Графические и мультимедиа-акселераторы

Вообще говоря, для повышения производительности по графическим операциям существуют довольно веские причины. Допустим, при работе в Windows 256 цветов (то есть 8 бит на пиксел) отображаются при разрешающей способности 1280 на 1024 точки. Это значит, что 1,3 Мбайта данных передаются из видеопамяти на экран 72 раза в секунду. Таким образом, необходимо обеспечить скорость передачи не менее 92 Мбайт/с. И это только для пересылки статического изображения. Любые другие операции потребуют дополнительного увеличения скорости. я доступа конкретных микросхем видеопамяти, но и, например, изменив способ ее организации и/или увеличив разрядность шины память-контроллер. Впервые фирма Tseng Labs использовала "чередующуюся" (intereaving) память на обычных DRAM. Вся видеопамять была разбита на два блока по четным и нечетным адресам. Это позволяло посылать из одного блока данные на экран, а во второй блок записывать данные с системной (локальной) шины. Скорость передачи удалось увеличить до 160 Мбайт/с.

Вообще говоря, внутренняя структура микросхем видеоконтроллеров отличается весьма значительно. Впрочем, можно выделить ряд общих задач, которые выполняет каждая из них: связь с основным процессором, коммуникация с видеопамятью и пересылка изображения на экран. Для реализации дополнительных (ускоряющих) функций в каждой микросхеме имеются, разумеется, специальные блоки. Например, тот же графический контроллер MGA фирмы Matrox имеет встроенные функции для трехмерной графики. Большинство современных микросхем акселераторов поддерживают функции энергосбережения.

Жесткие требования, предъявляемые сегодня к видеоподсистеме персонального компьютера, особенно заметны именно для систем, в той или иной степени связанных с мультимедиа. Под мультимедиа-акселераторами понимают устройства, которые помимо ускорения обычных графических операций (перенос блока данных BitBlt, закраска прямоугольников, поддержка аппаратного курсора) могут также выполнять ряд операций по обработке видеоданных. Иными словами, под мультимедиа-акселераторами понимают совокупность программно-аппаратных средств, которые объединяют базовые возможности графических акселераторов с одной или несколькими мультимедиа-функциями, требующими установки в компьютер дополнительных устройств. Так, к мультимедиа-функциям относятся, например, следующие:

- цифровые фильтрация и масштабирование видео,

- аппаратные цифровые компрессия и декомпрессия видео,

- ускорение графических операций, связанных с трехмерной (3D) графикой,

- поддержка "живого" видео на мониторе,

- наличие композитного видеовыхода,

- вывод TV-сигнала на монитор.

Появление спецификации DCI (Display Control Inreface) фирмы Microsoft позволило осуществить воспроизведение полноскоростного цифрового видео с использованием ресурсов мультимедиа-акселераторов. Вообще говоря, DCI — это интерфейс нижнего уровня, который дает возможность программным средствам для воспроизведения видео воспользоваться имеющимися возможностями аппаратных средств. Так, если DCI-драйвер обнаружил наличие аппаратной поддержки некоторых мультимедиа-функций, он изменяет последовательность выполнения операций и разгружает центральный процессор от выполнения некоторых из них.

Надо сказать, что сейчас большинство фирм, выпускающих микросхемы графических акселераторов, включили в свою производственную программу изделия, выполняющие ряд мультимедиа-функций. В частности, сигнал изображения может преобразовываться из пространства RGB в пространство YUV, над ним могут выполняться такие операции, как сжатие, билинейное масштабирование, линейная интерполяция, фильтрация и растрирование (dithering). Кроме того, часто имеются встроенные схемы genlock, позволяющие синхронизировать преобразованный компьютерный сигнал RAMDAC по внешнему (NTSC/PAL) видеосигналу. На кристаллах также интегрируют схемы управления разделяемым фрейм Jбуфером. Для наложения графики и видео используют схемы управления типа "хромакей" (chromakey). Многие микросхемы ускоряют алгоритмы декомпрессии стандартных видеокодеков, включая, например, Indeo, Cinepak и MPEG-4.

Из наиболее общих технологических тенденций, доминирующих на рынке мультимедиа-акселераторов, кроме уже перечисленных можно отметить следующие: использование 32- и 64-разрядных микросхем-контроллеров с чередованием блоков памяти, увеличение объема видеопамяти и повышение частоты обновления изображения, внедрение новых стандартов мониторов DPMS и DDC, поддержка воспроизведения цифрового видео, отсутствие единого стандарта на видеошину, ускорение трехмерных (3D) графических операций недорогими средствами.

Несомненно революционным стало появление так называемых 3D (трехмерных) мультимедиа-акселераторов. Подобные платы адаптеров в конце 1995 года стала выпускать фирма Diamond Multimedia Systems, лидирующая на рынке плат графических акселераторов. Данные устройства базируются на технологии, предложенной компанией Nvidia. В частности, это позволяет пользователям при работе с Windows 95 получать фотореалистичное трехмерное изображение, быструю двухмерную графику, "живое" видео и табличный волновой синтез звука. ЗD-акселераторы, в частности, позволяют достигать разрешения 1024 на 768 точек и более, при одновременном воспроизведении 65 тысяч цветов, но, самое главное, получаемое при этом изображение полностью соответствует по скорости реальному действию. В недавнем прошлом такая технология обходилась не менее чем в 2 тысячи долларов, а вот стоимость карт сейчас варьируется в пределах двух сотен долларов.

