale unter Verwendung eines preiswerten Verfahrens zur Verfügung stellt. Insbesondere will die vorliegende Erfindung ein Bildmisch-Merkmal zur Verfügung stellen,
das Transparenz realisiert, indem jedem Pixel in einem Auflagebild ein Bit ("Alpha-Steuerbit") zugewiesen wird, das feststellt, ob dieses Pixel durchscheinend ist oder nicht, und indem für die gesamte Auflage ein "Alpha-Wert" verwendet wird, der das Ausmaß des Mischens definiert, das für dieses Pixel vorgesehen wird. Somit kann anstelle des Zuweisens eines Mischwerts für jedes Pixel ein einziges Bit oder, bei bestimmten Ausführungsformen, eine geringe Anzahl von Bits verwendet werden, während die Fähigkeit, das Ausmaß des Mischens festzulegen, durch Verwenden dieses oder dieser Bits zum Kodieren eines Verweises auf einen vorgegebenen Alpha-Wert für die Auflage bestehen bleibt. Mit diesem Verfahren werden der Speicherbedarf und Verarbeitungsaufwand für die Bildverarbeitung wesentlich reduziert, während eine flexible Grafikmischfunktion auch weiterhin zur Verfügung gestellt wird.
In dieser Hinsicht stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Mischen erster und zweiter Bilder zur Verfügung, wie es in den beigefügten Ansprüchen dargelegt wird.
Bei verschiedenen weiteren Ausführungsformen will die Erfindung auch mit jedem Pixel im Auflagebild eine "Farbenreinheitsschlüssel"-Funktion verknüpfen, die die Transparenz jedes Pixels durch Prüfen des Pixelwerts selbst bestimmt. Wenn ein Pixel als opak angegeben wird, so erfolgt für dieses Pixel kein Mischen unter Verwendung des Alpha- Werts; der Wert des aufgelegten Pixels wird direkt angezeigt und nicht mit dem Hintergrundbild kombiniert. Das Alpha-Steuerbit und die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion können kombiniert werden, um verschiedene Arten der Bildmanipulation unter Verwendung eines Minimums an Speicher- und Verarbeitungsressourcen in jedem Terminal durchzuführen und dadurch die Kosten zu senken.
Um festzustellen, ob ein bestimmtes Auflagepixel durchscheinend wird, kann ein Farbenreinheitsschlüssel-Wert oder ein Bereich von Werten festgelegt werden. Jeder Pixelwert wird mit dem Farbenreinheitsschlüssel-Wert (oder -Wertebereich) verglichen, und wenn der Pixelwert mit dem Farbenreinheitsschlüssel-Wert übereinstimmt (oder in den Wertebereich fällt), wird er als durchscheinend eingestuft und daher mit dem Hintergrundbild gemischt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit dem Dithern verbunden. Das herkömmliche Dithern sieht das Verkürzen von Pixelwerten unter Verwendung eines speziellen Pixelmusters vor, um Ränder "weich zu machen", die andernfalls aufgrund einfacher Bit-Verkürzung "hart" wären. Die vorliegende Erfindung will dieses Verfahren erweitern, um das Dithern an Pixelwerten durchzuführen, die entsprechend einer Farbenreinheitsschlüssel-Funktion und einem Alpha-Steuerbit gemischt worden sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung dürften aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung, den nachstehenden Zeichnungen und den beigefügten Patentansprüchen ersichtlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A zeigt ein herkömmliches Verfahren zum Kombinieren eines Auflagebilds mit einem Hintergrund-Videobild, um ein gemischtes Bild zu erzeugen.
Fig. 1B zeigt ein herkömmliches Verfahren zum Mischen von Pixeln unter Verwendung eines Mischwerts 105, der mit jedem Pixel verbunden ist.
Fig. 1C zeigt, wie eine Mischzone 111 verwendet werden kann, um eine opake Auflage 110 auf einem Hintergrundbild 109 "weich zu machen".
Fig. 2 zeigt, wie ein Transparenz-Bit 206a und ein Alpha-Steuerbit 206b verwendet werden können, um das Mischen eines Auflagebilds 201 mit einem Hintergrundbild 202 zu steuern.
Fig. 3A zeigt ein mögliches Verfahren, eine Farbenreinheitsschlüssel-Funktion und ein Alpha-Steuerbit zum Steuern des Mischens von Pixelwerten in einem Auflagebild und einem Hintergrundbild zu verwenden.
Fig. 3B zeigt Schritte eines Verfahrens zur Verwendung der Farbenreinheitsverschlüsselung und Alpha-Steuerbits zum Steuern des Mischens von Auflage- und Hintergrundbildern.
Fig. 3C zeigt, wie getrennte Farbkomponenten jedes Pixels in einem Auflagebild und ein entsprechendes Hintergrundpixel getrennt gemischt werden können.
Fig. 3D zeigt ein Verfahren der Kodierung mehrerer Alpha-Steuerbits, um auf Teile eines vorgegebenen Alpha-Werts zu verweisen.
Fig. 3E zeigt ein Verfahren der Kodierung mehrerer Alpha-Steuerbits, um auf unterschiedliche vorgegebene Alpha-Werte zu verweisen.
Fig. 3F zeigt, wie unterschiedliche Alpha-Werte mit jedem Element in einer Verbundliste von Video-Operationen, die unterschiedlichen Bildanzeigebereichen im Speicher entsprechen, verbunden werden können.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren der Bewertung eines Farbenreinheitsschlüssels durch Vergleichen eines Auflage-Pixelwerts mit den unteren und oberen Grenzwerten für jede Farbkomponente gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine mögliche Anordnung zur Durchführung von Videomischoperationen einschließlich Farbenreinheitsverschlüsselung und Alpha-Mischung.
Fig. 6 zeigt, wie eine Dither-Funktion zu den Mischoperationen hinzugefügt werden kann.
Fig. 7 zeigt eine mögliche Konfiguration für ein Heimkommunikationsterminal (HCT), in dem das erfindungsgemäße grafische Verarbeitungssystem installiert werden kann.

