Perifériák és meghajtóik Videó- és hangkártya

Átírás

1 Perifériák és meghajtóik Videó- és hangkártya 1

2 Elektromágneses spektrum 2

3 Fénytechnika mennyiségek Fényáram:az a fénymennyiség, amit a fényforrás időegység alatt a térbe bocsát ki. Vizuális sugárzásra: Φ= Φ, Φ = ( ), =783 Fényerősség:a viszonyításhoz megfelelő, reprodukálható fényerősség-etalon. = [I] = cd (candela),[ω] = sr (steradián) a térszög Megvilágítás:egységnyi felületre jutó fényáram. = [E] = lx(lux), [A] = m 2 a besugárzott felület Fénysűrűség:a szem által érzékelt, egy adott ponthoz tartozó és adott irányultságú sugárerősség nagysága. =, L = ahol νa sugárzás iránya és a sugárzó felület normálisa közötti szög. 3

4 Szín és képalkotás Drawing Engine - A jel létrehozására szükséges a számítógép számára egy grafikus alrendszer, ami elvégzi a D/A átalakítást A számítógépekben ezt a feladatot külön csatolókártya a videokártya végzi. Amikor egy számítógépes program információt (képet, alfanumerikus karaktert) szeretne megjeleníteni a monitoron, akkor az információt az operációs rendszeren keresztül az ún drawing engine egységnek továbbítja. Az egység a grafikai információt pixelekig lebontja, és meghatározza ezek memóriacímeit és paramétereit (képernyőn elfoglalt helyzete (x,y koordinátái) továbbá a jellemző színinformációja) 4

5 Szín és képalkotás Frame Buffer A drawing engine által létrehozott mátrixos adatcsomagot a raszter-tár (frame-buffer) tárolja. Ez a memóriaegység párhuzamos többsíkú tárolást tesz lehetővé. Egy memóriasík a képernyőmátrix egy bitnyi metszetét képes tárolni. Például egy nyolc bites színmélységgel rendelkező kép 800x600-as felbontású képernyőn, egymás mögött nyolc darab 800x600 bitet tartalmazó memóriasíkon tárolódik. A memóriának igen gyorsnak kell lennie, és általában ez a grafikai alrendszer gyorsaságának és lehetőségeinek legszűkebb keresztmetszete. 5

6 Szín és képalkotás Szinkronizáló egység A megjelenítés időbeli sorrendiségéről a vezérlő és szinkronizáló egység gondoskodik A frame bufferből kiolvasott adatok a szinkronjellel együtt a D/A (digitális/analóg) átalakítóba, majd végül a monitorba kerülnek Előbb azonban a színek kódjának megfelelő alapszínmegfeleltetéseket is el kell végezni. Ezt a feladatot végzi a LUT 6

7 Szín és képalkotás LUT A LUT a megjelenítendő szín bináris kódjához egy ig terjedő vörös (R), zöld (G) és kék (B) ún. DAC (Digital Analog Convert) értéket rendel A három DAC-R, DAC-G, DAC-B érték határozza meg, hogy a kívánt színinger milyen RGB primer aránynak megfelelően történjen kikeverésre. A számítógép bináris rendszerében ez a színrendszer 24 bites kódolással valósítható meg, így ezt a színinger mennyiséget 24 bites színmélységnek nevezzük. Ha a számítógép (pl. videomemória hiány miatt) csak 8 bitnyi 28=256 színinger megjelenítésére képes, akkor a LUT a megjelenítendő 24-bites kép 16 millió színkódját kiosztja a lehetséges 256 színre. 7

8 Szín és képalkotás Gamma karakterisztika A monitor által sugárzott fénysűrűség és a ig állítható digitális intenzitás-egység (DAC érték) közti összefüggés nem lineáris A feszültségváltozás és a fénysűrűség viszonyát leíró függvény exponenciális kitevőjét nevezzük a CRT monitor gammájának Értéke 2,2 körüli. 8

9 Szín és képalkotás A feldolgozó rendszer 9

10 Videokártya A feldolgozó rendszer A videokártya feladata a CPU által küldött bináris adatokat képpékonvertálni (szín és képalkotás) Ma már sokkal komplexebb feladatokat lát el, mint régebben A videokártya által készített drótvázmodell, amely kitöltve és árnyékolva van 10