Видеокабели

Кабели монитор-видеоадаптер различаются в зависимости от уровня применяемых сигналов (ТТЛ или аналоговый). Имеется два стандарта на соединители в таких кабелях; 15-контактный DB-shell для мониторов, использующих аналоговые сигналы (VGA, Super VGA), и 9-контактный DB-shell для мониторов, использующих ТТЛ-сигналы (MDA, CGA и EGA). Как правило, на всех таких кабелях имеются специальные фильтры (выглядят обычно как утолщения), уменьшающие высокочастотные помехи в сигналах изображения. Длина кабелей не превышает обычно одного метра.

Теперь несколько практических советов.

Помните, что размер изображения на экране будет немного меньше, чем заявляемый изготовителем диагональный размер. Правда, ряд современных моделей избавлен от этого недостатка, например SyncMaster фирмы Samsung. При покупке монитора после его включения по возможности расфокусируйте изображение и введите достаточный уровень яркости. После этого с небольшого расстояния посмотрите, видны ли на экране мерцания и пульсации. Чем меньше они заметны, тем меньше вы будете уставать, работая за таким монитором.

Фокусировку монитора лучше всего проверять, загрузив Windows. Поскольку практически все модели мониторов имеют в центре экрана более четкое и резкое изображение, чем по краям, то многочисленные "иконки" в Windows отобразят это достаточно наглядно. Если разница в качестве изображения в центре и на периферии достаточно велика, то покупать такой монитор не стоит. Заметим, что некоторые погрешности изображения (например, "ломаные" линии) могут быть связаны и с подключенным видеоадаптером, поэтому для более объективной оценки следует по возможности его поменять.

Если видеоадаптер приобретается вместе с монитором, то следует проверить видеоподсистему во всех поддерживаемых режимах и убедиться, что изображение является четким и неподвижным.

Как известно, ни один монитор, основанный на электроннолучевой трубке, не имеет абсолютно плоской поверхности экрана, но о некоторых моделях говорят уже как о мониторах с плоским экраном. Это следует также иметь в виду. Более того, монитор, как известно, не зеркало, поэтому антибликовое покрытие его экрана позволяет обходиться без дополнительных защитных средств и препятствует утомлению глаз, что имеет существенное значение для комфортной работы.

В ряде случаев (отсутствие антибликового покрытия, несоответствие стандарту MPR II и т.д.) вместе с монитором необходимо использовать специальные защитные фильтры.

Видеокарты

В настоящее время имеется большое количество устройств, предназначенных для работы с видеосигналами на IBM PC-совместимых компьютерах. Условно все эти устройства можно разбить на следующие группы: устройства для ввода и захвата видеопоследовательностей (capture-play), фрейм-грабберы (frame grabber), TV-тюнеры, преобразователи сигналов VGA-TV и MPEG-плейеры.

TV-тюнеры

Эти устройства, выполненные обычно в виде карт или бокса (небольшой коробочки), преобразуют аналоговый видеосигнал, поступающий по сети кабельного телевидения от антенны, видеомагнитофона или камкодера (camcorder). Если одни устройства сами выполняют дискретизацию поступающего видеосигнала, то другие требуют для этого отдельной карты. Функции TV-достаточно тюнера могут реализовываться и другими устройствами, такими, как MPEG-плейеры или фрелм-грабберы.

Обычно в комплект с TV-тюнерами входит программное обеспечение для Windows, которое включает в себя систему дистанционного управления, позволяющую переключать каналы, устанавливать время таймера, настраивать яркость, контрастность, звук и т.д.

Фрейм-грабберы

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

Содержимое буфера видеокарты обновляется каждые 40 мс, то есть с частотой смены кадров. Причем вывод видеоинформации происходит в режиме наложения (overlay). Для реализации окна на экране монитора с "живым" видео карта фрейм-граббера соединяется с графическим адаптером через так называемый 26-контактный feature - коннектор, который находится, как правило, в верхней части платы адаптера (см. рис 16).

Заметим, что специальное программное обеспечение, входящее обычно в комплект с видеокартой, дает возможность выполнять над "захваченным" изображением ряд операций, связанных, например, с его редактированием. Как правило, сохранять отдельные кадры изображения можно в ряде популярных графических файловых форматов (TIFF, PCX, BMP, GIF и т.д.). Помимо вывода видеоинформации на экран монитора видеокарты часто выполняют и обратную задачу, то есть преобразовывают компьютерное изображение в композитный телевизионный сигнал. Для современных видеокарт потребительским стандартом стало воспроизведение изображения с качеством видеомагнитофона (VHS, Video Home System) с разрешением 640 на 480 точек и частотой кадров 25 Гц и выше.

В том случае, когда на жесткий диск необходимо записать не один полный кадр, а их последовательность в течение нескольких десятков секунд, обычные фрейм-грабберы, по понятным причинам, уже не годятся. В данном случае требуются специальные карты для захвата (или вывода) видеопоследовательностей.