Tema 1 - dccia

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Tema 1 - dccia

0. Horarios Curso 2007-2008
Tema 1: Introducción
Teoría
Miércoles
Prácticas
Lunes
9:00h-10:30h, aula 0D25, Aulario II.
15:00h-16:30h, aula 0D25, Aulario II
10:00h-11:30h, lab. L02, EPS I
11:30h-13:00h, lab. L02, EPS I
13:00h-14:30h, lab. L02, EPS I.
Miércoles
11:00h-12:30h, lab. L16, EPS I.
12:30h-14:00h, lab. L16, EPS I.
Viernes
9:30h-11:00h, lab. L16, EPS I.
11:00h-12:30h, lab. L16, EPS I.
1
1. Conceptos Básicos
Escenario







CPU
Placas Base
Bus
Tarjeta Gráfica (GPU)
Conectores
Pantallas
Modos Gráficos
2
AGP
Bus PCI: 33MHz
AGP 1x: 66MHz
AGP 2x: 2x66MHz
AGP 4x: 4x66MHz
AGP 8x: 8x66MHz
533 MHz (2 GB/s)
Conector AGP (Accelerated Graphics Port)
3
PCI Express
Bus PCI: 33MHz
AGP 8x: 8x66MHz
PCIe 1x: 0.5 GB/s
PCIe 4x:
2 GB/s
PCIe 16x: 8 GB/s
SLI=Scalable Link Interface
Conector PCIe (PCI Express, admite SLI
2 a 8x con puente, 1 a 16x y otra a 4x sin puente)
4
Tarjeta Gráfica

Tarjetas Gráficas Avanzadas (Vertex Shaders,
Pixel Shaders, T&L)



Silenciosas, Home Theatre PC (HTPC)
GPU
DPU
Conectores digitales:
DVI, HDMI
5
DVI

Conector DVI:
•
•
•
•
Admite señal analógica (VGA) y digital
Permite Doble Enlace
Modos de pantalla (enlace único):
•
•
•
•
HDTV (1920 × 1080) a 60 Hz
1920 x 1200 a 60 Hz (154 Mhz)
UXGA (1600 × 1200) a 60 Hz
SXGA (1280 × 1024) a 85 Hz
Ejemplos de modos de pantalla (doble
enlace):
•
•
•
QXGA (2048 × 1536) a 75 Hz
HDTV (1920 × 1080) a 85 Hz
2560 × 1600 (en pantallas LCD de 30
pulgadas)
6
HDMI

Conector HDMI (DVI+Sonido+USB ?):
• Interfaz multimedia de alta definición, sin
•
•
compresión
Video de alta definición 1920x1080 (Banda
ancha)
8 canales de sonido de 1 bit (Super Audio CD)
7
Protección de contenidos

Encriptación HDCP

Resoluciones Alta Definición
• High-Bandwidth Digital Content Protection
• Reproducción de Blue-RAY
• y HD-DVD
• Proporciones 4:3 - 16:9 - 2.40:1(Cine)
• 480p, 576p
• 720p
• 1080i, 1080p (Full HD: 1920x1080)
8
Protección de contenidos

HD Ready
(1080p a 24, 50 y 60Hz)->
• 1280x720 a 50 y 60Hz (720p)
• 1920x1080 a 50 y 60 Hz (1080i)
• La resolución física debe ser de al menos 720
•
líneas
Entrada de alta definición por:
• Analógica por componentes YPbPr
• DVI o HDMI
• La entrada DVI o HDMI debe soportar HDCP
9
Resoluciones

Resoluciones
DVD
352x288 - VHS
10
Alta Definición
(HD) Alta Definición
Hasta 5 veces más definición
(SD) Definición normal
11
Pantallas

CRT, Plasma, LCD, OLED …
•
•
•
•
CRT, un haz de electrones bombardea cada píxel que
contiene fósforo y este al ser excitado empieza a emitir
luz
Plasma, tiene también fósforo pero se excita mediante
el plasma contenido dentro de cada píxel (gases
nobles, neón y xéon)
LCD, la electricidad pasa a través de un cristal líquido y
se puede orientar sus moléculas, según ésta emite un
color u otro
OLED, organic light-emitting diode, pequeños, menor
consumo, pero duran sólo 9400h
12
Plasma - LCD
Plasma
LCD
Píxeles
Efecto Memoria (Overburning)
Grandes
Píxeles Muertos (Garantía)
Tamaño más pequeño
Resolución
Más baja (848x480)
42” en 1024x1024
Mayor por ser menores los píxeles
42” en 1920x108, máx. 4096x2160
Conexiones
HDMI, DVI,VGA, Euroconectores, S-Video, Entrada por
componentes
Angulo de visión
Formato
170º
16:9
De 60º a 170º en LCD polarizados
16:9
Tamaño
Píxeles grandes >42”
Sobre 3.5 m
Todos. Alta definición
Depende del tamaño
Al usar fósforo se parecen más
a los CRT
Al emitir luz de fondo los negros
parecen grises. Nuevos modelos lo
(Distancia)
Colores
solucionan
Precio/TDT
Menor/SI
Mayor/SI
13
Plasma - LCD
Plasma
LCD
Vida
20.000h (11 años, 5h/día)
Problema del desgaste
50.000h
Tecnología fría, no existe
Consumo
42” unos 315w
42” unos 180w
Distancia
Para tamaño informático sobre pocos cm
2.7 veces el tamaño de la diagonal 42” unos 3m
Contraste
10000:1
1300:1 (Escalas distintas)
Brillo
Similar
Similar
Tiempo de
Respuesta
No es problema
Debe ser < 16 ms, aunque se
encuentra modelos < 8 ms
14
2. Periféricos Gráficos

