Видео система ПК

 

Оглавление

 

Введение

Понятие видеосистемы ПК

Текстовый режим

Графический режим

Типы дисплеев

Типы видеоадаптеров и доступ к периферии

Режимы работы видеосистемы

Текстовый режим

Графический режим

Принцип действия видеосистемы

Архитектура видеоадаптеров

Видео и компьютер

Специализированные видеокарты

Фрейм - грабберы

MPEG-декодеры

Заключение

Список литературы и источников

Приложение 1

 

 

Введение

 

За время, прошедшее с 50-х годов, цифровая ЭВМ превратилась из “волшебного”, но при этом дорогого, уникального и перегретого нагромождения электронных ламп, проводов и магнитных сердечников в небольшую по размерам машину - персональный компьютер - состоящий из миллионов крошечных полупроводниковых приборов, которые упакованы в небольшие пластмассовые коробочки.

В результате этого превращения компьютеры стали применяться повсюду. Они управляют работой кассовых аппаратов, следят за работой автомобильных систем зажигания, ведут учёт семейного бюджета, или просто используются в качестве развлекательного комплекса.… Но это только малая часть возможностей современных компьютеров. Более того, бурный прогресс полупроводниковой микроэлектроники, представляющей собой базу вычислительной техники, свидетельствует о том, что сегодняшний уровень, как самих компьютеров, так и областей их применения является лишь слабым подобием того, что наступит в будущем.

Компьютеры начинают затрагивать жизнь каждого человека. Если вы заболеете, и если вас направят в больницу, то попав туда, вы окажетесь в мире, где от компьютеров зависят жизни людей (в части современных больниц вы даже встретите компьютеров больше, чем самих пациентов, и это соотношение будет со временем расти, перевешивая число больных). Постепенно изучение компьютерной техники пытаются вводить в программы школьного обучения как обязательный предмет, чтобы ребёнок смог уже с довольно раннего возраста знать строение и возможности компьютеров. А в самих школах (в основном на западе и в Америке) уже многие годы компьютеры применялись для ведения учебной документации, а теперь они используются при изучении многих учебных дисциплин, не имеющих прямого отношения к вычислительной технике. Даже в начальной школе компьютеры внедряются для изучения курсов элементарной математики и физики. Сами микропроцессоры получили не менее широкое распространение, чем компьютеры -- они встраиваются в кухонные плиты для приготовления пищи, посудомоечные машины и даже в часы.

Персональный компьютер смог стать привлекательным вычислительным средством благодаря интерактивности взаимодействия с пользователем. Видеосистема -- важнейшая составляющая СНМ. Именно ее формат во многом определяет архитектуру СНМ и задает все остальные ее компоненты. Главная функция, выполняемая видеокартой, это преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию.

 

Понятие видеосистемы ПК

 

Основной поток исходной информации PC визуальный, причем информация представляется как в текстовом, так и в графическом виде. Адаптеры, которые позволяют подключать монитор к шине компьютера, называют видеоадаптерами, и подразделяют на алфавитно-цифровых и графических. Последние кроме графической позволяют выводить и текстовую информацию. Вся выведенная информация формировалась под управлением системных и прикладных программ. Видеосистема современного компьютера состоит из обязательной графической подсистемы (формирующей изображение программно) и дополнительной подсистемы обработки видеоизображений. Обе этих составляющей части обычно используют общий монитор, а соответствующие аппаратные средства системного блока могут располагаться на раздельных картах разного функционального назначения или совмещаться на одном комбинированном адаптере, что уместно назвать адаптером дисплея (Display Adapter). Под видеосистемой понимается комбинация дисплея и адаптера. Монитор (дисплей) компьютера IBM PC (См. приложение 1) предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Адаптер управляет дисплеем с платы в одном из разъемов расширения (в некоторых компьютерах адаптер находится на основной схемной плате). Мониторы могут быть цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.

