Рис. 4.1.13. Обобщенная структурная схема видеобластера
Первым из них является видеодекодер, обеспечивающий прием сигнала с одного из входов, его оцифровку, цифровое декодирование согласно телевизионному стандарту и передачу полученных YUV-данных видеоконтроллеру.
Видеоконтроллер выполняет ключевую роль в организации потоков оцифрованных данных между элементами видеоплаты. Он осуществляет необходимые цифровые преобразования данных (например, YUV в RGB, масштабирование), организует их хранение в буфере собственной памяти – третьем элементе видеоплаты, пересылку данных по шине компьютера при сохранении на винчестере, а также их передачу цифро-аналоговому преобразователю (ЦАП) с VGA-выходом. Последний совместно с видеоконтроллером участвует в формировании "живого" ТВ - окна на экране монитора VGA. Он выполняет обратное аналоговое преобразование цифрового захваченного изображения и в соответствии с ключевым сигналом, вырабатываемым видеоконтроллером, осуществляет передачу VGA-сигнала от VGA- адаптера, либо RGB-сигнала из буфера памяти на монитор,
Рассмотрим работу этих элементов более подробно. Наиболее важными характеристиками видеобластера являются:
. Формат принимаемых низкочастотных видеосигналов
. Поддерживаемые телевизионные стандарты
. Частота и глубина оцифровки
. Возможность регулировки оцифрованного сигнала
Представление телевизионного сигнала
Как уже отмечалось, низкочастотный телевизионный видеосигнал является композитным, то есть представляет собой результат сложения яркостного сигнала Y, двух цветовых поднесущих, модулированных цветоразностными сигналами U и V, которые образуют сигнал цветности С {Chroninance}, а также синхроимпульсов. Причем, благодаря дискретной структуре спектра сигнала яркости и определенному выбору частоты поднесущей, сигналы цветности передаются в полосе частот сигнала яркости, обеспечивается так называемое частотное перемещение спектров. Это делается с целью обеспечения совместимости систем цветного и черно-белого телевидения, а также для уплотнения спектра телевизионного сигнала. Эта мера приводит к необходимости разделения сигналов яркости и цветности на приемной стороне и, как следствие качества этого разделения, появлению перекрестных искажений на изображении, вызванных взаимным влиянием этих сигналов друг на друга.
Эффективное разделение этих сигналов возможно с помощью специальных гребенчатых фильтров. Однако подобные фильтры весьма сложны и дороги, а потому, в основном, используются в профессиональной аппаратуре высокого разрешения,
В бытовых устройствах ограничиваются более простыми и дешевыми полосовыми фильтрами, заметно снижающими четкость изображения. Так, видеомагнитофоны и камеры форматов VHS {Video Home System} и Video-8 работают только с композитными видеосигналами, при этом разрешение составляет не более 240 телевизионных линий (твл). Кроме того, даже полный учет всех различий сигналов все равно не позволяет идеально разделить их.
Более эффективным оказывается использование не единого композитного сигнала, а двух (Y/C): Y – сигнал яркости с синхроимпульсами, а С– сигнал цветности. Такой сигнал называют S-Video, он применяется при записи/воспроизведении на аппаратуре форматов S-VHS и Hi-8. При этом обеспечивается разрешение около 400 твл.
Следующим шагом к повышению качества является переход к компонент ному сигналу YUV, составляющие которого передаются раздельно. Он используется в профессиональной аппаратуре формата Betacam и обеспечивает разрешение до 500 твл. И наконец, последним в этой череде является RGB - представление, при котором отсутствуют какие-либо кодирование и модуляция, обеспечивается наиболее простая и точная передача цвета. Тем не менее, достигаемое здесь повышение качества изображения становится уже визуально неощутимо. Поэтому подобное представление реально используется только в высокоточной научной измерительной аппаратуре.
Входы видеобластеров
Ранние модели видеобластеров были основаны на декодере Philips SAA9051 и имели три композитных входа, в то время как в современных видеоплатах нормой считается наличие одного S-Video и двух композитных входов, поддерживаемых, например, декодером Philips SAA7110. Для S-Video он обеспечивает параллельную оцифровку Y- и С - сигналов. Если SAA9051 "понимает" сигналы только стандартов PAL/NTSC, то SAA7110 позволяет декодировать и SECAM. Более того, он имеет встроенную схему автоматического распознавания системы кодирования сигналов цветности.
Полезной особенностью декодера является возможность регулировки принимаемого видеосигнала по яркости, насыщенности, контрастности. Это позволяет учитывать конкретные условия съемки и в определенных рамках компенсировать недостатки изображения до его сохранения. При этом визуальный контроль процесса настройки можно осуществлять по формируемому видеоизображению в окне VGA-монитора.
Организация хранения элементов изображения
Хранение элементов изображения организовано в виде матрицы, например, 512х512, 1024х512 или 1024х1024, В зависимости от конкретного способа кодировки размер буфера памяти может меняться от 256 Кб до 2 Мб (Таблица 4.1.1), и в то же время при одном и том же размере буфера эффективность использования памяти может быть различной. Таким образом, даже если декодер и обеспечивает оцифровку входного видеосигнала без ухудшения качества, но объем памяти недостаточен, результирующее изображение окажется некачественным (размытые детали, цветовые пятна и т. д.). Обратное также верно. Например, если память организована как 1024х512 и достаточна для размещения в ней 768 элементов строки, но частота оцифровки 13,5 МГц, то результирующий размер изображения не может быть более 702х512. Впрочем, качество видеосигнала многих бытовых видеокамер столь невысоко, что возлагать вину за плохое качество захваченного изображения только на видеобластер было бы несправедливым.
