Dispositivos de Vídeo. Prof. Rafael Sandim

Transcrição

1 Dispositivos de Vídeo Prof. Rafael Sandim

2 Roteiro Conceitos Básicos Adaptadores de Vídeo Placas de Vídeo Tipos de Monitores Frequência Vertical e Frequência Horizontal

3 Conceitos Básicos Pixel Resolução Intensidade de Cores Dot Pitch Memória de Vídeo Entrelaçamento

4 Pixel Combinação das palavras Picture e Element; Menor elemento em um dispositivo de exibição ao qual pode-se atribuir uma cor; Menor ponto de uma imagem, o conjunto de Pixels compõem uma imagem; É formado por três cores: vermelho, verde e azul. Cada uma dessas podem ser representadas por 8bits cores podem ser representadas O Pixel não necessita ser quadrado.

5 Pixel

6 Resolução É o nível de detalhe que a imagem comporta; Quanto mais resolução, mais detalhes é possível ter. A resolução pode estar ligadas a tamanhos físicos (ex: linhas por milímetro); Porém, mais comum a contagem de pixels Uma imagem com mesma dimensão física pode ter resoluções diferentes: Devemos analisar a densidade de pixels pela área.

7 Intensidade de Cores Matiz é a característica que distingue uma cor São matizes: vermelho, verde e azul; Para mudar um matiz acrescenta-se outro; Tom/Brilho maior ou menor quantidade de luz presente na cor Quando se adiciona preto a determinado matiz, este se torna gradualmente mais escuro, essas gradações são chamadas escalas tonais; Saturação pureza espectral relativa da luz Alta saturação cor bem definida dentro da estreita faixa espectral Baixa Saturação com indefinida tendendo ao branco;

8 Dot Pitch É uma especificação da telas de computador (ou qualquer dispositivo baseado em pixels) que descreve a distância entre pontos; Dot Pitch é medido em milímetros; Para uma imagem de qualidade, o mínimo recomendado é um dot pitch igual ou menor que 0,28 mm;

9 Memória de Vídeo Aonde ficam os dados armazenados que serão exibidos na tela do monitor; resolução gráfica número de cores quantidade de memória de vídeo; Memória localizada na placa de vídeo; Em placas de vídeo moderna, a memória pode armazenar dados tridimensionais de informação, texturas, buffers, camadas de vídeo etc;

10 Entrelaçamento Técnica utilizada para montar o conteúdo da tela; Progressivo varre a tela uma única passada, transmitindo e exibindo todas as linhas da tela a cada atualização; Entrelaçado monta metade das linhas da tela, pares ou impares, formando a ilusão de uma resolução maior e transmitindo apenas metade da imagem formada; É uma ilusão de ótica, para aumentar a resolução;

11 Adaptadores de Vídeo MDA CGA EGA VGA SVGA S-VIDEO DVI HDMI

12 MDA Monocrome Display Adapter Mais primitivo Resolução 25x caracteres por tela Duas Cores!

13 CGA Color Graphics Adapter; 1981; IBM Primeiro padrão colorido; Palheta de 16 cores Resolução até 640x200 com 2 cores ou 320x200 com 4 cores; 16 kbytes de memória de vídeo; Bug da Neve não era dual-ported (originalmente);

14 EGA Enhanced Graphics Adapter; 1984; IBM Resolução até 640x350 com 16 cores simultâneas, de uma palheta de 64 cores; Total compatibilidade com CGA; Requisito mínimo para rodar: Windows 3.11

15 VGA Video Graphics Array; 1987; IBM Resolução: Modo: 640 x 480 com 256 cores simultâneas; Modo: 800 x 600 com 16 cores simultâneas; Palheta de cores de 6 bits para R, 6 bits para G e 6 bits para o B = total de 2^18 cores = cores; 256 Kbytes de memória de vídeo; Compatibilidade com CGA e EGA

16 SVGA SuperVideo Graphics Array; 1989; Video Electronics Standards Association; Evolução do VGA Paleta de cores de 8 bits para R, 8 bits para G e 8 bits para o B = total de 2^24 cores = cores; True-Color Resolução pode ser alterada no sistema operacional! Diversas resoluções

17 S-VIDEO Cabos de vídeo analógicos geralmente têm 2 fios: Um para os sinais de dados Um para o terra Todas as informações (brilho, cor etc) percorrem o mesmo fio: Problema: interferência do sinal

18 S-VIDEO SeparateVídeo ou SuperVídeo Luminosidade (preto e branco) Cor (RGB) Pior que vídeo componente e HDMI Permite resolução i Analógico Popular em países norte-americanos Muito comum em DVD e Placas de Vídeo Serve para conectar o computador no Televisor Cabos de 4 pinos: apenas imagem Cabos de 7 Pinos: áudio e imagem