Текстовый режим

 

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов (знакомест). В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры, а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм, построения рамок вокруг участков экрана и т. д. В число символов, изображаемых на экране в текстовом режиме могут входить и символы кириллицы (буквы русского алфавита). На мониторах каждому знакоместу может соответствовать свой цвет символа и свой цвет фона, что позволяет выводить красивые цветные надписи на экран.

Графический режим

видеосистема видеокарта режим архитектура

Графический режим монитора предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и т. д. Разумеется, в этом режиме можно выводить также и текстовую информацию в виде различных надписей, причем эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер букв и т.д. В графическом режиме экран монитора состоит из точек, каждая из которых может быть одного из нескольких цветов. Количество точек по горизонтали и вертикали называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. Например, выражение разрешающая способность 640 x 200 - означает, что монитор в данном режиме выводит 640 точек по горизонтали и 200 точек по вертикали.

Типы дисплеев

 

Различаются по способу передачи изображения от компьютера к дисплею.

1. Композитный дисплей: имеет одну аналоговую входную линию. Видеосигнал подается на дисплей в стандарте NTSC. Используется с ВА CGA.

2. Цифровой дисплей: имеет до шести входных линий. На нем может отображаться до 2n различных цветов, где n - число входных линий. Используется с ВА EGA.

3. Аналоговый RGB дисплей: имеет три аналоговые входные линии. Количество цветов, которые может отображать аналоговый дисплей ограничено только возможностями ВА. Используется с ВА VGA, SVGA, XGA.

Мониторы, подобно динамикам акустических системах, проектируются на работу с информацией в определенном частотном диапазоне. Когда мы покупаем динамик, то хотим иметь гарантию, что он сможет без искажений работать с выходным сигналом усилителя нашей стереосистемы. То же самое применимо и к мониторам. Каждый дисплей характеризуется некоторой заданной шириной полосы, определяющей диапазон частот сигналов, с которыми он может работать. Если требуется, чтобы изображение на экране было четким и не искажалось, то необходимо согласовать разрешение и частоту регенерации с техническими параметрами монитора.

Ширина полосы - это тот диапазон частот, с которым может работать электроника данного устройства. Все электронные схемы конструируют так, чтобы они могли обрабатывать сигналы, частоты которых не выходят за пределы некоторого диапазона. На ограничение частот иногда идут сознательно (предотвращают радиоизлучение и паразитные автоколебания). Чем шире полоса частот дисплея, тем выше рабочие частоты и лучше качество изображения на экране, поскольку четкость каждого пикселя определяется тем, как быстро происходит переход видеосигнала от уровня 0 к уроню 1 (этот промежуток называют временем нарастания). В состав видеоадаптера входит синхронизатор, частота работы которого настраивается изготовителем с запасом (на 50%).

Типы видеоадаптеров и доступ к периферии

 

Программное обеспечение (ПО), чтобы быть полезным, должно взаимодействовать с периферийным оборудованием и в первую очередь с дисплеем. Такое взаимодействие может осуществляться на трех уровнях:

Первый метод - программа может взаимодействовать с ВС с помощью BIOS, в которую встроены аппаратно-программные средства такого взаимодействия. Управление дисплеем осуществляется через прерывание INT 10h, функции которого образуют драйвер дисплея. Такой вариант обеспечивает переносимость программ на ПК с однотипными видеоадаптерами и хорошую производительность.

Второй метод - на уровне операционной системы с помощью программного системного прерывания. Такой способ обеспечивает наилучшую переносимость ПО, но имеет невысокую производительность.

Третий метод - прямое управление ВС¹. через программно доступные регистры. Производительность при этом максимальная, а мобильность низкая. Например, для реализации некоторой функции обслуживание дисплея DOS требуется 100 команд CPU, BIOS - 10, а при прямом доступе к регистрам - единицы. Видеосистема персонального компьютера предназначена для формирования изображений, наблюдаемых на экране монитора. Ее основу составляют специализированные схемы для генерирования электрических сигналов, управляющих мониторами и сам дисплей. В большинстве клонов IBM PC нет встроенных видеосхем и видеоадаптер является отдельным модулем, который устанавливается в слот расширения системной шины. Наиболее распространенным сейчас является видеоадаптеры VGA (и SVGA).

