Стандартные типы видеоадаптеров, используемых

В IBM PC

MDA (Monochrome Display Adapter — монохромный адаптер дисплея) — простейший видеоадаптер, применявшийся в первых IBM PC. Работает в текстовом режиме с разрешением 80x25 (720x350, матрица символа — 9x14), поддерживает пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчеркнутый и мигающий. Частота строчной развертки — 15 Кгц. Интерфейс с монитором — цифровой: сигналы синхронизации, основной видеосигнал, дополнительный сигнал яркости.

HGC (Hercules Graphics Card — графическая карта Hercules) — расширение MDA с графическим режимом 720x348, разработанное фирмой Hercules.

CGA (Color Graphics Adapter — цветной графический адаптер) — первый адаптер с графическими возможностями. Работает либо в текстовом режиме с разрешениями 40x25 и 80x25 (матрица символа — 8x8), либо в графическом с разрешениями 320x200 или 640x200. В текстовых режимах доступно 256 атрибутов символа — 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графических режимах доступны четыре палитры по четыре цвета каждая в режиме 320x200, режим 640x200 — монохромный. Вывод информации на экран требовал синхронизации с разверткой, в противном случае возникали конфликты по видеопамяти, проявляющиеся в виде «снега» на экране. Частота строчной развертки — 15 Кгц. Интерфейс с монитором — цифровой: сигналы синхронизации, основной видеосигнал (три канала — красный, зеленый, синий), дополнительный сигнал яркости.

EGA (Enhanced Graphics Adapter — улучшенный графический адаптер) — дальнейшее развитие CGA, примененное в первых PC AT. Добавлено разрешение 640x350, что в текстовых режимах дает формат 80x25 при матрице символа 8x14 и 80x43 — при матрице 8x8. Количество одновременно отображаемых цветов — по-прежнему 16, однако палитра расширена до 64 цветов (по два разряда яркости на каждый цвет). Введен промежуточный буфер для передаваемого на монитор потока данных, благодаря чему отпала необходимость в синхронизации при выводе в текстовых режимах. Структура видеопамяти сделана на основе так называемых битовых плоскостей — «слоев», каждый из которых в графическом режиме содержит биты только своего цвета, а в текстовых режимах по плоскостям разделяются собственно текст и данные знакогенератора. Совместим с MDA и CGA. Частоты строчной развертки — 15 и 18 Кгц. Интерфейс с монитором — цифровой: сигналы синхронизации, видеосигнал (по две линии на каждый из основных цветов).

MCGA (Multicolor Graphics Adapter — многоцветный графический адаптер) — введен фирмой IBM в ранних моделях PS/2. Добавлено разрешение 640x400 (текст), что дает формат 80x25 при матрице символа 8x16 и 80x50 — при матрице 8x8. Количество воспроизводимых цветов увеличено до 262144 (по 64 уровня на каждый из основных цветов). Помимо палитры, введено понятие таблицы цветов, через которую выполняется преобразование 64-цветного пространства цветов EGA в пространство цветов MCGA. Введен также видеорежим 320x200x256, в котором вместо битовых плоскостей используется представление экрана непрерывной областью памяти объемом 64000 байт, где каждый байт описывает цвет соответствующей ему точки экрана. Совместим с CGA по всем режимам, а с EGA — по текстовым, за исключением размера матрицы символа. Частота строчной развертки — 31 Кгц, для эмуляции режимов CGA используется так называемое двойное сканирование — дублирование каждой строки формата Nx200 в режиме Nx400, интерфейс с монитором — аналогово-цифpовой: цифровые сигналы синхронизации, аналоговые сигналы основных цветов, передаваемые монитору без дискретизации. Поддерживает подключение монохромного монитора и его автоматическое опознание — при этом в видео-BIOS включается режим суммирования цветов по так называемой шкале серого (grayscale) для получения полутонового чеpно-белого изображения. Суммирование выполняется только при выводе через BIOS — при непосредственной записи в видеопамять на монитор попадает только сигнал зеленого цвета (если он не имеет встроенного цветосмесителя).

VGA (Video Graphics Array — множество, или массив, визуальной графики) — расширение MCGA, совместимое с EGA, введен фирмой IBM в средних моделях PS/2. Фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. Добавлен текстовый режим 720x400 для эмуляции MDA и графический режим 640x480 с доступом через битовые плоскости. В режиме 640x480 используется так называемая квадратная точка (соотношение количества точек по горизонтали и вертикали совпадает со стандартным соотношением сторон экрана — 4:3). Совместим с MDA, CGA и EGA, интерфейс с монитором идентичен MCGA.