Detaillierte Beschreibung er bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 2 zeigt eine Gruppe von in einem Speicher gespeicherten Pixeln 200, die einen Hintergrundteil 202 und einen Auflageteil 201 umfassen. Der Hintergrundteil 202 kann ein Originalvideobild oder eine andere Bildart umfassen, wobei jedes Pixel beispielsweise 8, 16 oder 24 Bits umfasst (die Anzahl von Bits je Pixel kann sich in Abhängigkeit vom Verwendungszweck ändern). Der Auflageteil 201 kann 8, 16 oder 24 Bits umfassen, die grafische Informationen umfassen, die beispielsweise von einem Anwendungsprogramm erzeugt werden.
Gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung kann ein Zuschauer drei verschiedene Arten von Pixelwerten, die den Pixelwerten 200 entsprechen, auf einer Anzeige sehen: (1) ein "transparentes" Pixel 204, das nur dem Hintergrundbild entspricht, (2) ein "opakes" Pixel 205, das nur dem Auflagebild entspricht (d. h. das Hintergrundbild auslöscht) oder (3) ein "durchscheinendes" Pixel 203, das einer Mischung aus dem Hintergrundbild und dem Auflage- (oder "Vordergrund")bild entspricht. Somit kann beispielsweise das Auflagebild ein hellblaues Band über den unteren Rand des Bildschirms (d. h. Pixel 203) mit aufgelegten opaken Sport-Spielständen (d. h. Pixel 205) aufweisen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die in Fig. 2 dargestellte Anzeige unter Verwendung von Auflagepixeln mit einer zugehörigen Farbenreinheitsschlüssel-Funktion (206a, 207a und 208a, die alternativ mit einem "Transparenz"-Bit implementiert werden können) und einem Alpha-Steuerbit (206b, 207b und 208b) implementiert werden. Jedes Auflagepixel (206, 207 und 208) kann einen RGB-Wert (Rot-Grün-Blau-Wert) oder einen kodierten CLUT-Wert (CLUT: Farben-Nachschlagetabelle) aufweisen, wie auf dem Fachgebiet bekannt. Die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion und die Alpha-Steuerbits funktionieren hingegen in Verbindung mit einem vorgegebenen Alpha-Wert (nicht dargestellt), um das Mischen des Hintergrundbilds 202 und des Auflagebilds 201 zu steuern. Somit braucht nur ein einziges Bit (Alpha-Steuerbit) zu jedem Pixel hinzugefügt zu werden, um das Ausmaß des Mischens zu steuern. Durch Verwendung eines vorgegebenen Alpha- Werts, der mit einem Anwendungsprogramm modifiziert werden kann, wird die Fähigkeit aufrechterhalten, einen großen Bereich von Mischwerten bereitzustellen.
Anstatt ein einziges Alpha-Steuerbit vorzusehen, könnten mehrere Alpha-Steuerbits (z. B. 2, 3 oder 4) verwendet werden, um das Ausmaß des Mischens zu steuern. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1B gezeigten herkömmlichen Verfahren werden jedoch solche Bits verwendet, um Verweise auf einen oder mehrere Alpha-Werte zu kodieren, die dann zum Steuern des Ausmaßes des Mischens verwendet werden. Wenn beispielsweise zwei Alpha-Steuerbits mit jedem Pixelwert verbunden sind, könnte ein Wert 00 angeben, dass kein Mischen erfolgen sollte; ein Wert 01 könnte angeben, dass ein erster Alpha-Wert zum Mischen verwendet werden sollte; ein Wert 10 könnte angeben, dass ein zweiter Alpha- Wert zum Mischen verwendet werden sollte; und ein Wert 11 könnte angeben, dass ein dritter Alpha-Wert zum Mischen verwendet werden sollte.
Alternativ könnte ein einziger Alpha-Wert zugewiesen werden, und ein Steuerbitwert 01 könnte angeben, dass das 0,25-fache des Alpha-Werts verwendet werden sollte; ein Wert 10 könnte angeben, dass das 0,5-fache des Alpha-Werts verwendet werden sollte, und ein Wert 11 könnte angeben, dass das 1,0-fache des Alpha-Werts verwendet werden sollte. Natürlich sind auch andere Varianten möglich; Fachleute dürften erkennen, dass die Verwendung einer kleineren Anzahl von Bits zur Durchführung des Mischens größerer Werte unter Verwendung einer der vorgenannten Varianten zu einer bedeutenden Verringerung des Speicherplatzes führt, der zum Speichern komplexer Videobilder benötigt wird. Diese Verfahren werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3D, 3E und 3F weiter erläutert.
Die Wirkungsweise der Farbenreinheitsschlüssel-Funktion und des Alpha-Steuerbits lässt sich wie folgt zusammenfassen. Die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion und das Alpha- Steuerbit, die mit jedem Auflagepixel verbunden sind, werden vor der Anzeige jedes Pixels geprüft, um festzustellen, ob der Hintergrundwert, der Auflagewert oder ein Mischwert angezeigt werden sollte. Wenn die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion festgelegt wird (wie vom Bit 206a in Fig. 2 angegeben), wird das Auflagepixel als völlig transparent eingestuft und nur das Hintergrundbild angezeigt. Somit würden alle Auflagepixel im Auflageteil 201, der sich über dem in Fig. 2 gezeigten horizontalen Band befindet, dieses Bit haben, das von einem Anwendungsprogramm gesetzt worden ist, das gerade Grafiken auf dem Hintergrundbild angezeigt hat. In diesem Fall ist der Wert das Alpha-Steuerbits 206b irrelevant, was durch "X" für "egal" angezeigt wird. Mit anderen Worten, das Festlegen der Farbenreinheitsschlüssel-Funktion für ein Auflagepixel bewirkt, dass nur das Hintergrundbild angezeigt wird.
Wenn umgekehrt die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion, wie etwa die in Fig. 2 gezeigten Bits 207a und 208a, nicht festgelegt ist, wird eine weitere Prüfung durchgeführt, um festzustellen, ob das Alpha-Steuerbit für das Auflagepixel gesetzt ist. Wenn, wie im Pixel 207 dargestellt, das Alpha-Steuerbit 207b nicht gesetzt ist, wird das Auflagepixel als opak eingestuft und nur der Wert des Auflagepixels (d. h. die übrigen Bits im Pixel 207) wird angezeigt und das entsprechende Hintergrundpixel (im Teil 202) wird nicht angezeigt. Somit können beispielsweise Sport-Spielstände, Uhrzeit oder Ähnliches angezeigt werden, wie vom Pixel 205 in Fig. 2 gezeigt, und das Hintergrundbild, das diesem Pixel entspricht, ist nicht zu sehen.
Wenn schließlich die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion nicht festgelegt ist (was darauf hinweist, dass das Alpha-Steuerbit geprüft wird) und das Alpha-Steuerbit (d. h. Bit 208b in Fig. 2) gesetzt ist, wird der Wert des Hintergrundbild-Pixels mit dem Wert des Auflagebild-Pixels unter Verwendung eines Alpha-Werts (nicht dargestellt) gemischt und das Misch-Ergebnis wird angezeigt. Diese Pixel werden als "durchscheinend" bezeichnet, und, wie in Fig. 2 gezeigt, kann diese Art des Mischens beispielsweise verwendet werden, um ein unscharfes Band von Farben über den unteren Rand des angezeigten Bilds darzustellen, wobei das Hintergrundbild schwach durch die Farbe zu sehen ist (siehe Pixel 203). Das Ausmaß des Mischens und somit der "Schwachheit" wird mit dem Alpha-Wert gesteuert. Somit kann der Nutzer das Auflage- und das Hintergrundbild gleichzeitig sehen, und ein Anwendungsprogramm kann bestimmen, welche Teile der Anzeige für den Zuschauer durchscheinend sein werden. Jeder Farbenreinheitsverschlüsselungs-Wert (206a, 207a und 208a) wird von jedem Pixelwert getrennt gezeigt, da gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Farbenreinheitsverschlüsselungs-Wert anhand des Auflage- Pixelwerts selbst und nicht durch Zuordnen eines gesonderten Bits im Speicher bestimmt wird. Es könnte jedoch ein gesondertes Bit im Speicher zugeordnet werden, um eine Farbenreinheitsverschlüsselungs-Funktion zu implementieren.