11 A Videokártya A videokártya négy fő részből áll: Alaplapi illesztő(adat és tápfeszültség) Monitor illesztő (végeredmény) Processzor (képernyőpontok kiszámítása) Memória (pontokról információ, illetve ideiglenes tárolt kész képek) memória Processzor hűtőbordák Processzor hűtőventillátor Alaplapi illesztés PTE PMMK MIT 4. ELŐADÁS 11

12 A Videokártya A CPU az OS alkalmazásokkal együttműködve képi információt küld a grafikus kártya felé A grafikus kártya dönti el, hogy mely pontokat használja és hogyan a képalkotáshoz Ezen információ kerül a monitor kábelen keresztül a monitor felé 12

13 A Videokártya Egy 3D kép létrehozása különbözik az egyszerű 2D ábrák lérehozásától Elsőként egy drótvázat hoz létre egyenes vonalakból a 3D alakzat körül Ezek után kitölti a drótvázat Majd hozzáadja a maradék pontokat fény, textúra és szín kiszámításával Ezt a gyors videokártyák kb. 60-szor megteszik egy mp. alatt 13

14 A Videokártya processzor és memória Az alaplaphoz hasonlóan a grafikus kártya is egy nyomtatott áramkörből áll, amely a processzort és a memóriát tartalmazza Szintén rendelkezik BIOS-al, mely adatokat tartalmaz a videokártyát illetően, illetve a videomemóriát, ki-és bemeneti csatolókat teszteli az indításkor 14

15 A Videokártya processzor és memória A grafikus feldolgozóegység (GPU) hasonló az alaplapi CPUhoz A GPU speciálisan komplex matematikai és geometriai számításokra fejlesztett Mivel sok hőt termel megfelelően hűteni kell 15

16 A Videokártya processzor és memória A GPU speciálisan programozható, ATI és nvidia uralja nagyrészt a piacot, mindkét cégnek saját fejlesztései vannak a gyorsaság elérése érdekében A kép minőségnöveléséhez a processzorok a következőket használják: Full Scene Anti Aliasing (FSAA):3D objektumok éleit elmossa Anisotropic Filtering (AF): a képeket élesebbé teszk 16

17 A Videokártya processzor és memória A képek tárolásához memóriára van szükség A RAM feladata minden képpontról adatokat tárolni, mint szín, elhelyezkedés A RAM-ban található a frame buffer,amely a kész képeket a megjelenítésig tárolja A video RAM nagy sebességű, egy időben írható és olvasható 17

18 A Videokártya processzor és memória A RAM a D/A konverterhez csatlakozik (DAC, vagy RAMDAC) Néhány kártyán több RAMDAC is található: több monitor is csatlakoztatható A RAMDAC küldi az információ a videokábelen keresztül a monitor felé 18

19 A Videokártya ki- és bemenetek A videokártya a PC-hez az alaplapon keresztül csatlakozik Az alaplap látja el tápfeszültséggel, azonban ez az új videokártyáknál kevésnek bizonyul, így gyakran a PC tápfeszültségét veszik igénybe Három csatlakozó felület elterjedt: Peripheral component interconnect(pci) Advanced graphics port(agp) PCI Express(PCIe) 19

20 A Videokártya ki- és bemenetek A PCI express a legújabb fejlesztés, amely a legnagyobb átviteli sebességet adja az alaplap és a grafikus kártya között PCIe támogatja a két grafikus kártya jelenlétét A legtöbb videokártyának két monitor csatlakozója van: DVI, VGA 20

21 A Videokártya ki- és bemenetek DVI : LCD monitorokhoz VGA: CRT monitorokhoz Néhány grafikus kártya két DVI csatlakozót tartalmaz a DVI+ VGA helyett A két csatlakozót kihasználva (dual head) a képernyő információ megosztható két monitor között Elvileg PCIe vel a négy monitor csatlakoztatása is megoldható 21

