專利名稱：改進的應(yīng)答式視頻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)答式視頻系統(tǒng)。
應(yīng)答式視頻系統(tǒng)在很多領(lǐng)域中正變得越加重要并且越加適用。應(yīng)答式視頻系統(tǒng)可用于各種模擬訓(xùn)練(例如車輛司機或飛機駕駛員的訓(xùn)練)場合以得到更直觀的教育;還可用于動畫片或商業(yè)廣告節(jié)目的制作使之具有活動性;或者用于簡單的娛樂活動。在本發(fā)明書中，把該系統(tǒng)描述為一種與電視游戲相結(jié)合，以作為可采用本發(fā)明的各種應(yīng)用中的示例性說明的一種應(yīng)用。然而本發(fā)明同樣地還可用于其它應(yīng)用，因而絕不限于剛才所列出的這些應(yīng)用。
這些所考慮的電視游戲一般都用電視屏幕顯示，電視屏幕上的圖象是由一臺計算機(通常是一臺微處理機)根據(jù)所預(yù)置的游戲和一個或多個游戲者的響應(yīng)而產(chǎn)生的，所述的響應(yīng)是通過適當(dāng)?shù)难b置如鍵盤或游戲棒輸入的。當(dāng)前盛行的一種典型的游戲玩法是讓游戲者阻擊正在襲擊他的陣地的外國宇宙飛船，并通過瞄準(zhǔn)和發(fā)射導(dǎo)彈等擊毀這架飛船。盡管這種游戲體現(xiàn)了對原來的電視乒乓球和網(wǎng)球游戲的明顯改進，但它們?nèi)匀皇艿较喈?dāng)限制，這是因為由微處理機產(chǎn)生全部顯示對其處理性能要求很高并需要大量存貯器的緣故。顯示器的清晰度、復(fù)雜性和變化率受處理機速度、存貯設(shè)備和有關(guān)約束條件的限制，并且即使使用了高分辨率圖象顯示往往不是非常逼真的。
在應(yīng)答式視頻領(lǐng)域中的工作至今大量地在以下方面開展
1.主幀計算機，圖像存貯在高速大存貯器內(nèi);
2.多電視唱盤(vediodisc)放像機系統(tǒng);
3.多頭唱盤讀出器;
4.單個唱盤放像機、單頭、單一選擇;
5.唱盤地理學(xué)。
對于五個方面的每一個，我們都考慮了基本策略。
1.主幀計算機就研究樣機的元件費用來說，主幀計算機是最昂貴，也可能是最通用的，但遺憾的是也是最笨重和最不可靠的。
這個方面涉及非常大的RAM存貯器和處理能力很強的中央處理器單元，存貯器的用途或是A.存貯它本身的視覺圖像信息，在此情況下，該系統(tǒng)不需要電視唱盤或任何其它的視覺圖像再生媒介，或是B.在附屬的多唱盤系統(tǒng)中存貯幀的“參考標(biāo)簽”或所存幀的順序。
在(A)情況下，存貯器需要很大，中央處理器很強。然而甚至在使用大容量存貯器時，圖像才處于最好(矢量掃描)畫線，在所有坐標(biāo)系中隨著“線產(chǎn)生”程序的頂點和角都存貯在該存貯器中。這樣的系統(tǒng)在實時應(yīng)答時，中央處理機必須處理所有在實時參數(shù)內(nèi)的透視的變換(perspectivefransformation)，視覺圖像數(shù)據(jù)庫(在這種情況(存貯器)時不包含(坐標(biāo)和產(chǎn)生的行)的透視變換，而所有這一切都是由中央處理機產(chǎn)生的)。為了把舊金山整個城市寄存在主幀計算機存貯器內(nèi)的坐標(biāo)系中，建筑師和一起工作的計算機編程員已經(jīng)做了工作。雖然得出的是輪廓形象(見圖42)，但是當(dāng)產(chǎn)生圖像的中央處理單元的功能強得足以完成“平滑的”透視變換時，就運動而論，以全方位自由度在該城市上空的飛行程序是能夠編出的。在這個系統(tǒng)中，透視都由中央處理機單元(硬件)處理，所產(chǎn)生的圖像從美學(xué)上看是不令人滿意的輪廓線。
在(B)的情況下，存貯器和多個電視唱盤系統(tǒng)作為視覺圖像數(shù)據(jù)庫一起起作用。相當(dāng)于RAM的存貯器不存貯任何圖像，而是存貯“參考標(biāo)簽”，在中央處理機尋址時，“參考標(biāo)簽”指令該多個磁盤系統(tǒng)，使有關(guān)的電視唱盤放像機“在線”。當(dāng)相應(yīng)的幀或順序幀已被讀取頭定位時，當(dāng)該頭處于一種位置時，雙邊協(xié)議通知那時已被尋址的存貯器，同時，有關(guān)的圖像被送往顯示器系統(tǒng)。
盡管這個系統(tǒng)有點笨重，存貯器特別是中央處理機單元所需處理能力遠比(A)中的小。中央處理機的任務(wù)是(通過其編程)根據(jù)用戶接口的指令確定哪些參考標(biāo)簽要尋址，它不執(zhí)行透視變換。又由于視覺圖像庫涉及到電視唱盤放像機，因此圖像是能夠是全顏色、高清晰度的畫面。然而所有透視和選擇已制片并或(以軟件形式)包含在電視唱盤上。雖然中央處理機能夠?qū)崟r剪輯一種獨特的順序幀與適應(yīng)接口的指令，但這有明顯的限制。一是原始被拍的材料存在很多電視唱盤(最多4個)上，圖像不能脫離這個材料，另一個是圖像的順序(如果實際情況是模擬的)必須是連續(xù)仿真的。
這個系統(tǒng)使用戶在一張地圖走過一條獨特的路線，然后讓計算機示出相應(yīng)于這條路線的圖像。
在這樣系統(tǒng)中，存貯器被試探地安置，以使連續(xù)的圖像順序的參考標(biāo)簽，例如在交叉路口向左轉(zhuǎn)、向右轉(zhuǎn)或向前，存入靠近的鎖存器中。中央處理機的使用是使正確的參考標(biāo)簽在必要時間內(nèi)定位，以便實時或盡可能地將有關(guān)幀和順序定位和顯示。
通過我們已討論的主幀計算機視頻系統(tǒng)，我們已經(jīng)知道兩種不同的策略。在(1A)中，最后的動態(tài)透視變換完全由硬件處理，這就是自由度是全方位(或很接近全方位)的原因，但是為了實現(xiàn)實時處理，就需要能力強的中央處理機和/或低的信息圖像(輪廓線)。
在(1B)中，最后動態(tài)透視完全包括在軟件內(nèi)(在我們的第一例中即在電視唱盤內(nèi))。在能參考另一有關(guān)順序幀時，具體確定點上發(fā)生自由度隨著單幀或在一特定順序中一旦選定，就沒有別的自由度或別的透視變換。簡單地說，用戶從已預(yù)選的選取中進行選擇。
2.多電視唱盤放像機系統(tǒng)多唱盤放像機系統(tǒng)的主要用途和應(yīng)用于(1B)的目的是使一個唱盤放像機上的讀取頭搜索和定位(搜尋)有關(guān)的下一個順序，而另一放像機正在產(chǎn)生圖像，于是在一個順序結(jié)束時兩個可能緊跟的選擇對象(可能是三個)已經(jīng)被搜尋到并等待供給兩個機器。這個目的就是消除“死的時間”。
除了存貯在視頻圖像中的視頻圖像電視版本的行內(nèi)或微處理機的RAM中的重疊圖像和圖形之外，對通過控制微機或取代主幀計算機的微處理器而使唱盤產(chǎn)生的圖像只進行很少處理或不進行處理。由于自由度(和到更小的程度，用戶應(yīng)答)在每個(分支)確定點上以選擇個數(shù)計量的(這是由本系統(tǒng)的多個唱盤放像機和它們自己的多個確定點完成的)。上面所討論過的限制仍然存在。
全方位自由度的問題或總用戶應(yīng)答問題不會產(chǎn)生。對于(1B)對于該系統(tǒng)的評價請看圖43。
當(dāng)然，使用多個唱盤放像機的另外的目的就是使視覺數(shù)據(jù)庫變大了，這對于保存應(yīng)用的數(shù)據(jù)來說是一個優(yōu)點。
3.多頭的唱盤讀出器確切地說，原理與(2)相同，只是不昂貴些。為了達到消除死的時間的目的，每個讀取頭被單獨控制，以便在一個磁頭正在讀并且隨后產(chǎn)生圖像時另一讀取頭或其它讀取頭搜尋下一個確定點用的另外有關(guān)的順序(章節(jié))中。加以(2)中的同樣限制，下一步考慮到你只有一個唱盤放像機，并且需要更大的強度和這個單一放像機內(nèi)的坐標(biāo)系。
4.單唱盤放像機、單讀取頭、單一選擇最高級的這類系統(tǒng)稱為“第三級”系統(tǒng)一個工業(yè)級唱盤放像機(快掃描時間)、一個接口和一個外部的微計算機IBM，索尼公司和菲利普公司已推出這樣的系統(tǒng)。它們在訓(xùn)練應(yīng)用中有些價值。然而，具有多自由度的實時模擬遠超過這樣的系統(tǒng)。
但是這并不意味著這樣的系統(tǒng)不能有想象力地被利用。一種這樣的應(yīng)用涉及到跟蹤“旅行者”空間探測器發(fā)出的子彈。由于在該系統(tǒng)中使用一個唱盤，從而用戶能夠看到當(dāng)經(jīng)過全星、水星突然下降并且經(jīng)過木星和其衛(wèi)星倒轉(zhuǎn)的這些探測器墮入火星時它們的情景。實時的用戶應(yīng)答采取“節(jié)流”形式有效地加快或減慢圖像的顯示。
5.唱盤地理學(xué)視頻圖像劃分成一系列的順序幀(稱為章)在視頻系統(tǒng)應(yīng)用的范圍內(nèi)得到了很深的研究。原理是如果第1至100幀是A章沿路向下走到一個交叉點，則第200至300幀是B章可以一直走下去，第300至350幀是C章向左拐，第350至400幀是D章向右拐。由于使用單唱盤放像機和單一讀取頭，因而該系統(tǒng)的缺點是如果用戶想在路上向下走和向右拐，則讀取頭必須從A章的末端跳到D章的始端，從第100幀跳到第350幀，當(dāng)居中的250幀被讀取頭“跳讀”時，屏幕是空白的即死的時間。
我們已經(jīng)理解在所有這些方面不只在確定節(jié)點處而經(jīng)常在整個圖像顯示中的實時的用戶應(yīng)答和自由度廣度的任何可能性與硬件的處理有關(guān)。我們還理解在不使用極大的存貯器(這是軟件，電視唱盤放像機經(jīng)常指的是大的光學(xué)存貯器)的條件下，得到完美顏色、清晰的圖像是不可能的。
困難是如何使中央處理機單元(或微處理機)能夠使巨大的信息數(shù)據(jù)比特(107)(這個數(shù)據(jù)比特在中央處理機可能是大的條件下實時構(gòu)成高清晰度的彩色圖像)“數(shù)字擦過”(number crunch)。
將從以下的描述明顯看出的是，本發(fā)明能夠提供一種應(yīng)答式視頻系統(tǒng);在一種游戲玩法中該系統(tǒng)可以提供比起那些實時地根據(jù)完全由微處理器產(chǎn)生的圖形的、并且實時地與該用戶相互配合的游戲更逼真的顯示。這樣省出的處理能力可以給予更復(fù)雜系統(tǒng)功能的存貯的處理能力和/或提供完整圖形的高清晰度，以改善屏幕上游戲的環(huán)境。