Wie herkömmlich kann jeder Pixelwert RGB-Werten (Rot-Grün-Blau-Werten) oder CLUT-Werten (Farben-Nachschlagetabellen-Werten) entsprechen. Bei RGB-Pixel-Arten geschieht das Mischen der Auflage- und Hintergrund-Pixel vorzugsweise dadurch, dass jede Farbkomponente (Rot, Grün, Blau) unabhängig voneinander vor der Anzeige gemischt wird. Die folgende herkömmliche Formel kann zum Mischen jedes Hintergrund-Pixels mit der Auflage unter Verwendung eines vorgegebenen Alpha-Werts für durchscheinende Pixel verwendet werden:
Ausgangspixel = α · Auflage-Pixelwert + (1 - α) · Hintergrund-Pixelwert, wobei α ein Alpha-Wert ist, der vom Anwendungsprogramm festgelegt oder modifiziert werden kann.
Das in Fig. 2 gezeigte Anzeigeschema kann auch zur Durchführung der Grenz- Weichmachung, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1C beschrieben, verwendet werden. Somit kann ein Anwendungsprogramm selektiv steuern, welche Bereiche des anzeigbaren Bilds gemischt werden, ohne dass eine große Anzahl von zusätzlichen Bits mit jedem Pixelwert verbunden sein muss. Das Anwendungsprogramm kann den Alpha-Wert festlegen und kann ihn ändern, während das Bild angezeigt wird, um spezielle Effekte zu erzielen.
Die Farbenreinheitsverschlüsselungs-Funktion und das Alpha-Steuerbit können zum Steuern einer Logikschaltung in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung oder einer anderen Art von Anordnung verwendet werden, um Pixel zu mischen. Fig. 3A zeigt einen möglichen Lösungsweg zur Realisierung der vorgenannten Prinzipien.
Wie in Fig. 3A gezeigt, wird die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion verwendet, um zu steuern, ob ein Hintergrundpixel transparent angezeigt wird (d. h. es erfolgt kein Mischen mit der Auflage) oder ob das Auflagepixel angezeigt wird (gleich, ob es mit dem Hintergrund gemischt oder opak am oberen Rand des Hintergrunds angezeigt wird). Allgemein gesagt, der Auflage-Pixelwert selbst wird mit einem Farbenreinheitsschlüssel-Wert (oder einer Gruppe dieser Werte) verglichen. Wenn der Auflage-Pixelwert mit dem Farbenreinheitsschlüssel-Wert übereinstimmt oder in einem von dem/den Farbenreinheitsschlüssel-Wert(en) festgelegten Bereich liegt, wird nur das Hintergrundbild angezeigt (d. h. die Auflage ist völlig transparent). Wenn jedoch der Auflage-Pixelwert nicht mit dem Farbenreinheitsschlüssel-Wert übereinstimmt oder in einem vom Farbenreinheitsschlüssel-Wert festgelegten Bereich liegt, ist das Auflagepixel entweder opak (d. h. es wird auf das Hintergrundbild gelegt) oder durchscheinend (d. h. es wird mit dem Hintergrundpixel gemischt), was vom Alpha-Steuerbit für dieses Pixel abhängt.
In Fig. 3A weisen ein Auflagebild 301 und ein Hintergrundbild 302 jeweils mehrere in einem Speicher 311 gespeicherte Pixel auf. Zum Zweck der Erläuterung wird angenommen, dass jedes Pixel im Auflagebild 301 und im Hintergrundbild 302 einen Farbwert von 16 Bits (5 rote, 6 blaue, 5 grüne) aufweist. Außerdem weist jedes Pixel des Auflagebilds ein Alpha- Steuerbit auf, das in einen Vergleicher (CMP) 305 eingegeben wird. Ein Farbenreinheitsschlüssel-Wert oder -Wertebereich (z. B. unterer/oberer Grenzwert) wird in einen Vergleicher (CMP) 304 eingegeben, um mit dem Wert des Auflagepixels verglichen zu werden, wodurch die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion implementiert wird. Dieser festgelegte Wert oder Bereich kann von einem Anwendungsprogramm festgelegt werden, das die Anzeige steuert. Aufgrund der Werte des Alpha-Steuerbits und der Farbenreinheitsschlüssel-Funktion wird im Wähler 303 eine von drei möglichen Schalterstellungen (A, B oder C) gewählt, um den resultierenden Ausgangspixelwert zu bestimmen. Es wird angenommen, dass Stellung C gewählt wird, wenn weder A noch B gewählt werden, was zu einem gemischten Pixelwert führt.
Der Pixelwert 0 im Auflagebild 301 wird mit dem Farbenreinheitsschlüssel-Wert (oder alternativ mit einem -Wertebereich) verglichen, und wenn der Vergleich positiv ist, wird Schalterstellung A gewählt, was dazu führt, dass alle 16 Bits des Hintergrundbilds als Ausgangssignal gewählt werden. Das wird durch die Wirkung des Inverters 307 und des UND-Glieds 306 erreicht, die bewirken, dass das Ausgangssignal der Alpha-Steuerbit-Logik unwirksam wird, wenn die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion aktiviert ist. Mit anderen Worten, wenn der Pixelwert 0 im Auflagebild mit dem Farbenreinheitsschlüssel-Wert im Vergleicher 304 übereinstimmt, wird das Auflagepixel überhaupt nicht angezeigt; es wird nur das entsprechende Hintergrundpixel B vom Bild 302 angezeigt.
Wenn die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion nicht aktiviert ist (d. h. wenn der Vergleich im Vergleicher 304 negativ ist), wird durch die Wirkung des Inverters 307 und des UND-Glieds 306 die Alpha-Steuerbit-Logik aktiviert. Folglich vergleicht der Vergleicher 305 den Wert des Alpha-Steuerbits für das Auflagepixel 0 mit Null, und wenn das Alpha- Steuerbit nicht gesetzt ist, wird ein Signal zum UND-Glied 306 erzeugt, was bewirkt, dass das Ausgangssignal B des Wählers 303 aktiviert wird. Das führt dazu, dass alle 16 Bits des Auflagebilds direkt, ohne Mischen mit dem Hintergrund ausgegeben werden (d. h. der Auflage-Pixelwert ist "opak").
Wenn schließlich die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion nicht aktiviert ist und das Alpha-Steuerbit gesetzt ist, macht das UND-Glied 306 die gewählten Einstellungen A und B unwirksam und der Wähler 303 schaltet wie vorgegeben auf die Einstellung C, wodurch ein gemischter Wert der Auflage- und Hintergrund-Pixelwerte gewählt wird. Das Mischen wird durch Multiplizieren des Alpha-Werts a (312) mit dem Auflage-Pixelwert im Multiplizierer 308, Multiplizieren von Eins minus Alpha-Wert 313 mit dem Hintergrund-Pixelwert im Multiplizierer 309 und Addieren der beiden Produkte im Addierer 310 erreicht. Das Misch-Ergebnis wird zur Anzeige ausgegeben. Entweder der Alpha-Wert 312 oder Eins minus Alpha-Wert oder beide können in einem Register oder anderen Speicherplätzen gespeichert werden. Außerdem können die Funktionen der in Fig. 3A gezeigten Schaltungsanordnung stattdessen beispielsweise in einem Computerprogramm oder einer programmierten anwenderspezifischen integrierten Schaltung implementiert werden.
