Принципы построения изображения
Компьютерный
монитор, как и обычный телевизор, формирует изображение на экране из строк,
которые рисуются слева направо и сверху вниз. Каждая строка начинается
от левого края экрана. После отображения последней, самой нижней строки делается
небольшой перерыв в выводе строк, чтобы электроника монитора с вакуумным кинескопом
смогла вернуть электронный луч в исходное положение — в верхний левый угол экрана
(это так называемая прогрессивная, построчная развертка, Progressive,
Non-interlaced). В мониторах, где используется жидкокристаллическая или плазменная
панель, хоть и нет необходимости делать перерыв на возврат луча (обратный ход
луча), т. к. изображение создается на других принципах, все равно делается небольшая
остановка в выводе информации.
В телевизорах
и дешевых мониторах используется чересстрочная развертка изображения
, когда на экране сначала прорисовываются нечетные строки (первый
полукадр), а потом четные (второй полукадр).
Такой способ
вывода является вынужденной мерой, когда существуют ограничения на полосу передаваемых
частот, как в телевидении, или требуется понизить стоимость монитора за счет
использования более простой электроники. Например, стандартный телевизионный
канал занимает всего 5,5—6,5 МГц, а в современных мониторах полоса частот давно
уже больше 100 МГц. Блок строчной развертки телевизора работает на одной частоте
— 15,65 кГц, а даже мониторы EGA использовали две различные частоты, чуть ли
не в два раза превышающие строчную частоту в телевизорах.
У современного
монитора минимальная строчная частота равна 31,5 кГц, что серьезно усложняет
электронную схему блока развертки и повышает требования к техническим параметрам
используемых электронных компонентов.
Примечание
За преобразование
двоичных значений цвета и яркости точки в аналоговый сигнал отвечает блок RAMDAC,
который имеется у любого видеоадаптера. Чем с большей тактовой частотой он работает,
там выше качество изображения тонких линий и точек на экране. В настоящее время
тактовая частота RAMDAC превышает 250 МГц. Кроме того, для ускорения вывода
данных из видеопамяти используют двухпортовые микросхемы запоминающих устройств,
с которыми одновременно может работать RAMDAC и видеопроцессор, который формирует
изображение по командам центрального процессора.
Если включить
монитор отдельно, то после прогрева кинескопа вы на экране увидите белый прямоугольник6
— растр, который создается из строк. Чтобы на экране появилось полезное изображение,
надо управлять яркостью каждой точки строки по мере ее прорисовки на экране.
В обычном
телевизоре яркость строки в процессе развертки меняется произвольным образом,
и о количестве точек в строке не идет речи. Качество получаемого изображения
определяется только возможностями телестудии и техническими параметрами телевизора.
В компьютерах, которые требуют для решения любой задачи указать конкретные значения
каждого параметра, строка условно разбивается на точки — пикселы. Чем больше
точек в строке и больше самих строк, тем качественнее получается изображение.
Заметим, что местоположение каждой точки в любой строке строго оговорено, а
значения яркости и цвета каждой точки находятся по конкретному адресу в видеопамяти.
Монитор соединяется
с видеоадаптером ограниченным количеством проводов, по которым передается информация
о всех точках, которые должны быть отображены на экране. По трем проводам передается
информация о цвете и яркости точки, а два провода служат для посылки импульсов
синхронизации, которые указывают монитору, когда начинаются новый кадр и строка.
Импульсы синхронизации
изображения в персональных компьютерах не имеют строго определенной привязки
по времени к строкам и кадрам, как это регламентировано в видеотехнике. В разных
типах мониторов в силу технических ограничений на быстродействие электронных
схем начало вывода изображения сдвинуто на какую-то величину от момента воздействия
импульса синхронизации. Кроме того, импульсы синхронизации имеют длительность,
неравную длительности гашения (во время гашения обратного хода луча как бы прекращается
вывод информации на экран, точнее, передается сигнал, соответствующий "самому
черному" цвету или "чернее черного"). Также длительности импульсов
синхронизации и гашения строк и кадров значительно отличаются по времени.
Монитор, являясь
пассивным устройством, всегда старательно отображает все то, что передает ему
видеоадаптер, даже в том случае, если ему посылается заведомо невозможная для
него информация, поэтому для каждого типа монитора требуется правильно установить
параметры синхроимпульсов, а также начало и окончание вывода полезной информации.
Это достигается установкой служебных регистров в чипсете видеоплаты.
Если будут
выбраны неправильные соотношения между всеми упомянутыми параметрами, то на
экране монитора будет отображена непонятная полосатая картинка. Так получается,
когда в операционной системе Windows в окне Свойства: экран выбираются
параметры, недопустимые для монитора или видеоадаптера. К счастью, в операционной
системе Windows пользователя оберегают от излишних технических подробностей,
поэтому ему предлагается выбрать только типы монитора и видеоадаптера.
Далее уже для конкретной выбранной пары предлагается весьма ограниченный
набор, состоящий из величины разрешения и количества цветов в палитре
и частоты развертки.
Более понятны технические детали установки параметров видеоадаптера и монитора в операционной системе Linux (хотя это и приводит к большим проблемам у пользователей, которые, как обычно, не в курсе того, какими возможностями обладают монитор и видеоадаптер). Например приходится указывать не только названия фирм и типов применяемых узлов, но и параметры импульсов синхронизации.