本發(fā)明涉及的這種視頻系統(tǒng)包括一個系統(tǒng)控制器;一個視頻再生裝置用以重放存貯在記錄媒介上的運動畫面序列;一個顯示裝置用以再現(xiàn)來自視頻再生裝置的視頻畫面;一個用戶輸入裝置以使用戶應(yīng)答控制器?？刂破鞅痪幊虨槟芨鶕?jù)預(yù)定規(guī)則和用戶通過輸入裝置輸入的對顯示的響應(yīng)，控制圖像再生裝置的工作?？刂破骺梢蕴峁﹫D形信息，該圖形信息可與再生裝置的視頻信號混合，或插在再生的運動畫面序列之間，再根據(jù)預(yù)定規(guī)則和(有選擇的)用戶的響應(yīng)(即對顯示器的分?jǐn)?shù)、狀態(tài)報告、提示或指令所做的響應(yīng))確定這個圖形信息。該運動畫面序列可以被制成是真實生活的活動序列、電視片或模型或動畫片。
預(yù)定規(guī)則可以包括為使該系統(tǒng)的硬件工作成為坐標(biāo)系所需的控制方案，以實現(xiàn)為了提供特定的電視游戲所需的功能。圖像再生裝置可由系統(tǒng)控制器根據(jù)游戲規(guī)則進行控制，以再現(xiàn)運動畫面序列，還可選擇地由控制器根據(jù)用戶的響應(yīng)和游戲的狀態(tài)把圖形信息加到顯示器上?？刂破鬟€可以被編程為在游戲的特定場面時按照用戶的響應(yīng)或按照游戲規(guī)則確定下一個要再現(xiàn)的運動畫面序列。在游戲的總流程中可以有節(jié)點，在節(jié)點處根據(jù)用戶的響應(yīng)或分?jǐn)?shù)確定下一個發(fā)生的情況。
本發(fā)明的第一個方面下列事實從得出即如果一個實時的應(yīng)答式視頻系統(tǒng)包括一個視頻再生裝置用以再現(xiàn)視頻節(jié)目材料;一個顯示裝置用以顯示來自再生裝置的被再生的視頻信息;一個可操作的系統(tǒng)控制器用以控制送往顯示器的再現(xiàn)視頻信號的供給，以便那里在記錄媒介已經(jīng)在其上記錄很多另外的運動畫面序列，由于各序列中的新畫面速度比視頻節(jié)目材料的幀速度要低，所以特定序列的幀可以從節(jié)目材料中提取，然后再處理電路處理，以從各原始幀中產(chǎn)生一系列的重復(fù)幀，于是再現(xiàn)的、可供選擇物的幀速度等于視頻節(jié)目材料的幀速度。
在視頻節(jié)目材料中可以有節(jié)點?！肮?jié)點”(“branchpoint”)這個詞用以復(fù)蓋凡有兩個或多個可能的序列幀和這些序列中只有一個是所需的情況，確定哪個序列幀的用戶響應(yīng)接著被重現(xiàn)。在節(jié)點處這和常規(guī)想法一樣，但它還用在這樣的地方，例如幀序列從一側(cè)到另一側(cè)地復(fù)蓋地形條并且需要隨著一個旁路分量從一個條運動到另一相鄰條的地方。因此，在該系統(tǒng)的工作中，序列運動畫面可以用來以鏈路方式根據(jù)編入控制器的規(guī)則所確定的整個方案被存取，以便根據(jù)該規(guī)則和用戶的響應(yīng)確定被再現(xiàn)的運動畫面序列的特定次序。
以連續(xù)性合理的程度通過節(jié)目材料中的一個節(jié)點時有一個問題，這是由于現(xiàn)行的圖像再生硬件存取一個被存貯的視頻信息(不管存于光盤上還是存于磁帶上)的一個特定部分需要的時間而引起的。一種解決方法是提供一種圖形“插算”(interlude)，在這種圖形“插算”中，只有處理機產(chǎn)生的圖形被顯示。然而由于純圖象和真正的活動圖象之間的來回切換，這種方法產(chǎn)生的圖像從美學(xué)觀點來看還不令人滿意。
本發(fā)明的第一方面提供一種可以替代這一點的替代物，借此通過一個節(jié)點可以實時發(fā)生，不需要在圖形和運動畫面圖像之間來回移動。因此本發(fā)明的這個方面提出來自一個節(jié)點的各種替換物序列的視頻信息被以一種交錯的方式記錄在記錄媒介上，以便在從記錄媒介系列地讀信息期間，每個替換物序列的信息以重復(fù)序列地讀出。
另外，本發(fā)明的這個方面還提供一種其上已經(jīng)記錄視頻節(jié)目材料的記錄媒介，該材料包括替換物的多個交替運動畫面序列幀，它們以交錯的形式序列性地安置在記錄媒介上。這個交替的序列在視頻節(jié)目材料的節(jié)點處開始，以使每個交替序列構(gòu)成原先節(jié)目材料的一種交錯的連續(xù)。
較好的是，這個交替順序是按幀交錯的，以便如果有三個替換物作為一個例子，幀的記錄連續(xù)地由三個替換物的第一幀，接著是三個替換物的第二幀等等。假設(shè)這些從記錄媒介中序列地被讀出，則可以使用一個時分信號分離器，以恢復(fù)所需序列的幀。明顯的是，如果有n個替換物，則用于任何一個替換物的新幀的幀速度是再現(xiàn)信息的總的幀速度的1/n。因此，時分信號分離應(yīng)該在所需序列的連續(xù)幀之間的時間填滿的處理之后。這可以通過重復(fù)那個序列的最新讀出幀n-1次來完成，以便恢復(fù)原始的幀速度。然而，這還將意味著再現(xiàn)的圖像只以1/n幀速度來更新。為了補償這個，可以采取措施以增加在觀察者/用戶的眼/腦方面的信息處理需求。為了做這個的一個建議涉及在幀重復(fù)時調(diào)制亮度和/或色度信息。
例如，根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，如果有三個交錯的替換序列，以使每個替換物的幀速度為標(biāo)稱值的1/3，則與原始幀相比，在幀的第一重復(fù)期間色平衡可以改變，并且亮度電平可以在幀的第二重復(fù)期內(nèi)變換。
這個特點更普遍適合于相同的輸入幀顯示一次以上的視頻顯示器，并且不限制上述從節(jié)點離析的交錯幀的使用。
本發(fā)明的第三方面涉及就用戶出現(xiàn)逼真地穿過記錄在記錄媒介上的地形的可能性而論提供出要比至今專門得出的顯示更逼真的顯示。所希望的是，允許用戶在由拍攝原始幀的攝像機所追隨的不必需相應(yīng)的路徑上運動，并且實際上用戶希望經(jīng)過某些除了攝像機經(jīng)過的以外的、景物內(nèi)的物體。也就是說，如果攝像機經(jīng)過右邊的物體，則用戶想經(jīng)過左邊的物體。這樣的各種畫像在已知的系統(tǒng)中在顯示器中是難以產(chǎn)生的，因為大量的計算機處理要求為各幀和鄰幀再計算觀察點。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，我們提出一種應(yīng)答式視頻系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，記錄在記錄媒介上的各幀基本上都含有要比在同一時刻被顯示的信息更多的信息。整個幀從記錄媒介裝入一個半導(dǎo)體存貯器(RAM)內(nèi)。然而，只有被存貯幀的所需部分被選取以便顯示。
此外，根據(jù)以下兩因素所選擇的圖像部分每幀都可能發(fā)生變化。(ⅰ)用戶輸入例如從游戲棒輸入，該輸入提供了所需移動的指示，(ⅱ)被顯示部分的存在方位的函數(shù)，該函數(shù)計算以得出用于存貯在記錄媒介上的幀之間的透視變化的正確容差。
在其各方面體現(xiàn)本發(fā)明的實例將結(jié)合附圖予以說明。
被說明的本系統(tǒng)很多應(yīng)用中的一種是產(chǎn)生一個與計算機的受控應(yīng)答和一種可選擇產(chǎn)生的圖像，該圖像可以被編程，以模擬例如經(jīng)威爾士峽谷在土星景物上空的低空飛行，或驅(qū)車經(jīng)過紐約的街道，以及和一位核物理學(xué)家進行的允許在一個控制的主題范圍內(nèi)討論應(yīng)答式講課。
與其它系統(tǒng)的主要區(qū)別是被說明的示例性的系統(tǒng)每秒能夠處理25兆字節(jié)的畫面數(shù)據(jù)，并且不管被設(shè)計的接口如何，根據(jù)用戶的指標(biāo)巧妙地處理所得出的高清晰度的圖像。
它們自身的處理不僅是平滑的，而且是和應(yīng)用我們稱為AVC(箭頭矢量坐標(biāo)系)和PPT(偽透視變換)的技術(shù)模似的逼真性是一致的。在屏幕上的產(chǎn)物是切合實際的自由度的廣度，以使用探索被存貯的世界，這可由高達40兆字節(jié)數(shù)據(jù)組成。在這方面，該系統(tǒng)可以以幾個明顯的限制“把你放在駕駛間里”。
該系統(tǒng)可以想象的寬范圍的應(yīng)用中得到利用。然而，它只是在某些應(yīng)用中例如“危機潛伏”模擬才涉及到“實時的判據(jù)”。
硬件包括一個存貯器和一個允許變址的智能軟地址幀存貯器，以及象素描入電路。軟件包括編碼電視唱盤，激光唱盤或視頻磁帶介質(zhì)(如同步聲道)應(yīng)答式VHS或Betamax通過幀存貯器鐘控一個計數(shù)微處理機，它寄存準(zhǔn)確的幀數(shù)目。
窗口位置是在幀存貯器中產(chǎn)生的，它的位置地址是大量增加的。自然透視不是利用幾何圖形功能或失真而產(chǎn)生的。結(jié)果，不依賴于大量的幾何學(xué)變換(數(shù)字游戲)(numbercrunching)而得到了完整的圖像和附加的光學(xué)透視性。
位置尋址和電視唱盤的特殊編碼的規(guī)則對于產(chǎn)生實時交互作用(包括自然透視交換)是很重要的。
當(dāng)一個(電視唱盤)作數(shù)據(jù)存貯媒介時，帶寬和數(shù)據(jù)傳送率的減少將導(dǎo)致圖像不清晰。但交互作用可以再次出現(xiàn)在實時中。
由于每個“游戲世界”有許多任選放像機，因此可以將五個立體聲聲道與圖像一起存在盤中(多視頻原理)。根據(jù)唱盤放像機(在系統(tǒng)中為“視頻源”)的具體要求，其原則包括，將100KHz數(shù)據(jù)以省略率分布在一個40KHz(PCM)的帶寬上，在8KHz通道內(nèi)實現(xiàn)調(diào)頻。利用這種方式，表演時圖像和伴隨聲道可以一起出現(xiàn)。
制片和后期制作有其特定的規(guī)則。某些編碼的參數(shù)存貯在盤上，并在每個節(jié)目運行的開始被取出來。
本系統(tǒng)適于家用和專業(yè)使用，可用于娛樂、教育、訓(xùn)練和商業(yè)。