Wie bereits erläutert, wird das Mischen von Pixelwerten vorzugsweise für jede rote, blaue und grüne Komponente eines RGB-Farbwerts getrennt durchgeführt. Das ist in Fig. 3C dargestellt.
Es ist vorgesehen, dass ein Anwendungsprogrammierer, der das Layout der resultierenden Anzeige plant, für jedes Pixel in der Auflage die Farbenreinheitsschlüssel- Funktion festlegen und das Alpha-Steuerbit setzen kann. So könnten beispielsweise eine oder mehrere Farben zum Steuern der Farbenreinheitsverschlüsselungs-Funktion verwendet werden. Diese Bits könnten aber auch in Reaktion auf externe Auslöse-Impulse, einen Zufallszahlengenerator oder auf eine von mehreren anderen Arten gesetzt werden, um spezielle grafische Effekte zu erzielen.
Fig. 3B zeigt ein Ablaufdiagramm zur Realisierung eines Verfahrens gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung. Für jede Farbkomponente jedes Pixels, das angezeigt werden soll, wird die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion für den speziellen Auflage-Pixelwert geprüft (Schritt 320). Wenn im Schritt 321 die Farbenreinheitsschlüssel- Funktion aktiviert ist, wird im Schritt 322 nur der Hintergrund-Pixelwert für dieses Pixel angezeigt (d. h. der Auflage-Pixelwert spielt bei der Erzeugung des resultierenden Bilds keine Rolle).
Angenommen, die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion für dieses Pixel ist nicht aktiviert, so wird im Schritt 323 das mit dem Auflagepixel verbundene Alpha-Steuerbit geprüft. Wenn im Schritt 324 festgestellt wird, dass das Alpha-Steuerbit gesetzt ist, wird im Schritt 325 der Auflage-Pixelwert mit dem Hintergrund-Pixelwert unter Verwendung der vorgenannten Formel gemischt. Anschließend kann im Schritt 327 (der nachstehend näher erläutert wird) das Pixel gedithert werden, um die Diskretisierung von Bits vor ihrer Speicherung im Speicher weich zu machen (der Schritt des Ditherns kann hinausgeschoben werden, bis andere Verarbeitungsoperationen an den Pixeln ausgeführt worden sind). Im Allgemeinen wird durch das Dithern ein Dither-Signal zu den zwei niederwertigsten Bits jeder roten, grünen und blauen Farbkomponente jedes Pixels hinzugefügt, bevor die Ergebnisse auf die gewünschte Wortlänge gekürzt werden.
Wenn schließlich weder die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion festgelegt noch das Alpha-Steuerbit gesetzt ist, wird im Schritt 326 nur der Auflage-Pixelwert angezeigt; der Hintergrund-Pixelwert wird ignoriert. Das ergibt einen opaken Pixelwert auf dem Bildschirm.
Anstatt eine Farbenreinheitsverschlüsselungs-Funktion zu verwenden, kann ein einzelnes Bit mit dem Auflage-Pixelwert verknüpft werden, um anzugeben, ob das Auflagepixel angezeigt wird. Natürlich sind auch andere Kombinationen und Varianten möglich.
Nachstehend werden weitere Ausführungsformen beschrieben, die mehr als ein Alpha-Steuerbit mit jedem Auflage-Pixelwert verknüpfen sollen, aber immer noch zu erheblichen Speicherplatz-Einsparungen über das in Fig. 1B gezeigte herkömmliche Verfahren hinaus führen. Wie in Fig. 3D gezeigt, kann jeder Pixelwert 349 mehrere zugehörige Alpha-Steuerbits 350 und 351 (mit C1 bzw. Q bezeichnet) haben. Durch Setzen beider Bits auf Null kann ein Mischwert von Null, der mit dem Alpha-Wert multipliziert wird, festgelegt werden (d. h., es wird nur das Hintergrundpixel angezeigt). Durch Setzen der Bits auf 01 kann ein Wert von 0,25 (oder ein anderer vorgegebenen Wert), der mit dem Alpha- Wert multipliziert wird, festgelegt werden. Durch Setzen der Bits auf 10 kann ein Wert von 0,75 (oder ein anderer vorgegebenen Wert), der mit dem Alpha-Wert multipliziert wird, festgelegt werden. Und durch Setzen der Bits auf 11 kann ein Wert von 1,0 (oder ein anderer vorgegebenen Wert), der mit dem Alpha-Wert multipliziert wird, festgelegt werden.
Wie in Fig. 3E gezeigt, können die Alpha-Steuerbits 353 und 354 aber auch kodiert werden, um lediglich auf unterschiedliche Alpha-Werte zu verweisen, wobei jeder Alpha-Wert vorzugsweise mehr Bits als die Bits umfasst, die zu ihrer Kodierung benötigt werden. So kann beispielsweise ein Wert 00 auf einen ersten Alpha-Mischwert verweisen, ein Wert 01 kann auf einen zweiten Alpha-Mischwert verweisen usw. Somit kann eine kleine Anzahl von Alpha-Steuerbits verwendet werden, um einen oder mehrere weit höhere Alpha-Mischwerte "nachzuschlagen", was erhebliche Speicherplatz-Einsparungen zur Folge hat.
Fig. 3F zeigt, wie in Verbindung mit den Grundgedanken, die in der vorgenannten gleichzeitig schwebenden Patentanmeldung Nr. US 08/612.104 mit dem Titel "List Controlled Video Operations" ("Listengesteuerte Video-Operationen") dargelegt sind, unterschiedliche Alpha-Mischwerte mit jedem Element einer Verbundliste von Video-Operationen verbunden werden können. Wie in Fig. 3F gezeigt, weist eine Verbundliste von Video-Operationen 365 vier Elemente 370 bis 373 auf, die jeweils Parameter aufweisen, die eine bestimmte auszuführende Video-Operation in einem Video-Speicherbereich 360 festlegen (die Verbindungsadressen sind in Fig. 3F nicht ausdrücklich angegeben). So umfasst das Element 370 eine Bitblock-Übertragungsoperation (BITBLT), die eine Ursprungsadresse SOURCE1, eine Zieladresse DEST1 und einen ersten Alpha-Wert α&sub1; festgelegt. Für alle im Bereich 360a enthaltenen Pixel wird ein erster Alpha-Wert α&sub1; zur Durchführung des Mischens verwendet. Gleichermaßen wird für alle im Bereich 360b enthaltenen Pixel ein zweiter Alpha-Wert α&sub2; zur Durchführung des Mischens verwendet; Entsprechendes gilt auch für die Bereiche 360c und 360d. Für unterschiedliche Video-Anzeigebereiche können also unterschiedliche Alpha-Mischwerte festgelegt werden, ohne dass 8 oder 16 zusätzliche Mischbits mit jedem Auflage-Pixelwert verknüpft werden müssen.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren zur Erzeugung einer Farbenreinheitsschlüssel-Funktion für jeden Auflage-Pixelwert gemäß der vorstehenden Beschreibung. Die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion wird durch Vergleichen des Werts des Auflagepixels mit den unteren und oberen Grenzwerten für jede Farbkomponente bestimmt. So kann die mit dem Vergleicher 304 von Fig. 3A realisierte Farbenreinheitsschlüssel-Funktion unter Verwendung eines Schaltkreises, wie beispielsweise dem in Fig. 4 gezeigten, ausgeführt werden. Ein Anwendungsprogramm kann eine bestimmte Farbe, z. B. Schwarz, als "transparente" Farbe festlegen, sodass ein Auflage-Pixelwert, der diesen Wert annimmt, bewirkt, dass das Hintergrundbild transparent angezeigt wird und so der Wert des Auflagepixels ignoriert wird. Mit anderen Worten, es können eine oder mehrere Farben im Auflagebild selbst zum Steuern der Transparenz-Merkmale der Erfindung verwendet werden.