22 A Videokártya ki- és bemenetek 22

23 A Videokártya ki- és bemenetek Néhány egyéb csatlakozó a következő egységekhez: TV : TV-kimenet vagy S-video Analóg video kamera: VIVO, video in-video out Digitális kamera: FireWire vagy USB 23

24 A Videokártya DirectX, OpenGL DirectX és az OpenGL : API (Application Programming Interface -Felhasználói Program Interfész): Egy szoftvernek vagy szoftver komponensnek az a része, ami kapcsolatot tart a többi más szoftverrel, vagy szoftver komponenssel. Szabványos és jól dokumentált függvények és eljárások halmaza, amiket a programozó a szoftver és hardver vezérlésére használhat. 24

25 A Videokártya DirectX, OpenGL Az API segíti a hardveres és szoftveres kommunikáció hatékonyságát olyan utasításokkal, mint 3D rendering(végső képek elkészítése) Pl. a játékfejlesztők a grafikát speciális API-hozoptimalizálják: ezért kell sokszor a DirectX-et vagy az OpenGL-t frissíteni 25

26 A Videokártya választás Frame rate: FPS (frame per second): videokártya által akészített komplett képek mp-i száma Emberi szem: kb 25 FPS Játékok : 60 FPS 26

27 A Videokártya választás FPS komponensei: Háromszögek vagy csúcsok mp-i száma: a 3D objektum háromszögekből vagy sokszögekből áll össze: drótváz. Ennek az előállítási ideje szempont Pixel fill rate: mp-i képpontok feldolgozásának a száma 27

28 A Videokártya választás Hatékonyság függ: GPU sebesség (MHz) Memória busz mérete (bit) RAM (MB) Memória sebesség (MHz) Memória sávszélesség (GB/s) RAMDAC sebessége 28

29 A hangkártya Analóg jelek előállítása A hangkártya D/A átalakítást végez (két irányban) A hangkártya tartalmaz: A/D átalakítót (ADC) D/A átalakítót (DAC) ISA vagy PCI csatlakozó az alaplaphoz Ki és bemeneti csatlakozókat 29

30 A hangkártya Néhány hangkártya nem tartalmaz külön-külön ADC-t és DAC-ot, hanem egy kódoló-dekódoló chip-et: CODEC-nek nevezik PTE PMMK MIT 4. ELŐADÁS 30

31 A hangkártya Az ADC során az analóg felvételt digitalizálni kell: mintavételi frekvencia+kvantálás PTE PMMK MIT 4. ELŐADÁS 31

32 A hangkártya A mintavételi frekvencia az analóg jelben található maximális frekvenciájú összetevő frekvenciáját befolyásolja (f max < 2*f minta ) A DAC feladata épp az ellenkezője: diszkrét jelsorozatból folytonosat rekonstruálni 32

33 A hangkártya A kábelek illetve az A/D és D/A konverzió torzítást okoz: THD (Total Harmonic Distortion): % SNR (Signal to Noise Ratio): db 33

34 A hangkártya Hangok előállítása: FM (Frequency Modulation): több, kül. frekvenciájú összetevőből állítja össze a hangot WTS (Wave Table Synthesis): mintákat használ 34

35 A hangkártya DSP (Digital Signal Processor): a GPU-hoz hasonlóan egy speciális mikroprocesszor Hangok előállítása, optimalizálás, Analóg és Digitális konverzió Több hangot több csatornán egyszerre képes előállítani Beépített szűrők, effektek CPU veszi át a szerepét, ha nincs 35

36 A hangkártya Memória: A videokártyához hasonlóan a hangkártya is rendelkezik memóriával a gyorsabb feldolgozás+ bufferelés miatt 36

37 A hangkártya csatlakozások, portok Minimálisan mikrofon+hangszóró kimenet 3D surround Sony/Philips Digital Interface (S/PDIF): koax vagy optikai csatoló, input és output MIDI (Musical Instrument Digital Interface): zeneeszközök (pl. szintetizátor) csatlakoztatása FireWare+USB: digitális audio eszközök 37

38 A hangkártya API A videokártyához hasonlóan a hangkártya is elérhető API-n keresztül Microsoft: DirectSound Creative: Environmental Audio Extensions (EAX) and Open AL Sensaura: MacroFX QSound Labs: QSound 38