Описание работы графической системы VGA (стр. 1 из 2)

Введение

VGA cокращение от video graphics array, графическая система для дисплеев персональных компьютеров, разработанная фирмой IBM. Система VGA стала стандартом de facto для персональных компьютеров. В текстовом режиме VGA обеспечивает разрешение 720 на 400 пикселей. В графическом режиме разрешение либо 640 на 480 (16 цветов), либо 320 на 200 (256 цветов). Полная палитра состоит из 262,144 цветов. В отличие от более ранних графических стандартов для персональных компьютеров - MDA, CGA и EGA - в стандарте VGA используются аналоговые, а не цифровые сигналы. Все сегодняшние персональные компьютеры поддерживают VGA и, возможно, некоторые более продвинутые стандарты. Также этот термин используется для обозначения 15-контактного D-subminiature разъёма VGA для передачи аналоговых видеосигналов при различных разрешениях.

Особенности преобразования сигналов VGA в TV

постараемся рассказать об общих чертах и отличиях различных устройств преобразования компьютерного видеосигнала в телевизионный. Они предназначены для “переноса” изображения с компьютерного монитора на подсоединенный к устройству телевизор и могут быть рекомендованы для решения следующих задач:

-проведение демонстраций и видеопрезентаций с использованием проекторов и телевизионных мониторов большого размера;

-оперативный вывод сообщений, объявлений, рекламы по местной информационной и телевизионной сети;

-создание учебно-демонстрационных видеокассет по работе с компьютерными программами;

-вывод компьютерной графики и анимации для записи на видеомагнитофон.

В то же время необходимо сразу оговорить, что использование подобных преобразователей с целью замены компьютерного монитора бытовым телевизором нецелесообразно не только по соображениям стоимости, но и с точки зрения защиты Вашего здоровья - телевизор не предназначен для рассматривания мелких символов с близкого расстояния.

Первоначально данные устройства в основном выполнялись как внутренние интерфейсные карты, устанавливаемые в свободный слот компьютера. При этом они, как правило, совмещались с VGA адаптером и одновременно формировали как VGA, так и телевизионный сигналы (например Aver 1000, VGA-Aver Pro, miroMedia View, Stream VGA Alpha, Prolink PV-CL5446PII). Подобные преобразователи до сих пор активно используются, но в основном в титровальных комплексах для наложения компьютерной графики на внешний видеосигнал. В то же время наибольшее распространение получили внешние блоки, устанавливаемые между адаптером и VGA-монитором и формирующие ТВ-сигналы по пропускаемому без искажений компьютерному. Среди очевидных преимуществ внешних блоков можно отметить простоту установки и независимость от типа установленного VGA-адаптера или используемой операционной системы и программы (а порой и от типа компьютера - многие из них успешно работают с PC и MAC), а также возможность специальных преобразований кадра (его “замораживание” - фиксация, масштабирование, смещение). Их эффективно используют почти для всех вышеописанных задач - кроме вывода движущихся титров. Именно обзору подобных внешних преобразователей телевизионного PAL-стандарта и посвящен данный материал.

На первый взгляд задача преобразования VGA сигнала в телевизионный кажется простой. Но между ними существует несколько столь существенных различий, что идеального преобразования принципиально достичь не удается. Из-за заложенных почти пятьдесят лет назад ограничений телевизионного стандарта VGA-изображение оказывается более качественным, чем телевизионное. Поэтому неискушенный пользователь нередко испытывает глубокое разочарование, сравнивая яркую, насыщенную цветами и информативными деталями компьютерную картинку с полученным искаженным по цветам, размытым и мерцающим ее телевизионным образом. Давайте попробуем понять суть проблем, порой действительно приводящих к столь “плачевному” результату.

Прежде всего, отметим, что VGA-сигнал является совокупностью трех равнозначных сигналов, несущих полную информацию о структуре и цвете изображения: R (Red), G (Green) и B (Blue) (а также сигнал синхронизации). При этом реальное разрешение, как правило, совпадает с текущим VGA-режимом, т.е. в моде 800х600 мы действительно можем различить 800 элементов в каждой из 600 строк. В то же время в стандартных телевизионных приемниках и других устройствах чаще всего используется один так называемый композитный сигнал, который представляет собой сумму сигнала яркости Y c цветоразностными сигналами U и V.

Поскольку последние передаются с разрешением в 2 раза меньшим, чем Y, то в телевидении резкие цветовые переходы не могут быть переданы без искажений. Часто при использовании композитного сигнала на вертикальных резких цветовых изменениях возникают так называемые “веревки” (цветовые муары шириной в несколько пикселей). Более того, в быту мы обычно используем аппаратуру VHS-класса (Video Home System), ограниченную разрешением даже по Y всего в 240 линий. Более профессиональная видеоаппаратура основана на S-Video сигналах с разрешением до 400 телевизионных линий (совокупность яркостного сигнала Y и цветового С - суммы U и V). И только наиболее дорогостоящие видеоустройства действительно оперируют с RGB-представлением видеосигналов. Однако даже в этом случае идеального преобразования VGA/TV добиться не удается.