В операционной системе Linux для указания параметров синхронизации в файле XF86Config есть строка:
Modeline "наименование"
р h hss hse hm v vss vse vm [опции],
где:
- р — частота элементов
изображения в МГц;
- h — размер видимой
части изображения по горизонтали;
- hss — начало импульсов
строчной синхронизации;
- hse — конец импульсов
строчной синхронизации;
- hm — полная широта
кадра (видимой и невидимой части);
- v — размер видимой
части изображения по вертикали;
- vss — начало импульсов
кадровой синхронизации;
- vse — конец импульсов
кадровой синхронизации;
- vm — полная высота
кадра (видимой и невидимой части).
Программист может заставить видеоадаптер выдавать синхроимпульсы достаточно произвольно относительно изображения. Но, например для монитора с вакуумным кинескопом требуются вполне определенные задержки для возврата луча в исходное положение после окончания рисования последней точки строки и последней строки кадра. Соответственно, видеоадаптеру необходимо точно указывать, где должны находиться синхроимпульсы относительно друг друга и начальной точки растра. При этом используются несколько странные для большинства пользователей параметры — размеры видимой части изображения по горизонтали и вертикали, начало и конец импульсов строчной и кадровой синхронизации, полная высота и ширина кадра (видимой и невидимой части).
Человек очень плохо воспринимает изображение на экране монитора с частотой кадровой развертки 60 Гц. Оно кажется мигающим, а засветка от ламп дневного света, которые питаются от сети переменного тока 50 Гц, создает неприятные ощущения. Чтобы повысить комфортность от работы с компьютером, стараются повышать частоту кадровой развертки — сначала рекомендовалась частота 85 Гц, потом 100 Гц (жидкокристаллические панели работают на другом принципе, поэтому в них нет такой необходимости повышения частоты кадровой развертки). Теперь, после совершенствования электроники мониторов рекомендуемая частота кадровой развертки лежит в диапазоне 120—200 Гц. Соответственно, пользователю требуется выбирать для работы тот режим видеоадаптера, который поддерживается монитором, т. к. в противном случае монитор очень быстро выходит из строя. В табл. 12.6 приведены возможные комбинации разрешения, кадровой и строчных частот развертки, которые могут обеспечить современные видеоадаптеры, а в табл. 12.7 уже только для двух наиболее популярных разрешений приведены комбинации кадровой и строчной частот развертки.
Примечание
Выбирайте тип видеоадаптера под конкретный монитор. Монитор меняется примерно раз в пять лет, а видеоадаптер можно заменять чуть ли не каждые полгода!
Разрешение, глубина цвета и возможная частота кадровой развертки
видеоадаптера Abit Siluro GeForce 3
|
Разрешение |
Глубина цвета |
Частота кадровой
развертки |
||
|
640x480 |
8/16/32 бит |
60-240 Гц |
||
|
800x600 |
8/16/32 бит |
60-240 Гц |
||
|
1024x768 |
8/16 бит |
60-240 Гц |
||
|
1024x768 |
32 бит |
60-200 Гц |
||
|
1152x864 |
8/16 бит |
60-200 Гц |
||
|
1152x864 |
32 бит |
60-1 70 Гц |
||
|
1280x960 |
8/16 бит |
60-1 70 Гц |
||
|
1280x960 |
32 бит |
60-1 50 Гц |
||
|
1280x1024 |
8/16 бит |
60-1 70 Гц |
||
|
1280x1024 |
32 бит |
60-1 50 Гц |
||
|
1600x900 |
8/16 бит |
60-1 50 Гц |
||
|
1600x900 |
32 бит |
60-1 20 Гц |
||
|
1600x1200 |
8/1 6 бит |
60-1 20 Гц |
||
|
1600x1200 |
32 бит |
60-1Ш Гц |
||
|
1920x1080 |
8/1 6 бит |
60-100 Гц |
||
|
1920x1080 |
32 бит |
60-85 Гц |
||
|
1920x1200 |
8/1 6 бит |
60-1 00 Гц |
||
|
1920x1200 |
32 бит |
60-85 Гц |
||
|
1920x1440 |
8/1 6 бит |
60-85 Гц |
||
|
1920x1440 |
32 бит |
60-75 Гц |
||
|
2048x1536 |
8/1 6 бит |
60-75 Гц |
||
|
2048x1536 |
32 бит |
60Гц |
||
Частоты кадровой и строчной развертки для разрешений 640x480
и 800x600 видеоадаптера ASUS AGP-V3400TNT/TV/8MB Layout
|
Разрешение |
Частота кадровой
развертки |
Частота строчной
развертки |
||
|
640x480 |
60Гц |
31 ,4 кГц |
||
|
|
70 Гц 72 Гц 75 Гц |
34,9 кГц 36,1 кГц 37,6 кГц |
||
|
|
85 Гц |
43,0 кГц |
||
|
|
100Гц |
51,0 кГц |
||
|
|
120Гц |
61,8 кГц |
||
|
|
140Гц |
72,9 кГц |
||
|
|
144Гц |
75,2 кГц |
||
|
|
150Гц |
78,7 кГц |
||
|
|
170Гц 200Гц |
92,6 кГц 108,6 кГц |
||
|
|
240 Гц |
132,8 кГц |
||
|
|
250Гц |
138,6 кГц |
||
800x600 |
60 Гц |
37,9 кГц |
|
70 Гц |
43 кГц |
|
|
72 Гц |
45,1 кГц |
|
|
75Гц |
47,0 кГц |
|
|
85 Гц |
53,6 кГц |
|
|
100 Гц |
63,7 кГц |
|
|
120Гц |
77,2 кГц |
|
|
140Гц |
91,1 кГц |
|
|
144Гц |
94,0 кГц |
|
|
150 Гц 170Гц |
98,2 кГц 11 2,8 кГц |
|
|
200Гц 240Гц |
135,0 кГц 166,3 кГц |
|
|
250Гц |
172,5 кГц |
|