19 DVI Digital Visual Interface; Digital Display Working Group (DDWG); Transporte de dados digitais não comprimidos para monitores LCD; É Digital! Não converte dados analógicos para transmissão; Existem três tipos de conexões DVI: DVI-D (digital); DVI-A (analógico); DVI-I (digital e analógico);

20 DVI: Qual a diferença entre os DVI? Os cabos DVI-D enviam o sinal de vídeo digital; Os cabos DVI-A enviam o sinal analógico de alta qualidade; DVI-A não é compatível com DVI-D e vice-versa; Cabos DVI-I são cabos compatíveis com ambos padrões; Cabos DVI-D podem ser conectados em monitores VGA? Não!

21 DVI: Single Link e Dual Link Existem dois tipos de DVI-D e DVI-I: Single Link e Dual Link Utilizam modo de transmissão de vídeo TMDS Dual Link Tem mais pinos Permite maior resolução Permite maior taxa de atualização Resolução Hz Resolução Hz Single Link Resolução Hz

22 DVI: TMDS Transition Minimized Differential Signaling Transmissão de dados protegida Menos problemas! Transmitem 2 sinais, o segundo invertido.

23 HDMI High-Definition Multimidia Interface Surgiu da necessidade de transmitir imagens de alta definição Transmite áudio e vídeo em um único cabo Totalmente Digital Maior qualidade Cabo mais compacto e de melhor encaixe Dois tipos de conectores: A e B

24 HDMI:A e B HDMI: A Possui 19 pinos Compatível com DVI-D HDMI: B 29 pinos Resoluções de altíssima qualidade Dual link transmissão dupla! Existem outros, até o E!

25 HDMI Lançado em 2002 Passou por diversas revisões! HDMI 1.0 Áudio e vídeo em um único cabo Velocidade 4.95Gbps Até 8 canais de áudio HDMI 1.1 (2004) Suporte ao padrão DVD-áudio HDMI 1.2 (2005) Suporte a One Bit Audio (Utilizado em computadores!)

26 HDMI HDMI 1.3 (2006) Aumenta a frequência para 340Mhz 10.2 Gbps Possibilidade de conectar em câmeras de vídeo portáteis Suporte a cores de 30, 36 e 48 bits Outras alterações em 1.3a e 1.3b (nov, 2007) HDMI 1.4 (2009) 3D por HDMI HDMI 2.0 (2013) 600Mhz 18 Gbps Hz Ver os quadros comparativos!

27 Placas de Vídeo Placas 2D Placas 3D

28 Placas 2D Placas de vídeo mais antigas Imagens Monitor Ideal para gráficos 2D Aplicações de escritório Acessar a internet Pouco processamento! Exemplos: Trident 9440 Trident 9680 Usadas por mais de uma década Problema: não lidam com gráficos 3D

29 Placas 2D - Trident 9440 Trident 9680

30 Placas 3D Utilizam 3 coordenadas: Largura Altura Profundidade Funcionalidade: Auxiliar o processador na criação e exibição de imagens tridimensionais; Utilizando em animações, efeitos especiais, criação de imagens, entretenimento etc; Gráficos mais reais!

31 Placas 3D: formação da imagem Imagem formada por polígonos (triângulos) Milhares de polígonos Quanto mais polígonos mais detalhes Cada polígono tem: Uma posição na imagem Um tamanho Uma cor A cor pode ser textura 2D Texturas não precisam estar em superfícies planas

32 Placas 3D: formação da imagem

33 Placas 3D: formação da imagem Processo de formação de imagem em 3 etapas: Desenho Descrição dos objetos Qual a forma? Qual a posição? Quais serão as cores usadas? Quais serão as texturas? Quais efeitos serão aplicados? Geometria Imagem é criada e armazenada na memória Renderização Transformar a imagem 3D em uma imagem bidimensional Grande quantidade de cálculos

34 Placas 3D O processador não daria conta de criar imagens tridimensionais sozinho e ainda executar tarefas relacionadas a outras aplicações. Precisamos de um acelerador 3D! Processadores dedicados a fazerem os cálculos necessários para criarem imagens 3D Placas de vídeo também utilizam um tipo de memória RAM! A memória ram não define a resolução suportada Define a performance da placa! Lembrar da hierarquia de memória

35 Placas 3D: Comparativo Os primeiros computadores: 386 (1986) Boa placa de vídeo 20k-30k transistores 256KB de memória Voodoo 6 (2003) 15 Milhões de transistores 128 MB de memória GeForce GTX 780 TI (2014) 7080 Milhões de transistores 3GB de memória

36 Placas 3D: Efeitos Básicos Alguns podem ser desabilitados para aumentar o framerate, são eles: Gourad Shadding Clipping Z-Sorting Lighting Transparency Texture Mapping Texture Filtering Fogging Perspective Correction Z-Buffer

37 Placas 3D: Gourad Shadding Imagem formada por uma série de pequenos polígonos; A imagem abaixo é uma combinação desses polígonos Devido a incidência da luz, ela não pode ser formada por só uma cor O Gourad Shadding visa resolver isso: a partir de uma cor é criado um degradê, de um vértice a outro dos polígonos, que torna a cor mais perfeita.

