« poprzedni punkt  następny punkt »


2. Monitory CRT

Wyjaśnijmy teraz zasadę wyświetlania obrazu wykorzystywaną w klasycznych monitorach CRT (cathode-ray tube). Są to monitory z lampą kineskopową. Poszczególne piksele są wyświetlane pierwszą z wymienionych wyżej metod. Ekran jest pokryty zbiorem tak zwanych triad. Każda triada jest to zestaw trzech małych plamek luminoforów. Plamki te są (w odpowiednim momencie) pobudzane równocześnie do świecenia przez trzy strumienie elektronów i emitują światło odpowiednio o barwie czerwonej (R), zielonej (G) i niebieskiej (B). Wielkość emisji przez każdą plamkę zależy od intensywności odpowiedniego strumienia elektronów. W efekcie obserwator znajdujący się w pewnej odległości od ekranu widzi jedynie punkt o barwie będącej wypadkową barw emitowanych przez poszczególne plamki luminoforów.

Na rysunku III.2 pokazano dwa wzory rozmieszczania plamek na ekranie spotykane we współczesnych monitorach CRT. Zaznaczony na rysunku parametr p określa odstęp między środkami dwóch sąsiednich plamek luminoforów generujących tę samą barwę. Określa on rozdzielczość lampy kineskopowej.

Rys. III.2. Wzory plamek luminoforów w monitorach CRT

Struktura plamek luminoforów stanowi osnowę dla wyświetlania obrazów reprezentowanych poprzez zbiór pikseli. Zintegrowana wiązka trzech strumieni elektronów z reguły pobudza do świecenia plamki luminoforów znajdujące się w obszarze obejmującym pewną liczbę nominalnych triad (por. rysunek III.3), przy czym każdy z trzech strumieni elektronów pobudza do świecenia tylko odpowiadające mu luminofory. Wielkość obszaru odpowiadającego pikselowi zależy od wybranej rozdzielczości monitora (800 ´ 600, 1024 ´ 768 itp.) i tak jest dobierana, żeby obraz o takiej rozdzielczości mógł być wyświetlony na całej dostępnej powierzchni ekranu.

Rys. III.3. Przykładowy obszar piksela na osnowie plamek luminoforów

Wyświetlanie obrazu na ekranie polega na kolejnym wyświetlaniu pikseli obrazu w ustalonej kolejności pokazanej na rysunku III.4. Najpierw są wyświetlane kolejne piksele pierwszego wiersza, potem drugiego wiersza itd., aż do ostatniego wiersza rastra. Po wyświetleniu całego obrazu proces zaczyna się od początku. Praktycznie oznacza to, że wiązka elektronów (składająca się z trzech strumieni elektronów) jest odchylane w lampie kineskopowej tak, żeby przesuwała się po ekranie i wyświetlała kolejne piksele zgodnie z opisaną kolejnością. W czasie, kiedy wiązka elektronów przesuwa się od końca jednego wiersza do początku następnego (tak zwany powrót poziomy) oraz kiedy przesuwa się od końca ostatniego wiersza do początku pierwszego wiersza (tak zwany powrót pionowy) intensywność strumieni jest zredukowana, luminofory przestają świecić i nic nie jest wyświetlane na ekranie. Obraz uzyskany w wyniku jednokrotnego wyświetlenia całego rastra jest określany mianem ramki. Po wyświetleniu ramki rozpoczyna się wyświetlanie następnej ramki.

Rys. III.4. Kolejność wyświetlania pikseli na ekranie monitora CRT

Na to żeby obserwator nie odczuwał efektu migotania obrazu musi być wyświetlany z dostatecznie dużą częstotliwością. W praktyce częstotliwość ta nie powinna być mniejsza od 50 Hz. Częstotliwość odświeżania w dobrym monitorze powinna wynosić 85 Hz. (Przypomnijmy, że w kinie kolejne klatki są wyświetlane z częstotliwością 24 Hz i są dwukrotnie eksponowane; każda klatka jest wyświetlana od razu w całości, a nie piksel po pikselu jak w naszym przypadku). Oznacza to, że na wyświetlenie jednej ramki dostępny jest czas nie większy niż kilkanaście 20 ms. Z kolei, jeżeli rozdzielczość ekranu wynosi na przykład 1024x768 pikseli, to na wyświetlenie pojedynczego piksela mamy czas rzędu kilku lub kilkunastu ns.

Przykład

Załóżmy, że monitor ma rozdzielczość 1024 ´ 768 pikseli oraz, że częstotliwość odświeżania wynosi 85 Hz. Przyjmijmy dodatkowo, że czas powrotu plamki w poziomie wynosi 4 m s a czas powrotu w pionie 40 m s. Należy obliczyć ile czasu jest do dyspozycji dla wyświetlenia jednego piksela.

Jeżeli częstotliwość odświeżania wynosi 85 Hz, to czas dostępny na wyświetlenie jednej ramki wynosi około 11,765 ms. W tym czasie muszą zostać wyświetlone wszystkie piksele (jest ich 1024 ´ 768) i musi nastąpić 767 powrotów poziomych oraz jeden powrót pionowy. Oznaczając czas dostępny na wyświetlenie jednego piksela przez x otrzymujemy, że:

11 765 m s = 1024 * 768 * x + 767 * 4 m s + 40 m s

Stąd:

x » 11 ns.

Informacja o wyświetlanym obrazie jest pamiętana w pamięci obrazu w postaci cyfrowej. Natomiast z punktu widzenia monitora CRT potrzebna jest informacja w postaci napięcia, a więc w postaci analogowej. Stąd należy pamiętać, że w torze między pamięcią obrazu a monitorem CRT musi znajdować się przetwornik cyfrowo-analogowy (CA) dokonujący odpowiedniej konwersji postaci cyfrowej na wymaganą postać analogową. W praktyce są to trzy przetworniki dokonujące odpowiednio konwersji dla składowych R, G i B.

Na rysunku III.5 pokazano schemat blokowy toru wyświetlania. Z pamięci obrazu pobierane są kolejno informacje o pikselach, które mają być wyświetlone. W typowym systemie informacja o barwie piksela jest kodowana za pomocą 24 bitów, po 8 bitów na każdą składowa R, G i B. Każdy z trzech przetworników CA dokonuje konwersji odpowiednich 8 bitów na napięcia (na ogół z przedziału 0 V do 0,7 V), które są podawane na wejścia analogowe monitora CRT i sterują działami elektronowymi. Emitowane strumienie elektronów pobudzają do świecenia odpowiednie plamki luminoforów. Synchronizację toru wyświetlania zapewnia układ sterowania.

Rys. III.5. Schemat blokowy toru wyświetlania

Monitory CRT są urządzeniami nieliniowymi w tym sensie, że odpowiedź monitora (luminancja Y) na poziom sygnału wejściowego I jest nieliniowa. Na ogół zależność tę opisuje się wzorem Y = K Ig gdzie K jest współczynnikiem wagowym. Dla monitorów CRT współczynnik g przyjmuje wartości z przedziału 2 - 2,7.


« poprzedni punkt  następny punkt »