所示的較佳系統(tǒng)(單個放像機使用單個讀出頭)可以產(chǎn)生實時模擬如通過威爾士峽谷的低空飛行和駕車穿過紐約。作為軟、硬件結(jié)合而產(chǎn)生的顯示圖象，最后的圖像和伴隨的動態(tài)透視變化使得本系統(tǒng)能夠達到接近全方位的自由度。
本系統(tǒng)顯示的圖象可以是全彩色高分辨率圖象，顯示的動態(tài)透視不是事先選擇的，但可以連續(xù)變化以適應(yīng)使用者選擇的“飛行路徑”。
為實時獲得近全方位自由度，本系統(tǒng)最好在一個系統(tǒng)中使用三種技術(shù)。我們稱這種較佳系統(tǒng)為RIV系統(tǒng)。這些技術(shù)是1)RJV編碼和譯碼2)RIV彩色電視攝像管(Chromatron)3)RIV透視-A.V.C.(陣列矢量排列)-N.P.A.(自然透視算法)兩者結(jié)合產(chǎn)生-P.P.T.(偽透視變換)1-RIV編碼和譯碼RIV視盤具有特定的盤分布，第一方面是5個時間段順序交替，如果A、B、C、D和E段包括顯示5個不同序列的錄制的圖像，它們以順序交替方式存貯(幀)A1B1C1D1E1A2B2C2D2E2A3B3C3D3E3……A100B100C100D100E100，如每段是100幀長，則5段占據(jù)500幀。
來自視盤的信號是毫無意義的混亂圖象。這個混亂圖像于每秒的5/60或5/50顯示5個不同的畫面，它叫做RIV標(biāo)準(zhǔn)。
RIV編碼指以這種順序交替方式控制視盤。
每段中每幀與組中相鄰段的有關(guān)幀的關(guān)系按陣列矢量排列(A.V.C.)。見RIV透視。
RIV編碼指系統(tǒng)的軟件部份。RIV譯碼指所有的硬件部分，特別是指用于對RIV編碼信號譯碼的部分。
RIV視盤放像機按30/25r.P.S.(今后稱為30)的標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)，但讀取頭以普通速率的兩倍在盤上運動，每秒讀60道。結(jié)果，讀取頭在每道上只停留一次旋轉(zhuǎn)的一半，因此只讀出每道中兩場中的一場，它的運動由每場中的垂直消隱間隔線(VBI)同步，因此它在完全讀完兩場中的一場后才從每道移開。離開唱機的信號每秒包含60個整場。
每秒60場可以這樣表示A1B1C1D1E1A2B2C2D2E2…A60B60C60D60E60幀采集器從一個相同周期的輸入流中每次收集5幀，離開幀采集器的信號可以這樣表示A1-A2-A3-A4-A5……幀存貯元件從它的存貯場中產(chǎn)生全幀重復(fù)場隔行掃描圖像。它還將彩色信息加入第二和第三重復(fù)的全幀圖像中，這是彩色電視攝像管系統(tǒng)，如下，(A01A11A21A31A41A02A12A22……)。
幀存貯微處理機在獨自讀給監(jiān)視器的幀存貯器中也產(chǎn)生一窗口緩沖器，該窗口叫做“刷新陣列”(見RIV透視)。透視和它的運動通過微處理機控制的運動產(chǎn)生偽透視變換(P.P.T)，見RIV透視。
2-RIV彩色電視攝像管(Chromatson)根據(jù)通過智力的心理學(xué)模型建立的原則通過幀存貯彩色尋查表(C.L.T.)的微處理器控制，可得到具有輪流向白、藍頻譜偏移的視頻信號的彩色插入。于是提高了協(xié)助整個RIV策略的人處理的要求。
3-RIV透視A.V.C.排列既指攝像技術(shù)中攝像機運動的座標(biāo)軸，也指硬件處理。在攝像技術(shù)中，每段指一陣列矢量，并作為三維矢量對待兩維加運動(時間)。
RIV透視技術(shù)主要負責(zé)RIV系統(tǒng)能夠產(chǎn)生接近全方位的自由度。
基本原理是，最后動態(tài)透視變化是攝像機相對被攝環(huán)境運動產(chǎn)生的、存貯在視盤中的透視與由幀存貯器中刷新陣列的微處理機控制的運動生產(chǎn)的透視的總和，最后出現(xiàn)在用戶屏幕上的動態(tài)透視變化是我們所說的偽透視變換(P.P.T.)，它們是令人信服的，因為它們與普通“真實”透視變化的原則基本相符合。
有一些特定的原則控制幀存貯器中的刷新陣列運動，它們將在以下敘述中詳細解釋。
參照附圖以實施例方式對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中

圖1本發(fā)明一實施例的功能性框圖;
圖2說明圖1系統(tǒng)的工作;
圖3說明經(jīng)過圖1系統(tǒng)工作的視頻信號處理;
圖4圖1系統(tǒng)的視頻信號處理電路的一種形式的功能性框圖;
圖5表示記錄的幀如何與圖1系統(tǒng)所示的野外飛行有關(guān);
圖6表示兩個順序幀的排列，這種排列使得可從視頻記錄媒介的任一方向上讀出;
圖7相應(yīng)于圖5，表示不同的飛行路徑如何與視頻記錄媒介上的幀序列有關(guān);
圖8表示多通道聲音如何加到圖1系統(tǒng)中;
圖9說明圖8裝置的工作;
圖10說明刷新陣列與幀存貯器之間的關(guān)系;
圖11與圖10相似，表示刷新陣列選擇的用于屏幕顯示的幀存貯器中的圖像部分;
圖12說明定義刷新陣列的坐標(biāo)的應(yīng)用;
圖13順序說明偽透視變換的工作;
圖14說明如何產(chǎn)生把目標(biāo)引向“錯誤”一側(cè)的錯覺;
圖15和15A表示刷新陣列的運動速率與從幀存貯器中心到攝像機路徑一側(cè)的距離之間的關(guān)系曲線，其中幀存貯器存貯不同距離的目標(biāo);
圖16更詳細地顯示一條曲線;
圖17說明在準(zhǔn)備三個相鄰序列中攝像機的并行路徑;
圖18說明三條徑向攝像機路徑;
圖19說明三條路徑中一條的連續(xù)幀;
圖20說明刷新陣列在連續(xù)幀序列的一幀中移到畫面的邊沿;
圖21說明三個順序的幀的相互關(guān)系;
圖22說明計數(shù)和來自相鄰?fù)ǖ赖膸慕徊宕尜A;
圖23顯示將一幀分為四部分;
圖24-27顯示如何由三幀序列構(gòu)成一幅全景圖;
圖28和28A顯示序列A、B、C如何同時重復(fù)以覆蓋360度;
圖29說明得到的全景圖;
圖30根據(jù)圖16顯示與曲線運動的關(guān)系;
圖31說明前景、中景和背景如何具有不同的增量運動速率;
圖32顯示根據(jù)圖15在低空飛行的飛機的垂直平面上的曲線;
圖32A和32B說明所得到的效果和工作方式;
圖33、33A、34、34A和34B說明自然透視算法的理論根據(jù);
圖35-35J說明對于一個物體，不同的幀序列如何給出不同的視面;
圖36說明幀存貯器中刷新陣列的“旋轉(zhuǎn)”效果;
圖37A-37E說明允許運動視差的NPA軟件工作的流程圖;
圖38較佳幀存貯器的框圖;
圖39較佳幀采集器的框圖;
圖40較佳彩色處理付系統(tǒng)的框圖;
圖41根據(jù)多重放音裝置和緩沖幀存貯器的改進視源的詳細框圖;
圖42和43說明已知的交互視頻系統(tǒng);
圖44A-44H說明用于教育模式中的該系統(tǒng);
圖45顯示幾個基本部件的整個系統(tǒng)的框圖;
圖46定義從一部分向另一部分運動的方式的表。
下面，敘述上述本發(fā)明的不同特征，參照其在實時交互視頻系統(tǒng)中用作視頻游戲系統(tǒng)的實施。不同的原理和特征也可應(yīng)用于其它不同的實施中，一些將在下面提到。
所述的實時問答或視頻系統(tǒng)1以功能方塊圖形式示于圖1中。廣義地說，主要的系統(tǒng)部件是(1)微型計算機10，它以微處理機為基礎(chǔ)并被編程為控制系統(tǒng)的全部操作，與使用者對話并產(chǎn)生用于顯示的圖形信息。
(2)用戶接口20，包括游戲棒控制，例如21，和/或鍵盤22(最好具有視頻顯示單元)。
(3)顯示系統(tǒng)30，包括視頻監(jiān)視器，電視接收器，投影TV或其它任何用于顯示視頻畫面的適當(dāng)裝置。
(4)視頻重放裝置40，用于產(chǎn)生存貯在記錄媒介41中的移動畫面序列。
(5)微計算機10和視頻重放裝置40之間的接口50，使微計算機能控制視頻重放裝置的工作，在游戲過程中根據(jù)要求存取移動畫面序列。
(6)視頻信號處理電路60用來處理由電視重放裝置40輸出的視頻信號，并將這些信號與由微計算機10輸出的圖形信息相混合，并將合成信號傳送到顯象系統(tǒng)30。
微型計算機10可以具有任意合適的類型，也可以用于系統(tǒng)1并和用戶輸入20合并。對于操作系統(tǒng)1所需要的程序可以存儲在微型計算機10中的永久存儲器內(nèi)，例如一個軟盤，ROM(只讀存儲器)，盒式(微型磁帶)存儲器或磁帶;另一方面，程序可以至少部分地存儲在電視錄象介質(zhì)41中，而微型計算機10再與引導(dǎo)程序結(jié)合用來在系統(tǒng)操作開始時存取程序并將其存入它自身的RAM(隨機存取存儲器)。最好是，至少要求進行特殊游戲的系統(tǒng)程序的部分存儲在可拆裝的介質(zhì)上從而使進行的游戲可以很方便地換為另一個。
適宜的電視重放裝置為一個電視唱片重放機最好為激光掃描型的。正如眾所周知，視頻信息以在唱盤上螺旋磁跡上一系列細微凹槽的形式編碼在激光掃描電視唱盤上。在重現(xiàn)過程中，由一個伺服機構(gòu)控制，一個可徑向穿過唱盤的讀取頭在成行的紋槽上射出很細的激光。一個光檢測器即用來保持讀頭伺服鎖定在螺旋磁跡上，又用來讀由記錄的凹紋槽所編碼的視頻信息。正如常規(guī)情況，每個電視畫面包括兩個隔行掃描場，即是這樣排列的一個整數(shù)，通常為1，的幀信號記錄在每圈唱盤上，在重放過程中，該唱盤旋轉(zhuǎn)，從而記錄的視頻信號以正常幀頻再生出來。在美國，對于幀頻為每秒30幀，唱盤正常轉(zhuǎn)速為1800rpm。
一般地，系統(tǒng)1的操作是用存儲在微型計算機10中的程序經(jīng)過接口50控制游戲的總進程，如果有分則記分等，控制電視唱盤放像機40來存取在游戲的任意特定階段所需的運動圖象序列。該序列在其輸出被傳送，通過電路60進行處理并顯示。
電視唱盤41可以用來作任意特殊的游戲，該唱盤記錄了構(gòu)成形成游戲的視覺位置的一系列運動圖象序列，運動圖象可以基本上提供一個具有游戲“活動”的背景，它由微型計算機10產(chǎn)生的另外圖形信息的實時疊加獲得，或者另一方面，至少部分游戲活動包括在運動圖象里。運動圖象序列可以在實際生活中拍成電影或使用模特或動畫片，或者由藝術(shù)家畫出或者由現(xiàn)已使用的高分辨，計算機輔助的動畫片系統(tǒng)產(chǎn)生。
