Видеосистема: Монитор, монитор, видеокарта, видеопамять. TV-тюнер

Жидкокристаллический монитор

 

Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран  из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений  изображение. Экран при этом разделен на независимые ячейки, каждая из которых  состоит из четырех частей (для  трёх основных цветов и одна резервная). Количество таких ячеек по широте и высоте экрана называют разрешением экрана.

Современные ЖК-мониторы имеют разрешение 642х480, 1280х1024 или 1024х768. Таким образом, экран имеет от 1 до 5 млн точек, каждая из которых  управляется собственным транзистором. По компактности такие мониторы не знают себе равных. Они занимают в 2 — 3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.

Газоразрядный экран

 

Газоразрядный экран (также  широко применяется английская калька «плазменная панель») — устройство отображения информации, монитор, использующее в своей работе явления электрического разряда в газе и возбуждаемого им свечения люминофора.

 

 

 

 Газоразрядный монитор

 

Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных  ячеек, заключенных между двумя  параллельными стеклянными поверхностями. В качестве газовой среды обычно используется неон или ксенон. Разряд в газе протекает между прозрачным электродом на лицевой стороне экрана и адресными электродами, проходящими по его задней стороне. Газовый разряд вызывает ультрафиолетовое излучение, которое, в свою очередь, инициирует видимое свечение люминофора. В цветных плазменных панелях каждый пиксель экрана состоит из трёх идентичных микроскопических полостей, содержащих инертный газ (ксенон) и имеющих два электрода, спереди и сзади. После того, как к электродам будет приложено высокочастотное напряжение, появится емкостной высокочастотный разряд. В межэлектродном пространстве образуется плазма. При этом она излучает ультрафиолетовый свет, который попадает на люминофоры в нижней части каждой полости. Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз зрителя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность — размер пикселя. Суб-пиксель плазменной панели имеет объём 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома — он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.

 

 

Газоразрядный индикатор

 

Наконец, требуется подобрать  правильные люминофоры. Они зависят  от требуемого цвета:

Зелёный: Zn2SiO4:Mn2+ / BaAl12O19:Mn2+

Красный: Y2O3:Eu3+ / Y0,65Gd0,35BO3:Eu3+

Синий: BaMgAl10O17:Eu2+

Три этих люминофора дают свет с длиной волны между 510 и 525 нм для зелёного, 610 нм для красного и 450 нм для синего.

Последней проблемой  остаётся адресация пикселей, поскольку, для получения требуемого оттенка нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх суб-пикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления суб-пикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние — в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, быстрее, чем сканирование лучом на ЭЛТ-мониторах. Тем не менее, многие зрители замечают мерцание плазменных экранов, особенно на больших светлых участках изображения. Лишь самые последние модели PDP (начиная, примерно, с 2009 года) не имеют этого недостатка (они мерцают на частотах 200-400 Гц, что совершенно незаметно для человеческих глаз).

Органический светодиод

 

Органический светодиод (англ. Organic Light-Emitting Diode (OLED) — органический светодиод) — прибор, изготовленный из органических соединений, которые эффективно излучают свет при пропускании через них электрического тока. Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев.

 

Монитор на основе органического светодиода

 

Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.

Схема 2х слойной OLED-панели: 1. Катод(−), 2. Эмиссионный слой, 3. Испускаемое  излучение, 4. Проводящий слой, 5. Анод (+)

 

Прибор не работает при  подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки  движутся к аноду, а электроны  в противоположном направлении  к катоду, и рекомбинации не происходит.

В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Для изготовления катода часто используют металлы, такие как алюминий и кальций, так как они обладают низкой работой выхода, способствующей инжекции электронов в полимерный слой.

Виртуальный ретинальный монитор

 

Виртуальный ретинальный  монитор (Virtual retinal display, VRD; retinal scan display, RSD) - технология устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза. В результате пользователь видит изображение, «висящее» в воздухе перед ним.

 

 Виртуальный ретинальный монитор

 

В предшественниках VRD изображение  формировалось непосредственно  перед глазом пользователя на маленьком «экране», обычно в виде больших очков. Неудобство этих систем было связано с малым углом обзора, большим весом устройств, необходимостью фокусировки глаза на определенной «глубине» и низкой яркостью.

Технология VRD стала возможной  благодаря нескольким разработкам. В частности, это появление LED-систем высокой яркости, позволившие видеть изображение при дневном свете, и появление адаптивной оптики.

Первые образцы VRD были созданы в Университете Вашингтона (Лаборатория технологий интерфейса пользователя) в 1991 году. Большая часть подобных разработок было связано с системами виртуальной реальности[2].

Позже возник интерес  к VRD как к устройству вывода для  портативных устройств. Рассматривался такой вариант использования: пользователь помещает устройство перед собой, система обнаруживает глаз и проецирует на него изображение, используя методы компенсации движения. В таком виде небольшое VRD-устройство могло бы заменить полноразмерный монитор.

