Perifériák és meghajtóik Videó- és hangkártya
1
Elektromágneses spektrum
2
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] = m2 a besugárzott felület • Fénysűrűség: a szem által érzékelt, egy adott ponthoz tartozó és adott irányultságú sugárerősség nagysága. # ) "= , L = * ahol ν a sugárzás iránya és a sugárzó ! $%& ' felület normálisa közötti szög.
3
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
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
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
Szín és képalkotás LUT • A LUT a megjelenítendő szín bináris kódjához egy 0-255-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
Szín és képalkotás Gamma karakterisztika • • •
A monitor által sugárzott fénysűrűség és a 0…255-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
Szín és képalkotás A feldolgozó rendszer
9
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
A Videokártya A videokártya négy fő részből áll: • Alaplapi illesztő (adat és
Processzor Processzor hűtőbordák hűtőventillátor
memória
tápfeszültség)
• Monitor illesztő (végeredmény)
• Processzor (képernyőpontok kiszámítása)
• Memória (pontokról információ, illetve ideiglenes tárolt kész képek)
2013.03.22.
Alaplapi illesztés
PTE PMMK MIT
4. ELŐADÁS
11
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
A Videokártya ki- és bemenetek
22
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
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
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-hoz optimalizálják: ezért kell sokszor a DirectX-et vagy az OpenGL-t frissíteni
25
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
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
A Videokártya választás Hatékonyság függ: • GPU sebesség (MHz) • Memória busz mérete (bit) • RAM (MB) • Memória sebesség (MHz) • Memória sávszélesség (GB/s) • RAMDAC sebessége
28
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
A hangkártya • Néhány hangkártya nem tartalmaz külön-külön ADC-t és DAC-ot, hanem egy kódoló-dekódoló chip-et: CODEC-nek nevezik
2013.03.22.
PTE PMMK MIT
4. ELŐADÁS
30
A hangkártya • Az ADC során az analóg felvételt digitalizálni kell: mintavételi frekvencia+kvantálás
2013.03.22.
PTE PMMK MIT
4. ELŐADÁS
31
A hangkártya • A mintavételi frekvencia az analóg jelben található maximális frekvenciájú összetevő frekvenciáját befolyásolja (fmax < 2*fminta) • A DAC feladata épp az ellenkezője: diszkrét jelsorozatból folytonosat rekonstruálni
32
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
A hangkártya Hangok előállítása: • FM (Frequency Modulation): több, kül. frekvenciájú összetevőből állítja össze a hangot • WTS (Wave Table Synthesis): mintákat használ
34
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
A hangkártya Memória: • A videokártyához hasonlóan a hangkártya is rendelkezik memóriával a gyorsabb feldolgozás+ bufferelés miatt
36
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
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