如上所述，也許在圖象內(nèi)容中有一個或多個分支點，其中節(jié)目可以分成二個或多個交替的序列，根據(jù)游戲的規(guī)則選擇哪個序列，可以根據(jù)用戶的選擇，通過用戶接口20作為輸入或(例如)也可以由他或她在游戲中早先的表現(xiàn)來決定，當(dāng)一個分?jǐn)?shù)達到一特定值，一個方案被傳送，而當(dāng)分?jǐn)?shù)不足夠高時則是另一種方案被傳送，或哪個序列被選擇可以取決于已經(jīng)顯示序列是什么。
游戲不必限制到電視唱片41的一個完整閱讀，游戲可以分段，在電視唱盤有各式各樣的排列，該唱盤可以由微型計算機10傳遞的合適的存取指令經(jīng)過接口50到唱片重放機40以任意適當(dāng)素材連在一起。
用于接口50的電路將特別地根據(jù)用于系統(tǒng)的特定的微型計算機和圖象重放裝置而定。它的功能主要是提供來自微型計算機10的指令來控制圖象重放裝置，從而存取需要的運動圖象序列和按需要的順序和時間將其讀出。在重放裝置是一個電視唱盤重放機的情況下，指令可以包括將讀取頭移到唱片上特定的徑向位置來存取存儲在那里的程序內(nèi)容的指令。接口可以為雙向的，能與重放裝置實現(xiàn)通訊意向(Communicationprotocal)，重放裝置提供表明什么時候到達指定位置、什么時候讀頭鎖定到圖象磁跡的期望部位等的信號。而且對于系統(tǒng)的電視同步從電視重放裝置的輸出獲得以及接口50向微型計算機10提供來自重放裝置的電視輸出的同步信號，例如幀信號，彩色幀信號以及行和垂直物信號，都是很方便的。
圖2示意地表示系統(tǒng)的總功能，正如將看到的，微型計算機10監(jiān)控用戶接口的輸入，根據(jù)游戲的程序解譯用戶的活動并且傳送合適的讀指令給電視唱片重放機40來存取適當(dāng)?shù)倪\行圖象序列，如果需要，還可以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)母郊訄D形。來自電視唱片機40的信號輸出由處理電路60處理，并且在有同時發(fā)生的交替的運動圖象序列時，合適的序列通過微機10的輸出選擇進行處理。將要輸出的視頻信號在處理電路60中與來自微機10的計算機產(chǎn)生的圖象相混合，并且合成的輸出通過顯示器30向用戶顯示。計算機產(chǎn)生的圖象可以并入由預(yù)記錄的電視圖象提供的圖象，從而向用戶提供例如移動導(dǎo)彈和火箭、爆炸、星球和行星、地形和地貌特輯等等，以及文字、信息、介詞和指示。
圖3是用來說明記錄在電視唱盤41上的信號格式以及信號處理電路60的作用。圖3a表明一個單一的活動圖象序列的一系列幀F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)4，F(xiàn)4……。這些信號都按順序沿螺旋狀軌跡被記錄在電視唱盤上，一幀占據(jù)電視唱片的一圈。顯然，圖3a中的縱坐標(biāo)不僅代表沿螺旋線的長度，而且在假定唱盤重放機40的讀取頭控制讀出鄰近幀時，也代表時間。
圖3b表明在電視唱片41上圖象節(jié)目內(nèi)容中每個分支點的相應(yīng)位置。圖3b說明了具有三種選擇方案A、B和C的位置。每一種方案的連續(xù)幀以逐次交錯的方式被記錄在電視唱盤上，從而緊接著方案A的第一幀的是方案的第一幀，之后是方案C的第一幀，然后是方案A的第二幀等等。由于這種相互交錯，假定讀取頭從電視唱片中連續(xù)讀出鄰近幀，則可通過對電視唱盤重放機40的輸出進行時分信號分離而挑選某一種方案(如F1B、F2·B、F3B…)。這個過程如圖3C所示。從圖3C中可以明顯看到，在連續(xù)幀之間有時間間隔，為了顯示連續(xù)的視頻信號，每一個幀如圖3D所示均重復(fù)二遍以補這些間隔。因此，實際顯示的是一系列幀F(xiàn)1B、F1B′、F1B″、F2B、F2B′等等。由于現(xiàn)在新圖象頻率是再現(xiàn)幀頻的三分之一，信號處理電路60可以用來適當(dāng)調(diào)整視頻信號，以增加眼腦信息處理負載。
圖4表示信號處理電路60的一種布局。電視唱盤重放機40的輸出加在輸入端61上進行處理。一個定時和控制電路62與微機相連接，接收其處理視頻信號所需的指令的指令并控制其它電路以執(zhí)行這些指令。來自微機10的指令特別包括信號處理電路是否需要對某一選擇分支點之后的挑選替代移動圖象序列解碼。為了能恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整信號處理電路，定時控制電路62可以接收同步條紋信號發(fā)生器63的輸出信號，該同步條紋信號發(fā)生器提供與在輸入視頻信號中的垂直和/或水平同步信號相應(yīng)的定時信號。或者，通過微機10提供合適的同步信號。
模擬時分信號分離器和數(shù)據(jù)選擇器64接收輸入視頻信號并且，響應(yīng)來自定時控制電路62的控制信號，選通選定方案的連續(xù)幀直至其中可讀的幀存儲65。該幀存儲65可以具有任何合適的模擬或數(shù)字類型并且其安排使得每一個選擇的幀在其輸出都重復(fù)足夠次數(shù)以填補圖3D所示的間隔。該輸出加在處理視頻信號的調(diào)制器或調(diào)節(jié)器66上，以增加其提供的信息處理負載。在具有三種選擇方案的位置，從而每一個選擇幀都必須重復(fù)兩遍，第一次重復(fù)可以具有與原始幀相比變化的一種色差信號的相對電平，第二次重復(fù)可以具有變化的亮度電平，反之亦然。定時和控制電路62控制一個門或電子開關(guān)67，因此，或者調(diào)制器67的輸出，或者原始輸入視頻信號，可以在任何一個特定時間根據(jù)需要輸出。
經(jīng)過處理的輸出信號通過一個用于將經(jīng)過處理的視頻信號與來自微機10的輸入圖形數(shù)據(jù)相混合的混頻器68傳輸。圖4中的方框69負責(zé)任何可能需要處理的視頻信號。
最好是采用該系統(tǒng)，從而該系統(tǒng)可以處理不同的幀頻而無須調(diào)節(jié)，特別是處理歐洲使用的25幀/秒的幀頻和美國使用的30幀/秒的幀頻。例如，可以通過系統(tǒng)定時電路中的開關(guān)或跳線達到這個目的。或者，系統(tǒng)硬件可以包括一個用于自動檢測幀頻的電路，例如，通過監(jiān)視來自圖象重放裝置的視頻信號以及安排向微機10提供一個合適的指示信號，或者其它用來產(chǎn)生系統(tǒng)定時信號的電路。當(dāng)然，將系統(tǒng)調(diào)整到所使用的幀頻特別是確保解碼器60正確運行所必需的。
圖5表示在一個用于表示穿過陸地飛行的游戲中分支點上所具備的三個選擇方案，表示三個不同的飛行路線A、B和C。同樣地，連同三個方案的三度自由可以提供水平、上升和下降飛行之間的選擇。對于五種選擇，上/下和左/右飛行以及向前直飛可以同時進行。圖5還表示了風(fēng)景如域市100和101的某些細節(jié)是如何通過微機10所產(chǎn)生的圖形而被攝入影片風(fēng)景中的;當(dāng)游戲重復(fù)時或同一風(fēng)景一場游戲中被使用多于一次時，該圖形還可用來變換風(fēng)景和/或天空的色彩，以提供多樣性。顯然微機10還可以產(chǎn)生飛機、宇宙飛船、武器等等圖象。微機10還可被編程來進行管理，使插入的圖形內(nèi)容根據(jù)被重復(fù)活動圖像的選擇適當(dāng)?shù)卦谕敢暫推室暦较蛏习l(fā)生變化，例如象不同的選擇涉及不同航線的情況。
在程序內(nèi)容的某些點上，最好使沿唱盤上的運動可在一方向進行。這可通過使唱盤上這兩個具體點之間具有程序內(nèi)容來實現(xiàn)。唱盤具有交替的幀圖象，如圖6所示，一組為向內(nèi)運行被讀出，另一組為向外運行時被讀出。這里，由讀取頭的內(nèi)運行而讀出的幀圖象表示為I(1)-I(n)，而向外運行時而被讀出的表示為O(1)-O(n)。當(dāng)然最好是圖6中x-y部分旋轉(zhuǎn)時全部幀圖象都被讀取，而僅依靠Ior0所需的方向來顯示幀圖象。這可由信號處理電路60裝置以及定時控制電路6C適光地操作時分給號分離器，選出所需圖象而容易地達到。圖6中向內(nèi)行進的圖象是向外行進的二倍，這完全是任意的表示。注意幀圖象可適當(dāng)?shù)嘏帕?，使游戲“事故”沿正確方向進展。
其應(yīng)用的一個實例是可以使用一個重復(fù)了兩次或多次的較短的活動圖象序列來顯示一個長場景，例如在地域上的長途飛行，該序列的一部是由唱盤機讀取頭向內(nèi)運行讀出的幀圖象組成，其余部分則是向外運行時讀出的。只要影段重復(fù)時，變化由微機10提供的附加圖形信息)如原野色彩和原特點)，實際顯示的影象是可變換的。
由于在使用“選取”解碼方式的過程中，新讀出的幀圖象只有在前一幀完成重復(fù)之后才需要，所以重復(fù)可以讀取頭提供時間，移動到新的讀取位置。這可使連續(xù)錄制的一組活動圖象系列被用來組成一個樹結(jié)構(gòu)，其支點由各選擇組的支點提供。這些系列可延伸到解碼中幀圖象重復(fù)而獲得的時間所允許的程度。使用前一段所述的雙向通路和其它技術(shù)如在樹的一個或多個支和該樹中的一個前節(jié)點之間形成環(huán)來連接樹，可使整個結(jié)構(gòu)進一步擴展。最好是能使用這些原則，在程序材料中造就非常多的選擇通路，使得(比方說)使用系統(tǒng)進行游時時，每次進行游戲時，都將出現(xiàn)不同順序。
使視頻唱盤機的讀取頭在盤的不同半徑區(qū)域間進行跨越，可能是很必要的。所示系統(tǒng)在以“選擇”方式重放期間視頻信號圖象的重復(fù)是指讀取頭跨跳期間以該方式工作，重復(fù)原圖象二次或無論多少次都不需要新圖象。再者，光盤上大的跳跨可由將跳跨時要顯示的連續(xù)圖象置于間隔逆程來達到，這樣它們在讀取頭跨越對應(yīng)于復(fù)制前幀圖象所獲時間的距離時被取出。
最好這些技術(shù)，即，在記錄媒介上交選幀圖象，重放時幀圖象的選擇與復(fù)制，以及安插圖象可實現(xiàn)唱盤上的跨跳功能的所謂“填坑”或“踏面”方式，也可應(yīng)用于其它存儲介質(zhì)，例如錄相帶、激光唱盤和其它應(yīng)用，如數(shù)據(jù)庫存取等，最好存取新圖象時顯示連續(xù)的圖象。