IBM 8514/а — специализированный адаптер для работы с высокими разрешениями (640x480x256 и 1024x768x256), с элементами графического ускорителя. Не поддерживает видеорежимы VGA, интерфейс с монитором аналогичен VGA/MCGA.

IBM XGA — следующий специализированный адаптер IBM, расширено цветовое пространство (режим 640x480x64k), добавлен текстовый режим 132x25 (1056x400). Интерфейс с монитором аналогичен VGA/MCGA.

SVGA (Super VGA — «сверх» VGA) — расширение VGA с добавлением более высоких разрешений и дополнительного сервиса. Видеорежимы добавляются из ряда 800x600, 1024x768, 1152x864, 1280x1024, 1600x1200 — все с соотношением 4:3. Цветовое пространство расширено до 65536 (High Color) или 16.7 млн. (True Color). Также добавляются расширенные текстовые режимы формата 132x25, 132x43, 132x50. Из дополнительного сервиса добавлена поддержка VBE. Фактически стандарт видеоадаптера используется примерно с 1992 г.

 

9.3 Устройство стандартного видеоадаптера

 

Видеоадаптеры EGA и VGA можно условно разделить на шесть логических блоков:

Видеопамять. В видеопамяти размещаются данные, отображаемые адаптером на экране дисплея. Для видеоадаптеров EGA и VGA видеопамять, как правило, имеет объем 256К байт. На некоторых моделях Super VGA и XGA объем видеопамяти может быть увеличен до 1М байт. Видеопамять находится в адресном пространстве процессора, и программы могут непосредственно производить с ней обмен данными. Физически видеопамять разделена на четыре банка или цветовых слоя, разделяющих единое адресное пространство.

Графический контроллер. Посредством его происходит обмен данными между центральным процессором компьютера и видеопамятью. Аппаратура графического контроллера позволяет производить над данными, поступающими в видеопамять, и над данными, расположенными в регистрах-защелках (регистры-защелки описаны ниже), простейшие логические операции (И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, циклический сдвиг).

Последовательный преобразователь. Выбирает из видеопамяти один или несколько байт, преобразует их в последовательный поток битов и затем передает контроллеру атрибутов.

Контроллер ЭЛТ. Генерирует временные синхросигналы, управляющие ЭЛТ.

Контроллер атрибутов. Преобразует информацию о цветах из формата, в котором она хранится в видеопамяти, в формат, необходимый для ЭЛТ. Преобразование цветов осуществляется в соответствии с таблицей цветовой палитры (Color Look-up Table). Модифицируя таблицу цветовой палитры, можно выбирать 16 цветов, поддерживаемых видеоадаптером EGA из 64 цветов, которые может отображать цветной улучшенный дисплей.

Синхронизатор. Управляет всеми временными параметрами видеоадаптера. Синхронизатор также управляет доступом процессора к цветовым слоям видеоадаптера.

На рисунке 9.1 представлена структурная схема видеоадаптеров EGA и VGA, отображающая связи между их основными логическими блоками.

Рисунок 9.1 — Структурная схема видеоадаптеров EGA/VGA

 

Современный видеоадаптер (графический чипсет) включает следующие основные компоненты:

· BIOS;

· 2D-ускоритель;

· блок обработки (ускоритель) 3D-графики;

· блок обработки видеосигналов;

· контроллер памяти;

· видеопамять;

· интерфейс шины AGP;

· интерфейс внешнего порта ввода-вывода;

· цифроаналоговый преобразователь RAMDAC.

В качестве дополнительных компонентов на видеокарте могут присутствовать формирователь телевизионного сигнала с выходным разъемом (TV-Out), блок обработки (ускоритель) сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), блок обработки DVD, цифровой выход для ЖК-мониторов (DVI), телевизионный тюнер.

На рисунках 9.2, а и 9.2, б изображены блок-схемы ядер фирмы Geforce.

a

б

 

Рисунок 9.2 — Блок-схемы ядер:

a — Geforce 4(NV25);  б — Geforce 4 MX(NV17)

 

9.4 Особенности работы видеоадаптера

 

Прежде чем стать изображением на мониторе, двоичные цифровые данные обрабатываются центральным процессором, затем через шину данных направляются в видеоадаптер, где они обрабатываются и преобразуются в аналоговые данные, и уже после этого направляются в монитор и формируют изображение. В видеоадаптере данные в цифровом виде из шины попадают в видеопроцессор, где они начинают обрабатываться. После этого обработанные цифровые данные направляются в видеопамять, где создается образ изображения, которое должно быть выведено на дисплее. Затем, все еще в цифровом формате, данные, образующие образ, передаются в RAMDAC, где они конвертируются в аналоговый вид, после чего передаются в монитор, на котором выводится требуемое изображение.

