Видео система ПК

Видеоданные графических режимов хранятся в виде двоичных полей представляющих значения пикселей. Они прямо (CGA)или косвенно(EGA,VGA) определяют цвет каждого пикселя на экране.

Видеорежимы, превосходящие VGA по разрешению и числу цветов, стали называть Super VGA или SVGA. Так же стали именовать поддерживающие эти режимы видеоадаптеры и мониторы. В настоящее время к стандартам VESA SVGA и стандартам SVGA, действующим де-факто, относятся:

Разрешения: 640 x 480, 800 x 600, 1024 x 768, 1152 x 864, 1280 x 1024, 1600 x 1280 (или 1200), 1800 x 1350

Количество бит/цветов: 4 бита / 16 цветов, 8 бит / 256 цветов, 16 бит / 32768 или 65536 цветов, 24 бит / 16,7 млн. цветов, 32 бит / 16,7 млн. цветов.

Для использования SVGA-видеорежимов под MS-DOS (в основном в компьютерных играх) ассоциация VESA предложила стандартное расширение системы команд обычного VGA, который хранится в VGA BIOS. Этот набор, называемый VESA BIOS Extension, реализуется производителем видеоадаптера либо в системе команд BIOS, либо в виде загружаемого драйвера. Существуют драйверы сторонних производителей, например программа UniVBE компании Scitech Software.

Принцип действия видеосистемы

 

Все видеосистемы содержат электронные компоненты, формирующие сигналы синхронизации, цветности и управляющие генерированием текстовых символов. Кроме того, во всех видеосистемах имеется видеобуфер. Он представляет собой область ОЗУ, которая предназначена только для хранения текста или графической информации, выводимой на экран. Основная функция ВА заключается в преобразовании данных из видеобуфера в те сигналы, которые управляют дисплеем и формируют наблюдаемое на экране изображение.

Программисту в большинстве случаев не требуется детального знания схем адаптера и монитора. Но для разработки эффективного ПО необходимо знать, где и как программа взаимодействует с аппаратными средствами, чтобы сформировать требуемое изображение. Хотя переход к визуальному программированию ставит под сомнение необходимость и таких знаний.

В персональных компьютерах видеобуфер (видеопамять) является частью адресного пространства ЦП и в них реализуется видеоподсистема с отображением на память. Каждая группа бит в видеобуфере определяет цвет и яркость определенного участка на экране. Такая организация подсистемы позволяет существенно повысить скорость отображения информации на экране, поскольку запись процессором данных в Video RAM превращается в запись на экран, а считывание данных из Video RAM эквивалентно считыванию с экрана. В видеоподсистеме с отображением на память, выводимую на экран информацию можно изменять с такой скоростью, с какой процессор может записывать данные в память плюс задержка на передачу сигналов.

Архитектура видеоадаптеров

 

В видеоадаптере VGA можно условно выделить шесть логических блоков.

Видеопамять: в видеопамяти размещаются данные, отображаемые на экране дисплея. Логически она содержится в едином адресном пространстве ОС. Минимальный объем видеопамяти для VGA = 256 КБ. Физически видеопамять разделена на четыре банка, или цветовых слоя, использующих единое адресное пространство. Понятно, что чем больше емкость видеопамяти, тем большее разрешение или цветов можно получить, а, следовательно, вывести более сложное изображение. В видеоадаптерах применяются специальные микросхемы VRAM они имеют два начала обращения: один для считывания данных и формирование видеосигнала, а второй для чтения и записи данных при обращении CPU. Оба канала действуют параллельно и независимо, поэтому скорость передачи информации возрастает.

1. Графический контроллер: управляет обменом данных между CPU и видеопамятью. Он позволяет производить над данными VRAM и данными в регистрах простейшие логические операции.

2. Последовательный преобразователь(RAMDAC): выбирает из видеопамяти один или несколько байт, преобразует их в последовательный поток битов, которые передаются в контроллер атрибутов.

3. Контроллер ЭЛТ: генерирует временные синхросигналы, управляющие ЭЛТ.

4. 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. Например, модифицируя таблицу цветовой палитры можно выбрать 16 цветов из 64, которые может отображать EGA или 256 цветов из палитры 256 К для VGA. В адаптере VGA контроллер атрибутов преобразует информацию о цветах текстового режима и пиксельные данные графического режима в 8-битные индексы, выбирающие регистры цвета ЦАП.

5.Синхронизатор: управляет всеми временными параметрами видеоадаптера и доступом CPU к цветовым слоям видеопамяти.