38 Placas 3D: Clipping Um objeto tridimensional quando ocorre a renderização pode ficar na frente de outro objeto. Quando ocorre a renderização deve-se determinar quais objetos estarão visíveis (de acordo com observador) e quais deverão ser ocultados. Também chamado de Hidden Surface Removal

39 Placas 3D: Z-sorting É Opcional! Mesma função do Clipping (elimina partes encobertas) Porém a fazem de jeito diferente Clipping Renderiza só o visível Maior uso do processador Placa de vídeo menos exigida Z-sorting Renderiza tudo Menor uso do processador Placa de vídeo mais exigida Resultado idêntico!

40 Placas 3D: Lighting Precisamos determinar a intensidade luminosa A visibilidade de cada objeto baseado na distância e ângulo do foco de luz. Como funciona: Programador define as fontes de luz: Luzes, sol, fogo etc. Também define a intensidade A placa 3D aplicará o recurso de Lighting calculando os efeitos dos focos de luz na cena

41 Placas 3D: Lighting

42 Placas 3D: Transparency Também chamado de Alpha Blending O grau de transparência é definido por 8 bits, ou seja, 256 níveis de transparência Gasta muito processamento!

43 Placas 3D: Texture Mapping Muitas vezes são aplicados pelo processador por ser uma funcionalidade simples Consiste em esticar as texturas que estão mais próximas do observador e encolher as que estão mais distantes, mantendo inalterada a posição de cada textura na imagem. Quando se está muito perto da textura percebe-se a baixa qualidade (pixelamento) Este efeito obsoleto resulta em imagens de baixa qualidade, por isso é usado apenas em jogos mais antigos.

44 Placas 3D: Texture Mapping

45 Placas 3D: Texture Filtering Melhor que o Texture Mapping. Interpola os pontos das texturas que estão mais próximas, diminuindo a distorção. Ao interpolar uma imagem, a placa aumenta sua resolução, adicionando mais pontos aos que já existem. Evita apenas a granulação da imagem. O nível de detalhes continua o mesmo!

46 Placas 3D: Texture Filtering

47 Placas 3D: Fogging É o efeito de colocar uma neblina no para objetos que estão distantes (ex. montanha), tornando-os pouco nítidos. Ajuda no processamento: imagens com essa neblina podem ser mostradas em menores resoluções. Auxilia no realismo pois esse efeito também ocorre no mundo real

48 Placas 3D: Fogging

49 Placas 3D: Correção de Perspectiva Encontrado em qualquer placa 3D; As texturas são moldadas sobre os polígonos respeitando o nosso ângulo de visão; Lembra o texture mapping, porém permite que as texturas sejam moldadas a objetos de formas irregulares; Ex: Arma de um personagem. Imagens mais reais; Demandam mais processamento.

50 Placas 3D: Correção de Perspectiva + =

51 Placas 3D: Z-Buffer Em uma imagem tridimensional temos: X: largura Y: altura Z: profundidade O Z-Buffer é uma área reservada da memória destinada a determinar com precisão a coordenada de profundidade de cada polígono na imagem.

52 Placas 3D: Z-Buffer

53 Placas 3D: Recursos Avançados Phong Shadding 32 bits de cor Single Pass Multitexturing Texturas de 2048x2048

54 Placas 3D: Phong Shadding Evolução do Gourad Shadding; Mesma funcionalidade, aplicar efeitos de luz sobre um polígono para simular superfícies plásticas ou metálicas. Gourad Shadding vê a intensidade de luz máxima e a mínima dentro de um polígono e, a partir disso, cria um efeito de degradê O Phong Shadding utiliza um algoritmo complexo que calcula a intensidade de luz ponto a ponto, baseado na composição individual de cada ponto em relação a fonte de luz. Melhor resultado! Maior processamento. =(

55 Placas 3D: 32 bits de cor Com mais cores é possível gerar transições de luz mais suaves; Diferenças principal mente em imagens com degradê;

56 Placas 3D: 32 bits de cor Mas será que compensa? Em imagens estáticas com texturas que usam degradê a diferença é visível Em imagens dinâmicas e rápidas a percepção não é tão imediata Além disso se a textura for pequena não dá para notar diferenças relevantes. O desempenho com uso de 32 bits é sempre menor!