Таким образом, почти на всем пути следования цифровых данных над ними производятся различные операции преобразования, сжатия и хранения. Оптимизируя эти операции, можно добиться повышения производительности всей видеосистемы. Лишь последний отрезок пути, от RAMDAC до монитора, когда данные имеют аналоговый вид, их нельзя оптимизировать.

 

9.5 Видеоадаптеры SVGA

 

С появлением видеоадаптеров XGA и 8514/А конкуренты IBM решили не копировать эти расширения VGA, а начать выпуск более дешевых адаптеров с разрешением, которое выше разрешения продуктов IBM. Эти видеоадаптеры образовали категорию Super VGA, или SVGA.

SVGA обладают более широкими возможностями, чем платы VGA. Поначалу SVGA не являлся стандартом. Под этим термином подразумевались многочисленные и отличающиеся одна от другой разработки различных фирм, требования к параметрам которых были жестче, чем требования к VGA.

Например, одни видеоадаптеры предлагали несколько форматов изображения (800x600 и 1024x768) с разрешением выше, чем у VGA, в то время как другие имели такое же или даже большее разрешение (но и более обширную палитру воспроизводимых оттенков в каждом формате). Несмотря на различия, все эти видеоадаптеры относятся к категории плат SVGA. Внешне платы SVGA мало чем отличаются от своих собратьев VGA. На них установлены такие же разъемы.

 

9.6 Ускорители 3D графики

 

Ускоpитель (accelerator) — набоp аппаpатных возможностей адаптеpа, пpедназначенный для пеpекладывания части типовых опеpаций по pаботе с изобpажением на встpоенный пpоцессоp адаптеpа. Различаются ускоpители гpафики (graphics accelerator), ускоpители анимации (video accelerators) и ускоpители тpехмеpной гpафики (3D accelerators) с поддеpжкой многослойного изобpажения, теней и пp.

Ускорители 2D графики производят выполнение некоторых графических функций на аппаратном уровне, и их возможности обычно используются для ускорения работы графического интерфейса пользователя (GUI) в соответствующих ОС, таких, как, например, Windows NT, W95/98, OS/2, X-Windows и т.п. К числу этих функций относятся перемещения больших блоков изображения из одного участка экрана в другой (например, при перемещении окна), заливка участков изображения, отрисовка линий, дуг, масочных шрифтов, поддержка аппаратного курсора и т.п.

Ускорители анимации обычно разгружают центральный процессор от заключительных стадий вывода видеоизображения на экран монитора, например они могут производить конверсию цветовых пространств (YUV в RGB), масштабирование изображения, его интерполяцию по одной или обеим осям и т.п.

Ускорители 3D графики используются для ускорения операций при построении трехмерных пространств и помогают при визуализации сложных трехмерных объектов, в современных 3D играх и т.п. областях.

Стоит отметить, что хотя функции ускорителей используются только на заключительных стадиях построения изображения и могут весьма успешно выполняться и центральным процессором, но практически всегда это наиболее ресурсоемкие операции, и применение ускорителя может привести к очень существенному приросту производительности компьютера.

9.7 Скорость работы акселератора

 

Существует два основных количественных показателя скорости работы акселератора. Первый — это Fill Rate (скорость заполнения элементов трехмерной сцены пикселами с определенной текстурой), который измеряется в текселах (млн. текселов) в секунду, второй — это Triangle Rate, показывающий максимальную пропускную способность акселератора по выводу на экран треугольников (измеряется, соответственно, в треугольниках в секунду).

Игроки любят также оперировать параметром fps — frames per second, который показывает, сколько раз в секунду аппарат рендеринга обновляет 3D-сцену на экране. Чем выше этот показатель, тем более естественными выглядят анимация и движения объектов. Принято считать, что 30 fps — приемлемый показатель для игр. Повышение fps до 60 влечет существенное усиление реальности отображаемой 3D-графики. При значениях свыше 75 fps уже невозможно различить улучшение качества — достигается предел, обусловленный особенностями человеческого зрения.

В таблице 1 приведены технические характеристики некоторых моделей 3D-акселераторов.

