Т4_2. Видеоадаптеры

Видеоадаптер (видеокарта) является компонентом видеосис­ темы ПК, выполняющим преобразование цифрового сигнала, циркулирующего внутри ПК, в аналоговые электрические сигна­лы, подаваемые на монитор. По существу, видеоадаптер выпол­ няет роль интерфейса между компьютером и устройством отобра­жения информации (монитором).

По мере развития ПК видеоадаптеры стали реализовывать ап­ паратное ускорение 2 D - и З D -графики, обработку видеосигна­ лов, прием телевизионных сигналов и многое другое. Современ­ ный видеоадаптер, называемый Super VGA ( Super Video Graphics Adapter ), или SVGA , представляет собой универсальное графи­ческое устройство.

Видеоадаптер определяет следующие характеристики видеоси­ стемы:

· максимальное разрешение и максимальное количество отобра­жаемых оттенков цветов;

· скорости обработки и передачи видеоинформации, определя­ ющие производительность видеосистемы и ПК в целом.

Кроме того, в функцию видеоадаптера включается форми­ рование сигналов горизонтальной и вертикальной синхрониза­ ции, используемых при формировании растра на экране мони­ тора.

Принцип действия видеоадаптера состоит в следующем.

Процессор формирует цифровое изображение в виде матрицы NxM n -разрядных чисел и записывает его в видеопамять. Участок видеопамяти, отведенный для хранения цифрового образа теку­щего изображения (кадра), называется кадровым буфером, или фрейм-буфером.

Видеоадаптер последовательно считывает (сканирует) содер­ жимое ячеек кадрового буфера и формирует на выходе видеосиг­нал, уровень которого в каждый момент времени пропорциона­лен значению, хранящемуся в отдельной ячейке. Сканирование видеопамяти осуществляется синхронно с перемещением элект­ронного луча по экрану ЭЛТ. В результате яркость каждого пиксела на экране монитора пропорциональна содержимому соответствую­щей ячейки памяти видеоадаптера.

По окончании просмотра ячеек, соответствующих одной стро­ке растра, видеоадаптер формирует импульсы строчной синхро­низации, инициирующие обратный ход луча по горизонтали, а по окончании сканирования кадрового буфера формирует сиг­нал, вызывающий движение луча снизу вверх. Таким образом, частоты строчной и кадровой развертки монитора определяются скоростью сканирования содержимого видеопамяти, т.е. видео­адаптером.

Режимы работы видеоадаптера , или видеорежимы, представля­ ют собой совокупность параметров, обеспечиваемых видеоадап­ тером: разрешение, цветовая палитра, частоты строчной и кадро­вой развертки, способ адресации участков экрана и др.

Все видеорежимы делятся на графические и тексто вые. Причем в различных режимах видеоадаптера используются разные механизмы формирования видеосигнала, а монитор в обоих режимах работает одинаково.

Графический режим является основным режимом работы ви­ деосистемы современного ПК, например под управлением Windows . В графическом режиме на экран монитора можно вывести текст, рисунок, фотографию, анимацию или видеосюжет. В графическом режиме в каждой ячейке кадрового буфера (матрицыNxM n -раз­ рядных чисел) содержится код цвета соответствующего пиксела экрана. Разрешение экрана при этом также равно NxM . Адресуе­мым элементом экрана является минимальный элемент изобра­жения — пиксел. По этой причине графический режим называют также режимом АРА ( All Point Addressable — все точки адресуемы). Иногда число п называют глубиной цвета. При этом коли­ чество одновременно отображаемых цветов равно 2", а размер кад­ рового буфера, необходимый для хранения цветного изображения с разрешениемNx М и глубиной цвета п, составляет N * M бит.

В текстовом (символьном) режиме, как и в графическом, изоб­ ражение на экране монитора представляет собой множество пик­ селов и характеризуется разрешением NхМ.

Изображение символа в пределах каждого знакоместа задается точечной матрицей ( Dot Matrix ). Размер матрицы зависит от типа видеоадаптера и текущего видеорежима. Чем больше то­чек используется для отображения символа, тем выше качество изображения и лучше читается текст. Точки матрицы, формирую­щие изображение символа, называются передним планом, остальные — задним планом, или фоном. На рис. 4.13 показана символьная матрица 8x8 пикселов. Допустив, что тем­ной клетке соответствует логическая единица, а светлой — логи­ческий ноль, каждую строку символьной матрицы представим в виде двоичного числа. Следовательно, графическое изображение символа можно хранить в виде набора двоичных чисел. Для этой цели используется специальное ПЗУ, размещенное на плате ви- деоадаптера. Такое ПЗУ называют аппаратным знакоге­нератором.

Совокупность изображений 256 символов называется шриф­том. Аппаратный знакогенератор хранит шрифт, который авто­матически используется видеоадаптером сразу же после включе­ния компьютера (обычно это буквы английского алфавита и на­бор специальных символов). Адресом ячейки знакогенератора яв­ляется порядковый номер символа.

Главная особенность текстового режима в том, что адресуе­мым элементом экрана является не пиксел, а знакоместо. Иными словами, в текстовом режиме нельзя сформировать произвольное изображение в любом месте экрана — можно лишь отобразить символы из заданного набора, причем только в отведенных сим­вольных позициях.

Другим существенным ограничением текстового режима явля­ется узкая цветовая палитра — в данном режиме может быть ото­бражено не более 16 цветов.

