CN1130664C - 图象处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种图象处理设备和方法，利用它的把前景和背景结合能显示自然活动，同时能显示逼真的迭加图象，这图象处理设备把存贮在第一存储器(23)中第一图象数据(前景数据)同存储在第二存储器(24)中第二图象数据(背景数据)相结合，并输出一迭加图象，这图象处理设备包括存贮活动图象的图象数据的第三存储器(13)和从第二存储器(13)读取活动图象数据并把这活动图象数据作为第一图象数据存贮到第一存储器(23)中装置(17，20)。

Description

图象处理装置及方法
本发明涉及图象处理的设备和方法，尤其是涉及具有迭加前景图象和背景图象功能的图象处理设备。
习惯上，一个视频游戏设备被看作为图象处理设备的一种。视频游戏设备被连到监视器设备如CRT或液晶显示器，一个前景图象如来自游戏的图符同背景图象迭加并显示到监视设备上，玩游戏时根据玩游戏者输入的控制信号而改变前景图象和背景图象。
前景包括一运动的目标(图符)，例如一个人或一个动物。通过改变图符在显示器上的位置和形状表示它的运动。例如，一游戏者图符的运动，此游戏者图符是一直接由游戏者控制的图符，因此，游戏者图符的位置和形状可通过游戏者所给的控制信号而改变，从而表示其运动。
通常，为了表示图符等的运动，通过改变它的形状，具有不同形状的静止图象事先形成，同时存贮在非易失性存储器如ROM中，表示一系列的运动是通过从存储器连续读静止图象，静止图象可以是人工产生或者用时间推移方法从频视摄像机取得的自然图象中抽取出图象。
用静止图像来表示图符活动的技术可降低视频游戏设备中所需存储器的容量，而它提供一个不自然的图符活动并使游戏者在玩游戏期间觉得不够真实。
本发明考虑了上面内容，其目的是提供一种图象处理设备和方法，以能表示同背景图象迭加的前景图象的自然运动，同时所表示结果图象有好的真实性。
为实现上述目的，本发明提供一种图象处理装置，包括：第一存储器、第二存储器和第三存储器；用于从外部读取活动图象即前景图象数据，并在第一存储器中进行预定数据处理后存储在第二存储器的第一装置；以及用于将第二存储器中存储的前景图象数据和第三存储器中存储的背景图象数据合成并输出到画面的第二装置。
本发明还提供一种图象处理方法，包括以下步骤：第一步骤，从外部读取活动图象即前景图象数据，在第一存储器中进行预定数据处理后存储到第二存储器中；以及第二步骤，将第二存储器中存储的前景图象数据和第三存储器中存储的背景图象数据合成并输出到画面上。
本发明还提供一种图象处理方法，包括以下步骤：第一步骤，从外部读取活动图象即前景图象数据，暂时存储在第四存储器中；第二步骤，读取在第四存储器中存储的前景图象数据，在第一存储器中进行预定数据处理后存储在第二存储器中；以及第三步骤，将第二存储器中存储的前景图象数据和第三存储器中存储的背景图象数据合成并输出到画面上。
本发明还提供一种图象处理方法，包括以下步骤：第一步骤，从外部读取活动图象即前景图象数据，暂时存储在第四存储器中；第二步骤，读取在第四存储器中存储的前景图象数据，在第一存储器中进行预定数据处理后存储在第二存储器中；以及第三步骤，把第二存储器中存储的前景图象数据、第三存储器中存储的背景图象数据以及第四存储器中存储的前景图象数据合成并输出到画面上。
结合附图作如下说明，本发明的其他目的、特征和优点将是明显的。
图1为图象处理系统的方框图，该系统使用了根据本发明的实施方式的图象处理设备；
图2为活动图象数据的传送图，它把活动图象数据从活动图象帧缓冲区传送到图1所示的前景视频RAM中；
图3为数据例子图，数据存贮在显示于图1的前景VRAM中；
图4为解释滚动处理的图；
图5为显示于图1的优先电路的操作图；
图6是为优先电路操作所需优选位的解释图；
图7为示于图1的图象处理设备的操作图；
图8为示于图1的图象处理设备的操作图；
图9为示于图1的图象处理设备的操作图；
图10为示于图1的图象处理设备的操作图；
图11为示于图1的图象处理设备的操作图；
图12为示于图1的图象处理设备的变化图。
参考附图现在给出本发明实施方式的说明。
图1为本发明实施方式的方框图，示于图1的图象处理设备100随同盘驱动10，监视器32及扬声器44一起使用，从而可以形成视频游戏系统，例如构成家庭用视频游戏设备，这样图象处理设备100起主体设备的作用，把有监视器32和扬声器44的电视机101接到它上面，而存储游戏者要玩的游戏程序的盘(如CD-ROM)，设置在盘驱动器10上。
除了上面程序外，还在盘上存储了由自然图片或类似物形成活动图象的声音数据和图象数据，需要指出的是，所定义的活动图象由一系列运动图象如每秒钟有10到60张(帧)图象数据(图案)，例如一幅取自视频摄象机的图象本身就是运动图象。因此，每张图象数据通常彼此不同。另一方面，如上面所描述的那样，通过重复地把几张图象数据(图案)结合在一起可用静止图象实现运动。
为了能节省盘的空间，把活动图象数据压缩后再存到盘上，压缩可以用MPEG(Moving picture ExPerts Group活动图象专家组)方法，这种方法是音频/视频信号的国际标准编码方法，根据MPEG方法，在74分钟光盘上可以存储每秒30帧的活动图象及用44.1KHz采样而得到的声音。
在光盘驱动装置10中，从盘上还原的压缩活动图象数据被存到内部缓冲器11中，上面的压缩活动图象数据是按照MPEG方法压缩YUV系统(亮度Y，色差U和V)的活动图象数据而获得。存在缓冲器11中压缩的活动图像数据再提供给图象处理设备中译码器12，在译码器中压缩的活动图象数据展开成YUV系统的活动图象数据。然后，展开的活动图象数据写到活动图象帧缓冲器13。译码器12具有可从活动帧缓冲器13中读出YUV系统的展开的活动图象数据，并把它转换成RGB系统的活动图象数据并输出RGB系统的活动图象数据的功能。后面将说明，由译码器12生成的RGB系统的活动图象数据可通过总线14输出到前景VRAM22并可能输出到优先电路30。
在总线14上，连接CPU15，RAM16，总线控制器17，对前景实现图象处理的前景引擎20及对背景实现图象处理的滚动引擎21。前景引擎20它们同存储前景图案的前景VRAM22相连，亦同至少形成一帧前景图案的前景帧缓冲器23相连。滚动VRAM24存储背景图案其存储区大于一帧，它同滚动引擎21相连。
CPU15对前景引擎20和滚动引擎21发送命令，使这些引擎生成迭加图像，总线控制器17在CPU15不占用总线14时，从活动图象帧缓冲器13中读前景图象数据，并通过前景引擎20从总线14把读出图象数据写到前景VRAM22。活动图象帧缓冲器13的全部内容可以被传到前景VRAM22，或者活动图象帧缓冲器13的部份内容(仅前景部份)被传送到那里。
图2为活动图象数据的传输图，这些数据从活动图象帧缓冲器13传到前景VRAM22，在CPU15的控制下，在活动图象帧缓冲器13中部份或全部活动图象数据被送到前景VRAM22。活动图象数据的部份切除被执行，因此CPU15经总线控制器17输出切除部份的座标数据到帧缓冲器13，活动图象的每帧(每个图案)均实现上面传输，在本发明所考虑的实施方式中，包含自然运动的前景图象可以从活动图象帧缓冲器13传输活动图象数据到前景VRAM22而形成。
前景引擎20选择性地读取前景图案的图象数据，如图符，然后为所读图像数据执行图象处理，如旋转，放大，缩小和颜色计算处理，然后，前景引擎20使处理的图象前景模型存到由给定地址所指出的前景帧缓冲区23的区域中。在图2所示例子中，图象数据为全帧数据并且传送到前景VRAM22经前景引擎对它进行旋转处理，以使所传送的图象数据转换成旋转立方体形式的图象数据，然后存于前景帧缓冲区22。
图3为前景VRAM22的内部部份图，在前景VRAM22中，参数表22A存于前景图象数据(图案数据)22B的很多项之外，参数表22A被形成，例如通过CPU15对每个包含在前景中的图符，参数表22A包括位置座标数据，它表示在前景帧缓冲器22中相应图符的位置，包括在前景帧缓冲区23中图符尺寸(大小)，包括有关图符倾斜的数据，以及指示在前景VRAM22中存储的图符图案数据位置的位置坐标数据。前景引擎20访问参数表22A，把前景VRAM22中指定位置图案数据写到前景帧缓冲器23的指定位置，每当在活动图象帧缓冲器13中活动图象数据被更新或在更新时间以外适当时间里实现活动图象数据传送到前景VRAM22。
