计算机图形学与显示 第六讲 光栅扫描系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机图形显示技术,主讲：,1,随机扫描 线段法字符产生器,数字5的分解,产生数字5的波形,2,光栅扫描显示系统,文字显示系统,图形显示器,电脑显示驱动卡,3,光栅扫描显示系统,光栅扫描又称为,电视扫描,其,工作过程,是：电子束受偏转部件的控制，不断从左到右、从上到下将图像逐行逐点的扫描到显示屏上，通过控制电子束的强弱产生黑白灰度等级或彩色的图像,整个显示屏面扫描线为 行，每一行又可以分为 个小点。这样，整个屏面为 个点阵，每个小点称为,像素,4,光栅扫描显示系统,光 栅 扫 描 绘 图 过 程,5,光栅扫描显示系统,光栅扫描系统优点,6,光栅扫描显示系统,光栅扫描系统缺点,光栅扫描的速度不如随机扫描,光栅扫描显示要求提供视频信息，而计算机处理的结果往往是直线、曲线和字符指令数据。将这些指令数据转换成适合光栅扫描体制的视频信息，就需要进行扫描变换,扫描变换的方式有两种：,数字方式,和,模拟方式,。在计算机显示系统中，采用数字方式,7,光栅扫描显示系统,光栅扫描显示从功能上分为,文字,（包括汉字）、,图形,和,图像,显示3种类型,文字显示,多用于计算机终端、自动化管理方面,图形显示,（含文字显示）多用于计算机图形显示系统、自动化管理、过程控制，以及计算机辅助设计等方面,图像显示,往往与图形显示兼容，多用于图像传输、图像处理，以及电视图像显示等方面,8,光栅扫描显示系统 文字显示系统,文字显示显示器能向计算机输入各种数据，并进行显示，还能对显示的内容进行编辑和指示工作,文字显示器画面上所显示的文件内容，一方面可以来自计算机的处理结果，另一方面可能来自“人-机”交互装置,9,光栅扫描显示系统 文字显示系统,CPU将要显示字符的ASC值及属性值送入刷新缓冲区，其中第一个字节用来保存字符的ASC码值，第二个字节则是用来存放字符的属性值(如前景色及背景颜色、闪烁等),然而，在显示器上显示的所有内容都是以点形式出现，所以必须把刷新缓冲区中保存的字符信息(每个字符两个字节)转换成可供显示器直接使用的矩形点阵字符,10,文字显示系统,移位,寄存器,S L,字符,发生器,( ROM),加载控制,水平消隐,行间消隐,垂直消隐,水平同步电路,垂直同步电路,点振荡器,点计数器,水平地址计数器,光栅地址计数器,垂直地址计数器,定时控制电路,垂直同步信号,水平同步信号,字符时钟,代码,控制,OSC,VRAM,1,9,1,80+18,1,9+5,1,25+1,视频,信号,RA,3,-,RA,0,11,文字显示系统,0 0 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,1 1 1 1,0 1 1 1,0 0 1 1,10H,28H,44H,82H,82H,FEH,82H,82H,00H,字符,发生器,( R O M ),ASCII,字符代码,8,4,RA3 - RA0,(a),“,A,”,的点阵表示,(b),字符发生器的结构,(,来自VRAM),(,来自光栅地址,计数器输出,),RA,3,-,RA,0,D,7,D,0,D,7,D,0,ASCII,代码(41,H,),指向这个字形,12,光栅扫描显示系统 图形显示系统,文字显示系统,的显示格式是固定的，能够显示的文字或图形符号的形态都预先存入字符库中,图形显示系统,显示的图形是千变万化的，不可能预先存入,ROM,中，而要实时生成画面，其结构复杂,显示屏面像素点阵数是衡量光栅扫描显示器分辨率高低的一项技术指标,光栅扫描显示的分辨率取决于,显像管器件,13,光栅扫描显示系统 图形显示系统,图形显示组成框图,14,光栅扫描显示系统 图形显示系统,图像存储器,图像存储器存放的是彩色或辉度等级的显示画面，器读写规律是一次加工写入，重复刷新读出显示,图像存储器的容量大小和屏面像素、显示彩色种类、辉亮等级有关,为使图像存储器能正常地存储、缓冲和再生画面的图像，其读出和写入是交叉进行的,15,光栅扫描显示系统 图形显示系统,图像存储器,图像存储器本身的参数有：,地址,、,字长,和,读写周期,存储地址,由画面上的像素量和存储器的结构方式来决定,存储字长,由图像存储器每个像素上的信息量和存储器结构方式来决定,读写周期,由光栅形成的时间决定,16,光栅扫描显示系统 图形显示系统,假彩色技术,计算机图形显示的彩色是由人工定义的，与自然界真实彩色完全不相同，称之为,假彩色,它可以增强显示效果和增加彩色显示的数量,它可由两种方法实现：以,只读存储器,（EPROM）构成、以,快速随机存储器,（RAM）构成,17,光栅扫描显示系统 图形显示系统,以只读存储器（EPROM）构成,在任何输入像素的辉度等级上进行3个独立的变换,R、G、B等3种变换函数分别固化在只读存储器中,函数存储器输出经D/A变换，放大分别驱动R 