Таблица 4.1.1. Зависимость размера буфера памяти от способа кодировки
|Размер |Кодировка |Байт/элемент |Число |Организация |Размер | |буфера | |изображения |цветов |памяти |кадра | |памяти | | | | | | |256Кб |RGB 5:6:5 |2 |64 тыс. |512х256 |512х256 | |512Кб |RGB 5:6:5 |2 |64 тыс. |512х512 |512х512 | |768Кб |RGB 8:8:8 |3 |16 млн. |512х512 |512х512 | |1 Мб |RGB 5:6:5 |2 |64 тыс. |1024х512 |768х512 | |1 Мб |YUV4:2:2 |2 |16 млн. |1024х512 |768х512 | |1.5Мб |RGB 8:8:8 |3 |16 млн. |1024х512 |768х512 | |2 Мб |YUV4:2:2 |2 |16 млн. |1024х1024 |768х576 |
Выбор видеобластера
При выборе видеобластера в первую очередь следует обращать внимание на: . Число поддерживаемых телевизионных стандартов (рекомендуется PAL/SECAM, 1 вход композитный, 1 S-Video)
. Точность оцифровки входного сигнала (рекомендуется YUV 4:2:2) . Физическое разрешение изображения (рекомендуется 768х576х1б млн. цветов) . Размер буфера памяти и ее организация (не менее 1 Мб при YUV 4:2:2; . 1,5 Мб при RGB 8:8:8)
. Возможность подстройки входного сигнала . Наличие ограничений на размер RAM компьютера, способ связи с видеоадаптером (требование разъема Feature Connector) . Поддерживаемое разрешение Windows (рекомендуется не хуже 800х600, 64 тыс. цветовых оттенков)
. Визуальное качество оцифрованного изображения
8 Мультимедиа-ускорители
Под мультимедиа-ускорителями понимают совокупность программно- аппаратных средств, которые объединяют базовые возможности графических ускорителей с одной или несколькими функциями мультимедиа, требующими обычно установки в PC дополнительных устройств. Например, к мультимедиа- функциям относятся:
. Цифровая фильтрация и масштабирование видеоизображений (далее – видео) . Аппаратная цифровая компрессия и декомпрессия видео . Ускорение графических операций, связанных с ЗD-гpaфикoй . Поддержка видео в реальном масштабе времени на экране монитора . Формирование полного цветового видеосигнала для передачи его во внешние устройства (видеомагнитофон, телевизор)
. Вывод телевизионного сигнала на монитор
В настоящее время большинство хороших графических карт-ускорителей в состоянии выполнять ряд мультимедийных функций. В частности, сигнал изображения из пространства RGB может преобразовываться в пространство YUV, над ним могут выполняться такие операции, как сжатие, билинейное масштабирование, линейная интерполяция, фильтрация и растрирование (dithering). Многие современные видеопроцессоры ускоряют процессы декомпрессии стандартных кодеков, включая, например, Indeo, Cinepak и MPEG- 1.
Мультимедиа-ускорители, как правило, представляют собой 32- и 64- разрядные графические контроллеры с чередованием блоков памяти. Кроме того, эти карты оснащаются объемом видеопамяти 2 Мб и более и характеризуются поддержкой повышенных частот обновления изображения (100 Гц и более), новых стандартов DPMS, DDC и DCI, поддержкой воспроизведения цифрового видео и ускорением трехмерных (3D) графических операций.
Ускорители трехмерной графики
В настоящее время возникла необходимость в решении таких задач, когда уровень развития существующих видеоадаптеров, даже "монстров" с объемом видеопамяти 8 Мб и стоимостью свыше 1000 USD, уже не в состоянии с ними справиться. Для решения этих задач требуются еще большие скорости по генерированию многоугольников и просчету в реальном масштабе времени трехмерных объектов. Это новейшие разработки в области виртуальной реальности, профессиональные 2D- и ЗD - приложения CAD, компьютерное моделирование, обработка трехмерных изображений и т. п. Кроме того, появление программ ЗD - анимации и аппаратно-ориентированных игровых приставок типа 3DO, Sony Plantation или Sega Saturn еще более стимулировало развитие индустрии в области видео.
Среди передовых технологий, которые могут значительно ускорить процесс внедрения 3D в мир PC, первой следует назвать Intel MMX (Multimedia Extension).
Любая трехмерная операция в принципе может быть запрограммирована обычными средствами без применения аппаратного ускорения или только при помощи "двухмерных" функций. Однако даже современные высокопроизводительные CPU Pentium и качественные программы далеко не всегда позволяют достичь удовлетворительного соотношения между реалистичностью изображения и частотой кадровой развертки монитора. При мощностях со временных процессоров любое усложнение изображения или увеличение разрешения неизбежно потребует либо применения аппаратного ускорения трехмерной графики, либо снижения частоты кадров до неприемлемого уровня.
Все вышесказанное и послужило причиной появления аппаратных 3D- ycкoрителей, или, как их еще называют, 3D-блacтеров, 3D-акселераторов.
3D-aкceлepaторы – это аппаратные средства, способные самостоятельно, без участия процессора, рассчитывать взаимное расположение фигур в трех мерном пространстве и в реальном масштабе времени отображать требуемую двухмерную проекцию на мониторе PC.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30