有关前景图象的参数不限于上面所说明的那些。在参数表22A中可定义合乎要求的参数，形成前景图象的图案数据22B不限于活动图象帧缓冲器13，还包括通常所用的静止图象数据。
在前景帧缓冲器23中形成的一帧前景图象数据被前景引擎20读出，不通过总线14而直接提供到优先电路30同监视器32的扫描同步(同监视器32垂直，水平和点同点)。
主要地，对前景帧缓冲器23所有存储区足以等于一帧，而为了提高处理速度最好提供二帧存储区使两帧的写和读操作交替执行。
滚动引擎21形成背景图象，其上的图符和其它图象可以移动，滚动VRAM24至少有一个存储区，该区大于一帧并对应于滚动图象平面。滚动图象面所对应平面由所给的相连的监视器32的屏幕(一帧)的右，左，上，下端而得到。滚动引擎21通过移动在滚动VRAM24中位于滚动图象平面中的显示区而滚动背景并显示到监视器屏幕上。
存于滚动VRAM24中的背景图象数据，是例如在CPU15的控制下从盘驱动装置10读出的数据，为了减少存贮在滚动VRAM24中的数据量，用一些方块，每个块有某种尺寸(通常为8×8点，或16×16点)组合形成等于一帧的图象(VRAM方法)。
图4显示了滚动处理图，具有不同图案的单元(a)，(b)和(c)及安排这些单元的次序的定义表(图案表)存于存贮滚动图象存储区以外的滚动VRAM24中的存储区内。例如，这些单元可以事先从CD-ROM中读出存于滚动VRAM24中。CPU15输出有关对滚动引擎21滚动处理的参数、滚动引擎21在滚动VRAM24中读图案名表，然后读其中定义的单元2，而滚动引擎21经过总线14直接输出滚动图象平面到优先电路30，上面的操作序列可以同步于监视器32的扫描(垂直，水平和点同步)而实时执行。
优先电路30接收前景引擎20(例如在图5中图象平面50)提供的前景图象平面，和滚动引擎21(例如在图5中图象平面51)提供的滚动图象平面，并且把这些图象平面迭加形成表示一帧的迭加图象平面(图5中52)的数字视频信号。在图象平面迭加操作中，对每一点，需要确定不管是前景图象平面或滚动图象平面应当是有效的(被选择的)。为了实现上述确定，优先位被加到由前景图象平面的每点形成的图象数据中。
图6显示前景图象平面的图象数据和优先位加到图象数据上的图，正如图6中部份(A)所示，形成前景图象平面之扩充的活动图象的一个象素由15位表示，其中5位为R，5位为G，5位为B，图6中部分(A)显示了亮黄。在图6的部分(A)中显示了一位优先位PB加到一个象素数据中，当优先PB等于图6部分(A)中显示的1时，它是有效的，相应一个象素数据优先电路30选中并输出到视频D/A转换器31。当PB＝0(显示于图6部分(B)中)，优先位无效，相应一个象素数据及有被优先电路30选中，而由滚动图象平面形成的图象数据的一个象素被优先电路30选中，并输出到D/A转换器31，图6所示的优先位PB是一位，但它可以有很多位组成，例如，在图1所示的结构中，有很多优先位PB，例如需要2位，对处理情况为当显示滚动图象平面和前景图象平面的次序被指定为每一点时(此次序指的是，不管滚动图象平面还是前景图象平面需要被叠加到另一个上面)，上述情况的一例子是除了位于等距图象外有接近地的和远离地的活动图象，在接近地和远离地间插入滚动平面或前景平面。
图1所示译码器12在CPU15的控制下展开压缩的活动图象并把优先位PB加到展开的数据中。包含在前景中和活动图象以外的图象事前赋予优先位PB并存于前景VRAM22中。
图1所示的D/A转换器31从优先电路10接收数字视频信号并将其转换成模拟视频信号，然后输出到监视器32，I/O控制器41接收来自控制键盘40由游戏者操作的控制信号，并输出到CPU15，声音引擎42在玩游戏时形成声音输出，并经音频D/A转换器43向扬声器44输出对应模拟音频信号。