6. Видео-ПЗУ (Video ROM): постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т.п. ПЗУ не используется видеоконтpоллеpом напрямую - к нему обращается только центральный пpоцессоp, и в результате выполнения им пpогpамм из ПЗУ происходят обращения к видеоконтpоллеpу и видеопамяти. На многих видеокартах устанавливаются электрически пеpепpогpаммиpуемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись пользователем под управлением специальной программы из комплекта каpты. ПЗУ необходимо только для первоначального запуска адаптера и работы в режиме MS DOS, Novell Netware и других ОС.

Видео и компьютер

 

Большинство появляющихся игровых фильмов на CD выпускаются в формате Video-CD. Был принят стандарт Video-CD 2.0, который используется как в интерактивных видео проигрывателях (CD-i), так и в ПК, оснащенных устройствами для декомпрессии сжатых данных. Стандартом Video-CD 2.0 предусмотрена возможность получения неподвижных изображений повышенного качества, а также раздельная запись на диск звука и изображения (используется в системе Караоке).

Качество зафиксированного в компьютере изображения зависит от ряда факторов, основными из которых являются: глубина оцифровки (для получения цветных изображений с палитрой 16 млн. цветов необходимо использовать 24-битную оцифровку - TrueColor), частота дискретизации видеосигнала (определяет разрешение оцифрованного изображения), степень сжатия видеопоследовательности.

Все устройства ввода видеосигнала могут отображать видеофильм на мониторе. Это обеспечивается путем подключения к особому разъему feature-connector, имеющемуся на видеоадаптере. При этом отображение осуществляется в реальных цветах независимо от характеристик видеоадаптера, что упрощает контроль за процессом оцифровки видеосигнала.

Известны программные и аппаратные методы сжатия данных. Наиболее известной системой с программной компрессией видеоданных является пакет Microsoft Video for Windows, позволяющий сжимать и восстанавливать видеоданные в реальном времени. Собственно компрессия и восстановление данных выполняются драйверами компрессии. С помощью Video for Windows можно создавать файлы с расширением AVI, содержащие одновременно несколько потоков данных. Для создания AVI-файлов из оцифрованного видеосигнала можно использовать приложение VidCap, входящее в состав Video for Windows. Для хранения одной минуты видео требуется 10-20 Мбайт дискового пространства в зависимости от размера изображения, разрешения и метода компрессии. Для проигрывания AVI-файлов можно использовать специальную версию приложения Media Player, которая поставляется вместе с Video for Windows. Наиболее известным аппаратным методом кодирования изображения, реализованным в устройствах ввода-вывода видео, является алгоритм MPEG, созданный для нужд мультимедиа, телевидения и телекоммуникаций.

Специализированные видеокарты

Фрейм-грабберы

Фрейм-грабберы - это устройства, объединяющие аналого-цифровые и графические микросхемы для обработки видеосигнала, которые позволяют дискретизировать видеосигнал и либо сохранять отдельные кадры изображения в собственной памяти (буфере) с последующей записью на диск, либо выводить их непосредственно в окно на мониторе компьютера.

Содержимое буфера платы обновляется с частотой смены кадров, причем вывод видеоинформации происходит в режиме наложения. Для реализации на экране монитора окна с живым видео карта фрейм-граббера соединяется с графическим адаптером либо через так называемый 26-контактный feature-коннектор, находящийся, как правило, в верхней части платы адаптера, либо общается с ним по шине PCI.

Специальное программное обеспечение, входящее обычно в комплект с платой, дает возможность выполнять над захваченным изображением ряд операций, связанных, например, с его редактированием. Отдельные кадры изображения можно сохранять в ряде популярных графических файловых форматов (TIFF, PCX, BMP, GIF, JPEG и т. д.). В том случае, когда на жесткий диск необходимо записать не один кадр, а их последовательность в течение нескольких десятков секунд, обычные фрейм-грабберы уже не годятся, для этого требуются специальные карты для захвата (или вывода) видеопоследовательностей.

В настоящее время функциями фрейм-граббера наделены многие видеокарты. Для полупрофессиональных применений используются специализированные карты, такие как Miro Video DC10/20/30.

MPEG-декодеры

MPEG (Motion Picture Experts Group) - это стандарт, предложенный одноименной организацией для сжатия цифрового видео и звука. Первая часть данного стандарта (MPEG I) определяет методы компрессии, позволяющие свести скорости поступления видео- и аудиоданных к 1,5 Мбит/с и разрешению 320 × 240, что соответствует скоростям обмена обычных приводов CD-ROM и DAT-стримеров. Вторая часть стандарта (MPEG II) определяет алгоритмы сжатия для скоростей 2-8 Мбит/с и разрешения 720 х 480.