圖7表示了一個游戲過程中在某領(lǐng)地上空的飛機“突擊”。向內(nèi)行進的幀圖象正與向外行進的幀圖象交迭在一起，它有三個任選飛行方向A、B和C，操作者可任選其中之一，在這些通路之一上飛完之后，圖象切換到返圖序列D。這些動作由微機10適當(dāng)組合唱盤放象機40的操作與處理電路60來達到。
系統(tǒng)可包括多通道聲頻部分，為節(jié)目內(nèi)容提供聲響效果和音樂伴奏。
圖8表示了一個這樣的例子，其中的第2電視唱盤放像機110也受微機10控制，產(chǎn)生8個通道的聲音用以襯托視頻節(jié)目。這8個通道由混聲器120在微機10的控制下混合，合聲由(例如)揚聲器130a-130d組成的四音型結(jié)構(gòu)發(fā)出。
圖9表示一個可行的8通道分配(每個可包括適當(dāng)?shù)目山獯a形式的立體聲信息);要注意為增加游戲“環(huán)境”和給游戲者提供反饋，對音響、音樂和“毀壞”以及“行進”，都定有規(guī)定?；炻暺?20可根據(jù)游戲當(dāng)時場量和游戲如何進行，受微機10控制，提供每個聲道再生的一組特殊相應(yīng)電平(包括0)。為了提供一個使音樂適合游戲狀況的辦法，可將兩個或多個通道用于音樂的低頻成份，如低音軌跡，它們有不同的速率，這樣混合他們音樂的節(jié)奏就可發(fā)生變化。最好是將上述游戲系統(tǒng)用于室內(nèi)或適當(dāng)?shù)亟ㄓ谶^道式游戲機那樣的通用小屋中。
雖然上述只就本發(fā)明用于電視游戲機的情況進行了敘述，但很明顯本發(fā)明遠可用于其它多用途。例如，可用于各種模擬，如飛行、駕車模擬，高教課目相應(yīng)指導(dǎo)，體育及余暇活動等等，還可以為相互作用的計算機軟件提供有幫助的戶用接口。結(jié)合游戲機敘述的那些特點還可按具體情況用于這樣或那樣的應(yīng)用中。節(jié)目材料中的材料和環(huán)造成的節(jié)目通道，蓄如說教學(xué)應(yīng)用，可使學(xué)生回答詳細的解釋，必要時，重復(fù)教過的部分，等等。
在唱盤41或其它存儲介質(zhì)上交迭圖象，這可在支點處減少存取時間并顯示的主要質(zhì)量。但是，顯示決不是很有意義的，除非它依據(jù)用戶的輸入如游戲棒單元21發(fā)生變化。以跑道上的賽車為例，當(dāng)它沿跑道行駛時，它需要被顯示成在跑道上由左向右運動。這個運動模擬需要系統(tǒng)在每幀圖象中存儲比可在顯示器30上顯示的大得多的圖象，且任何時刻都選擇大圖象的正確部分進行顯示。其后就是非常基本的數(shù)據(jù)處理工作，因為在顯示上顯示兩幀圖象的間隔里，系統(tǒng)必須從唱盤上讀取新圖象并確定出該新圖象的哪部分需顯示。這將不同于先前顯示的圖象，因為用戶(或汽車)假設(shè)為跨越跑道如果用常規(guī)的電視廣播中所用的同樣等級的細節(jié)標(biāo)準(zhǔn)，來獲取高質(zhì)量的顯示，那么在盡可能短的時間里要處理的數(shù)據(jù)量將超出現(xiàn)有的通用微機的能力。
我們分析了涉及的問題，并找到了解決辦法，可大大降低處理環(huán)節(jié)，使圖象質(zhì)量有相應(yīng)提高最好從唱盤41取出的每幀圖象在幀存儲器65中存貯一段時間。該時間由唱盤放像機取下一幀的速率來指出。當(dāng)“汽車”沿軌道以系統(tǒng)能給出的最大速率行進時，該時間最短。產(chǎn)生幀圖象的速度反過來又與幀圖象在唱盤上的交迭有關(guān)，見圖3。
在幀存儲器65里建有一個構(gòu)成整幀圖象的所有象素的子集。該子集稱為更新陣列。如圖10所示，幀存儲器65包括有較大的圖象150和子集或更新陣列，后者又包括那大圖象中的一個很小的圖象152。更新陣列152僅提供給監(jiān)視圖30。圖11表示了大圖象150的一部分152在監(jiān)視器上顯示出的圖象154。用戶決不能看到整幀圖象，而僅是其子集。
與幀存儲器有關(guān)的一個寄存器裝有確定大圖象150的那部分包括更新陣列152的量值。該“窗口”是基于下述座標(biāo)基礎(chǔ)而定的。更新陣列可在場間隔內(nèi)被重新置于幀存儲器內(nèi)的一個新位置上?？刂茙鎯ζ?5的微機10根據(jù)本發(fā)明進行這個變化，簡單地統(tǒng)一調(diào)整定義更新陣列的座標(biāo)寄存器內(nèi)的X和Y座標(biāo)的值。圖12完全是示意性圖，表示了座標(biāo)值如何與幀存儲器和更新陣列的四角關(guān)聯(lián)。實際上座標(biāo)的確定遠比所示的要精細多。
在應(yīng)用中，出于顯而易見的理由，將座標(biāo)原點(0，0)定于幀存儲器中心是方便的。當(dāng)用戶精確地沿記錄圖象序列的攝影機所使用的運動初始方向行進時，更新陣列的中心就與幀存儲器的中心重合。并將被保持于該點。所以，座標(biāo)寄存器中裝有的值，只要更新陣列大小不變，就無需變更。
然而，一旦用戶從其中心位置移動游戲機陣列指明運動離開原路線時，可能是想追蹤一個偏離中心的物體，這時幀存儲中作為更新陣列選中的部分就需連續(xù)變化。在討論變化類型中要涉及下列術(shù)語NPA-自然透視算法DPT-偽透視變換AVC-陣列矢量座標(biāo)。
當(dāng)游戲棒被移動，以便移動更新陣列離開幀存儲器中心，NPA對更新陣列的X、Y座標(biāo)產(chǎn)生增量。這些增量為了更新陣列配合上所察覺的被跟蹤物體的路程和速度。軟件根據(jù)用戶跟蹤的物體在幀存儲器內(nèi)的偏離度，產(chǎn)生統(tǒng)一的增量，使更新陣列產(chǎn)生移動。物體可能先慢慢地移向屏幕邊緣，然后增加速度。移動要使被跟蹤物體仍處于更新陣列中心及顯示中心。如果用戶成功地跟蹤住物體，該物體一定仍在更新陣列中心。但是，當(dāng)最初開始攝影時，物體并不在中心。因為當(dāng)攝影機拍象連續(xù)畫面時，越靠近物體，物體就越來越快地跳出畫面的中心。
在圖13中，連續(xù)表示有按(a)(b)(c)序列的三幀圖象。路的遠端在圖象的中間，因此只要汽車向圖象正中運動，就不需變換幀存儲器中更新陣列的位置。但假設(shè)用戶操縱游戲棒稍向右偏，偏向標(biāo)號160。更新陣列一直移動，直到符號/加位于其中心，且游戲棒又返回其中心位置。現(xiàn)在符號必須在更新陣列中心即顯示圖象中心處被看見。但當(dāng)連續(xù)圖象如(b)和(c)通過時，符號越近就越偏離幀圖象存儲器中心。所以更新陣列必須加速向右移動。在監(jiān)視器屏幕限制的符號非偏移是顯示的重要部分。
由上述可知，更新陣列在幀存儲器內(nèi)的移動是由兩個因素造成的。第一個因素是游戲棒的移動。第二個因素是對于顯示連續(xù)跟蹤所必須的移動，該物體在幀存儲器內(nèi)實際上是偏離中心的。這由NPA處理，它還注意任何在最初對被存圖象進行攝象時發(fā)生的直線偏離。NPA由微機10中的適當(dāng)軟件程序執(zhí)行。
如果由于游戲棒的控制，更新陣列地址座標(biāo)的增量超過幀存儲器內(nèi)被表示物體的偏離，那么如果說原攝影機先由該物體左側(cè)通過，那么在監(jiān)視器上用戶將得到由其它側(cè)通過的景象。這是用戶運動控制的原則，表示在圖14中。圖14中表示了三個連續(xù)畫面(a)(b)(c)。在(a)中物體170在幀存儲器中心偏右，這樣用戶不移動游戲棒而繼續(xù)向前，物體將以加速移向更新陣列和顯示的右側(cè)。用戶將看到物體已從他們右側(cè)通過。但用戶也可能來一個急右轉(zhuǎn)。假定在所示時刻物體以5厘米/秒的速度在屏幕上移向左側(cè)。如果右轉(zhuǎn)起動時對應(yīng)的右轉(zhuǎn)速度為10厘米/秒，更新陣列將以比物體快得多的速度移向右側(cè)。相對于更新陣列，物體以5厘米/秒移向左方，并且這就是顯示器上看到的。用戶會有物體從他們側(cè)通過的幻覺。
同樣，如果攝影機由物體的右側(cè)通過且更新陣列增量配合其位移，那么用戶將處在與該物體相撞的路徑上。這樣，用戶有隨意運動的感覺，即不按攝影機的路線的方面透視而原度運動。
更新陣列地址座標(biāo)的增量計算敘述如下。
假設(shè)起初用來拍攝風(fēng)景的攝影機沿直線路徑勻速行進。如果不是這樣，其偏離就將和圖象一起被記錄下來，并可被用來對下述方法所獲取數(shù)值進行適當(dāng)?shù)男拚?。所有在幀存儲器中的物體運動都可精確預(yù)測并根據(jù)巴歐克里帝恩(Eudidean)幾何定律注意運動視差而給出圖來。這些圖將取圖15所示的形式，其中橫軸表示幀存儲器中心的距離或偏差，縱軸表示更新陣列中心點所需增量(即它的速度)。這里有一族曲線但只表示出了三根，它們對應(yīng)于通過鏡頭的垂直平面和圖象的水平面的不同距離。例如天空中的星星是處于有效的無限區(qū)域內(nèi)，總是不見動的，在所有連續(xù)圖象中總處在相同位置。另一方面，路邊的路標(biāo)將很快地掠過。曲線的形狀存貯在NPA軟件中。這將在下面敘述。一條曲線及相關(guān)幀存儲器內(nèi)容表示在圖15A中。
最好再有兩個族的曲線。一族是關(guān)于縱向移動的，即向著操作者，并基于圖象部分偏離幀存儲器中心的水平程度，另一族是關(guān)于水平方向移動的，即屏幕的兩側(cè)，并基于圖象部分偏離幀存儲器中心的垂直程度。圖象任何點上的合成運動都有這兩個成分運動的矢量合成給出。以下我們將主要來看看所提的第一個成分。
我們已知道，更新陣列在幀存儲器內(nèi)的移動是基于用戶接口的用戶控制，且增量由NPA給出。
參閱圖16，將曲線之一詳細表示在所述曲線定義的區(qū)域內(nèi)?？紤]一物體在幀存儲器中心右邊的P點上。由P作的垂線切曲線于Q，它對應(yīng)于R給出的位移率。對此必須加上游戲棒控制決定的移動率。如果對應(yīng)于游戲棒控制不需移動，則沒有離開〔0〕線的偏離，且僅調(diào)整運動視差就行。如果根據(jù)游戲棒控制的移動是與調(diào)整運動視差的移動相同，那末PQ線就伸進〔+〕區(qū)。如果游戲棒控制的移動與調(diào)整運動視差的移動相反，但幅度小于它，則結(jié)果是移入〔-〕區(qū)。如果移動大于PQ距離代表的運動且方向相反，則合成運動是負的或在DP線以下如〔--〕區(qū)所示。