Важной характеристикой монитора и его адаптера скорость работы. В текстовом режиме все мониторы работают достаточно быстро, но при выводе графических изображений с высокой разрешающей способностью скорость работы может быть довольно существенна. В приложениях с интенсивным использованием графики (обработке изображений, анимации, конструировании и т.д.) может оказаться необходимым использование "быстрого" адаптера и соответствующего монитора. Многие фирмы выпускают ВА² с графическим сопроцессорами или ускорителями. Они работают параллельно с CPU и освобождают CPU от специализированных задач формирования изображений и делают это быстрее CPU. CPU выдает ВА команды высокого уровня для формирования графических примитивов. Примеры таких команд: пересылка блока изображения, формирование отрезка прямой, изменение масштаба, заполнение графического окна заданным цветом и т.д. Часто такие ВА устанавливаются на локальную шину (VL - bus, PCI), что существенно увеличивает скорость передачи данных между CPU и видеопамятью.

Режимы работы видеосистемы

 

Все видеосистемы персональных компьютеров (за исключением адаптера MDA) могут работать в двух основных режимах - текстовом и графическом. Различия этих режимов работы связаны со способом интерпретации содержимого видеобуфера.

Текстовый режим

В этом режиме, называемом также символьным, экран разделяется на отдельные символьные позиции, в каждой из которых выводится один символ. Символьные позиции определяются двумя координатами: номер текстовой строки и номер текстового столбца. Начало координат находится в верхнем левом углу рабочей области экрана.

После загрузки, компьютер всегда начинает работать в текстовом режиме. На принимаемой по умолчанию текстовый режим ориентирован на ОС DOS. Процедуры вывода на экран ОС основаны на элементарных функциях BIOS, которые вызываются командой программного прерывания INT 10h.

Изображение символа формируется на точечной матрице, размер которой зависит от используемого адаптера и номера режима. Точки, образующие изображение символа называются передним планом, а остальные фоном. Чем больше размер точечной матрицы, тем выше качество изображения.

Во всех видеосистемах персональных компьютеров совместимых с IBM применяется один и тот же формат хранения текстовых данных в видеобуфере. Каждый символ представлен двумя байтами.

Байт с четным адресом содержит код символа и определяет, что выводится на экран. Соседний байт с большим нечетным адресом содержит атрибуты и определяет, как они выводятся на экран. Байты, содержащие коды символов и атрибуты, размещаются в видеобуфере последовательно. Адаптер считывает их и с помощью аппаратного знакогенератора преобразует код каждого символа в точечное изображение на экране. Одновременно контроллер атрибутов формирует заданные атрибуты символа - цвет, яркость, мерцание. Благодаря принятому способу представления текстовых данных обеспечивается независимое управление атрибутами каждого символа. Изображение символа формируется на прямоугольной матрице пикселей.

Графический режим

В этом режиме цветовое значение каждого пикселя хранится, как один или несколько бит в видеобуфере и считывается на экран с дополнительным преобразованием. Графический режим называется еще режимом с двоичным или точечным отображением (bit - mapped display), т.к. в нем имеется взаимно однозначное соответствие между битами в видеобуфере и пикселями на экране. Говорят, что в видеобуфере хранится образ экрана.

Если в видеобуфере пиксель кодируется n битами, то одновременно на экране можно наблюдать 2n цветов. Число бит, отведенных для кодирования цвета, иногда называют числом цветовых плоскостей. Адаптеры EGA и VGA осуществляют дополнительные преобразования битовых полей пикселей с целью расширения отображаемой палитры. С помощью специальных схем n-битный код расширяется до m-битного, причем m>n. При этом получается палитра из 2m цветов, однако одновременно на экране можно наблюдать по-прежнему лишь 2n цветов.