4.1. Принципы вывода изображений

Видеосистема PC ориентирована на растровый метод вывода изображения. Растровый метод 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 им точки. В случае видеомонитора инструментом является модулированный луч (или три луча базисных цветов), построчно сканирующий экран и вызывающий свечение люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность экрана. Каждая строка растра разбивается на некоторое количество точек — пикселов (Pixel — сокращение от Picture Element — элемент изображения), 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 видеть мерцание изображения. Матричные дисплеи, применяемые в блокнотных ПК, также относятся к растровым устройствам. Растровыми устройствами вывода статических изображений являются принтеры, в которых сканирование листа производится однократно (хотя возможны и многократные проходы).

Альтернатива растровым устройствам — векторные устройства вывода изображений. В этих устройствах инструмент прорисовывает только изображаемые фигуры и его траектория движения определяется выводимым изображением. Изображение состоит из графических примитивов, которыми могут быть отрезки прямых — векторы (откуда и название метода вывода), дуги, окружности. К векторным устройствам вывода статических изображений относятся перьевые плоттеры. Существовали (а может где-то используются и сейчас) и векторные мониторы, однако ввиду сложности построения системы управления лучом, обеспечивающей быстрое и точное движение луча по сложной траектории, эта линия угасла.

Рассмотрим растровую систему вывода изображений, подразумевая в качестве оконечного устройства монитор с электронно-лучевой трубкой — CRT (Catode Ray Terminal, дословно — монитор на катодно-лучевой трубке). Сканирование экрана модулированным лучом обеспечивается генераторами горизонтальной и вертикальной разверток монитора. 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), не зависимое от других (для монитора это разбиение условно). 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 развертки успеет сделать несколько строчных циклов, луч также принудительно гасится. В следующем кадре сканирование может производиться по-разному. В системах с прогрессивной (Progressive), или нечередующейся (N1 — Non-interlaced), разверткой луч идет по тем же самым строкам. В системах с чересстрочной разверткой (I — Interlaced) луч пойдет по строкам, смещенным по вертикали на половину шага строки. Таким образом, всю поверхность экрана луч проходит за два цикла кадровой развертки, называемых полукадрами. Чересстрочная развертка позволяет почти вдвое снизить частоту горизонтальной (строчной) развертки, а следовательно, и темп вывода точек изображения.

Как известно, глаз является инерционным органом зрения — он воспринимает изменение яркости или освещенности только до какой-то определенной частоты. Существует понятие критической частоты световых мельканий (КЧСМ), которую измеряют так: человек смотрит неподвижно на некоторый безынерционный источник света (например светодиод), который вспыхивает и гаснет с плавно повышаемой частотой. Сначала человек воспринимает вспышки по отдельности, с повышением частоты он видит уже только мерцание, а начиная с некоторой частоты мерцания для него сливаются в ровный свет. Эта частота и называется критической, и у разных людей она может находиться в пределах примерно 40—60 Гц.

Способы формирования изображения в графическом адаптере

Имеется матрица точек экрана, образованная горизонтальными строками растра (номер строки — вертикальная координата матрицы) и точками разложения строки (номер точки в строке — горизонтальная координата матрицы). Эта матрица сканируется построчным или чересстрочным образом, и во время прямого хода луча по видимым строкам графический адаптер должен формировать сигналы управления яркостью базисных цветов монитора (или одного сигнала яркости в монохромном варианте). За это время последовательно (и синхронно с ходом луча) должна выводиться информация о яркости и цвете всех точек данной строки. Синхронизация обеспечивается формированием горизонтальных и вертикальных синхроимпульсов. Таким образом, графический адаптер является задающим устройством, а монитор со своими генераторами разверток должен вписаться в заданные параметры синхронизации.

Существуют два основных режима вывода информации — графический и символьный (текстовый).