CRT (Tubo de Rayos Catódicos)
Imagen tomada de www.wikipedia.com
15

CRT (Tubo de Rayos Catódicos)
16

Clasificación de los terminales gráficos
a) Vectoriales
Los primeros dispositivos basados en
esta tecnología, generaban los
gráficos de forma vectorial, es decir,
el cañón barría solamente aquellas
zonas donde existieran líneas (como
un plotter/trazador).
17
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Las líneas se guardan de forma aleatoria.
La velocidad de refresco depende del número de líneas.
Si hay pocas líneas el sistema espera para evitar refrescar
más de lo necesario.
Presentan problemas al intentar dibujar polígonos rellenos.
Las posibilidades de color son mínimas.
Las líneas son exactas en su trazo (no hay efecto escalera).
La secuencia de dibujo es siempre la misma si no existe
movimiento.
Al borrar una línea, no se produce la estela.
La imagen se almacena en memoria (buffer de refresco)
como una secuencia de comandos de dibujo.
Los comandos se procesan de forma indefinida.
18
b) DVST (Direct View Storage Tube)
• Finales de los 60
• Malla de almacenaje con fósforo insertado
• La imagen se almacena una sola vez, y se
mantiene hasta que se cambia la carga de la
malla.
• Puede incorporar color
• Dispositivo lento (sólo válido para imágenes
estáticas)
19
c) Raster (Barrido por líneas)
• Principios de los 70
20
• La imagen completa la forman líneas horizontales
formadas por píxeles.
• Se realizan barridos de forma horizontal, de arriba a
abajo.
• Para cada píxel se ajusta la intensidad del haz.
• El refresco tiene una frecuencia fija, entre 25 y 30
imágenes.
• Las órdenes de dibujo que recibe el controlador se
transforman a píxeles.
• Incorporan fácilmente objetos rellenos (color o patrón).
• El coste es menor.
• La velocidad de refresco no depende de la complejidad
de la imagen.
21
• Dada la naturaleza discreta de los píxeles , es
•
necesaria la conversión de primitivas a píxeles
Los píxeles pueden dar apariencia de escalera
(aliasing). Técnicas antialiasing
22
3. Modos Gráficos





Píxel: (picture cell)
Raster: Matriz de píxeles
Paleta: número simultáneo de colores en
pantalla
Profundidad de Píxel: nº de bits para
codificar el color
Resolución: ancho x alto x profundidad
23
3. Modos Gráficos




RGB, RGBA: Codificación de los colores
empleando rojo, verde, azul y (alfa)
LUT: Look Up Table, tabla de definición
de colores
DAC: Conversor Digital – Analógico
Frecuencia de barrido: nº de veces que
se dibuja la imagen por segundo, se mide
en Hz, 60Hz-75Hz para monitores
24
3. Modos Gráficos

Modos de Color:
• Low Color: 16 colores fijos, modo texto (sin
•
•
•
LUT)
Pseudo Color: 8 bits, 256 colores (con LUT)
High Color: 15 bits o 16 bits, 32768 o 65536
colores, formato 5:5:5 ó 5:5:6 (sin LUT)
True Color: 24 bits, 16,7 millones de colores,
ojo humano aprox. 10m, tonos sobre 200.
25
3. Modos Gráficos

Organización de la Memoria en PC
(1)
(2)
64Kb
64Kb
…
Memoria de Apps (640Kb)
(9)
(A)
64Kb
64Kb
…
(D)
Ext. Rom
(F)
Rom
64Kb
64Kb
64Kb
(E)
Memoria de Video (256Kb)
Memoria Total del PC x86. 220=1024Kb
Segmento = SSSS16
Desplazamiento = DDDD16
Posición = PPPPP16
26
3. Modos Gráficos



Memoria de Video: entre A000 y DFFF-1
en el primer byte
Operaciones rápidas, sin emplear
productos ni divisiones
Módulo, desplazamientos SHL, SHR,
ROR, ROL
• DIV 2n  SHR n
• MOD 2n  AND 2n-1
27
3. Modos Gráficos

Modo Texto:
• 80 x 25 (Columnas x Filas), 16 colores de Tinta
•
•
•
•
y 16 colores de fondo. Low Color
2 Bytes por carácter, ASCII + Color
Color (4 bits fondo :4 bits tinta) y un bit opcional
de parpadeo (Blink)
Posición de memoria Segmento B800
Página de Video: 80x25x2 = 4000 ≈ 4Kb
28
3. Modos Gráficos