顯然，在更新陣列邊緣到達幀存儲器邊緣時，必須進行點什么控制?；叵胍幌拢a(chǎn)生拍攝風(fēng)景的序列圖象的攝影機線性地掃過風(fēng)景地，然后它與第一次平行靠近進行重拍，我們來看看產(chǎn)生三套或三部圖象的這三次平行路徑位置。圖17表示了三條路徑A、B和C，并表示了一個山脈所產(chǎn)生的三套圖象序列中的不同位置。這些可稱為三個陣列矢量。
最好在某些情況中，陣列矢量不是平行的，而是圖象18所示的放射狀的，這是基于圖5和圖7但表示了攝影機所拍圖象的形狀。這些圖象序列之一被清楚地表示在圖19中，它聯(lián)系了序列連續(xù)圖象中的景象與地域的特點。圖20表示了更新陣列至少部分在游戲棒的控制下逐漸越過圖象向圖象邊緣移動的情況。
由圖21可看出，一個序列的任一已知圖象至少在遠景特點上是與鄰近序列的對應(yīng)圖象重迭的。風(fēng)景特點將出現(xiàn)在圖象的不同位置上。
三個序列包括圖象A1，A2…An;B1，B2…B;和C1，C2…Cn。圖象是以上面所述的交錯方式存儲的，即以順序A1，B1，C1，A2，B2，C2…An，Bn，Cn以便使從一個序列的一點向旁邊量一序列的對應(yīng)點上的移動變得很容易，系統(tǒng)從唱盤放象機或其它視頻存儲設(shè)備的復(fù)合信號中從那些相關(guān)序列中只拾取要存入幀存儲器的圖象信號。交迭是指表示變化景象的圖象信息就是讀取出旁邊的圖象信號。
標(biāo)號和交迭圖象存儲表示在圖22中。
每個陣列矢量或序列的每個圖象被分成四個區(qū)，如圖23所示。更新陣列在一個圖象到另一圖象，或一個陣列矢量到另一個時是看不見的，但由一個區(qū)到另一區(qū)都可看見。圖24至圖27繪出了三個方法示例，都可使陣列矢量中的鄰圖象有效地組成全景。這樣的全景可用來模擬360度的景象，作法是象圖28、28A所示那樣重復(fù)陣列矢量序列A1，B1，C1，A…給出圖28那樣的全方位效果。
圖27指出了三個陣列矢量的十二個區(qū)。這些區(qū)之間的關(guān)系包含在微機的AVC軟件中。區(qū)關(guān)系對于確保用戶看清他們正在飛越的山貌和他們已從一側(cè)通過的物體不再突然出現(xiàn)或閃過熒屏是重要的。
參看圖27例，特別是矢量A中的樹，假定用戶在區(qū)A3中行進比運動視差快。換言之，移動更新陣列的增量是在圖16〔t〕部分劃到的。在顯示器上，物體是從左邊進右邊出的。使用戶有它們是沿反時針曲線運行的印象。如果在任何點上用戶想停止曲線行進，進行直線行進，更新陣列的運動就必須與上面所述的運動視差率匹配。圖16可重新定義成圖30。
當(dāng)更新陣列接近區(qū)A3區(qū)邊界，也是幀存儲器邊界和陣列矢量A邊界時，系統(tǒng)就確保硬件停止從陣列矢量A讀出，開始讀C，并且將更新陣列重置于圖象的C4區(qū)內(nèi)。不僅如此，在C4區(qū)由游戲棒所命令的運動是為了使更新陣列治與運動視差引起運動相反的方向行動。因此，速度與矢量是在圖16的〔--〕區(qū)內(nèi)，在圖30A中原點的對面。這樣，就有同樣的反時針曲線感覺，物體又一次從用戶監(jiān)視器的左邊進入，從右邊離開。圖30B表示連續(xù)運動，指出許多連續(xù)變換如何發(fā)生。
圖16和30所定出的運動區(qū)之間的關(guān)系和陣列矢量區(qū)列在圖46的表中。箭頭表示矢量方向。更新陣列可在幀存中單獨定義，按其中心座標(biāo)和從幀存儲器中心〔00〕的位移。圖16中所示更新陣列運動狀態(tài)〔0〕和〔-〕總是從一個區(qū)離開，進入下一陣列矢量的對應(yīng)區(qū)內(nèi)。這可由更新陣列運動〔RAM〕表示〔C1A1〕0或〔C3A3〕0和〔C1A1〕-或〔C3A3〕-相反狀況〔+〕和〔--〕通過鄰接區(qū)，這可同樣表示為〔C2A1〕+…〔C1C2〕--…〔B2C1〕+和〔A1A2〕--…〔A2B1〕+…〔B1B2〕--因此，陣列矢量座標(biāo)對于區(qū)的關(guān)系是重要的。每個區(qū)都涉及與幀存儲器中心有關(guān)的更新陣列的中心總座標(biāo)X1Y的符號特殊組合。
為提供正確的位移，要選擇圖15中的一族正確的曲線。每條曲線都表示了不同的一組運動視差方程，選擇依據(jù)圖象部分是否包含主要的背景、中景和前景而定。關(guān)于是否為前景的變量被解碼存入場消隱逆程并提供給微處理。在有抵觸情況時，前景中的物體有優(yōu)先權(quán)。
更新陣列增量移動發(fā)生于圖象之間，并非即時，重要的是(例如)將前景物體保持在中間，該增量給出一個變量確定圖15中P個曲線族是所需的。
在攝影之后，圖象要在記錄于唱盤之前經(jīng)過后期制作。在該后期制作操作中，操作者調(diào)出選得的主圖象和記錄，找出圖象中的主特征。幀向的運動可確定選擇圖15中正確族線的相關(guān)常數(shù)。這些常數(shù)與所選圖象一起錄在唱盤上。
這樣，操作者就有效地作出關(guān)于一物體是否為前景中景或背景的必要判定，從而即使前景物體在幀存儲器內(nèi)占有與背景物體同一位置，它們運動的連續(xù)速率也是不同的。圖31是一從峽谷遠方地平線的場景，其中地平線是背景〔a〕，峽谷是前景〔b〕，中部地區(qū)由中間圖〔c〕構(gòu)成。當(dāng)選成〔d〕時，雖然點P在三個成分中有相同座標(biāo)，但它在每種情況中的連續(xù)運動速度是不同的。
參看圖15，可想到前景、中景、背景的曲線有不同的形狀和樣態(tài)。最好實際上有均勻無限多這樣的曲線。選擇適當(dāng)?shù)木€形是依據(jù)垂直消隱逆程中的已解碼變量，它通知微處理器是否物體前景、中景和背景，這些全與拍攝圖象的攝影在鏡頭中心有關(guān)。
將圖象分成區(qū)的一個重要方面是每個區(qū)都有一個變量指出該區(qū)是否含有前景等信息。例如，在晴天中飛行的低空飛機所看到的圖象將是有與兩底區(qū)相似的變量，生產(chǎn)與前景信息有關(guān)的深曲度圖形，及與兩上區(qū)相似的變量，只生產(chǎn)背景信息。由于每個區(qū)有其這樣的“近似變量”，指出場景中該部分中主要物體與攝象機鏡頭的適視關(guān)系，就存在有組合前景與背景的巨大范圍。在此情況中，曲線特別是與垂直位移有關(guān)的那些，將非對稱于水平軸，如圖32所示。圖32A和32B所示曲線和顯示變化分別表示低飛飛機靠近公路的示例。
上述自然透視法(NPA)的推導(dǎo)敘述如下。算法在軟件中執(zhí)行，產(chǎn)生用于在幀存貯器中產(chǎn)生所有物體的自然運動。因此，它必定能產(chǎn)生運動視差。
除了原攝影機的運動是線性的，或路徑和速度的任何變化被精細記錄，或任何風(fēng)景或環(huán)境被平掃拍攝之外，還要注意到另外兩個因素。它們是相鄰掃拍之間的距離，即陣列間隔，和攝影機在每個曝光之間行進的距離。
考慮到曝光間隔，設(shè)有該值就不能計算出幀存儲器內(nèi)的x和y坐標(biāo)的增量。這一點可從圖33看出。圖33示出了屏上圖象的運動與它們包含的實際圖象之間的關(guān)系。隨著物體接近觀察者的平面，在監(jiān)視器屏上看到的、給定了橫向距離間隔的運動程度大為增加。圖33和33A示出了運動視差方程部分的導(dǎo)出，給出了矢量及y坐標(biāo)的增量。圖34示出了圖33中的實際圖象與最初由照相機產(chǎn)生的底片圖象之間更為復(fù)雜、更具意義的關(guān)系。圖34A示出了物體的各種平面，圖34B描出了各種運動曲線。圖33和34涉及到垂直或y的增量位移。對于x坐標(biāo)，也存在著類似的關(guān)系。
參閱圖34，使由自然透視算法給出運動視差所需的更新陣列的位置是〔y〕＝ (常數(shù)1×曝光間隔)/(常數(shù)2+曝光間隔)接下來的位置便是新的〔y〕＝ (常數(shù)1×(曝光間隔+1))/(常數(shù)2+(曝光間隔+1))因此，差值是〔y〕的增量＝新的〔y〕-老的〔y〕。
注意，x和y坐標(biāo)在任何情況下都與下式有關(guān)(老的〔x〕)/(老的〔y〕) ＝ (新的〔x〕)/(新的〔y〕)所以，(x)的增量相似地可由新〔x〕一老的〔x〕計算出來。
NPA軟件中的各個步驟在圖37A至37E中被表示出來，圖37A至37E注釋得很詳盡，再按照以上給出的描述其本身就有說明性。
選定陣列間隙，以確保相鄰陣列矢量幀內(nèi)圖象重疊的正確程度。每個幀具有代表某些物體前側(cè)和其它物體后側(cè)的信息。這一點在圖35中已有說明。為了使使用者看到物體的右側(cè)和左側(cè)，所述的信息必須在某處由存儲在電視圓盤上的信息來代表，而且必須迅速可用。圖35中(b)所示的中央?yún)^(qū)與(c)所示的周圍區(qū)的比率決定陣列的間隙。這個比率決定于二個因素，即透鏡的特性和初級透鏡與觀察中的物體之間的距離。圖35A示出了中央?yún)^(qū)與周圍區(qū)之間的復(fù)雜關(guān)系，還示出了這些區(qū)從一個陣列矢量到下一個陣列矢量網(wǎng)在一起以形成代表性全景的方式。
圖35B示出了如圖35和35A所示的中央?yún)^(qū)與周圍區(qū)之間的關(guān)系，還示出了在幀中展示中的物體的方向。圖35c至35j示出了“環(huán)繞山的飛行”。圖35示出了在飛行中各點處代表性的圖象是如何產(chǎn)生的。在以下圖中的“飛行”系列被分解為三個幀的五組;以上為接入五個組中各組第一幀的系列。圖35j示出了所有十五幀的“飛機座艙”(監(jiān)視器顯示)圖象。
圖35D至35J用圖解法示出了如何利用幀選擇和幀存儲器內(nèi)更新陣列運動形成鄰接的圖35C所示的飛行路徑。至于圖35J，可以想起圖30給出的由于每個游戲棒增量(就曲線飛行或直線飛行而言)-(+)或(-)的曲線。正如可以預(yù)料的那樣，游戲棒的增量只產(chǎn)生曲線飛行;在沒有游戲棒增量被記錄時，則RAMO總是追隨運動視差，即飛機作直線飛行。
從以上描述可以看到由所述系統(tǒng)引入的透視圖并不完美，但該系統(tǒng)有賴于使用者的腦根據(jù)呈現(xiàn)在其基本平整的二維視網(wǎng)膜上的信息而產(chǎn)生透視圖的感覺。透視圖不在該視網(wǎng)膜上，而是由腦產(chǎn)生的最終產(chǎn)物。由系統(tǒng)引入的透視圖不僅僅適用于利用腦產(chǎn)生適當(dāng)且非常有效的主觀透視效果。所述系統(tǒng)是以線索的識別為基礎(chǔ)的，這就是大腦找到對產(chǎn)生感覺到的自然透視圖。