Кроме указанных выше преимуществ, VRD, проецирующая изображение на один глаз, позволяет видеть одновременно компьютерное изображение и реальный объект, что может применяться для создания иллюзии «рентгеновского зрения» — отображения внутренних частей устройств и органов (при ремонте автомобиля, хирургии).

VRD, проецирующая изображение  на оба глаза, позволяет создавать  реалистичные трехмерные сцены. VRD поддерживает динамическую перефокусировку,  что обеспечивает более высокий  уровень реализма, чем у классических шлемов виртуальной реальности.

Видеокартa

 

 

Видеокарта (известна также  как графическая плата, графический  ускоритель, графическая карта, видеоадаптер) (англ. videocard) — устройство, преобразующее  изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для  монитора.

Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в разъём расширения, универсальный (PCI-Express, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) или специализированный (AGP), но бывает и встроенной (интегрированной) в системную плату (как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части северного моста чипсета или ЦПУ).

Наиболее распространенный видеоадаптер на сегодняшний день —  адаптер SVGA (Super Video Graphics Array — супервидеографический  массив), который может отображать на экране дисплея 1280х1024 пикселей при 256 цветах и 1024х768 пикселей при 16 миллионах цветов.

Видеокарта состоит из следующих  частей:

 

1. графический процессор (Graphics processing unit - графическое процессорное устройство) — занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики;
2. видеоконтроллер — отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Современные графические адаптеры обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый;
3. видеопамять — выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные;
4. цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, RAMDAC - Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) — служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор;
5. видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор.
6. система охлаждения — предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.

Правильная и полнофункциональная  работа современного графического адаптера обеспечивается с помощью видеодрайвера  — специального программного обеспечения, поставляемого производителем видеокарты и загружаемого в процессе запуска операционной системы. Так же как и видео-BIOS, видеодрайвер организует и программно контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.

С увеличением числа приложений, использующих сложную графику и видео, наряду с традиционными видеоадаптерами широко используются разнообразные устройства компьютерной обработки видеосигналов:

Фрейм-грабберы, которые  позволяют отображать на экране компьютера видеосигнал от видеомагнитофона, камеры, лазерного проигрывателя и т. п., с тем, чтобы захватить нужный кадр в память и впоследствии сохранить его в виде файла.

 

 

 

 

 

Видеосистема  компьютера

 

Видеосистема – обязательный компонент компьютера. Она предназначена для отображения на экране монитора видеоданных и состоит из платы видеоадаптера (видеокарты, графической платы) и дисплея (монитора).

 Изображение на  экране монитора состоит из  отдельных точек. Точки формируются  электронным лучом и располагаются  в виде строк. Монитор делает две независимых вещи: развертку луча и высвечивание отдельных точек, из которых строится изображение на экране. Управление монитором заключается в том, чтобы задать число точек в строке (разрешение по горизонтали), число строк на экране (разрешение по вертикали) и интенсивность каждого из трех основных цветов в каждой точке. Функцию управления монитором осуществляет видеоадаптер. Видеоадаптер передает в монитор три сигнала: видео сигнал, строчную синхронизацию, кадровую синхронизацию.

По сигналу горизонтальной (строчной) синхронизации происходит возврат луча с конца каждой строки к началу следующей, а сигнал вертикальной (кадровой) синхронизации определяет момент возврата луча из правого нижнего  угла экрана в верхний левый. Частоты генерации этих двух сигналов (измеряемые числом импульсов в секунду) необходимо знать для правильной установки и настройки X сервера. Частота вертикальной синхронизации обычно указывается в герцах и находится в пределах 50 - 180 Гц. Частота горизонтальной синхронизации задается в килогерцах и принимает значения в диапазоне от 31 до 64 Гц. Современные мониторы обычно являются многочастотными, то есть допускают выбор частот вертикальной и горизонтальной синхронизации из определенного диапазона допустимых значений. Некоторые мониторы (особенно дешевые) могут иметь несколько фиксированных значений допустимых частот.

Изображение для вывода на экран формируется в видеопамяти, которая физически расположена  на плате видеоадаптера, но входит в  общее адресное пространство оперативной памяти компьютера. Изображение хранится в памяти в цифровом виде, и преобразование его в аналоговый сигнал RGB является одной из основных задач видеоадаптера, для чего на плате видеоадаптера обычно ставится цифро-аналоговый преобразователь - ЦАП. Количество возможных цветов для каждой точки, очевидно, ограничено тем, сколько различных уровней сигнала для каждого луча может сформировать видеоадаптер, а также объемом видеопамяти. Но обычно выходные сигналы видеоадаптера обеспечивают число уровней, достаточное для отображения картинки, записанной в видеопамять, так что определяющим параметром становится именно ее объем.