5. Принципи відображення інформації

5.1. Растровий принцип відображення інформації

В системах відображення інформації (СВІ) на даний час найбільш часто використовують растровий метод .  

Засоби відображення, що використовують растр, називають СВІ растрового типу.  

Сутність растрового методу формування зображення полягає в тому, що для керування електронним променем використовується розгортка, а підсвічування елементів зображення на екрані здійснюється при русі променя по рядкам в відповідні проміжки часу. 

Рис. 5.1. Прогресивна растрова розгортка   

На На рис. 5.1 зображений растр, утворений лінійною прогресивною розгорткою, при якій повний растр утворюється за один період кадрової розгортки Т_к. Розгортка зображення створюється одночасним рухом променя по горизонталі вздовж осі Х і по вертикалі вздовж осі Y. Рух променя по горизонталі називають рядковою розгорткою, а накреслені при цьому лінії – рядками. Переміщення променя по вертикалі називають кадровою розгорткою, в результаті якої всі рядки розміщуються один над другим. Рядкова та кадрова розгортки здійснюються формуванням відхиляючих сигналів Х, Y (рис. 5.2) напруг для електростатичної відхиляючої системи або струмів для магнітної. Відхиляючі сигнали формуються генераторами рядкової і кадрової розгорток.

Частота кадрової розгортки f_k=1/T_k для ЕПТ з малим часом післявисвічування повинна бути більша критичної частоти мерехтіння. Як правило частоту f_k вибирають рівною частоті мережі змінного струму, виключаючи цим ефекти переміщення по екрану утворюваних нею завад. Частота f_z і період T_z строкової розгортки (f_z=1/T_z) вибирають з умови

F_z = Z f_k,

де Z – число рядків в кадрі, що визначають розподільну здатність СВІ по вертикалі.  

В телебаченні стандартом прийнято Z=625. В високоякісних СВІ розповсюджена так звана багаторядкова розгортка з Z=1000 і більше.

Період рядкової розгортки Т_z включає в себе час прямого ходу променя по рядку Т_zп і часу зворотного ходу Т_zo. Зображення формується за час прямого ходу. Відношення Т_zo/Т_z=a_z називається коефіцієнтом зворотнього ходу рядкової розгортки. Відповідно при відомих значеннях Т_z і a_z визначається Т_zп=Т_z•(1-a_z). Для стандарту телебачення a_z=0.18.  

Рис. 5.2. . Часові діаграми рядкової Х та кадрової Y розгорток   

Період кадрової розгортки Т_к=Т_ко+Т_кп, де Т_кп і Т_ко – час прямого і зворотнього ходів кадрової розгортки.

Відношення Т_ко/T^k=a_k називається коефіцієнтом зворотнього ходу кадрової розгортки. Число телевізійних рядків, що формуються за час прямого ходу променя, Z_n=(1-a_k)•Z.  

Для стандарту телебачення a_к=0.08  

На рис 5.3. показаний телевізійний растр, що утворений черезрядковою розгоркою, яка передбачає формування одного кадру зображення з двох полів які передаються послідовно. В першому полі викреслюються непарні, а в другому – парні рядки растра (останні на рисунку показані штрихпунктирними лініями). Дискретне зміщення зображення на один рядок в кожному полі не фіксується оком через інертність до сприйняття переміщення об'єктів в полі зору, якщо частота зміни зображень не менше 15-16 Гц. Тому при виборі частоти кадрів f_k=25Гц забезпечується злитість сприйняття зображення двох полів. В той же час відтворення зображення в кожному полі з частотою f_п=2f_k=50Гц виключає мерехтіння яскравості, так як виконується вимога f_п≥f_кчм.   

Рис. 5.3. Растр при черезрядковій розгортці   

Зменшення частоти кадрів в два рази в порівнянні з прогресивною розгорткою при тому ж числі рядків в кадрі приводить до подвійного зменшення частоти рядкової розгортки і смуги пропускання відеопідсилювача, яка є необхідною. Для формування черезрядкової розгортки необхідно забезпечити наступні умови: число рядків в кадрі повинно бути не парним, так як. Z=2•m+1, де m – ціле число; частоти рядкової розгортки повинні бути жорстко зв’язані між собою умовою 2f_z=Z_fп=(2m+1)f_п.  

В результаті виконання цих умов друге поле починається з половини рядка і всі рядки виявляються зміщеними по вертикалі відносно рядків першого поля.  

Черезрядкова розгортка використовується в телевізійних трансляціях і в ряді промислових телевізійних установок. В СВІ рекомендується використовувати прогресивну розгортку, при якій відсутні черезрядкові мерехтіння, які призводять до втоми зору оператора.  

До переваг СВІ растрового типу відносяться : універсальність, яка дозволяє відображати всі види ІМ; можливість суміщення інформаційних моделей, які формуються методом електронного синтезу (знакогенерації), з напівтоновими зображеннями, які отримуються за допомогою телевізійних камер.  

При формуванні зображення найменшими елементами є точки. Вони розміщуються вздовж кожного рядка на фіксованих місцях. Для монохромних індикаторів кожній точці зображення відповідає комірка запам’ятовуючого пристрою, куди заносять 1 або 0 в залежності від того, чи повинна точка підсвічуватись чи ні. Кількість рядків і точок в рядку як правило вибирають кратним 2^к, що відповідає структурі мікросхем пам’яті та суттєво спрощує схему інтерфейсу

Зображення на екрані формують відеосигналами, які для кожної точки передають інформацію, яку зчитують з відеопам’яті синхронно з розгорткою.  

Для отримання напівтонового зображення відеопам'ять включає кілька однакових шарів . При формуванні зображення данні зчитуються паралельно зі всіх шарів і подаються на цифро-аналоговий перетворювач з числом розрядів, яке відповідає кількості шарів.  

Розподільна здатність кольорових моніторів визначається на відміну від чорно-білих фізичними розмірами тріад люмінофорних зерен на екрані.  

При синхронному формуванні зображення значення прямих кодових елементів (ПКЕ) формуються синхронно з ходом рядкової розгортки і подаються на керуючі входи (R,G,B) ТВ монітора. Система може виконувати зміну кадрів зображення з частотою ТВ розгортки, однак цей спосіб характеризується значними апаратними затратами.  

Асинхронний спосіб передбачає буферизацію масиву значень ПКЕ елементів зображення в відеопам’яті (ВП). Розподіл процедур формування і регенерації зображення знімають обмеження на складність зображень що формуються. Друга важлива перевага – можливість регістрації і відображення швидкоплинних процесів. В більшості випадків інтерес представляє не сам процес, а кінцевий результат чи траса станів, яка може бути зображена з значно більшою точністю, ніж в синхронних системах.  

Висока продуктивність асинхронних систем генерації зображень забезпечується: використанням високопродуктивних графічних процесорів (ГПР); додатковою обробкою ПКЕ безпосередньо перед виводом на монітор.

Контрольні   запитання.

1.  Які типи розгорток вам відомі ?  

2.  Приведіть основні параметри прогресивної розгортки.  

3.  В яких випадках використовують синхронну та асинхронну растрові розгортки ?

     Зміст