4. Растровый принцип вывода изображений и текста
Видеосистема ПЭВМ основана на растровом принципе вывода изображений и текста. Растровый принцип заимствован из телевидения и подразумевает, что некий рисующий инструмент, способный оставлять видимый след, сканирует всю поверхность, на которую выводится изображение. Траектория движения инструмента постоянна и не зависит от выводимого изображения, но инструмент может рисовать, а может и не рисовать отдельные точки траектории. Видимым изображением являются оставленные инструментом точки. В случае видеомонитора на базе ЭЛТ инструментом является модулированный по яркости электронный луч (или три луча базисных цветов – R-красный, G-зелёный, B-синий), построчно сканирующий экран и вызывающий свечение люминофора, нанесённого на внутреннюю поверхность экрана ЭЛТ. Каждая строка растра разбивается на некоторое количество точек – пикселов. засветкой каждой из которых по отдельности может управлять устройство, формирующее изображение (например, графическая карта). Видеомонитор является растровым устройством вывода динамически изменяемых изображений. Его луч сканирует экран с частотой, которая не должна позволять глазу пользователя видеть мерцание изображения. Матричные (плоские) экраны, применяемые в мониторах, также относятся к растровым устройствам.
Сканирование экрана модулированным лучом обеспечивается генераторами горизонтальной (строчной) и вертикальной (кадровой) развёрток монитора – аналогично развёрткам в телевизоре. Электронный луч может оставлять след только во время прямого хода по строке (слева направо). Строка разбивается на некоторое количество точек разложения, каждая из которых может иметь состояние (яркость и цвет) независимое от других точек. На обратном ходе по строке луч принудительно гасится. Следующая строка прорисовывается параллельно предыдущей, но с некоторым вертикальным смещением (вниз), и так происходит сканирование до окончания кадра – достижения правого нижнего угла экрана. Во время обратного хода луча по вертикали, за время которого генератор горизонтальной развёртки успеет сделать несколько строчных циклов, луч также принудительно гасится. В следующем кадре сканирование может происходить по-разному.
В системах с прогрессивной (или не чередующейся) развёрткой) луч в следующем кадре идёт по тем же строкам (см. рис.3.1,а). В системах с чересстрочной (или телевизионной) развёрткой луч пройдёт по строкам, смещённым по вертикали на половину шага строки (см. рис. 3.1,б). В этом случае всю поверхность экрана луч проходит за два цикла кадровой развёртки, называемых полукадрами. Этот способ позволяет почти вдвое снизить частоту горизонтальной (строчной) развёртки, а, следовательно, и темп выдачи точек изображения на экран.
Как известно, глаз является инерционным органом зрения – он воспринимает изменение яркости или освещённости только до какой-то определённой частоты. Существует понятие критической частоты световых мельканий, которая обеспечивает слияние мельканий в ровный свет. Эта частота может находиться для разных людей в пределах 40-60 Гц. Поэтому минимальная частота кадров выбирается равной 50 Гц (в ряде случаев выше).
Вполне очевидно, что для качественного изображения экран должен иметь как можно больше точек матрицы разложения, то есть строк в кадре и точек в строке. Если взять популярный режим 800х600 (600 строк по 800 точек в строке), то за один период прогрессивной кадровой развёртки луч должен успеть пройти по 600 видимым строкам, да ещё по некоторому количеству невидимых строк на обратном ходе по кадру (примерно по 50 строкам) Из этого следует, что частота строк должна составить (при частоте кадровой развёртки в 50 Гц) величину:
fстр = fкадр(Nстр + 50),
где: fстр – частота строчной развёртки,
fкадр – частота кадровой развёртки
Nстр – количество видимых строк в кадре.
При количестве строк в кадре – 600, частоте кадровой развёртки 50 Гц частота строчной развёртки должна быть 32,5кГц. Этой частоте соответствует период около 30 мкс, из которого на прямой ход луча по строке отводится 25 мкс. За это время необходимо вывести на экран 800 точек (пикселей). На каждую точку отводится 25/800 = 0,03 мкс, что соответствует частоте вывода точек в 30 МГц – частоте для электронных схем уже довольно высокой. Поскольку соседние точки выводимого изображения в принципе друг с другом не связаны, то полоса частот сигнала, модулирующего, интенсивность луча, должна быть несколько выше этого значения (примерно на 25 %). Такую полосу должен обеспечивать весь видеотракт: видео-усилители модуляторов лучей, сигнальные линии интерфейсного кабеля и, наконец, (вернее, сначала) такой широкополосный сигнал должен сформировать графический адаптер. Если реальная полоса пропускания в видеотракте будет более узкой (или неравномерной), чёткого изображения не получится - будут размыты переходы, появятся искажения цветов и т.п.
С технической точки зрения есть основание снижать требуемую верхнюю границу полосы частот видео тракта. При чересстрочной развёртке за каждый полукадр сканируется только половина строк разложения (нечётные в одном полукадре, чётные в другом). Следовательно, частота строк уменьшается, а длительность прохода видимой части строки увеличивается примерно в 2 раза, Таким образом, чересстрочная развёртка позволяет также примерно в 2 раза снизить верхнюю частоту полосы пропускания видеотракта.
На рис. 3.2 приведены временные диаграммы изменения напряжений строчной и кадровой развёрток во времени.
Из вышеизложенного следует, что чем выше частота развёртки, тем ниже производительность графической системы при построении изображений.