К объему видеопамяти, установленной в 3D-акселераторе, неприменима стандартная формула расчета, поскольку ее часть в подобных устройствах используется для других целей, к примеру под Z-буфер и т.д. Поэтому если в видеокарте установлено 8МВ памяти, то в Windows на ней можно установить разрешение 1600 х 1200 х 16 млн. цветов, однако поиграть в 3D-игры при таком разрешении не удастся. Существует такое понятие, как максимальное 3D-разрешение для данной видеокарты. В заключение хотелось бы отметить, если вы приобрели один из новых 3D-акселераторов, почаще заглядывайте на Web-сайт его производителя, чтобы не пропустить последние версии драйверов. На этапе «обкатки» карт драйверы будут часто обновляться, и их свежие версии могут обеспечить существенный прирост производительности.

 

Таблица 1 — Технические характеристики некоторых 3D-акселераторов

 

 

9.8 Ускоренный графический порт AGP

 

Шина персонального компьютера (PC) претерпла множество изменений в связи с повышаемыми к ней требованиями. Исходным расширением шины PC была шина Industry Standard Architecture (ISA), которая, несмотря на свои ограничения, все еще используется для периферийных устройств c преимущественно низкой шириной полосы пропускания, как, например, звуковые карты типа Sound Blaster. Шина Peripherals Connection Interface (PCI), стандарт, пришедший на смену спецификации VESA VL bus, стала стандартной системной шиной для быстродействующих периферийных устройств, как, например, дисковые контроллеры и графические платы. Тем не менее, внедрение 3D-графики угрожает перегрузить шину PCI.

Ускоренный графический порт (AGP) — это расширение шины PCI, чье назначение — обработка больших массивов данных 3D-графики. Intel разрабатывала AGP для решения двух проблем перед внедрением 3D-графики на PCI. Во-первых, 3D-графика требует как можно больше памяти для информации текстурных карт (texture maps) и z-буфера (z-buffer). Чем больше текстурных карт доступно для 3D-приложений, тем лучше выглядит конечный результат. При нормальных обстоятельствах z-буфер, который содержит информацию, относящуюся к представлению глубины изображения, использует ту же память, что и текстуры. Этот конфликт предоставляет разработчикам 3D множество вариантов для выбора оптимального решения, которое они привязывают к большой значимости памяти для текстур и z-буфера, и результаты напрямую влияют на качество выводимого изображения.

Разработчики PC имели ранее возможность использовать системную память для хранения информации о текстурах и для z-буфера, но ограничением в таком подходе была передача этой информации через шину PCI. Производительность графической подсистемы и системной памяти ограничиваются физическими характеристиками шины PCI. Кроме того, ширина полосы пропускания PCI, или ее емкость, недостаточна для обработки графики в режиме реального времени. Чтобы решить эти проблемы, Intel разработала AGP (рисунок 9.3).

Если определить кратко, что такое AGP, то это — прямое соединение между графической подсистемой и системной памятью. Это решение позволяет обеспечить значительно лучшие показатели передачи данных, чем при передаче через шину PCI; оно явно разрабатывалось, чтобы удовлетворить требованиям вывода 3D-графики в режиме реального времени. AGP позволяет более эффективно использовать память страничного буфера (frame buffer), тем самым увеличивая также производительность 2D- графики и увеличивая скорость прохождения потока данных 3D-графики через систему.

 

 

Рисунок 9.3 — Структурная схема использования AGP

 

Определение AGP, как вид прямого соединения между графической подсистемой и системной памятью, называется соединением point-to-point. В действительности, AGP соединяет графическую подсистему с блоком управления системной памятью, разделяя этот доступ к памяти с центральным процессором компьютера (CPU).

Через AGP можно подключить только один тип устройств — графическую плату. Графические системы, встроенные в материнскую плату и использующие AGP, не могут быть улучшены.

Определение Intel, подтверждающее, что после реализации AGP становится стандартом, следует из того, что без такого решения достижение оптимальной производительности 3D-графики в PC будет очень трудно обеспечить. 3D-графика в режиме реального времени требует прохождения очень большого потока данных в графическую подсистему. Без AGP для решения этой проблемы требуется применение нестандартных устройств памяти, которые являются дорогостоящими. При применении AGP текстурная информация и данные z-буфера могут храниться в системной памяти. При более эффективном использовании системной памяти графические платы на базе AGP не требуют собственной памяти для хранения текстур и могут предлагаться уже по значительно более низким ценам.

Теоретически PCI могла бы выполнять те же функции, что и AGP, но производительность была бы недостаточной для большинства приложений. Intel разрабатывала AGP для функционирования на частоте 133 MHz и для управления памятью по совершенно другому принципу, чем это осуществляет PCI. В случае с PCI, любая информация, находящаяся в системной памяти, не является физически непрерывной. Это означает, что существует задержка при исполнении, пока информация считывается по своему физическому адресу в системной памяти и передается по нужному пути в графическую подсистему. В случае с AGP, Intel создала механизм, в результате чего физический адрес, по которому информация хранится в системной памяти, совершенно не важен для графической подсистемы. Это ключевое решение, когда приложение использует системную память, чтобы получать и хранить необходимую информацию. В системе на основе AGP не имеет значения, как и где хранятся данные о текстурах, графическая подсистема имеет полный и беспроблемный доступ к требуемой информации.