57 Placas 3D: 32 bits de cor Memórias SDR de 64 bits têm o desempenho diminuído na metade ao usar 32 bits de cor, mas DDR isso não ocorre. Por quê?

58 Placas 3D: Single Pass Multitexturing Combinação de texturas sobre um mesmo objeto; Diminui o número de texturas a serem armazenadas na memória de vídeo; As placas que suportam essa tecnologia são capazes de aplicar duas texturas ao mesmo tempo. Demora o mesmo tempo que demoraria para aplicar uma textura Dispõem de dois processadores de texturas que trabalham simultaneamente Aumenta os custos de produção de uma placa gráfica. Têm um desempenho melhor do que uma placa que tem apenas um processador de texturas

59 Placas 3D: Single Pass Multitexturing + =

60 Placas 3D: Texturas de 2048 x 2048 Texturas de 2048px x 2048px Melhorar a qualidade visual de jogos Diminui a performance Consome mais memória de vídeo Placas que não possuem essa qualidade em texturas, as simplificam até atingir o valor suportado Exemplo Voodoo 3 que suporta 256x256 Esse suporte a texturas de altas resoluções faz o tamanho do jogo aumentar consideravelmente Textura 2048x2048 = 16MB vs 256x256 = 128KB Além de gastos de processamento e transferência de texturas tão grandes.

61 Placas 3D: Texturas de 2048 x 2048

62 Placas 3D: FSAA Full Screen Anti-Aliasing Melhora a qualidade das imagens geradas Melhora o contorno dos objetos através de cores intermediárias feitas em tempo real pela placa de vídeo durante o processo de renderização da imagem

63 Placas 3D: FSAA Com recurso de Anti-Aliasing as falhas no contorno são suavizadas, diminuindo a granulação das imagens. 640 x 480 (com Anti Aliasing) aparente ter qualidade de uma imagem de 800x600, e na verdade é apenas uma transição suave de cores. É suportado por todas placas de vídeo atualmente. Resulta em grande perda de desempenho pois os efeitos de interpolação, a placa precisa gerar imagens com resoluções maiores e em seguida reduzi-las a fim de aplicar o recurso. O recurso deve ser aplicado por placas de vídeo que estão com recursos de vídeo sobrando!

64 Placas 3D: FSAA

65 Placas 3D: FSAA

66 Placas 3D: V-Sync Sincroniza os quadros gerados pela placa de vídeo com a frequência de atualização do monitor Utilizado para ter uma imagem livre de flicker ou screen tearing Se o jogo executa com 80 frames por segundo e se o seu monitor é de 60 Hz. Com o V-Sync ligado, a placa de vídeo iria diminuir o desempenho para se adequar a frequência do monitor. Se o jogo estiver com menor taxa de frames que o monitor, então alguns frames podem ser repetidos para que não ocorra o problema.

67 Placas 3D: V-Sync

68 Placas 3D: V-Sync

69 Tipos de Monitores (Próxima aula) CRT LCD LED OLED

70 CRT

71 CRT No tubo de imagem, um feixe de elétrons parte da ponta oposta da tela até atingi-la. Atrás da tela há uma tela de fósforo (chamada máscara). Quando o feixe de elétrons atinge a máscara de fósforo, o fósforo começa a brilhar, fazendo com que seja um ponto aceso na tela. Em monitores coloridos há três máscaras, uma para cada cor primária de vídeo: vermelho, verde e azul. Com as informações sobre a cor e a intensidade de cada ponto que são passadas pela placa de vídeo, o feixe de elétrons passa por cada ponto da tela fazendo com cada ponto seja aceso ou então apagado.

72 LCD

73 LED Difere do LCD apenas no backlight. Usa LED ao invés de luz florescente.

74 OLED

75 Frequência Vertical e Horizontal Frequência Vertical Frequência Horizontal

76 Frequência Vertical É a quantidade de quadros por segundo que um monitor é capaz de preencher; Essa capacidade não deve ser inferior a 60Hz para evitar o flickering

77 Frequência Horizontal É a velocidade com que a varredura consegue preencher os quadros. Ex: monitor com Hz consegue preencher linhas por segundo. A Frequência horizontal mede a velocidade do monitor Quanto maior a frequência horizontal menor a cintilação Podemos calcular a frequência horizontal mínima para que não ocorra cintilação.

78 Frequência Horizontal Frequência horizontal mínima Resolução = 640 x 480 Frequência vertical = 60 Hz Vertical Blanking Interval (VBI) = 0.05 Resposta 480 x 1.05 x 60 = Hz Valor especificado em monitores antigos Hz dessa resolução. Por quê?