Dispositivos de Vídeo. Prof. Rafael Sandim

Dispositivos de Vídeo

Roteiro

 Conceitos Básicos

 Adaptadores de Vídeo  Placas de Vídeo

 Tipos de Monitores

Conceitos Básicos

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  16777216 cores podem ser representadas

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.

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

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

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;

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;

Adaptadores de Vídeo

MDA

 Monocrome Display Adapter  Mais primitivo

 Resolução 25x80

 2000 caracteres por tela  Duas Cores!

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;

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:

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 = 262144 cores;

 256 Kbytes de memória de vídeo;  Compatibilidade com CGA e EGA

SVGA

 Super Video 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 = 16777216 cores;

 True-Color

 Resolução pode ser alterada no sistema operacional!  Diversas resoluções

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:

S-VIDEO

 Separate Vídeo ou Super Vídeo

 Luminosidade (preto e branco)  Cor (RGB)

 Pior que vídeo componente e HDMI  Permite resolução 640 × 480i

 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

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: 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?

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 3840x2400 @41 Hz  Resolução 2048x1536 @60 Hz

 Single Link

DVI: TMDS

 Transition Minimized Differential Signaling  Transmissão de dados protegida

 Menos problemas!

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:

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!

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)

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  4K @60 Hz

Placas de Vídeo

 Placas 2D  Placas 3D

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

Placas 2D



 - Trident 9440

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;

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

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

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!

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

Placas 3D: Efeitos Básicos

 Alguns podem ser desabilitados para aumentar o

frame-rate, são eles:

 Gourad Shadding  Clipping  Z-Sorting  Lighting  Transparency  Texture Mapping  Texture Filtering  Fogging  Perspective Correction  Z-Buffer

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.

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.

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

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

Placas 3D: Transparency

 Também chamado de Alpha Blending

 O grau de transparência é definido por 8 bits, ou seja, 256

níveis de transparência

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

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

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

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;

Placas 3D: Correção de Perspectiva

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.

Placas 3D: Recursos Avançados

 Phong Shadding  32 bits de cor

 Single Pass Multitexturing  Texturas de 2048x2048

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!

Placas 3D: 32 bits de cor

 Com mais cores é possível gerar transições de luz mais

suaves;

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.

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?

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

Placas 3D: Single Pass Multitexturing

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

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

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

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.

Tipos de Monitores (Próxima aula)

 CRT  LCD  LED  OLED

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.

LED

 Difere do LCD apenas no

backlight.

 Usa LED ao invés de luz

Frequência Vertical e Horizontal

 Frequência Vertical

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

Frequência Horizontal

 É a velocidade com que a varredura consegue preencher

os quadros.

 Ex: monitor com 31.500 Hz consegue preencher 31500

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

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 = 30.240 Hz

 Valor especificado em monitores antigos 31.500 Hz dessa