Графические дисплеи с ЭЛТ

По приципу работы графические дисплеи подразделяются на дисплеи с произвольным сканированием экрана и растровые.

Дисплеи с произвольным сканированием подразделяются на точечные и векторные. В точечных изображение формируется из отдельных точек, а в векторных изображение составляется из отрезков прямых (векторов) и кривых линий. Обобщенная структурная схема векторного дисплея имеет вид:

ЗУР – ЗУ регенерации

ГФ – генератор функций

ДП – дисплейный процессор

Мн – монитор

БСК – блок связи с каналом

Дисплейный файл хранится в ЗУР. Графические данные от ДП поступают в ГФ, где они преобразуются в параметрические аналоговые сигналы Ux(t), Uy(t) и Uz(t), являющиеся входными для монитора. Такой способ формирования изображения называется параметрическим, так как координаты X и Y являются функциями параметра t. При постоянной частоте регенерации яркости линий в отличие от яркости точек зависит не от одного, а двух параметров: управляющего сигнала модулятора Uz(t) и скорости движения луча. Чтобы яркость линий была постоянной, достаточно выполнить условие постоянства скорости движения луча:

В этом случае предусмотренные в дисплейном файле градации яркости можно обеспечить различными значениями сигнала Uz(t) подаваемого на модулятор. Периодически изменяя Uz(t) получают различные типы линий (пунктирная, штрих-пунктирная).

Объем отображаемой графической информации достаточно точно можно оценить суммарной длиной траектории, которую луч проходит за время кадра Тк:

где n – количество векторов, l_i длина I-го вектора

Для отображения графических сегментов используется не все время кадра Тк, а только его часть:

DTп - время потерь, время, затрачиваемое на операции управления и подготовительные операции в генераторе функций. Тогда:

-скорость луча.

Обычно время регенерации Тр = 1/f_Р больше времени кадра: Тр>Тк>Тг. Например, пусть f_Р = 50 Гц, DTл=0, Тр=Тк=20мс, Vл=10 мм/мкс тогда суммарная длина составит Lк=200м. В реальных устройствах DТп¹0, причем временные потери DТп увеличиваются чем больше n и короче векторы, следовательно, Lк уменьшается.

Качество графики дисплея в основном зависит от точности стыковки векторов и отклонений от расчетной траектории. Точность стыковки векторов прежде всего определяется задержками и помехами в цепях управления яркостью Uz(t). Отклонение от расчетной траектории часто приводит к дрожанию изображения на экране в том случае, когда помехи несинхронизированы в кадре, т.е. в каждом кадре они имеют различный вид. Источниками помех обычно являются блоки питания. Чтобы снизить эффект дрожания, начало кадра часто синхронизируют сетевым напряжением, например, с моментом его перехода через нуль.

Генератор функций ГФ представляет собой графический процессор, формирующий так называемый графические примитивы – точка, вектор, дуга и т.п. Для генерации вектора используется уравнение прямой

B_n и А_n – разности координат концов вектора.

B_n-1 и А_n-1 – координаты начала вектора.

Для генерации дуг используются уравнение окружности:

, - координаты центра дуги (окружности)

- радиус дуги

Генераторы примитивов (вектор и дуг) должны быть быстродействующими (их собственная частота достигает 100 кГц) поэтому строятся на аналого-цифровой элементной базе, в частности, для их построения используются интеграторы с цифровым управлением и цифро-аналоговым управлением и цифро-аналоговые преобразователи. Причем обмен информацией между графическим процессором и дисплейным процессором осуществляется асинхронным способом, так как в этом случае обеспечивается наибольшая производительность.

По способу задания координат вектора различают дисплеи с заданием абсолютных координат начала и конца вектора и дисплеи, в которых векторы могут быть заданы абсолютными и относительными координатами. Способ задания координат определяет структуру и функции дисплейного процессора, форматы и номенклатуру дисплейных команд. Задание относительных координат выгодно тем, что, например, при перемещении изображения достаточно изменить только те дисплейные команды описания графического примитива, которые задают координаты начальной точки. Остальные координаты вектора будут вычисляться ДП относительно их текущих значений.

При сокращении длины вектора в пределе вектор становится точкой. При точечном режиме дисплейная программа по своей структуре наиболее проста, однако значительно возрастают потери времени DTn так как количество “векторов” n растет и до предела уменьшается их длина li.

Растровые графические дисплеи можно разделить на квазиграфические и полиграфические.

Растровые квазиграфические дисплеи или дисплеи с укрупненными графическими элементами имеют ту же структуру, что и алфавитно-цифровые дисплеи, в которых алфавит дополнен набором графем – стандартных графических примитивов, формируемых в пределах знакоместа. Кодируются и отображаются графемы аналогично знакам.

Достоинство квазиграфических дисплеев – простота их структурной организации, а недостаток заключается в ограниченных графических возможностях из-за недостаточного количества графем и их фиксированного положения в пределах знакоместа.

В растровых полиграфических дисплеях элементом изображения является совокупность (композиция) точек – ПЭЛ, представляющий собой матрицу примитивов точек – пикселей. Каждой ячейке ЗУ-битовая карта однозначно соответствует определенная точка на экране. Изображение фиксируется на растре, представляющем совокупность горизонтальных растровых строк, каждая из которых состоит из отдельных ПЭЛов. Для обеспечения высокого качества графики необходимо повышать скорость луча и разрешающую способность. Например, при длительности цикла горизонтальной развертки 19 мкс частота синхроимпульсов должна быть не менее 120МГц. Таким образом, для систем отображения высокого разрешения необходимы специальные высокочастотные блоки формирования видеосигнала и горизонтальной развертки.

Структурная схема полнографического растрового дисплея имеет вид:

РП – растровый процессор

РЗУ – растровое ЗУ

Мн – монитор

ЗУ – запоминающее устройство

БСК – блок связи с каналом

ДП – дисплейный процессор

Основной функцией РП является преобразование векторного описания графического образа в растровое, т.е. получение совокупности точек изображающих вектор по его начальной и конечной точкам в принятой координатной сетке (получение вектор-растра)

В случае, если графическим сегментом является символ или другой графем обычно включается квазиграфический режим и данные в РЗУ переносятся из ПЗУ генератора знаков, который находится в РП.

Для получения на экране монитора цветных изображений используют специальные масочные ЭЛТ, в которых экран покрыт мелкодисперсным люминофором трех цветов: красного, синего и зеленого. Внутри цветной ЭЛТ находятся три электронные пушки с раздельным управлением лучами. Видеоконтроллер и отклоняющая система одновременно создают три изображения: красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов, которые затем смешиваются. Если их интенсивность одинакова, то элемент изображения (ПЭЛ) имеет белый цвет. Предположим, что в каждом цвете можно задавать 2^q градаций яркости, тогда количество цветовых оттенков равно 2^3q . Например, при q=4 получаем 4096 цветовых оттенков. Следует отметить, что при большом q возникают проблемы с построением растрового ЗУ, уже для отображения 256 цветовых оттенков требуется РЗУ емкостью около 1 Мбайт с временем обращения менее 20 нс. При построении памяти регенерации приходится решать задачу рационального удовлетворения двух компромиссных требований: большого объема и высокого быстродействия. Поток информации на входе цветного монитора составляет около байт/с. Эта величина на один-два порядка может превышать производительность растрового процессора. Поэтому часто РЗУ имеет трехуровневую структуру: два кадровых ЗУ (КЗУ) и на третьем уровне ЗУ цветности. Такая структура позволяет без остановки процесса регенерации изменять содержимое памяти регенерации. Обновление данных в КЗУ производиться в течение нескольких кадров (до 5 и более), поэтому требования к быстродействию КЗУ снижаются. В режиме регенерации данные из КЗУ параллельно записываются в сдвиговые регистры.

Дата добавления: 2014-12-25