、G、B等3个辉亮信号,18,光栅扫描显示系统 图形显示系统,以快速随机存储器（RAM）构成,RAM中存放所需要显示的彩色数值和占用地址空间的多少决定可在显示屏上能同时显示的彩色数量,彩色图地址数据来自图像存储器RAM中读出的像素值,19,光栅扫描显示系统 图形显示系统,扫描同步控制（显示控制器）,光栅扫描分为,逐行扫描,和,隔行扫描,逐行扫描适合文字和线条图形的显示，以取得高质量的显示效果,扫描方式由同步控制工作的，特别是读取画面存储器中的显示画面，必须和扫描同步,光栅扫描显示的视频输出信号占多少，适当地组织图像存储器的扫描读出，易实现多屏扩展、一机多画面显示，发挥冈山扫描的优点,20,电脑显示驱动卡,华硕显示卡,AGP-V8200 Ti500,Series,AGP-V7700,DeluxeTV,21,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,显示卡主要是由,显示芯片,、,显示内存,、,显示BIOS,(VIDEO BIOS)、,RAM DAC,等构成,22,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,应用程序发出绘图命令,解析成显示处理器可接受命令格式,存放在,刷新存储器,中,刷新存储器中所有的绘图命令组成一个显示文件,由,显示处理器,负责解释执行(刷新),视频控制器,控制驱动电子枪在屏幕上绘图,修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令,23,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,显示主芯片,显卡的核心，俗称,GPU,代替CPU完成部分图形处理功能，扫描转换、几何变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等,各图形函数基本上都集成在这里,24,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,刷新缓冲存储器(VRAM),也称,视频存储器,(VIDEO RAM)或,显示存储器,存储将要显示的图形信息,保存图形运算的中间数据,他与,显示主芯片的关系，就像计算机的内存之于CPU一样,25,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,刷新缓冲存储器(VRAM),用来存储要显示内容的属性值，刷新存储器容量的大小，直接影响显示器所能显示的颜色数和分辨率,屏幕上看到的图像数据都是存放在显存里的，显卡达到的分辨率越高，在屏幕上显示的像素点就越多，要求显存的容量就越大,26,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,刷新缓冲存储器(VRAM),所用存储器的类型直接影响显示系统的显示速度和性能,VRAM 与DRAM相似，它们的不同之处是：DRAM芯片只有一个数据口，通过这个口又要读又要写，而VRAM芯片的读写口是分开的，所以它的速度快些,现在一些高档的显示卡上都安装了SGRAM的显示内存，这是专门为显示卡设计的，其速度要比用做计算机内存的SDRAM还要快,27,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,帧缓冲存储器,（Frame Buffer),作用：存储屏幕上像素的颜色值,也称刷新存储器(Refreshing Buffer),简称,帧缓冲器,28,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,帧缓冲存储器,（Frame Buffer),帧缓存中单元数,目与显示器上像,素的数目相同,单元与像素一一,对应,各单元的数值决定了其对应像素的颜色,显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关,29,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,位面技术,显存分成若干颜色的位平面（bit plane）,各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一个像素对应,同一像素点在各位面占同一地址,不同位面上同一像素地址中的内容决定像素的颜色,30,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,位面技术,色平面越多，可表达的色彩越丰富,增加一个位面，色彩就增加一倍,而存储器写操作程序无需重新计算新地址,程序兼容性好,31,N位寄存器,电子枪,CRT光栅,有N个位面的帧缓存,2,N,DAC,0,1,0,0,0,1,02,N-1,灰度等级,寄存器,蓝色枪,帧缓存,DAC,0,0,0,1,CRT光栅,0,1,DAC,DAC,红色枪,绿色枪,位面技术,32,位面技术,红绿蓝三个位面，组合成8种,颜色,增加一个亮度位面，形成16,种颜色,若有24个位面（每种基色8,个位面）,可同时显示(2,8,),3,=2,24,=16777216种颜色（24位真彩色）,红,绿,蓝,Black,0,0,0,Blue,0,0,1,Green,0,1,0,Cyan,0,1,1,Red,1,0,0,Magenta,1,0,1,Yellow,1,1,0,White,1,1,1,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,33,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,RAMDAC,视频存储数字模拟转换器,主要作用是把刷新存储器中产生的像素的颜色值扩充为彩色混合值，然后转换成红、绿、蓝三路模拟彩色信号,34,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,RAMDAC,RAM DAC就是将刷新存储器中以二进制形式保存的数字型像素颜色属性值读出来，进行扩充变换成模拟显示器能够接收的彩色模拟信号，即将数字型彩色信号转换成模拟型彩色信号，送给显示器刷新屏幕内容,35,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,VIDEO BIOS,VIDEO BIOS,里包含了显示芯片和驱动程序间的控制程序、产品标识等信息,这些信息一般由显卡厂商固化在,ROM,芯片里，还存放了,ASC,码字符集中字符和图形的点阵,VGA,插座,与显示器相连，以便将显示结果输出到屏幕上,36,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,总线接口,与主板连接的接口主要有,ISA,、,EISA,、,VESA,、,PCI,、,AGP,等几种,ISA,和,EISA,总线带宽窄、速度慢，,VESA,总线扩展能力差，这三种总线已经被市场淘汰,现在常见的是,PCI,和,AGP,接口,37,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,工作原理,显示卡与显示器连接插座,显示器与显示卡的,连接插头,显示方式数据线定义,38,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,显存容量,分辨率M*N、颜色个数K与,显存容量V,的关系,3,个位面分辩率是10241024的显示器,需要310241024（3145728）位的存储器,39,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,显存容量,若存储器位长固定，则屏幕分辩率与同时可用的颜色种数成反比,1兆字节的帧缓存,若设分辩率为640480，则帧缓存每个单元可有24位，可能同时显示2,24,种颜色,若设分辩率为1024768，则每个单元分得的位数仅略多于8，只能工作于256色显示模式下,40,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,显存容量,高分辨率和真彩要求有大的显存,1024*768真彩模式需要3M字节显存,解决方法,采用查色表(Look-up Table）或称彩色表(Color Table),41,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,查色表（look up Table）,是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色，,它的长度由帧缓存单元的位数决定,，例如：每单元有8位，则查色表的长度为2,8,256,目的：在帧缓存单元的位数不增加的情况下，具有,大范围内挑选颜色的能力,：,42,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,颜色信息的存放方式,颜色信息在帧缓存中两种存放方式：一是颜色值直接存储在帧缓存中。二是把颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存放的是颜色表中各项的索引值，颜色范围扩充了,单色系统：查色表固化,彩显：可修改、创建查色表,43,光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡,带宽问题,带宽T,与分辨率、帧频（刷新频率）F的关系,带宽问题,高分辨率和高刷新频率要求高带宽,解决方法：,逐行扫描,44,