5. Принципы отображения информации

5.1. Растровый принцип отображения информации

В системах отображения информации (СОИ) в данное время наиболее часто используют растровый метод.  

Средства отображения, которые используют растр, называют СОИ растрового типа.  

Сущность растрового метода формирования изображения состоит в том, что для управления электронным лучом используется развертка, а подсветка элементов изображение на экране осуществляется при движении луча по строкам в соответствующие промежутки времени. 

Рис. 5.1. Прогрессивная развертка   

На рис. 5.1 изображенный растр, образованный линейной прогрессивной разверткой, при которой полный растр образуется за один период кадровой развертки Т_к. Развертка изображения создается одновременным движением луча по горизонтали вдоль оси Х и по вертикали вдоль оси Y. Движение луча по горизонтали называют строчной разверткой, а прочерчиваемые при этом линии – строками. Перемещение луча по вертикали называют кадровой разверткой, в результате которой все строки располагаются одна над другой. Строчная и кадровая развертки осуществляются формированием отклоняющих сигналов Х, Y (рис. 5.2) напряжений для электростатической отклоняющей системы или токов для магнитной. Отклоняющие сигналы формируются генераторами строчной и кадровой разверток.

Частота кадровой развертки  f_k=1/T_k для ЭЛТ с малым временами послесвечения должна быть больше критической частоты мелькания. Как правило, частоту f_k выбирают равной частоте сети переменного тока, исключая этим эффекты перемещения по экрану создаваемой ею помехи. Частота f_z и период T_z срочной развертки (f_z=1/T_z) выбирают из условия

F_z = Z f_k,

где Z – число строк в кадре, которые определяют разрешаемую способность СОИ по вертикали.  

В телевидении стандартом принято Z=625. В высококачественных СОИ распространена так называемая многострочная развертка с Z=1000 и более.  

Период строчной развертки Т_z включает в себя время прямого хода луча по строке Т_zп и время обратного хода Т_zo. Изображение формируется за время прямого хода. Отношение Т_zo/Т_z=a_z называется коэффициентом обратного хода строчной развертки. Соответственно при известных значениях Т_z и a_z определяется Т_zп=Т_z×(1-a_z). Для стандарта телевидения a_z=0.18.  

Рис. 5.2. Временные диаграммы строчной Х и кадровой Y разверток   

Период кадровой развертки Т_к=Т_ко+Т_кп, где Т_кп и Т_ко – время прямого и обратного ходов кадровой развертки.

Отношение Т_ко/T^k=a_k называется коэффициентом обратного хода кадровой развертки. Число телевизионных строк, которые формируются за время прямого хода луча, Z_n=(1-a_k)×Z.  

Для стандарта телевидения a_к=0.08  

На рис.5.3. показанный телевизионный растр, который образован черезстрочной разверткой, которая предусматривает формирование одного кадра изображения из двух полей, передаваемых последовательно. В первом поле вычеркиваются нечетные, а во втором – четные строки растра (последние на рисунке показаны штрихпунктирными линиями). Дискретное смещение изображения на одну строку в каждом поле не фиксируется глазом через инерционности к восприятию перемещения объектов в поле зрения, если частота изменения изображений не менее 15-16 Гц. Поэтому при выборе частоты кадров f_k=25Гц обеспечивается слитность восприятия изображение двух полей. В то же время воспроизведение изображения в каждом поле с частотой f_п=2f_k=50Гц исключает мерцание яркости, так как выполняется требование f_п³f_кчм.   

Рис. 5.3. Реестр при черезстрочной развертке   

Уменьшение частоты кадров в два раза по сравнению с прогрессивной разверткой при том же числе строк в кадре приводит к двукратному уменьшению частоты строчной развертки и требуемой полосы пропускания видеоусилителя. Для формирования чересстрочной развертки необходимо обеспечить следующие условия: число строк в кадре должно быть нечетным, т.е. Z=2×m+1, где m – целое число; частоты строчной развертки должны быть жестко связанные между собой условием 2f_z=Z_fп=(2m+1)f_п.  

В результате выполнения этих условий второе поле начинается из половины строки и все строки оказываются смещенными по вертикали относительно строк первого поля.  

Чересстрочная развертка используется в телевизионных трансляциях и в ряде промышленных телевизионных установок. В СОИ рекомендуется использовать прогрессивную развертку, при которой отсутствуют чересстрочные мелькания, которые приводят к утомлению зрения оператора.  

К преимуществам СОИ растрового типа относятся: универсальность, которая разрешает отображать все виды информационных моделей; возможность совмещения информационных моделей, которые формируются методом электронного синтеза (знакогенерации), с полутоновыми изображениями, получаемые с помощью телевизионных камер.  

При формировании изображения наименьшими элементами есть точки. Они размещаются вдоль каждой строки на фиксированных местах. Для монохромных индикаторов каждой точке изображения соответствует ячейка запоминающего устройства, куда заносят 1 или 0 в зависимости от того, должна ли точка подсвечиваться или нет. Количество строк и точек в строке как правило выбирают кратным 2^к, что отвечает структуре микросхем памяти и существенно упрощает схему интерфейса.  

Изображение на экране формируют видеосигналами, которые для каждой точки передают информацию, извлекаемую из видеопамяти синхронно с разверткой.  

Для получения полутонового изображения видеопамять включает несколько одинаковых слоев. При формировании изображения данные считываются параллельно со всех слоев и подаются на цифро-аналоговый преобразователь с числом разрядов, которое соответствует количеству слоев.  

Разрешающая способность цветных мониторов определяется в отличие от черно-белых физическими размерами триад люминофорных зерен на экране.  

При синхронном формировании изображения значение прямых кодовых элементов (ПКЭ) формируются синхронно с ходом строчной развертки и подаются на управляющие входы (R,G,B) ТВ монитора. Система может выполнять изменение кадров изображение с частотой ТВ развертки, однако этот способ характеризуется значительными аппаратными затратами.  

Асинхронный способ предусматривает буферизацию массива значений ПКЭ элементов изображения в видеопамяти (ВП). Распределение процедур формирования и регенерации изображения снимают ограничение на сложность формируемых изображений. Второе важное преимущество – возможность регистрации и отображение быстротечных процессов. В большинства случаев интерес представляет не сам процесс, а конечный результат или трасса состояний, которая может быть изображена с значительно большей точностью, чем в синхронных системах.  

Высокая производительность асинхронных систем генерации изображений обеспечивается: использованием высокопроизводительных графических процессоров; дополнительной обработкой ПКЭ непосредственно перед выводом на монитор.

Контрольные  вопросы.

1.  Какие типы разверток вам известны?  

2.  Приведите основные параметры прогрессивной развертки.  

3.  В каких случаях используют синхронную и асинхронную растровые развертки?

     Содержание