 

 

10 Компьютерное видео

 

10.1 Основы создания видеоклипов

 

Видеоклип — это электронный документ, предназначенный для самостоятельной публикации или использования в других электронных документах, в котором реализованы анимационные или интерактивные эффекты, а также могут использоваться звуковые эффекты [6].

При таком общем определении практически любой электронный документ можно было бы считать видеоклипом, поскольку в нем обязательно имеются средства навигации (кнопки или гиперссылки), с помощью которых происходит переход между его страницами или кадрами.

Поэтому конкретизируем понятие видеоклипа следующим образом: в нем обязательно должны присутствовать либо анимационные эффекты, либо интерактивные эффекты, отличные от обычной навигации (в частности, изменяющие экранный вид или поведение клипа под воздействием мыши или клавиши).

Видеоклип может состоять из одного или нескольких файлов. Его можно рассматривать в качестве выходного (результирующего) документа, поскольку он создается из исходного графического документа, доступного для обработки. Если исходный документ предназначен только для создания видеоклипов, содержащих эффекты анимации и интерактивности, то тогда его называют анимационным документом.

В качестве средства управления этими эффектами используется так называемая временная диаграмма (timeline), представляющая собой набор элементов, управляющих отображением содержимого слоев и возможностью их обработки.

Анимационный документ можно рассматривать как усовершенствованную разновидность графического документа, в котором задается порядок автоматического перехода между отдельными кадрами, а также происходит автоматическое изменение параметров объектов слоев документа, расположенных в соседних кадрах. Такая функция называется раскадровкой (tween).

Каким же образом реализуется процесс раскадровки в различных анимационных приложениях (программах создания анимации)? С помощью так называемых ключевых кадров. Эти кадры являются управляющими метками временной диаграммы, относящимися к конкретным слоям, объектам или параметрам. Если в каком-либо кадре документа задан ключевой кадр для некоторого слоя (объекта или параметра), то это значит, что содержимое этого слоя становится доступным для обработки. Если же метка ключевого кадра отсутствует, то вы не сможете вручную изменить содержимое слоя в данном кадре документа, однако это можно сделать автоматически в режиме раскадровки.

Так, например, в известной программе создания видеоклипов Macromedia Flash ключевые кадры присваиваются всему слою анимационного документа. Это означает, что в данном кадре можно произвольным образом изменять содержимое этого слоя. В программе Corel R.A.V.E. ключевые кадры управляют обработкой отдельных объектов, для каждого из которых они создаются. Что же касается программы создания видеоклипов Adobe After Effects, то здесь ключевые кадры присваиваются не всему слою, содержащему серию растровых изображений, а конкретным параметрам этих изображений.

 

10.2 Выбор средств разработки видеоклипов

 

Прежде чем разработать нужный вам видеоклип, выберите наиболее подходящее для этого инструментальное средство. А таких средств в настоящее время достаточно много, и не только те, которые рассматриваются в данной книге.

Существует распространенное мнение, что самым совершенным средством создания видеоклипов является в настоящее время программа Flash MX, поэтому именно ее и следует для этой цели использовать. Действительно, эта программа обладает широкими возможностями разработки различных клипов благодаря наличию в ней эффективного языка сценариев ActionScript. С его помощью вы можете создавать в клипах самые разнообразные интерактивные эффекты, отвечающие любым вашим творческим замыслам.

Но если перед вами встанет задача создать интересный анимационный эффект или разработать сложную графику, то для Flash MX это может оказаться не под силу. В таком случае вы просто вынуждены будете разрабатывать отдельные элементы видеоклипа, а возможно, и весь клип, в одном из известных графических приложений (например, в FreeHand, Illustrator или ImageReady) или в программе создания клипов, отличной от Flash MX (в Corel R.A.V.E. или After Effects).

Кроме того, при создании сложного видеоклипа (например, интерактивной «обучалки») вам понадобится глубокое знание языка ActionScript, а на сам процесс разработки вы можете потратить достаточно много времени и усилий. Такой путь имеет смысл выбрать в том случае, если создание данного клипа является лишь отдельным эпизодом в вашей творческий деятельности, направленной на разработку клипов многих назначений.

 

10.3 Стандарты дискретизации

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: