計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與顯示 第六講 光柵掃描系統(tǒng)

1、計(jì)算機(jī)圖形顯示技術(shù)主講：1 隨機(jī)掃描 線段法字符產(chǎn)生器數(shù)字5的分解產(chǎn)生數(shù)字5的波形2 光柵掃描顯示系統(tǒng)文字顯示系統(tǒng)圖形顯示器電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡3 光柵掃描顯示系統(tǒng)光柵掃描又稱為電視掃描其工作過程是：電子束受偏轉(zhuǎn)部件的控制，不斷從左到右、從上到下將圖像逐行逐點(diǎn)的掃描到顯示屏上，通過控制電子束的強(qiáng)弱產(chǎn)生黑白灰度等級(jí)或彩色的圖像整個(gè)顯示屏面掃描線為 行，每一行又可以分為 個(gè)小點(diǎn)。這樣，整個(gè)屏面為 個(gè)點(diǎn)陣，每個(gè)小點(diǎn)稱為像素4 光柵掃描顯示系統(tǒng)光 柵 掃 描 繪 圖 過 程5 光柵掃描顯示系統(tǒng)光柵掃描系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)6 光柵掃描顯示系統(tǒng)光柵掃描系統(tǒng)缺點(diǎn)光柵掃描的速度不如隨機(jī)掃描光柵掃描顯示要求提供視頻信息，而計(jì)算機(jī)

2、處理的結(jié)果往往是直線、曲線和字符指令數(shù)據(jù)。將這些指令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合光柵掃描體制的視頻信息，就需要進(jìn)行掃描變換掃描變換的方式有兩種：數(shù)字方式和模擬方式。在計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)中，采用數(shù)字方式7 光柵掃描顯示系統(tǒng)光柵掃描顯示從功能上分為文字（包括漢字）、圖形和圖像顯示3種類型文字顯示多用于計(jì)算機(jī)終端、自動(dòng)化管理方面圖形顯示（含文字顯示）多用于計(jì)算機(jī)圖形顯示系統(tǒng)、自動(dòng)化管理、過程控制，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方面圖像顯示往往與圖形顯示兼容，多用于圖像傳輸、圖像處理，以及電視圖像顯示等方面8 光柵掃描顯示系統(tǒng) 文字顯示系統(tǒng)文字顯示顯示器能向計(jì)算機(jī)輸入各種數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示，還能對(duì)顯示的內(nèi)容進(jìn)行編輯和指示工作文字顯

3、示器畫面上所顯示的文件內(nèi)容，一方面可以來(lái)自計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果，另一方面可能來(lái)自“人-機(jī)”交互裝置9 光柵掃描顯示系統(tǒng) 文字顯示系統(tǒng)CPU將要顯示字符的ASC值及屬性值送入刷新緩沖區(qū)，其中第一個(gè)字節(jié)用來(lái)保存字符的ASC碼值，第二個(gè)字節(jié)則是用來(lái)存放字符的屬性值(如前景色及背景顏色、閃爍等)然而，在顯示器上顯示的所有內(nèi)容都是以點(diǎn)形式出現(xiàn)，所以必須把刷新緩沖區(qū)中保存的字符信息(每個(gè)字符兩個(gè)字節(jié))轉(zhuǎn)換成可供顯示器直接使用的矩形點(diǎn)陣字符10 文字顯示系統(tǒng)移位寄存器S L字符發(fā)生器( ROM)加載控制水平消隱行間消隱垂直消隱水平同步電路垂直同步電路點(diǎn)振蕩器點(diǎn)計(jì)數(shù)器水平地址計(jì)數(shù)器光柵地址計(jì)數(shù)器垂直地址計(jì)數(shù)器定時(shí)

4、控制電路垂直同步信號(hào)水平同步信號(hào)字符時(shí)鐘代碼控制OSCVRAM19180+1819+5125+1視頻信號(hào)RA3 - RA011 文字顯示系統(tǒng)0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 00 1 0 00 1 0 10 1 1 01 1 1 10 1 1 10 0 1 110H28H44H82H82HFEH82H82H00H字符發(fā)生器( R O M )ASCII字符代碼84RA3 - RA0(a) “ A ”的點(diǎn)陣表示(b)字符發(fā)生器的結(jié)構(gòu)(來(lái)自VRAM)(來(lái)自光柵地址計(jì)數(shù)器輸出)RA3 -RA0D7D0D7D0ASCII代碼(41H)指向這個(gè)字形12 光柵掃描顯示系統(tǒng) 圖形顯示系統(tǒng)文字顯示系統(tǒng)

5、的顯示格式是固定的，能夠顯示的文字或圖形符號(hào)的形態(tài)都預(yù)先存入字符庫(kù)中圖形顯示系統(tǒng)顯示的圖形是千變?nèi)f化的，不可能預(yù)先存入ROM中，而要實(shí)時(shí)生成畫面，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜顯示屏面像素點(diǎn)陣數(shù)是衡量光柵掃描顯示器分辨率高低的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)光柵掃描顯示的分辨率取決于顯像管器件13 光柵掃描顯示系統(tǒng) 圖形顯示系統(tǒng)圖形顯示組成框圖14 光柵掃描顯示系統(tǒng) 圖形顯示系統(tǒng)圖像存儲(chǔ)器圖像存儲(chǔ)器存放的是彩色或輝度等級(jí)的顯示畫面，器讀寫規(guī)律是一次加工寫入，重復(fù)刷新讀出顯示圖像存儲(chǔ)器的容量大小和屏面像素、顯示彩色種類、輝亮等級(jí)有關(guān)為使圖像存儲(chǔ)器能正常地存儲(chǔ)、緩沖和再生畫面的圖像，其讀出和寫入是交叉進(jìn)行的15 光柵掃描顯示系統(tǒng) 圖形顯

6、示系統(tǒng)圖像存儲(chǔ)器圖像存儲(chǔ)器本身的參數(shù)有：地址、字長(zhǎng)和讀寫周期存儲(chǔ)地址由畫面上的像素量和存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)方式來(lái)決定存儲(chǔ)字長(zhǎng)由圖像存儲(chǔ)器每個(gè)像素上的信息量和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)方式來(lái)決定讀寫周期由光柵形成的時(shí)間決定16 光柵掃描顯示系統(tǒng) 圖形顯示系統(tǒng)假彩色技術(shù)計(jì)算機(jī)圖形顯示的彩色是由人工定義的，與自然界真實(shí)彩色完全不相同，稱之為假彩色它可以增強(qiáng)顯示效果和增加彩色顯示的數(shù)量它可由兩種方法實(shí)現(xiàn)：以只讀存儲(chǔ)器（EPROM）構(gòu)成、以快速隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）構(gòu)成17 光柵掃描顯示系統(tǒng) 圖形顯示系統(tǒng)以只讀存儲(chǔ)器（EPROM）構(gòu)成在任何輸入像素的輝度等級(jí)上進(jìn)行3個(gè)獨(dú)立的變換R、G、B等3種變換函數(shù)分別固化在只讀存儲(chǔ)器中函數(shù)存

7、儲(chǔ)器輸出經(jīng)D/A變換，放大分別驅(qū)動(dòng)R 、G、B等3個(gè)輝亮信號(hào)18 光柵掃描顯示系統(tǒng) 圖形顯示系統(tǒng)以快速隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）構(gòu)成RAM中存放所需要顯示的彩色數(shù)值和占用地址空間的多少?zèng)Q定可在顯示屏上能同時(shí)顯示的彩色數(shù)量彩色圖地址數(shù)據(jù)來(lái)自圖像存儲(chǔ)器RAM中讀出的像素值19 光柵掃描顯示系統(tǒng) 圖形顯示系統(tǒng)掃描同步控制（顯示控制器）光柵掃描分為逐行掃描和隔行掃描逐行掃描適合文字和線條圖形的顯示，以取得高質(zhì)量的顯示效果掃描方式由同步控制工作的，特別是讀取畫面存儲(chǔ)器中的顯示畫面，必須和掃描同步光柵掃描顯示的視頻輸出信號(hào)占多少，適當(dāng)?shù)亟M織圖像存儲(chǔ)器的掃描讀出，易實(shí)現(xiàn)多屏擴(kuò)展、一機(jī)多畫面顯示，發(fā)揮岡山掃描的優(yōu)點(diǎn)

8、20 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡華碩顯示卡AGP-V8200 Ti500 Series AGP-V7700DeluxeTV 21 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡顯示卡主要是由顯示芯片、顯示內(nèi)存、顯示BIOS(VIDEO BIOS)、RAM DAC等構(gòu)成22 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理應(yīng)用程序發(fā)出繪圖命令解析成顯示處理器可接受命令格式存放在刷新存儲(chǔ)器中刷新存儲(chǔ)器中所有的繪圖命令組成一個(gè)顯示文件由顯示處理器負(fù)責(zé)解釋執(zhí)行(刷新)視頻控制器控制驅(qū)動(dòng)電子槍在屏幕上繪圖修改圖形，實(shí)際是修改顯示文件中的某些繪圖命令 23 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理顯示主芯片顯卡的核心，俗稱GPU 代替CP

9、U完成部分圖形處理功能，掃描轉(zhuǎn)換、幾何變換、裁剪、光柵操作、紋理映射等等各圖形函數(shù)基本上都集成在這里24 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理刷新緩沖存儲(chǔ)器(VRAM)也稱視頻存儲(chǔ)器(VIDEO RAM)或顯示存儲(chǔ)器存儲(chǔ)將要顯示的圖形信息保存圖形運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)他與顯示主芯片的關(guān)系，就像計(jì)算機(jī)的內(nèi)存之于CPU一樣25 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理刷新緩沖存儲(chǔ)器(VRAM)用來(lái)存儲(chǔ)要顯示內(nèi)容的屬性值，刷新存儲(chǔ)器容量的大小，直接影響顯示器所能顯示的顏色數(shù)和分辨率屏幕上看到的圖像數(shù)據(jù)都是存放在顯存里的，顯卡達(dá)到的分辨率越高，在屏幕上顯示的像素點(diǎn)就越多，要求顯存的容量就越大26 光柵掃描

10、顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理刷新緩沖存儲(chǔ)器(VRAM)所用存儲(chǔ)器的類型直接影響顯示系統(tǒng)的顯示速度和性能VRAM 與DRAM相似，它們的不同之處是：DRAM芯片只有一個(gè)數(shù)據(jù)口，通過這個(gè)口又要讀又要寫，而VRAM芯片的讀寫口是分開的，所以它的速度快些現(xiàn)在一些高檔的顯示卡上都安裝了SGRAM的顯示內(nèi)存，這是專門為顯示卡設(shè)計(jì)的，其速度要比用做計(jì)算機(jī)內(nèi)存的SDRAM還要快27 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理幀緩沖存儲(chǔ)器（Frame Buffer)作用：存儲(chǔ)屏幕上像素的顏色值也稱刷新存儲(chǔ)器(Refreshing Buffer)簡(jiǎn)稱幀緩沖器28 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理幀緩沖存

11、儲(chǔ)器（Frame Buffer)幀緩存中單元數(shù) 目與顯示器上像 素的數(shù)目相同單元與像素一一 對(duì)應(yīng)各單元的數(shù)值決定了其對(duì)應(yīng)像素的顏色顯示顏色的種類與幀緩存中每個(gè)單元的位數(shù)有關(guān)29 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡位面技術(shù)顯存分成若干顏色的位平面（bit plane）各平面上相同位置的每一位和屏幕上的一個(gè)像素對(duì)應(yīng)同一像素點(diǎn)在各位面占同一地址不同位面上同一像素地址中的內(nèi)容決定像素的顏色30 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡位面技術(shù)色平面越多，可表達(dá)的色彩越豐富增加一個(gè)位面，色彩就增加一倍而存儲(chǔ)器寫操作程序無(wú)需重新計(jì)算新地址程序兼容性好31N位寄存器電子槍CRT光柵有N個(gè)位面的幀緩存2NDAC0100

12、0102N-1灰度等級(jí)寄存器藍(lán)色槍幀緩存DAC0001CRT光柵01DACDAC紅色槍綠色槍 位面技術(shù)32位面技術(shù)紅綠藍(lán)三個(gè)位面，組合成8種 顏色增加一個(gè)亮度位面，形成16 種顏色若有24個(gè)位面（每種基色8 個(gè)位面）可同時(shí)顯示(28)3 =224=16777216種顏色（24位真彩色）紅綠藍(lán)Black000Blue001Green010Cyan011Red100Magenta101Yellow110White111 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡33 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理RAMDAC視頻存儲(chǔ)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器主要作用是把刷新存儲(chǔ)器中產(chǎn)生的像素的顏色值擴(kuò)充為彩色混合值，然后轉(zhuǎn)換

13、成紅、綠、藍(lán)三路模擬彩色信號(hào)34 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理RAMDACRAM DAC就是將刷新存儲(chǔ)器中以二進(jìn)制形式保存的數(shù)字型像素顏色屬性值讀出來(lái)，進(jìn)行擴(kuò)充變換成模擬顯示器能夠接收的彩色模擬信號(hào)，即將數(shù)字型彩色信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬型彩色信號(hào)，送給顯示器刷新屏幕內(nèi)容35 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理VIDEO BIOSVIDEO BIOS里包含了顯示芯片和驅(qū)動(dòng)程序間的控制程序、產(chǎn)品標(biāo)識(shí)等信息這些信息一般由顯卡廠商固化在ROM芯片里，還存放了ASC碼字符集中字符和圖形的點(diǎn)陣VGA插座與顯示器相連，以便將顯示結(jié)果輸出到屏幕上36 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理總線接口

14、與主板連接的接口主要有ISA、EISA、VESA、PCI、AGP等幾種ISA和EISA總線帶寬窄、速度慢，VESA總線擴(kuò)展能力差，這三種總線已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰現(xiàn)在常見的是PCI和AGP接口37 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡工作原理顯示卡與顯示器連接插座顯示器與顯示卡的 連接插頭顯示方式數(shù)據(jù)線定義38 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡顯存容量分辨率M*N、顏色個(gè)數(shù)K與顯存容量V的關(guān)系3個(gè)位面分辯率是10241024的顯示器需要310241024（3145728）位的存儲(chǔ)器39 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡顯存容量若存儲(chǔ)器位長(zhǎng)固定，則屏幕分辯率與同時(shí)可用的顏色種數(shù)成反比1兆字節(jié)的幀緩存若設(shè)分辯率為640480，則幀緩存每個(gè)單元可有24位，可能同時(shí)顯示224種顏色若設(shè)分辯率為1024768，則每個(gè)單元分得的位數(shù)僅略多于8，只能工作于256色顯示模式下40 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡顯存容量高分辨率和真彩要求有大的顯存1024*768真彩模式需要3M字節(jié)顯存解決方法采用查色表(Look-up Table）或稱彩色表(Color Table)41 光柵掃描顯示系統(tǒng) 電腦顯示驅(qū)動(dòng)卡查色表（look up Table）是一維線性表，其每一項(xiàng)的內(nèi)容對(duì)應(yīng)一種顏色，它的長(zhǎng)度由幀緩存單元的位數(shù)決定，例如：每單元有8位，則查色表的長(zhǎng)度