Первая проблема связана с различием режимов развертки. Дело в том, что в телевидении реализована чересстрочная развертка, при которой кадр выводится двумя полями: сначала все четные строки (нумерация начинается с нулевой строки), а затем все нечетные. В результате вертикальную частоту определяют как 50 полей (полукадров) в секунду. В то же время компьютерный видеосигнал основан на более прогрессивной построчной развертке. В результате тонкая горизонтальная линия компьютерного изображения шириной в один пиксель будет попадать только в одно из телевизионных полей и, как следствие, начнет мерцать (дрожать) с частотой 25 Гц (так называемый фликкер-эффект). Визуально это наиболее заметно проявляется при выводе изображений, насыщенных линиями и мелкими деталями, например, в случаях отображения таблиц и меню программ. Очевидно, что путем дублирования полукадров возможно полное устранение этого эффекта (устройства Deltascan и Multigen). Однако при этом вертикальное разрешение будет уменьшено ровно вдвое! Компромиссное решение основано на частичном сглаживании по вертикали компьютерного изображения при его преобразовании путем взвешенного усреднения нескольких его строк (семейство AverKey) - от двух до 6 шести. Многие устройства имеют многоступенчатый фликкер-фильтр, чтобы добиться наилучшей степени его использования. Рекомендуется для вывода использовать изображение, не содержащие в себе мелких деталей (обратите внимание на то, что на телевидении никогда не используют мелкие (толщиной в одну линию) титры, логотипы и т.п.). Подчеркнем, что тем не менее фликкер-эффект не может быть полностью устранен и так или иначе всегда будет проявляться. Но поскольку он обусловлен ограничением телевизионного стандарта, то не может рассматриваться как недостаток конкретного устройства преобразования.

Вторая проблема связана с согласованием частоты кадров. У VGA-сигнала она может меняться в широких пределах, в телевизионном стандарте она строго фиксирована. Простейшим решением, используемым в наиболее дешевых устройствах с буфером памяти всего на несколько строк (например, AverKey Plus), оказывается принудительный перевод c помощью специальной резидентной программы частоты кадровой развертки VGA-адаптера в 50 Гц. К сожалению, это удается не для всех типов адаптеров, кроме того многие VGA-мониторы просто не поддерживают данный режим и перестают отображать информацию. Поэтому наиболее эффективным является чисто аппаратное преобразование частот, реализуемое в преобразователях с размером буфера памяти на полный кадр (AverKey 300, AverKey 7 и CorioScan Pro). При этом каждый аналоговый VGA-сигнал оцифровывается с частотой VGA-развертки, полностью запоминается в данном буфере и уже из него преобразуется в телевизионный сигнал. Очевидно, что наличие внутреннего буфера принципиально позволяет обеспечить дополнительные сервисные функции, например, выбор различных режимов фликкер-фильтра, функции “заморозки” кадра (достаточно прекратить обновление буфера), увеличение и перемещение изображения.

Третья проблема связана с согласованием количества строк. Практически все современные VGA адаптеры работают в разных режимах, соответственно режиму изменяется количество строк (текстовый режим - 200 строк, графический режим VGA при 16 возможных цветах - 480 строк, графические режимы под Windows - 480, 600, 768, 1024 и более строк, режим VGA при игре DOOM - 200 строк), а телевизионный видеосигнал всегда должен содержать 576 строк. Вследствие этого возникает необходимость масштабирования, требующая специального решающего блока. Очевидно, что простым дублированием легко достигнуть кратного увеличения количества строк, например, преобразовать 320х240 в 640х480. Дальнейшее преобразование 480 строк в 576, необходимое для систем PAL/SECAM (но не для NTSC!), требует сложной функции интерполяции. В противном случае преобразованное VGA-изображение займет не весь ТВ-экран: будут наблюдаться черные участки сверху/снизу экрана. Именно поэтому для PAL/SECAM оптимальным VGA-режимом с точки зрения результирующего качества ТВ-преобразования является 800x600 (“лишние” 24 строки обычно не информативны и без ущерба игнорируются). В режимах более высокого разрешения возникает весьма сложная задача корректного сжатия кадра и интерполяции промежуточных строк, реализованная в продвинутых изделиях фирм AVerMedia Technologies и Vine Micros.

Еще одним важным моментом при преобразовании сигналов является сохранение геометрических пропорций. В телевидении принят стандарт отношения ширины к высоте как 4:3 (в будущем телевидении высокой четкости - 16:9). В частности, это подразумевает “выделение” 768 элементов в каждой из 576 активных телевизионных строк. K сожалению, не все режимы VGA используют это соотношение (например, Norton Commander работает при разрешении 640х400 - 8:5). В результате VGA-изображение после преобразования либо будет занимать только часть ТВ-экрана (черные поля как по вертикали, так и по горизонтали) - так называемый режим underscan, либо будет растянуто на весь экран - режим overscan - но с нарушением геометрии: круг станет эллипсом, квадрат - прямоугольником. Подчеркнем, что большинство преобразователей реализуют переключение underscan/overscan только по горизонтали - вдоль строк.