参考图7的时间关系和图1中所显示图象处理设备100的工作，现给出说明。需要指出的是，图7的主要意图是显示图象处理设备100的部件之间信号传送，而这些信号在图7中所说明的序列中可以没有传送。在图7中，位于垂直直线上面的数字对应于图1所示框图所赋的值。
CPU15输出指令把盘中(CD-ROM)数据读到盘驱动装置10(步(1))。盘驱动装置10从盘中读指定的压缩的活动图象数据，并把它存到内装的缓冲器11中，译码器12从缓冲器11中读压缩的活动图象数据，并展开它，以使展开的活动图象数据存贮到活动图象帧缓冲器13(步(2))中。CPU15经前景引擎20在前景VRAM22中形成前面提到的参数表。(步(3)和(4))。例如，用于交战游戏中的参数表分别根据游戏者的图符和敌人图符而产生，同时游戏者的图符和敌人图符的坐标，大小，倾斜及图案数据的存储位置分别存于参数表中，如图3所示，游戏者的图符的运动根据游戏者从控制键盘40输入的控制信号而被控制(步(8)和(9))。每当它接收控制信号CPU15更新参数表中一个或多个参数，如坐标值，游戏者的图符参数如坐标值根据预定规则在CPU15的控制下被更新。
CPU15输出展开运动图象数据传到总线控制器17的指令(步(5))，总线控制器17从活动图象帧缓冲器13中读活动图片的图象数据，并经过总线14把它传到前景VRAM22中(步(6)和(7))。前景引擎20根据前景VRAM22中形成的参数表读存贮在前景VRAM22中前景图象数据(图案数据)，并使读出图象数据按指定的坐标，大小，倾斜度存于前景帧缓冲器23中(步(10)和(11))。
根据上述方法，等于一帧的前景图象存到前景帧缓冲器23中，前景引擎20从前景帧缓冲器23中读取前景图象平面的图象数据，并把它输出到优先电路30(步(12))。滚动引擎21从滚动VRAM24读取滚动图象平面的图象数据，并把它输出到优先电路30(步(13)，(14))，当存贮在活动图象帧缓冲器13中活动图象数据被用来替代滚动图象平面或被用作除滚动图象平面外的背景情况下，优先电路30从活动图象帧缓冲区13接收活动图象数据(步(15)，(16))，根据优先位，优先电路30选择前景图象平面或滚动图象平面的每个点，并把所述图象面上的点输出到视频D/A转换器31(步(17))。当从活动图象帧缓冲器13读出的活动图象平面被使用，包括上述平面的很多平面中的一个，基于单点被选中同时输出到视频D/A转换器31(步(17))，视频D/A转换器把接收的数字视频信号转成相应的模拟信号，然后输出到监视器32(步(18))。
与上面图象处理的输出的同时，声音引擎42形成BGM，有效的声音和讲话，并输出相应的数字音频信号到音频D/A转换器43，音频D/A转换器43把数字音频信号转成相应的模拟音频信号，然后输出到扬声器44。
上面处理重复执行，游戏继续。
图8显示用于游戏中运动图象的图符的图，它存于活动图象帧缓冲器13中，三个活动图象图符40a，40b，40c被存于活动图象帧缓冲器13的一帧中。特别指出，图8相应的活动图象数据的场景(一帧)和活动图象数据的大量项(很多帧)被存于CD-ROM以便形成如图8所示帧的提前和后继帧，显示于图8中的活动图象数据以帧为基础进行处理，以使部件40a到40c被裁剪，然后被传送并存储到前景VRAM22中，如图9所示，前景图象41a，41b，41c和41d的静止图象可存贮在前景VRAM22中。
显示于图9中前景图象的外面，前景图象40c经前景引擎20被放大和旋转，并存贮在前景帧缓冲器23中，见图10。而且，前景图象41c被缩小并存贮在前景帧缓冲器23中，见图10。示于图10的前景帧缓冲器23中的前景图象经优先电路30同存贮在滚动VRAM24中背景图象迭加，显示于图11的结果图象被形成，上述方法，可能实现前景显示，例如，图符可基于帧而改变同时，前景可作为活动图象而显示。因此，图符的自然运动可以得到并在玩游戏中真实性能改进。
需要指出的是前景引擎20，滚动引擎21和优先处理本身可以在惯用的图象处理设备中被执行，由此它的结构对一般熟练的技术人员来说将是清楚的，因此有关详细的部件的结构说明在此省略。通常前景引擎20和滚动引擎21由硬件形成，现在讨论的本发明的实施方式目的在于通过主要修改将要在这些引擎的结构中处理的信号来克服前述的缺点(全部或部分活动图象数据是以帧为单位写到前景VRAM22中的)。