應(yīng)該注意到，圖1示出的結(jié)構(gòu)可在加上多個不同圖象源(如加上通過幀選擇器與一個或多個幀存儲器相聯(lián)的電視盤)的情況下而有所變化。微處理機對要存儲在幀存儲器或存儲器中的幀的選擇進行控制。在交叉情況下，圖象源可以是通過微處理機接通的固態(tài)存儲元件。
所示系統(tǒng)可帶有適當(dāng)?shù)碾娢?teletext)型數(shù)字傳輸系統(tǒng)，以使原文與信號一起被傳輸?shù)綆鎯ζ髦?，并顯示在屏上。一個或多個聲頻通道被編碼在激光盤上，以此可加強對使用者所產(chǎn)生的效果。
如圖36所示，可以依靠使更新的陣列有效地在幀存儲器上在其位置上轉(zhuǎn)動而達到旋轉(zhuǎn)或滾動效果。這個特點可用來模擬飛機退入圈內(nèi)的效果，這一特點可設(shè)在圖1中所示的70處。
所述系統(tǒng)除了用在上述類型的電視娛樂系統(tǒng)中之外，還其許多其它用途。用途實例包括教育和模擬二方面，這是因為該系統(tǒng)能夠模擬很多情況，如穿過山谷的低水準(zhǔn)飛機或穿過城市環(huán)境的駕駛、商業(yè)和運動訓(xùn)練、依靠提供能與實際觀測相比較的信息描繪的方法輔助航行、產(chǎn)生動畫型娛樂的動作式電視商業(yè)等等。尤其是在有關(guān)最后這項用途中，系統(tǒng)可利用活動的電視圖象實例的彩色結(jié)構(gòu)的靈活變化，來提供此實際活動的電視圖象系列結(jié)構(gòu)活動率而變的印象，提供此實際表現(xiàn)的活動率更變的印象。
在采用交錯時，對幀存儲器的實際幀更新率有效地減小一個等于交錯系列數(shù)(在本文中我們一般指2)之中的因數(shù)。這是因為在電視盤(或緊縮盤)的情況下，讀出頭逗留在每個橫上僅半個周期，僅讀出一個場。幀存儲器供給監(jiān)視器的更新速率，并且是正常速率。在各新幀中，圖象的運動不單單是取決于軟件圖象，這是因為更新陣列的運動也產(chǎn)生由幀存儲器產(chǎn)生的運動。但是，交迭的結(jié)果之一就是降低初級圖象抵達監(jiān)視器的速率。
根據(jù)本發(fā)明特征，依靠改變?nèi)N連續(xù)幀周期圖象的彩色譜平衡(對此示出了具體幀圖象)，來遮蔽這種效應(yīng)。而這可利用存儲器中的彩色查尋表來實現(xiàn)，該存儲器放在幀存儲器與監(jiān)視器顯示之間。
圖38至40中給出了圖1中某些元件的進一步細節(jié)。圖38更詳細地以最佳形式示出了幀存儲器60，圖39則示出了幀采樣器電路，該電路根據(jù)來自微處理機10的控制信息選擇由電視錄象盤的操作者輸出的合適的幀。微處理機以每幀或每場為基礎(chǔ)啟動幀采集器，這樣，任何所需的幀或場便可被數(shù)字化并存儲在幀存儲器中。把電視信號從PAL或NTSC格式譯碼成RGB部分格式，使這三個部分同時而又隔離地數(shù)字化。幀存儲器連續(xù)地對監(jiān)視器更新。而這必須與從電視盤接收來的數(shù)據(jù)同步，但在未找到電視錄象圓盤信號時(例如，在“尋找”操作中)，必須供給其自己的時鐘。微處理機最好能直接寫入幀緩沖器中，也能從其中讀出。
幀的基本系列是初始紅移位初始蘭移位初始該五幀系列不斷重復(fù)。這種循環(huán)以與達到最佳主觀效應(yīng)所需的相同頻率自動地繼續(xù)。隨著幀存儲器讀出變化的繼續(xù)，引入圖象的動作仍然在重復(fù)的場上繼續(xù)。
圖40示出了附加電路系統(tǒng)，該電路系統(tǒng)需要用來實現(xiàn)在重復(fù)幀上改變彩色類型或彩色譜平衡的色裝置(Chromotron)特性。利用改變位于幀緩沖器與電視輸出之間的彩色尋查表(CLT)的內(nèi)容，來計算和實施具體更新幀的彩色變化。CLT還能產(chǎn)生特殊效果。
這些效果包括(a)來自幀緩沖器的單個彩色平面的選擇圖象，這使得在不利用電視唱盤或任何附加處理電源的情況下具有有限的二色圖象的“環(huán)”運動。
(b)方案(a)可發(fā)展為把多個有限彩色圖象存儲在幀緩沖器中。利用CLT，系統(tǒng)可以以任何速率與電視唱盤無關(guān)地在這些圖象間轉(zhuǎn)換。
(c)幀緩沖器可以分離成二個分立的、各具有全部彩色平面中半數(shù)彩色平面的唱緩沖器，這使得RIV系統(tǒng)可以利用“雙緩沖器”的方案。圖式處理機可以在一個幀存儲器中形成圖象，同時，更新的電視示出來自另一緩沖器的完成的圖象。這意味著使用者未看到過完成一半的圖象，而且意味著當(dāng)RIV系統(tǒng)需要用來在實際時間內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜得多的計算機產(chǎn)生的運動(“透視象差”、“金屬旋轉(zhuǎn)”)時，RIV系統(tǒng)呈現(xiàn)出“適度的降低”。
(d)彩色特別效應(yīng)(如彩色反轉(zhuǎn)、對比伸延、“Posterisation”)、假彩色及周期性彩色變化效應(yīng)。
(e)幀緩沖器的平面之一可用于二個電視源(電視唱盤和幀緩沖器)之間的轉(zhuǎn)換。這使得靜態(tài)或動態(tài)變化區(qū)域含有計算機產(chǎn)生的圖象，而其它圖象信息則直接從電視錄象圓盤得。
圖41示出了最佳電視供給裝置及相關(guān)電路。具有幾個激光盤讀出器或其它讀出裝置。透視轉(zhuǎn)換發(fā)生在含有完全存儲的幀的第一幀中，二個進一步被緩沖的幀存儲器含有完全的顯示圖象。
可把RIV系統(tǒng)用來在計算機的控制下提供底片尺寸。在這種情況下，計算機再生初始的拍攝圖象，但在使用者視點及運動點受到控制時，計算機便利用其NPA軟件來首先與初始透視圖相匹配，然后計算機便繼續(xù)利用NPA軟件產(chǎn)生假透視轉(zhuǎn)換，這些轉(zhuǎn)換皆在幀的更新間隔中，并給予使用者實時能力以探索初始底片環(huán)境。
RIV系統(tǒng)每秒圖象產(chǎn)生25兆比特的能力，意味著可以與其它計算機產(chǎn)生的圖象有關(guān)，以便形成其結(jié)構(gòu)及透視圖全部仿真的仿真背景及具有數(shù)學(xué)精度的產(chǎn)生在前景中的物體，然后把所述仿真背景和物體設(shè)定在仿真運動控制的位置，這樣，前景物體和背景物體的透射圖象就是完整、完全和由硬件控制的。
幀存儲器的重疊特性尤其適合于講授應(yīng)用。用重疊系列中的第一系列可教第一點。如果充分理解了，則學(xué)生就轉(zhuǎn)移到該系列中的下一點。但是，如果未充分理解，則學(xué)生可轉(zhuǎn)移到其它連續(xù)系列，以便再實施該特殊點直至其被理解為止。連續(xù)顯象包括示明該點的圖信息量的增量，還能為裝載在例如選定幀的垂直消隱間隔內(nèi)電文形式中的某些信息提打印。在這種結(jié)構(gòu)中，主幀存儲器僅需要包含顯示的圖象尺寸，這是因為可以不需要透視圖轉(zhuǎn)換。
例如，可以在屏上舉行一個對話式講座，該講座例如可由一個在控制題目范圍內(nèi)被允許進行討論的原子物理學(xué)家來作。
在再作這樣的講座時，系統(tǒng)不必應(yīng)付自然透視或假透視的產(chǎn)生。RIV教育再創(chuàng)造了基本教學(xué)法。以這種基本教學(xué)法，屏上的教師講解第一點，但復(fù)雜而又冗長;然后要求學(xué)生表示他們是否不理解。如果他們理解，則教師立即繼續(xù)講下一點;如果他們表示他們不理解，則教師講解相同的那一點，但以不同的模擬方式或進一步的參考材料，或依靠實例或輔助例子來講解。
RIV系統(tǒng)的技術(shù)為任何主題的講解的編碼和實時對話式演示創(chuàng)造了條件。
RIV軟件具有重疊的幀，每個幀不必與進程幀和連續(xù)幀關(guān)聯(lián)。如果我們考慮到一個以聲頻可視方式示出且需要大概1000幀的特殊點，我們則稱這些幀為M0幀。這樣，該點便如圖44A所示那樣被示為讀出頭掃描幀M01至M1000。在幀M1000之后有一個分隔區(qū)D1。在示出的幀M1000的端頭處，屏上的人(教師)問是否理解。如果回答是，則讀出頭尋址到下段，該下段含有N°幀，N°幀包括有下一點的說明(見圖44B)。
但是，如果回答為否，即不理解，則讀出頭仍然向前移至幀的N段，這是因為在這些幀中那些重疊的幀是載有第一點的第二種解釋的幀。
這些重疊的幀M11……M1500通過段N被讀出到一半，然后，讀出頭返回到區(qū)D2，讀取其它的幀M1500……M11000……。所以在幀M01至M0500有二組重疊的幀，幀M11至M1500是一組M11000至M1500是另一組。在區(qū)D1上，屏上的教師可以在第二次解釋過后再問是否理解了這一點。如果是，則讀出頭平穩(wěn)地向前移至段N的始端(其所處位置就是這樣)。這在圖44C至44H給予了說明，圖44D示出了部分500M1系列(而不是1000M1系列)。
但是，如果在第二次到達區(qū)D1時，回答仍然是不理解那一點，則呈現(xiàn)出第三次解釋，其形式是課文的電文顯示在屏上，并帶有象形圖式的圖解。如果打印機是硬件的一部分時，則這種顯示可以打印出來。以此用來模仿教師告訴學(xué)生對主題進行攻讀，以幫助和加快理解。第三和最后的電文解釋被編碼在載有第二解釋的幀的垂直消隱間隔(VBI)容量內(nèi)，這樣，一旦電文的示出完成，讀出頭便再次在區(qū)D1中，并由此準(zhǔn)備平穩(wěn)地向前移到下一點的說明。換句話說，因為第二說明幀自身折疊，在區(qū)D1開始和終結(jié)，電文的示出也是這樣，包含在那些相同的幀中，同樣在區(qū)D1開始和終結(jié)。
根據(jù)激光盤和其圖象源的電視唱盤技術(shù)，每一個說明都從D區(qū)開始，在D區(qū)終結(jié)。見圖5。
在其各種改形中示出的系統(tǒng)具有許多優(yōu)于先有對話式電視系統(tǒng)的優(yōu)點。該系統(tǒng)不需要具有快接通時間的機構(gòu)，也不需要有電視掃描的高速掃描。這就是說，在具有電視錄象圓盤實施例的情況下，激光頭根本不需離開盤;激光頭總是在讀出，根本不必以比每秒60盤槽還快的速率移動。利用硬件處理電視信號的方法來達到相鄰系列(即陣列矢量或章節(jié))之間的迅速接通。當(dāng)一旦信號離開電視錄象圓盤的操作者，幀抓取器便在微處理機的控制下簡單地在重疊系列中選擇所需的一個序列。所以，對電視錄象圓盤游戲的要求是激光頭能夠以每秒0至60個槽(或幀)的速度移動。最高速度小于快速移至家用CD或VCR操作者的速率。
使用者看到的屏上速度取決于三個因素，首先是激光跟蹤頭的速度，其次是在存儲幀初始準(zhǔn)備中照相機在曝光之間移動的距離，第三是幀存儲器中更新陣列運動的速度。
可以根據(jù)目前可購買到的帶有適當(dāng)附加連接和控制電路的設(shè)備，設(shè)計一種有效系統(tǒng)。存儲在幀存儲器中的數(shù)學(xué)圖象(該數(shù)字圖象在假透視的情況下一次不會全看到)可以高達例如每幀1000×1000象素(pixels)。使用者看到的圖象最好具有重疊掃描，并且僅使用了各一個顯示幀的部分象素(高達約500×1000)。
總之，RIV系統(tǒng)把軟件的準(zhǔn)備與硬件的結(jié)構(gòu)及硬件(微處理機)的處理結(jié)合起來，以產(chǎn)生獨特和高度有效的結(jié)果。這種結(jié)合反映在RIV系統(tǒng)的ROM和RAM存儲器被看作是結(jié)合“混合”存儲器(表示為RARAM讀出和隨機存取存儲器的情況中。
這種結(jié)合使得RIV系統(tǒng)具有三個特性(1)RIV編碼/譯碼，形成了比至今所看到的方法更為有效的啟發(fā)性方法，它為在幀間隔內(nèi)，在無圖供給裝置破壞的情況下相關(guān)幀的選擇提供了條件，因此，在時間和設(shè)備二方面都比較經(jīng)濟。
(2)RIV色裝置，它是簡單、有效圖象的增強器。
(3)RIV透視，采用AVC(陣列矢量坐標(biāo)，它包含象限關(guān)系)和NPA(自然透視計算法)來產(chǎn)生PPT(假透視轉(zhuǎn)換)，這種轉(zhuǎn)換在微處理機的控制下提供自然圖象的大量數(shù)據(jù)率。
PPT(假透視轉(zhuǎn)換)在使用者的游戲帶表演與NPA結(jié)合在RIV系統(tǒng)中時是使使用者產(chǎn)生感覺的最終效應(yīng)。使用者可以在任何方向上改變方向，正如已經(jīng)說明的那樣，這種感覺部分為光幻覺，這種光幻覺是由參考幀的硬件來看見的運動產(chǎn)生的，大腦用此來產(chǎn)生使用者對什么正在進行的感覺。這些參考幀是監(jiān)視器屏的靜態(tài)邊緣，大腦用此來理解屏上運動。實際上，RIV硬件和軟件正結(jié)合起來靈活地移運監(jiān)測器的邊緣，產(chǎn)生次級透射假透射轉(zhuǎn)換。
RIV透射很明顯對RIV系統(tǒng)的某些應(yīng)用是重要的，并代表以上三個特性的大多數(shù)動態(tài)。但是，RIV系統(tǒng)所有應(yīng)用的準(zhǔn)則是，系統(tǒng)應(yīng)為實時對話創(chuàng)造條件，而且對于許多這些應(yīng)用，透射轉(zhuǎn)換是不必要的。強調(diào)這一點很重要。
圖45所示為帶有所利用的最佳微處理機的實施細節(jié)的主要系統(tǒng)部件。主要子系統(tǒng)是以具有五十萬比特的RAM存儲器的80286型微處理機為基礎(chǔ)的。接收電視信號的幀存儲器子系統(tǒng)可以以3k×8比特靜態(tài)RAM為基礎(chǔ)，十個該RAM可以組成二個3k×40比特的場存儲器塊。一個存儲器用于寫入，而另一個用于讀出。
可取樣為4個亮度采樣，每個7比特1個U采樣，6比特1個V采樣6比特。
這給出了一個40比特的系列尺寸。在每線768個樣品的情況下，幀存儲器在1.6MHz接收40比特的系列。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對于本說明書的熟練讀者來說從已給出的情況便可明了。
在以下所附部分中列出了選擇應(yīng)用。
附屬部分RIV系統(tǒng)的應(yīng)用RIV系統(tǒng)是一種對話式電視系統(tǒng)，它具有許多應(yīng)用，這些應(yīng)用最初包括
1.RIV模擬把RIV系統(tǒng)發(fā)展到這個應(yīng)用可以認為是應(yīng)用范圍的最高點，它們表現(xiàn)了RIV系統(tǒng)能力的最富于活力的方面，這些系統(tǒng)可以模仿范圍廣闊的環(huán)境和場合，包括穿過Welsh山谷的低空飛行或駕車穿過紐約市。
2.RIV教育這也是一個最初的領(lǐng)域。這個想法目的在于用RIV裝配所有的學(xué)校教育領(lǐng)事和一套RIV教育電視錄象圓盤。這種方法與“Nuffield程序”類似。在這個應(yīng)用中，所有學(xué)生(在特殊課堂中)在其桌上都有鈕座式連接裝置，同時教師具有控制器裝置，連接至領(lǐng)事。假如采用這個系統(tǒng)，則會給軟件的各個項目帶來大量方案。優(yōu)于目前課堂形象化教學(xué)的主要優(yōu)點是與“坐和聽”相反，RIV系統(tǒng)是學(xué)生參與和實時的，這會使學(xué)生集中精力。
3.RIV娛樂這是最初考慮的領(lǐng)域，這種想法是將最生動、先進的部分、拱廊的刺激系列和自己制造的游戲引入市場，這樣，我們把這些視為“娛樂經(jīng)歷”，而不只是一種游戲。我們相信，在引入它們的同時，它們會為別人樹立跟隨學(xué)習(xí)的標(biāo)準(zhǔn)。
4.RIV訓(xùn)練與RIV的模仿相似，但目的在于商標(biāo)訓(xùn)練、體育訓(xùn)練和“現(xiàn)場”信息的比較乏味的世界，更加強調(diào)原文的出示，對于圖象的操作則需要甚少。
在以上完成初始工作之后，便考慮到以下應(yīng)用5.航空(飛行)
座艙中的顯示系統(tǒng)還與測量顯示板連接，以便提供形象的飛機下方及周圍的地形顯示，以及與位置相關(guān)的原文信息。所包括的每個軟件盤相對一條具體路線，并帶有對那些危險方法的保險。有可能做出對汽車和渡假出國的改形。
6.RIV動畫經(jīng)典圖書及當(dāng)代動畫背景可供攝影廉價使用，制作高質(zhì)量的兒童節(jié)目。還可用作對計算機產(chǎn)生的動畫的補充，以達到完善的結(jié)果。
7.RIV家用圖書家庭中的RIV硬件通過電纜與RIV軟件配套。在這個應(yīng)用中，如果適當(dāng)?shù)嘏c電纜關(guān)系輸入進行演變，則RIV系統(tǒng)大量高速和隨機存取存儲器的容量會使之令人吃驚。
對以下應(yīng)用領(lǐng)域進行了初步研究8.RIV計算機劇院把RIV娛樂與RIV教育結(jié)合起來，同時使整個電影院的觀察都具有基本按鈕座和操縱桿，并在“多數(shù)角色”的基礎(chǔ)上相互影響，播放具有驚險內(nèi)容的高質(zhì)量電影。最初是游樂園，然后也許選擇電影院。
9.RIV“友好的使用者”現(xiàn)在，這是個抽象概念，把RIV系統(tǒng)至自然語言產(chǎn)生者和自然語言分析者，這時，他們正致力于使高度技術(shù)和高度文化的面目人性化。
10.RIV機器到機器的模仿在具有可能的概念“家庭圖書”的情況下，所有這些領(lǐng)域包含可視圖象數(shù)據(jù)可視圖象數(shù)據(jù)是系統(tǒng)中電視信號的最初成分。將來更具有意義的應(yīng)用包含“非可視”數(shù)據(jù)模仿，其中，RIV系統(tǒng)與不管什么特點的其它系統(tǒng)(警報系統(tǒng)、A.I.系統(tǒng)、成分測定系統(tǒng)、通用計算機系統(tǒng))相連，并利用(通過連接部分)把形勢模擬引入這些其它系統(tǒng)的方法，把這些系統(tǒng)通過其步調(diào)放到考慮的系統(tǒng)格式中，還利用改變“實時”中條件的方法，觀看系統(tǒng)能如何有效地應(yīng)付各種不測事件。
權(quán)利要求
1.一種電視系統(tǒng)，它包括一個系統(tǒng)控制器、一個用于使存儲在記錄媒介上的運動圖象系列再生的電視再生裝置、一個使來自電視再生裝置的電視圖象再現(xiàn)的顯示裝置、一個用于使使用者能與控制器相互作用的使用者輸入裝置，控制器用來根據(jù)輸入裝置控制圖象重放裝置的操作，其中，記錄裝置已經(jīng)在其上記錄有多個交替運動的圖象系列，這些系列的幀依次連續(xù)地重疊。
2.一種電視系統(tǒng)，它包括一個用于使存儲在記錄媒介上的運動圖象系列再生的圖象重放裝置、一個用于接收來自上述圖象重放裝置的選定幀的幀存儲器、一個用于顯示存儲在幀存儲器中的幀的顯示裝置，至少有幾幀被重復(fù)顯示，還包括聯(lián)接在幀存儲器與顯示裝置之間的裝置，該裝置用于提供一些重復(fù)場的彩色模型，以有助于掩遮幀的重復(fù)效應(yīng)。
3.一種視頻系統(tǒng)，它包括一個用于使存儲在記錄媒介上的運動圖象系列再生的圖象重放裝置、一個用于使來自上述的圖象重放裝置的電視圖象再現(xiàn)的顯示裝置、一個用于使使用者能表達所需運動的使用者輸入裝置、一個聯(lián)接在圖象重放裝置與顯示裝置之間的幀存儲器、一個用于控制來自幀存儲器的讀出的裝置，幀存儲器能夠存儲比所顯示的圖象更大的圖象，讀出控制裝置選擇存儲在幀存儲器中的所需的存儲幀部分，讀出控制裝置根據(jù)(ⅰ)使用者的輸入裝置和(ⅱ)幀存儲器中顯示部分的存在位置，改變被讀出的部分。
全文摘要
一種電視系統(tǒng)，它包括一個系統(tǒng)控制器，一個用于使存儲在記錄媒介上的運動圖像系列再生的電視再生裝置，一個使來自電視再生裝置的電視圖像再生的顯示裝置，一個用于使使用者能與控制器相互作用的使用者輸入裝置，包括一個用于使存儲在記錄媒介上的運動圖像系列再生的重放裝置，一個用于接收來自上述圖像重放裝置的選定幀的幀存儲器，還包括顯示裝置和讀出裝置。
文檔編號H04N5/93GK1040896SQ8810626
公開日1990年3月28日 申請日期1988年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月27日
發(fā)明者阿什貝·詹姆斯·阿馬奇 申請人:洛金斯布蘭德有限公司