Wie in Fig. 4 gezeigt, kann jeder Auflage-Pixelwert in seine einzelnen Farbkomponenten (rote, grüne und blaue Bitgruppen) aufgeschlüsselt und mit einem Farbenreinheitsschlüssel-Wert (der ebenfalls in rote, grüne und blaue Komponenten aufgeschlüsselt werden kann) verglichen werden. Wenn der Auflage-Pixelwert mit dem Farbenreinheitsschlüssel-Wert übereinstimmt oder in einem -Wertebereich liegt, wird die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion festgelegt und zum Steuern der Transparenz des Hintergrundbilds verwendet, wie unter Bezugnahme auf Fig. 3A und Fig. 3B dargelegt. Somit kann eine einzige Farbe in der Auflage als "transparente" Farbe verwendet werden oder ein Bereich von Farbwerten kann als "transparente" Farben verwendet werden. Bei der Verwendung von CLUT-Pixeln braucht nur ein einziger Vergleich angestellt zu werden, da es keine Farbkomponenten gibt, und die Schaltungsanordnung in Fig. 4 wird vereinfacht.
In Fig. 4 wird angenommen, dass jeder Auflage-Pixelwert 16 Bits (5 rote, 6 grüne, 5 blaue) umfasst, und jede seiner Farbkomponenten wird in einen oder mehrere Vergleicher eingegeben (wenn nur eine Farbe als transparent festgelegt wird, braucht für jede Komponente nur ein Vergleicher vorgesehen zu werden; wenn ein Bereich von Farben als transparent festgelegt wird, können zwei Vergleicher für jede Farbkomponente verwendet werden). Die ersten Vergleicher (CMP) (401, 404 und 407) stellen fest, ob die Eingangskomponenten größer als die oder gleich den unteren Grenzwerten sind (unterer Grenzwert für Rot Rmin, unterer Grenzwert für Grün Gmin, unterer Grenzwert für Blau Bmin). Das Ausgangssignal dieser Vergleiche wird in die UND-Glieder 403, 406 und 409 eingegeben.
Die zweiten Vergleicher (CMP) (401, 404 und 407) stellen fest, ob die Eingangskomponenten kleiner als die oder gleich den oberen Grenzwerten sind (oberer Grenzwert für Rot Rmin, oberer Grenzwert für Grün Gmin, oberer Grenzwert für Blau Bmin). Das Ausgangssignal dieser Vergleiche wird in die UND-Glieder 403, 406 und 409 eingegeben. Das Ausgangssignal dieser UND-Glieder wird in das UND-Glied 410 eingegeben. Nur wenn alle Vergleicher "zufriedengestellt" sind, wird die Farbenreinheitsschlüssel-Funktion festgelegt, um anzugeben, dass ein bestimmtes Auflagepixel transparent ist. Anstatt einen Bereich von Pixelfarbwerten vorzusehen, können die oberen und unteren Grenzwerte so eingeschränkt werden, dass sie nur gegen eine Farbe (beispielsweise nur reines Schwarz oder nur reines Weiß) empfindlich sind.
Fig. 5 zeigt eine mögliche Anordnung zur effektiven Realisierung der Farbenreinheitsverschlüsselung, der Alpha-Mischung und anderer Video-Operationen. Die Schaltung von Fig. 5 kann so programmiert werden, dass sie entweder im RGB- oder im CLUT-Modus arbeitet, sodass im wesentlichen ein und dieselbe Schaltungsanordnung für beide Pixel-Arten verwendet werden kann. Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung kann unter Verwendung einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) realisiert werden, um die Leistung zu verbessern und die Anzahl der Teile auf ein Minimum zu reduzieren. Außerdem können natürlich mehrere Alpha-Mischbits verwendet werden, wofür jedoch zusätzlicher Speicher benötigt wird, obwohl vorgesehen ist, dass nur ein Alpha-Steuerbit für jedes Auflagepixel verwendet wird. Fig. 5 zeigt auch, wie Pixel interpoliert werden können, um die Auflösung eines Anzeigebilds von einer Anzeige mit niedriger oder mittlerer Auflösung zu erhöhen.
Auflagepixel können in einem von mehreren Formaten im Speicher gespeichert werden. Es können beispielsweise folgende drei Pixelformate verwendet werden:
(1) RGB16: Jeder Pixelwert umfasst 16 Bits, die als 5 Bits für Rot, 6 Bits für Grün und 5 Bits für Blau kodiert sind.
(2) CLUT8: Jeder Pixelwert umfasst 8 Bits und dient als Zeiger in eine Farben- Nachschlagetabelle, deren Einträge aus RGB-Werten bestehen. Es ist zu beachten, dass die Interpolation im CLUT8-Modus in der RGB-Domäne nach Ausführung der Farben- Nachschlage-Operation erfolgt.
(3) CLUT8: Jeder Pixelwert umfasst 8 Bits und enthält außerdem 8 Bits des Alpha- Mischwerts. Wenn dieser Modus verwendet wird, wird das 1-Bit-Alpha-Steuerbit unwirksam gemacht. Seine Farbenreinheitsverschlüsselung (Transparenz, Durchsichtigkeit oder Opazität) wird allein von dem Alpha-Wert bestimmt, der für jedes Pixel kodiert ist. Es ist natürlich auch eines von mehreren anderen Formaten möglich, und es ist vorgesehen, dass die Schaltung von Fig. 5 verwendet werden kann, um je nach Pixelformat und Alpha- Mischwert-Format in verschiedenen Modi zu arbeiten.
Wie in Fig. 5 gezeigt, kann ein Speicher 501, beispielsweise ein DRAM, verwendet werden, um sowohl Auflage- als auch Hintergrundbilder zu speichern. Beispielsweise im RGB16-Modus umfasst jedes Pixel 16 Bits, die in drei Farbkomponenten aufgeteilt sind, während beispielsweise im CLUT8-Modus jeder Pixelwert 8 Bits umfasst, die in den RGB-Werten unter Verwendung einer Farben-Nachschlagetabelle (CLUT) 506 abgebildet werden (in den RGB-Modi wird die CLUT umgangen).
Angenommen, der RGB16-Modus ist aktiviert und ein Farbenreinheitsschlüssel-Wert ist definiert worden, so werden 16 Bits des Auflage-Pixelwerts in den Multiplexer (MUX) 505, den Zeilenpuffer 504 und die Farbenreinheits-Vergleichsschaltung 502 eingegeben. Die Farbenreinheits-Vergleichsschaltung 502 vergleicht den Auflage-Pixelwert mit einem Wert (oder Wertebereich), der im Farbenreinheitsregister 503 gespeichert ist. Wenn der Auflage- Pixelwert transparent ist (d. h., wenn der Farbenreinheits-Vergleich positiv ist), wird das Mischen der Auflage- und Hintergrund-Video-Informationen nicht zugelassen und nur das Hintergrund-Videopixel wird angezeigt (d. h., das Auflagepixel wird ignoriert).
Wenn der Farbenreinheitsvergleich negativ ist (d. h., wenn das Auflagepixel nicht transparent ist), wird das Alpha-Steuerbit über den Multiplexer 505 zusammen mit dem Alpha-Wert aus dem Alpha-Register 508 in die Alpha-Erzeugungsschaltung 507 eingegeben. Die Alpha-Erzeugungsschaltung 507 kontrolliert, ob das Alpha-Steuerbit gesetzt ist. Wenn das Alpha-Steuerbit gesetzt ist, wird das Auflagepixel mit Alpha vormultipliziert, wodurch das Mischen erfolgt. Wenn das Alpha-Steuerbit nicht gesetzt ist, wird nur das Auflagepixel angezeigt (d. h., das Auflagepixel ist "opak").