Таким образом, в текстовом режиме предоставляется значи­тельно меньше возможностей для отображения информации, чем в графическом. Однако важное преимущество текстового режима — значительно меньшие затраты ресурсов ПК на его реализацию.

Источником видеосигнала чаще всего является аналоговое уст­ ройство — телевизионный тюнер, видеомагнитофон, видеокаме­ ра. Для передачи на компьютер цифрового видео (например, сигнала цифровых видеокамер) используется специальный циф­ ровой порт Fire Wire . Однако цифровые видеокамеры пока не по­лучили широкого распространения. Поэтому для компьютерной обработки сигналов аналоговых видеоустройств необходимо вы­полнить их оцифровку, т. е. преобразование из аналоговой в циф­ ровую форму. Для этого нужны карты ввода/вывода, принимаю­ щие входящий аналоговый видеосигнал и оцифровывающие его в реальном времени, затем эти данные необходимо сохранить на жестком диске. После сохранения оцифрованного изображения выполняют его редактирование. Эти функции осуществляет уст­ ройство захвата видеосигнала.

Устройство захвата видеосигнала — видеобластер ( VideoBlaster ) Представляет собой видеоплату, называемую также захватчиком изображений, устройством ввода видео, ТВ-граббером ( Grab ~~захватывать), имидж-кепчерами ( Image Capture — захват изобра­жения), и обеспечивает:

1. прием низкочастотного видеосигнала (от видеокамеры, маг­ нитофона или телевизионного тюнера) на один из программно- выбираемых видеовходов;

2. отображение принимаемого видео в реальном времени в мас­ штабируемом окне среды Windows ( VGA -монитор можно исполь­ зовать вместо телевизора);

3. замораживание кадра оцифрованного видео;

4. сохранение захваченного кадра на винчестере или другом до­ступном устройстве хранения информации в виде файла в одном из принятых графических стандартов ( TIP , TGA , PCX , GIF и др.).

Видеодекодер обеспечивает прием сигнала с одного из входов, его оцифровку, цифровое декодирование согласно телевизион­ ному стандарту и передачу полученных YUV -данных видеоконт­ роллеру.

Видеоконтроллер выполняет организацию потоков оцифрован­ ных данных между элементами видеоплаты, осуществляет необ­ ходимые цифровые преобразования данных (например, YUV в RGB , масштабирование), организует их хранение в буфере соб­ ственной памяти, пересылку данных по шине компьютера присохранении на винчестере, а также их передачу цифроаналогово-му преобразователю.

Цифроаналоговый преобразователь совместно с видеоконтрол­ лером участвует в формировании «живого» ТВ-окна на экране монитора, выполняет обратное аналоговое преобразование циф рового захваченного изображения, осуществляет передачу сигна­ ла от видеоадаптера либо RGB -сигнала из буфера памяти на мо­нитор.

Рисунок 9 - Обобщенная структурная схема видеобластера

При выборе карты видеобластера необходимо принимать во внимание его основные показатели:

разрешение кадров в сохраняемом видеопотоке;

возможность и типы аппаратной компрессии (сжатия) ви­ деоинформации в режиме реального времени;

возможность одновременного ввода видео- и звуковой ин­ формации.

Наиболее распространены следующие карты видеобластера:

· массовые карты начального уровня;

· полупрофессиональные;

· профессиональные карты начального уровня;

· профессиональные.

Массовые карты начального уровня способны захватывать и со­хранять на жестком диске видеопоток с разрешением кадра, не превышающим 352 х 288 точек, хотя для сохранения отдельных кадров возможно вдвое большее разрешение. Аппаратная комп­рессия видеоизображения отсутствует, поэтому при работе с таки­ми картами необходимо использовать специальную программу — кодер, позволяющую в реальном времени сжимать видеопоток по алгоритму MPEG -1 или MPEG -2. Звуковой вход в устройствах этого класса отсутствует, что требует отдельной записи звука через вход звуковой карты.

Полупрофессиональные карты обеспечивают разрешение в 768 х 575 точек, соответствующее стандарту для видео в формате PAL ; поддерживают самый простой тип аппаратной компрессии видео M - JPEG , позволяющий уменьшить объем, занимаемый оцифро­ ванным фильмом, в 100 раз. Однако звукового входа эти карты не имеют.

Профессиональные карты начального уровня имеют аудиовход, что позволяет одновременно записывать на жесткий диск видео- и звуковое сопровождение; обеспечивают аппаратную компрес­ сию по типу M - JPEG и могут быть использованы не только для ввода, но и для вывода отредактированного видеофильма с ПК на видеомагнитофон. Последнее позволяет хранить фильмы на обычной видеокассете при использовании компьютера как мон­ тажного стола.

Профессиональные карты имеют возможность аппаратного сжа­тия по алгоритму MPEG -1 или MPEG -2 с уменьшением объема оцифрованного фильма в 200 раз.

Для работы с видео рекомендуется оснастить компьютер SCSI - винчестером с объемом памяти не менее 20 Гбайт.

После редактирования и монтажа видеофильм можно вновь переписать на аналоговую видеокассету, воспользовавшись видео-входом той же карты, либо подвергнуть еще более жесткому сжа­тию по алгоритмуMPEG -4 для последующей записи на CD - R .

Вопросы для самоконтроля:

1. Видеоадаптеры: назначение, функции и типы;

2. Режимы работы и характеристики видеоадаптеров, их основные компоненты и характеристики;

3. Выбор видеоадаптера;

4. Устройство захвата видеосигнала — видеобластер.