随机扫描显示系统和光栅扫描系统.ppt

计算机图形显示技术 2 显示系统 显示系统 由一些显示器件和一些功能部件组成的显示设备 它能独立完成一定的显示任务 以电子束扫描方式作为分类依据 扫描体制 可分为随机扫描体制和光栅扫描体制 由不同扫描体制构成的显示系统 随机扫描显示系统和光栅扫描显示系统 3 随机扫描显示系统 随机扫描显示系统 采用随机定位的方式控制电子束运动 该显示系统不仅可以显示图形 符号 还可以结合图形进行人机会话 4 随机扫描显示系统 随机扫描显示系统 系统配有图形数据输入装置 如光笔 作图板 跟踪球等 人机交互性好 与计算机对接方便 优点 电子束随机定位 线条质量好 缓存容量少 人机交互方便等 缺点 不能显示太复杂的画面 而且亮度等级和颜色种类比较少 5 随机扫描显示系统 光栅扫描显示系统 多被应用在要求分辨力较高的实时图形显示器中 按显示功能分 随机扫描显示系统又分为计算机图形显示器 或称为非智能显示系统 和智能图形显示器 6 随机扫描显示系统 计算机图形显示器 主要用来进行图形和数据的显示 以及对显示图形和数据进行编辑处理 由显示器 图形功能部件 显示控制器 缓冲存储器 刷新RAM 组成 显示器控制台包括 CRT 管头电路 数据输入装置图形功能部件 即图形发生器 包括字符产生器和矢量产生器 或线产生器 圆产生器根据实际需要进行配置 7 随机扫描显示系统 计算机图形显示器 显示控制器 为显示控制部件 可沟通计算机与显示器之间的信息 对显示器和图形功能部件进行控制管理 还可对存储器进行控制管理 缓冲存储器 存放显示档案 可自主维持显示图形的刷新 当该显示系统与计算机脱节工作时 仍能进行正常显示 8 随机扫描显示系统 智能图形显示系统 由图形显示处理机和图形显示器两部分组成 具有图形显示和图形处理两种功能 特点 显示处理机和图形显示器各自相互独立 可自成系统 两者通过总线连接 构成自主式的显示系统 9 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 10 光栅扫描显示系统 随机扫描的图像和数据显示器 其技术上继承性强 显示档案的结构比较简单 所需存储容量较小 所以发展迅速 已经达到成熟阶段 而且还在不断改进 主要缺陷 电子束扫描速率有限 背景图像装配比较困难 这已经不能满足显示系统的显示容量 显示质量和显示功能的要求 11 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地扫描到显示屏上 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 12 光栅扫描显示系统 光栅扫描绘图过程 13 光栅扫描显示系统 光栅扫描系统优点 14 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 15 光栅扫描显示系统 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 采用数字式扫描变换方式 数字式扫描变换将所要显示的图形 文字等数据变换成数字视频信息 16 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 17 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 18 光栅扫描显示系统 文字显示系统 文字显示器的扫描 光栅扫描方式 1 电视光栅扫描 与广播电视的扫描方式相同 按一条挨一条排列方式由一系列重复的水平线构成 通常从上到下进行 电视光栅法字符产生器在字符代码和电视光栅扫描数据控制下 形成所需的字符 19 光栅扫描显示系统 文字显示系统 文字显示器的扫描 光栅扫描方式 2 成文扫描方法 是电视光栅扫描的变形 也是从左到右 从上到下扫描 不同点 在一个水平线上它不是连续扫描而是以一定间隔顺序定位 在每个定位点上 电子束又以小光栅方式形成字符 每行书写完毕 电子束又返回左边 进行下一行字符顺序定位 依此类推 直到画面上满屏书写完毕 再返回左上角从头开始下一帧文字的显示 20 光栅扫描显示系统 文字显示系统 文字显示器的编辑功能最常见的编辑功能有 清除 插入 删减 滚动等 一般文字显示器画面上所显示的文件 是存储在一个缓冲存储器上的 所以编辑功能通常由操作者通过数据输入装置去修改缓冲存储器中所存的数据来实现 各种编辑功能可以用专门的硬件来实现 也可以用软件来实现 21 光栅扫描显示系统 文字显示系统 文字显示器的联机方式与计算机联机使用时 称为 人 机 对话的工具 文字显示器和计算机之间的信息交换 通常由计算机的程序中断系统及接口的控制逻辑来实现 分为三种工作方式 1 键盘码输入工作方式 键盘不直接和文字显示器发生联系 而是由计算机来接受键盘码 在进行一定处理后 计算机再将键盘码送回给文字显示器进行显示或做其它功能操作 22 光栅扫描显示系统 文字显示系统 文字显示器的联机方式2 批写工作方式 计算机向文字显示器的缓冲存储器输入 写入 一帧画面或部分画面数据的工作方式 该方式在计算机定时或紧急向显示器输出数据或者操作者按 索取 键 要求计算机输出显示画面所需数据时使用的 3 批读工作方式 显示器向计算机传送画面数据的一种工作方式 应用在计算机主动或显示器请求计算机取走整个画面或画面中某一行数据的场合 23 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 24 文字显示系统 移位寄存器SL 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 RA3 RA0 25 文字显示系统 0000 0001 0010 0100 0101 0110 1111 0111 0011 10H 28H 44H 82H 82H FEH 82H 82H 00H 字符发生器 ROM 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 RA3 RA0 D7 D0 D7 D0 ASCII代码 41H 指向这个字形 26 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 ROM 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 27 光栅扫描显示系统 图形显示系统 图形显示组成框图 28 光栅扫描显示系统 图形显示系统 图像存储器图像存储器的性能将直接影响到图像的显示质量 由模拟改为数字式存储器的原因 1 每个存储单元本身性能完全均匀 数据无论存在哪个单元 读出来时不变 2 可随意设计成与传感器分辨率有一样高的存储单元数 保证图像有足够的分辨率 3 可按所需亮度等级或颜色种类来存储图像信息 能够提供图像细节显示 29 光栅扫描显示系统 图形显示系统 图像存储器4 所存数据 不会因时间推移或环境改变而改变 5 所存信息 能以高信噪比方式读出 6 控制比较灵活 可以很方便地实现多种画面的显示 从而扩大了显示功能 并为各种新式传感器和工作方式提供发展的潜力 基于上述主要原因 加上数字技术的主要优点 调整方便 集成度大 体积小 可靠性高等 使得模拟式存储器被代替 30 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 其读写规律是一次加工写入 重复刷新读出显示 多数按像素值存储 计算机的存储器按字或字节进行存储 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 31 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 存储器的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 32 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 与自然界真实彩色不完全相同 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 33 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 34 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 若像素值少于彩色图地址 可由微处理器程序填写 彩色RAM除了用于标色外 还可进行提取像素面 画面优先级控制 闪烁等功能 35 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 发挥光栅扫描的优点 36 电脑显示驱动卡 华硕显示卡 AGP V8200Ti500Series AGP V7700DeluxeTV 37 光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡 显示卡 videocard 负责将CPU送来的影像资料 data 处理成显示器 monitor 可以了解的格式 再送到萤光幕 screen 上形成影像 主要是由显示芯片 显示内存 显示BIOS VIDEOBIOS RAMDAC等构成 38 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 39 显卡结构示意图 40 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 41 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 VIDEORAM 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它与显示主芯片的关系 就像计算机的内存之于CPU一样 42 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 43 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 44 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 FrameBuffer 作用 存储屏幕上像素的颜色值也称刷新存储器 RefreshingBuffer 简称帧缓冲器 45 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 FrameBuffer 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 46 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 bitplane 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 47 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 48 位面技术 49 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 28 3 224 16777216种颜色 24位真彩色 光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡 50 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 51 光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡 工作原理RAMDACRAMDAC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 52 光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡 工作原理VIDEOBIOSVIDEOBIOS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 53 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 54 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 55 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1024 1024的显示器需要3 1024 1024 3145728 位的存储器 56 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640 480 则帧缓存每个单元可有24位 可能同时显示224种颜色若设分辩率为1024 768 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 57 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 upTable 或称彩色表 ColorTable 58 光栅扫描显示系统 电脑显示驱动卡 查色表 lookupTable 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28 256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 59 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 60 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