Основные принципы работы видеосистемы

ВИДЕОСИСТЕМЫ

ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Основные принципы работы видеосистемы

Основным средством оперативного отображения информации в большинстве персональных компьютеров (ПК) является монитор (дисплей). В каждом ПК имеется видеосистема, предназначенная для формирования изображений, наблюдаемых на экране монитора. Она располагается на специальной видеоплате (плате видеоадаптера), которая соединяется с материнской платой ПК. Ее основу составляют специализированные схемы для генерирования электрических сигналов, управляющих монитором. По мере развития ПК совершенствовались и видеоплаты. В разные годы были созданы видеоадаптеры следующих типов: MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA.

Все видеосистемы содержат электронные компоненты, формирующие сигналы синхронизации, цветности и управляющие генерированием текстовых символов. Кроме того, во всех видеосистемах имеется видеобуфер, предназначенный для хранения текстовой или графической информации, выводимой на экран. Основная функция видеосистемы заключается в преобразовании данных из видеобуфера в те сигналы, которые управляют монитором и формируют наблюдаемое на экране монитора изображение.

Любое текстовое или графическое изображение на экране состоит из огромного множества дискретных точек, называемых также пикселами. На рис. 1 приведена структурная схема видеосистемы в текстовом режиме.

Рис. 1

Основным средством отображения информации является монитор. Долгое время персональные компьютеры оснащались мониторами на основе электронно-лучевой трубки. Изображение в них формируется, как и в обычных телевизорах, с помощью электронного луча, который периодически сканирует экран, образуя стандартные, близко расположенные строки развертки, занимающие весь экран и называемые растром. По мере движения луча по строке развертки в схему управления лучом подается видеосигнал, изменяющий яркость каждого пиксела, и на экране появляется воспринимаемое человеком изображение.

Для получения немерцающего изображения необходимо повторять формирование растра и модуляцию луча 50 - 100 раз/с. Такое периодическое сканирование экрана называется регенерацией. В каждом цикле регенерации луч движется по зигзагообразной траектории, начиная с левого края верхней горизонтальной строки растра. После перемещения луча слева направо он быстро отклоняется вниз и влево на начало следующей строки растра. Когда луч сформирует последнюю строку растра, он возвратится в верхний левый угол экрана и цикл повторится.

Цветной дисплей работает примерно так же, но в нем действуют три электронных луча, формируемых отдельными электронными пушками и имеющих независимые схемы управления. Каждый луч "отвечает" за индикацию одного из основных цветов (красного, зеленого, синего). Любой из пикселов на экране цветного монитора физически образован тремя небольшими и близко расположенными точками и полосками люминесцентного вещества. При плавном изменении интенсивностей "красного", "зеленого" и "синего" лучей на экране можно получить любой цвет.

Размер пикселов в высококачественных мониторах составляет около 0.1 мм. Чем больше пикселов может быть образовано на экране монитора, тем более отчетливым и детальным получается изображение. Поэтому разрешающая способность является важнейшей характеристикой монитора. Другой характеристикой таких мониторов является частота кадровой развертки, показывающая, как часто происходит обновление изображения на экране. Чем она больше, тем стабильнее изображение на экране и тем меньше устает глаз человека. При этом характеристики видеоплаты и монитора должны соответствовать друг другу.

Однако ЭЛТ-мониторы постепенно уходят в прошлое и все большее число ПК оснащаются LCD-мониторами. Экран LCD-мониторов представляет собой массив сегментов (пикселов), заполненных жидкокристаллическим веществом. Под воздействием электричества жидкий кристалл может изменять ориентацию своих молекул в пространстве, а значит и свойства проходящего через него светового луча.

У этих мониторов изображение получается более четким и целостным, практически отсутствует какое-либо электромагнитное излучение и мерцание изображения, что особенно важно для людей, много работающих на ПК. Они имеют маленькие габариты и невысокое энергопотребление. Но в отличие от ЭЛТ-мониторов у LCD-мониторов существуют ограничения на угол обзора, может наблюдаться некоторая размытость изображения, если задать разрешение, меньше номинального разрешения для данного монитора, несколько большая инерционность приводит к “смазу” быстро изменяющихся изображений в видеофильмах или играх. Отдельные сегменты, из которых состоит экран LCD-монитора, могут выйти из строя и на изображении будут наблюдаться постоянно светящиеся точки. Они пока имеют более высокую стоимость, чем ЭЛТ-мониторы. Однако в последнее время происходит резкое совершенствование LCD-мониторов, и многие их недостатки стали не такими существенными.

В любой видеосистеме требуется память для хранения выводимой на экран информации. Эта память называется видеобуфером. Для образования на экране немерцающего, устойчивого изображения адаптер периодически считывает содержимое видеобуфера и преобразует его в видеосигнал, подаваемый в монитор. Емкость видеобуфера в различных видеосистемах варьируется от 4 Кбайт (адаптер MDA) до нескольких Мбайт (адаптер SVGA). Очевидно, чем больше емкость видеобуфера, тем более сложное изображение можно сформировать на экране монитора. Кроме того, в большинстве видеосистем емкость видеобуфера достаточна для того, чтобы хранить больше данных, чем требуется для заполнения экрана. Следовательно, в любой момент времени на экране наблюдается только часть ("страница") информации из видеобуфера. Это позволяет реализовать много интересных приемов управления выводом на экран.

Во всех видеосистемах имеются схемы, которые считывают и декодируют данные, хранящиеся в видеобуфере. В текстовом режиме для преобразования кодов символов в конечное изображение символов на экране предусмотрен знакогенератор. Он представляет собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором хранятся так называемые символьные матрицы. Знакогенератор воспринимает код символов и номер строки развертки на символьной матрице и выдает соответствующий двоичный код, который преобразуется в видеосигнал.

Наряду с кодами символов в видеобуфере имеется информация, показывающая, как должно формироваться изображение символа. Такая информация для конкретной символьной позиции называется атрибутами. Примерами атрибутов могут служить повышенная яркость, мерцание, подчеркивание, цвет символа и окружающего его фона. Атрибутный контроллер воспринимает атрибуты каждого символа и соответствующим образом воздействует на формируемые сигналы.

Схемы, образующие контроллер ЭЛТ, предназначены для синхронизации считываемых из видеобуфера данных с сигналами управления монитором.

Кодирование цветов

Известно, что цвет является композицией трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). В зависимости от того, какой "вес" имеет каждый из этих цветов, получается все разнообразие цветов окружающего нас мира. В цифровых компьютерах "вес" каждого цвета представляется некоторым числом. В простейшем случае для кодирования каждого из основных цветов достаточно по одному биту (1 - цвет включен, 0 - цвет выключен). Эти биты обозначаются R, G и B. Из трех основных цветов с двоичным кодированием получается 8 цветовых комбинаций. Когда все цвета выключены, получается черный цвет. Если ввести еще один бит, который управляет яркостью (Brightness) или интенсивностью (Intensity), то получается 16 4-битных комбинаций (рис.2), называемых IRGB-цветом и приведенных в табл.1.

Рис. 2

Таблица 1