Beim Arbeiten im CLUT8-Modus (d. h. 8 Bits je Pixel) können jedem Pixel 8 zusätzliche Bits als Alpha-Mischwert zugeordnet werden. Somit können anstelle nur eines Alpha-Steuerbits 8 Bits eines Alpha-Mischwerts verwendet werden und der Transparenzwert (opak, transparent oder durchscheinend) kann allein von dem für jedes Pixel kodierten Alpha-Wert bestimmt werden. Folglich wird ein Alpha-Wert im Alpha-Register 508 ignoriert und die 8 Bits jedes Auflagepixels werden unter Verwendung der 8-Bit-Alpha-Mischwerts dieses Pixels gemischt.
In Verbindung mit der Misch-Operation können Pixel vertikal und horizontal in den Schaltungen 517 bzw. 518 interpoliert werden. Außerdem können beim Verknüpfen von Alpha-Mischbits mit jedem Pixel die Alpha-Werte von zwei interpolierten Pixeln selbst interpoliert werden. Die Einzelheiten dieser Interpolation sind in der vorgenannten gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung US 08/612.105 mit dem Titel "Interpolation of Pixel Values and Alpha Values in a Computer Graphics Display Device" (Interpolation von Pixelwerten und Alpha-Werten in einer Computergrafik-Anzeigevorrichtung") beschrieben.
Das Mischen kann Schritt für Schritt erfolgen, wobei ein Schritt vor der Interpolation und ein Schritt nach der Interpolation liegt, d. h., das Originalpixel wird vor der Interpolation mit Alpha vormultipliziert, dann werden die Pixel und der Alpha-Wert interpoliert, und dann wird das Ergebnis mit den Hintergrund-Video-Informationen durch Multiplizieren des Hintergrunds mit (1 - α) und Addieren des Ergebnisses zum interpolierten Vordergrund gemischt. Wie in Fig. 5 gezeigt, werden die Hintergrund-Videopixel in einen Multiplizierer 520 eingegeben, der die Pixel mit (1 - α) multipliziert. Das Ergebnis wird in einen Addierer 521 eingegeben, der bewirkt, dass das Hintergrundpixel zum Auflagepixel addiert wird. Das Mischen könnte stattdessen auch nach der Interpolation durchgeführt werden oder es könnte auf verschiedene andere Arten durchgeführt werden, die Fachleuten sofort klar sein dürften.
Fig. 6 zeigt ein Verfahren zum Dithern von Pixelwerten, die unter Verwendung eines Alpha-Werts gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung gemischt worden sind. Im Allgemeinen hat das Verfahren des Mischens eines ersten Pixelwerts mit einem zweiten Pixelwert unter Verwendung eines Alpha-Werts eine Zunahme der Anzahl von Bits für jedes Pixel zur Folge. Wenn, wie in Fig. 6 gezeigt, beispielsweise RGB16-Pixel (5 rote, 6 grüne, 5 blaue) verwendet werden, führt das Multiplizieren jeder Gruppe von 5 roten Pixeln aus einem ersten Bild mit einem 8-Bit-Alpha-Wert, das Multiplizieren jeder Gruppe von 5 roten Pixeln aus einem zweiten Bild mit einem 8-Bit-Wert von Eins minus Alpha und das Addieren der beiden Ergebnisse zu 13 Bits signifikanter Ziffern. Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn die grüne und blaue Farbkomponente gemischt werden. Was also als 16 Pixel eines Bilds (5, 6, 5) begonnen hat, steigt auf 40 Bits (13, 14, 13). Da im Allgemeinen dem letzten Bild nur 16 Bits zugeordnet werden können, müssen die 40 Bits auf 16 Bits verkürzt werden. Das Verkürzen auf 16 Bits kann jedoch zu "rauen" Rändern im resultierenden Bild führen, was eine geringere Qualität zur Folge hat.
Gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung kann nach den Alpha- Mischoperationen eine Dither-Funktion hinzugefügt werden, um die Qualität des resultierenden Bilds zu verbessern. Die Dither-Funktion kann eine 2 · 2-Matrix, wie beispielsweise das Dither-Muster 601 aufweisen. Dieses Dither-Muster kann über das gesamte Bild reproduziert werden, sodass der Dither-Wert 601a zu einem am Punkt (0, 0) befindlichen Pixel addiert wird, der Wert 601b zu einem am Punkt (1, 0) befindlichen Pixel addiert wird, der Wert 601c zu einem am Punkt (0, 1) befindlichen Pixel addiert wird und der Wert 601d zu einem am Punkt (1, 1) befindlichen Pixel addiert wird. Dieser Prozess kann über alle Pixel im Bild für jede Farbkomponente wiederholt werden, wie in Fig. 6 gezeigt. Die Werte in jedem Dither-Muster können natürlich geändert werden; das in Fig. 6 gezeigte Beispiel ist nur symbolisch.
Nach dem Hinzufügen von Dither-Bits wird eine Verkürzungsoperation 604 bis 606 ausgeführt, bei der die niederwertigsten Bits verkürzt werden, was zu einem Ausgangssignal führt, das die gewünschte Anzahl von Bits hat. Die Wirkung dieses Ditherns ist der einer "Rundungs"operation ähnlich, die zu einem weicheren Ausgangsbild führt.
Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm eines Heimkommunikationsterminals (HCT), in dem verschiedene Grundgedanken der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden können. Das HCT kann eine CPU-Karte 700, eine Grafikkarte 701, eine Dekodierer-Karte 702, ein Anzeigefeld und eine Handtatstatur 703, eine Hauptverarbeitungsplatine 704, ein prozessnahes Gerät 705, einen Abstimm- Abschnitt 706 und einen Audio-Abschnitt 707 aufweisen. Es ist auch vorgesehen, dass die auf der CPU 700a ablaufenden Anwendungsprogramme mit verschiedenen peripheren Geräten, wie etwa einer Maus, Spielsteuergeräten, Handtastaturen, Netzschnittstellen und dergleichen, in Dialogverkehr treten können, wie auf dem Fachgebiet bekannt. Die hier beschriebenen verschiedenen Grafikfunktionen einschließlich ihrer ASIC-Implementierung können in der Grafikkarte 701 bereitgestellt werden.
Es ist klar, dass zahlreiche Modifikationen und Änderungen der vorliegenden Erfindung möglich sind, und Bezugnahmen auf bestimmte Werte sind nur exemplarisch. Wenn beispielsweise darauf Bezug genommen wird, dass Bits "gesetzt" werden, ist es selbstverständlich, dass ein Bitwert von Null oder Eins das "Setzen" dieses Bits bewirken könnte. Es ist daher klar, dass innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche die Erfindung auch anders als ausdrücklich beschrieben genutzt werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zum Mischen eines ersten Bilds (301), das eine erste Vielzahl von Pixeln aufweist, mit einem zweiten Bild (302), das eine zweite Vielzahl von Pixeln aufweist, wobei jedes der ersten Vielzahl von Pixeln mehrere Bits umfasst und eine zugehörige Farbenreinheits-Schlüsselfunktion hat, die angibt, ob das Pixel als völlig transparent zu behandeln ist, wobei die mehreren Bits ein Alpha-Kontrollbit, das angibt, ob das Pixel gemischt werden sollte, und übrige Bits, die einen Pixelwert bilden, enthalten, wobei die Vorrichtung