Так называемые MPEG-плейеры позволяют воспроизводить последовательности видеоизображений (фильмы), записанные на компакт-дисках или DVD-дисках. MPEG-плейеры различных производителей могут иметь ряд особенностей. Соединение с графическим адаптером выполняется обычно либо через один из вариантов feature-коннектора, либо по шине PCI. Иногда графический адаптер и MPEG-декодер интегрируются на одной плате. Если для воспроизведения звука первым MPEG-плейерам была необходима дополнительная звуковая карта, то в настоящее время микросхема аудиодекодера входит в стандартный набор микросхем для MPEG-плейеров. Альтернативой MPEG-картам часто выступает программный вариант реализации алгоритма декодирования. В этом случае для успешной работы алгоритма требуется аппаратная поддержка функций масштабирования видео в видеоадаптере.

 

Видеокарты:

Для игр - Canopus Pure3D II (12 Mb -- 3Dfx игры) + Diamond Stealth II G460 (i740, 8Mb

SDRAM Op nGL/Direct3D игры)

Для "крутых" геймеров - 2хCanopus Pure3D II (SLI режим, 12 Mb -- 3Dfx игры) + Creative Graphics Blaster RivaTnT (nVidia RivaTnT, 16Mb SDRAM -- OpenGL/Direct3D игры)

Для работы - Matrox Millennium G200 (up to 16Mb SGRAM) или #9 Revolution 3D IV (up to 48Mb SGRAM)

 

Заключение

 

Цифровое видео и обработка видео изображений с помощью компьютера являются сегодня едва ли не основной темой дискуссий среди специалистов и пользователей компьютерной техники. Многие, конечно, видели видеофильмы и видеоклипы на экране персонального компьютера. После принятия стандарта для сжатия движущихся изображений (MPEG) стремительно вырос интерес производителей к этому сектору рынка, и появились доступные аппаратные и программные средства для создания и демонстрации видео.

На всем пути следования цифровых данных над ними производятся различные операции преобразования, сжатия и хранения. Оптимизируя эти операции, можно добиться повышения производительности всей видеоподсистемы. Лишь последний отрезок пути, от RAMDAC до монитора, когда данные имеют аналоговый вид, нельзя оптимизировать. Чем более высокое разрешение экрана используется и чем больше глубина представления цвета, тем больше данных требуется передать из графического процессора в видеопамять и тем быстрее данные должны считываться RAMDAC для передачи аналогового сигнала в монитор. Ключевой момент, влияющий на производительность видеоподсистемы, вне зависимости от специфических функций различных графических процессоров, это передача цифровых данных, обработанных графическим процессором, в видеопамять, а оттуда в RAMDAC. Самое узкое место любой видеокарты - это видеопамять, которая непрерывно обслуживает два главных устройства видеоадаптера, графический процессор и RAMDAC, которые вечно перегружены работой. В любой момент, когда на экране монитора происходят изменения (иногда они происходят в непрерывном режиме, например движение указателя мыши, мигание курсора в редакторе и т.д.), графический процессор обращается к видеопамяти. В то же время, RAMDAC должен непрерывно считывать данные из видеопамяти, чтобы изображение не пропадало с экрана монитора. Поэтому, чтобы увеличить производительность видеопамяти, производители применяют различные технические решения. Например, используют различные типы памяти, с улучшенными свойствами и продвинутыми возможностями, например VRAM, WRAM, MDRAM, SGRAM, или увеличивают ширину шины данных, по которой графический процессор или RAMDAC обмениваются информацией с видеопамятью.

 

 

Список литературы и источников

 

1. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие. / Под редакцией Ю.Д. Романовой - М.:Издательство Эксмо, 2005. -544с.

2. Информатика. Учебник для вузов. 5-е изд. - СПб.: Питер, 2007. - 765с.

3. Информационные технологии: учебник. - 2 - е изд., перераб. и доп. - М.:Форум:ИНФРА - М, 2008. - 608 с.

4. http://www.bankreferatov.ru

5. http://www.refer.ru

6. http://clck.yandex.ru/redir/

 

 

Приложение 1

 

Таблица 1

Видеоконтроллеры IBM PC

Параметр	MGA	CGA	EGA	VGA	SVGA
Разрешающая способность, пикселей, по горизонтали × по вертикали	720×350	640×200 320×200	640×350 720×350	720×350 640×480	800×600 1024×768
Число цветов		2 16	16	16 256	16 256
Число строк × столбцов (в текстовом режиме)	80×25	80×25	80×25	80×25 (80×50)	80×25 (80×50)
Емкость видеобуфера, Кбайт	64	128	128/512	256/512	512/1024
Число страниц в буфере (в текстовом режиме)	1	4	4 - 8	8	8
Размер матрицы символа, пикселей, по горизонтали × по вертикали	14×9	8×8	8×8 14×8	8×8 14×8	8×8 14×8
Число кадров, Гц	50	60	60	60	60

 

Размещено на Allbest.ru

¹ Видеосистема

² Видеоадаптеры