图12为显示于图1的结构变化的框图。图12中的译码器12a代替了图1所示的译码器12，在图12所示的结构中，活动图象帧缓冲器13直接连到总线14，图12所示的译码器12展开从缓冲器11读取的YUV系统的压缩的活动图象数据，并把它转换成RGB系统的活动图象数据，然后将其存贮在活动图象帧缓冲器13中。从活动图象帧缓冲器13读出RGB系统的活动图象数据输出到前景VRAM22和优先电路30，在上面方法中，如图12所示结构中所用活动图象帧缓冲器13可以存贮RGB系统的活动图象数据。
工业的适用性
如上所述，根据本发明的图象处理设备，可以用活动图象如图符作为前景并使迭加图象的真实性得到改进，这些优点在实际使用中是非常有效的，本发明不限于家庭用游戏机，还包括商用游戏机，而且本发明不限于游戏机还广泛包括那些通过迭加图象形成图象平面的图象处理设备。

Claims (11)

1.一种图象处理装置，其特征在于包括：
第一存储器、第二存储器和第三存储器；
用于从外部读取活动图象即前景图象数据，并在第一存储器中进行预定数据处理后存储在第二存储器的第一装置；以及
用于将第二存储器中存储的前景图象数据和第三存储器中存储的背景图象数据合成并输出到画面的第二装置。
2.如权利要求1所述的图象处理装置，其特征在于所述图象处理装置还包括：
用于对从外部读取的前景图象数据进行暂时存储的第四存储器。
3.如权利要求2所述的图象处理装置，其特征在于所述第一装置从所述第四存储器读取前景图象数据的一部或全部，并进行预定数据处理。
4.如权利要求1所述的图象处理装置，其特征在于所述第二装置包括优先电路，该电路以点为单位选择第二存储器中存储的前景图象数据和第三存储器中存储的背景图象数据。
5.如权利要求2所述的图象处理装置，其特征在于所述第二装置包括优先电路，该电路以点为单位选择第二存储器中存储的前景图象数据、第三存储器中存储的背景图象数据以及第四存储器中存储的前景图象数据。
6.如权利要求2所述的图象处理装置，其特征在于所述图象处理装置还包括解码装置，该装置把从外部读取的压缩前景图象数据展开，并写入第四存储器。
7.如权利要求1所述的图象处理装置，其特征在于所述图象处理装置还包括：
配备有游戏控制装置的I/O控制器，用于连接存储前景图象数据的外部存储设备的装置，以及用于执行游戏程序的装置。
8.如权利要求1所述的图象处理装置，其特征在于在所述图象处理装置中，所述背景图象数据是活动图象数据。
9.一种图象处理方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步骤，从外部读取活动图象即前景图象数据，在第一存储器中进行预定数据处理后存储到第二存储器中；以及
第二步骤，将第二存储器中存储的前景图象数据和第三存储器中存储的背景图象数据合成并输出到画面上。
10.一种图象处理方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步骤，从外部读取活动图象即前景图象数据，暂时存储在第四存储器中；
第二步骤，读取在第四存储器中存储的前景图象数据，在第一存储器中进行预定数据处理后存储在第二存储器中；以及
第三步骤，将第二存储器中存储的前景图象数据和第三存储器中存储的背景图象数据合成并输出到画面上。
11.一种图象处理方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步骤，从外部读取活动图象即前景图象数据，暂时存储在第四存储器中；
第二步骤，读取在第四存储器中存储的前景图象数据，在第一存储器中进行预定数据处理后存储在第二存储器中；以及
第三步骤，把第二存储器中存储的前景图象数据、第三存储器中存储的背景图象数据以及第四存储器中存储的前景图象数据合成并输出到画面上。
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