ein Mittel (304, 307) zum Feststellen, ob die Farbenreinheits-Schlüsselfunktion für jedes Pixel im ersten Bild (301) eingestellt ist, und, in Reaktion auf die Feststellung, ob die Farbenreinheits-Schlüsselfunktion eingestellt ist, zum Bewirken, dass ein entsprechender Pixelwert vom zweiten Bild (302) als Ergebnis mit keiner Komponente vom ersten Bild (301) ausgegeben wird, und

ein Mittel (305, 306) zum Feststellen, für diejenigen Pixel, für die festgestellt würd, dass die Farbenreinheits-Schlüsselfunktion nicht eingestellt ist, ob das Alpha-Kontrollbit für jedes Pixel im ersten Bild (301) gesetzt ist, und, in Reaktion auf die Feststellung, ob das Alpha-Kontrollbit gesetzt ist, zum Bewirken, dass die übrigen Bits jedes Pixels als Ergebnis mit keiner Komponente vom zweiten Bild (302) ausgegeben werden, und andernfalls, wenn das Alpha-Kontrollbit nicht gesetzt ist, zum Mischen der übrigen Pixelbits mit einem entsprechenden Pixelwert vom zweiten Bild gemäß einem gespeicherten Alpha-Wert aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bild ein von einem Anwendungsprogramm erzeugtes Überdeckungsbild aufweist und das zweite Bild ein Video-Originalbild aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen durch Multiplizieren der übrigen Pixelbits mit dem gespeicherten Alpha-Wert, Multiplizieren des entsprechenden Pixelwerts vom zweiten Bild mit Eins minus dem Alpha-Wert und Addieren der Multiplikationsergebnisse erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Alpha-Kontrollbits um den Rand eines im ersten Bild dargestellten Objekts gesetzt werden, wobei diese Vielzahl einen Glättungseffekt in der Nähe der Ränder des Objekts ermöglicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (304, 307) zum Feststellen, ob die Farbenreinheits-Schlüsselfunktion für jedes Pixel im ersten Bild aktiviert ist, ein Mittel zum Feststellen, ob der Pixelwert in einem Bereich vorgegebener Farbenreinheitswerte liegt, aufweist.

6. Vorrichtung zum Mischen eines ersten Bilds, das eine erste Vielzahl von Pixeln aufweist, mit einem zweiten Bild, das eine zweite Vielzahl von Pixeln aufweist, wobei jedes der ersten Vielzahl von Pixeln einen anzeigbaren Pixelwert und ein Alpha-Kontrollbit aufweist, das angibt, ob der anzeigbare Pixelwert mit einem entsprechenden anzeigbaren Pixelwert vom zweiten Bild gemischt werden sollte, wobei die Vorrichtung

einen Speicher (501) zum Speichern des ersten Bilds,

einen Zeilenpuffer (504) zum Speichern einer Zeile von Pixeln des aus dem Speicher gelesenen ersten Bilds,

einen Multiplexer (505) mit einem ersten Eingang zum Empfangen einer Zeile von Pixeln aus dem Speicher (501), einem zweiten Eingang zum Empfangen einer Zeile von Pixeln aus dem Zeilenpuffer (504) und einem Ausgang, der aus einem der ersten und zweiten Eingänge gemäß einem Steuersignal (CLK320) gewählt wird,

eine Alpha-Generatorschaltung (507), die auf das Alpha-Kontrollbit eines aktuellen Pixels des ersten Bilds reagiert, das vom Multiplexer (505) ausgegeben wird, zum Ausgeben eines mehrere Bits umfassenden gespeicherten Alpha-Werts (α),

einen Alpha-Multiplizierer (509) zum Multiplizieren des von der Alpha- Generatorschaltung (507) ausgegebenen Alpha-Werts mit dem anzeigbaren Pixelwert des aktuellen Pixels des ersten Bilds,

ein Mischmittel (520, 521) zum Multiplizieren jedes anzeigbaren Pixelwerts im zweiten Bild mit einem Faktor von Eins minus dem Alpha-Wert und zum Addieren des Ergebnisses zu einem Ausgangswert des Alpha-Multiplizierers (509) und

eine Farbenreinheits-Vergleichsschaltung (502), die jeden der anzeigbaren Pixelwerte im ersten Bild mit einem gespeicherten Farbenreinheitswert vergleicht und, in Reaktion auf eine Feststellung, ob der anzeigbare Pixelwert mit dem gespeicherten Farbenreinheitswert übereinstimmt, das Mischen so verhindert, dass das entsprechende Pixel vom zweiten Bild von dem Mischmittel ausgegeben wird, aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, die außerdem eine mit dem Ausgang des Multiplexers (505) verbundene Farben-Nachschlagetabelle (506) zum Nachschlagen eines Rot-Grün- Blau-Farbwerts für den anzeigbaren Pixelwert vor dem Multiplizieren mit dem Alpha- Multiplizierer (509) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, die außerdem eine Interpolationsschaltung (517, 518) aufweist, die zwischen den Alpha-Multiplizierer (509) und das Mischmittel (520, 521) geschaltet ist, zum interpolieren der Pixelwerte vor der Durchführung der Multiplikation mit der Größe 1 - α.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Pixel im ersten Bild mehrere der Alpha-Kontrollbits umfasst und dass die Alpha-Erzeugungsschaltung (507) für jede Permutation der Alpha-Kontrollbits einen anderen Alpha-Wert ausgibt.

10. Verfahren zum Mischen eines ersten Bilds (301), das eine erste Vielzahl von Pixeln aufweist, mit einem zweiten Bild (302), das eine zweite Vielzahl von Pixeln aufweist, wobei jedes der ersten Vielzahl von Pixeln mehrere Bits umfasst und eine zugehörige Farbenreinheits-Schlüsselfunktion hat, die angibt, ob das Pixel als völlig transparent zu behandeln ist, wobei die mehreren Bits ein Alpha-Kontrollbit, das angibt, ob das Pixel gemischt werden sollte, und übrige Bits, die einen Pixelwert bilden, enthalten, wobei das Verfahren die Schritte

(1) Feststellen, ob die Farbenreinheits-Schlüsselfunktion für jedes Pixel im ersten Bild eingestellt ist, und, in Reaktion auf die Feststellung, ob die Farbenreinheits-Schlüsselfunktion eingestellt ist, Bewirken, dass ein entsprechender Pixelwert vom zweiten Bild als Ergebnis mit keiner Komponente vom ersten Bild ausgegeben wird,

wobei das erste Bild (301) ein von einem Anwendungsprogramm erzeugtes Überdeckungsbild aufweist und das zweite Bild (302) ein Video-Originalbild aufweist,

(2) Feststellen, ob das Alpha-Kontrollbit für jedes Pixel im ersten Bild, für das die Farbenreinheits-Schlüsselfunktion nicht eingestellt ist, gesetzt ist und, in Reaktion auf die Feststellung, ob das Alpha-Kontrollbit gesetzt ist, Bewirken, dass die übrigen Bits als Ergebnis mit keiner Komponente vom zweiten Bild ausgegeben werden, und

(3) für jedes Pixel im ersten Bild, für das die Feststellung in Schritt (2) ergab, dass das Alpha-Kontrollbit nicht gesetzt ist, Mischen der übrigen Bits mit einem entsprechenden Pixelwert vom zweiten Bild gemäß einem gespeicherten Alpha-Wert umfasst.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (3) die Schritte

(a) Multiplizieren der übrigen Bits mit dem gespeicherten Alpha-Wert,

(b) Multiplizieren des entsprechenden Pixelwerts vom zweiten Bild mit Eins minus dem Alpha-Wert und

(c) Addieren der Ergebnisse der Schritte (a) und (b) umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 10, das außerdem den Schritt des Ditherns jedes durch das Mischen entstehenden Pixels unter Verwendung eines Dithermusters (601, 602, 603) umfasst.