CGA Monocromo:
• 640 x 200 x 1 (8 píxeles por byte)
• Modo entrelazado (pantallas también)
• Segmento B800
• Página de video: 80 x 100 = 8000, hueco de
192 bytes, 8000 y 192 ≈ 16 Kb
29
3. Modos Gráficos

Modo EGA:
• 640 x 350 x 4 (16 Colores, sin LUT)
• No entrelazado
• Segmento A000, 4 planos compartiendo
•
•
posición de memoria
Registros especiales para activar los planos
Página de video: 80 x 350 x 4 = 112.000 bytes
≈ 128 Kb
30
3. Modos Gráficos

Modo VGA:
• 320 x 200 x 8 (256 colores, con LUT)
• Modo favorito de los juegos hasta hace poco
• No entrelazado
• Segmento A000
• Página de video: 320 x 200 = 64000 ≈ 64 Kb
31
3. Modos Gráficos

Modos SVGA, XGA, etc:
• Resolución mayor a 1024 x 768 x 24
• Bancos de 64K direccionamiento de 20 bits
• Buffer lineal empleando registros de 32 bits
• Segmento A000.
• Memoria superior a 256 Kb (mapeo de la VGA)
32
3. Modos Gráficos

Relleno de rectángulos

Coherencias (explotar la organización de
la memoria de video para optimizar)
• Empleo de máscaras izquierda y derecha
• Relleno de bytes completos
• Evitar repetir cálculos
• Coherencia Espacial (eje X)
• Coherencia ScanLine (eje Y)
• Coherencia de Fronteras (m)
33
4. Formatos Gráficos

GIF (Graphic Interchange Format), compresión sin
pérdidas LZW, permite animaciones


PNG (Portable Network Format )
JPEG (Joint Photographic Experts Group ),
compresión con pérdida basada en fractales,
calidad/tamaño, estructura basada un flujo de trozos
(stream of chunks)

BMP, formato nativo de Windows
34
4. Formatos Gráficos
JPEG transforma la imagen en
cuadros de 8x8 y los almacena como
una combinación lineal de los 64
bloques, si separece mucho a 0, por
ejemplo, se puede eliminar si que
afecte demasiado a la calidad
35
5. Formatos Video



Contenedores (avi, mpeg, wmv, qtv, mkv)
Codecs (mjpeg, DivX, Xvid, H.264)
Compresión (keyframes+reconstrucción)
Tiempo
Keyframe
36
5. Formatos de Video

VCD: (1.1) MPEG1
•
Video:
•
•
Audio:
Extras:
PAL 352x288, 25 fps
NTSC 352x240 29,97 fps
44100Hz, 224 kbit/s
imágenes 704x576/480,352x288/240
En 1995 se publicó VCD 2.0, admite PBC, menús

SVCD: MPEG2, max bitrate 2600 kbit/s (audio+video 2778)
•
Video:
•
•
Audio:
Extras:
PAL 480x480 (CVD 352x480), 25 fps
NTSC 352x240 29,97 fps
44100Hz, 32-384 kbit/s (Hasta 2 pistas)
imágenes 704x576/480,352x288/240
Hasta 4 subtítulos
37

DVD: MPEG2, max bitrate 9800 kbit/s (audio+video 10080)
•
Video:
•
•
Audio:
Extras:
PAL 720x576, 25 fps
NTSC 720x480 29,97 fps
48000Hz, 32-1536 kbit/s, 8 pistas PCM, DD (AC3), DTS
imágenes 704x576/480,352x288/240
Hasta 32 subtítulos, se emplea en DVB-S/C/T

HD: MPEG2, H.264/AVC y SMPTE VC-1
•
•
•
Blu-Ray y HD-DVD
Video:
Extras:
1280x720p
1920x1080i/p (Full HD)
múltiple capa, 50 GB
38
Estructura de un DVD



BUP = Backup files of the IFO files.
.IFO = The IFO files includes information such as chapters, subtitle tracks and audio tracks.
.VOB = The VOB files contains the actual video,audio,subtitles and menus.
Folder
Files
Explanation
AUDIO_TS
VIDEO_TS
(undefined)
VIDEO_TS.BUP
VIDEO_TS.IFO
VIDEO_TS.VOB
VTS_01_0.BUP
VTS_01_0.IFO
VTS_01_0.VOB
VTS_01_1.VOB
VTS_01_2.VOB
VTS_01_3.VOB
VTS_01_4.VOB
VTS_02_0.BUP
VTS_02_0.IFO
VTS_02_0.VOB
VTS_02_1.VOB
VTS_xx_x.BUP
VTS_xx_x.IFO
VTS_xx_x.VOB
VTS_99_9.VOB
DVD Audio
The first video play item, IFO, usally a copyright notice or a menu
The first video play item, VOB
Title 01, IFO, usually the main movie
Title 01, VOB 0, the menu for this title
Title 01, VOB 1, the video for this title
Title 01, VOB 2, if larger than 1 GB it will be splitted into several vobs
Title 01, VOB 3
Title 01, VOB 4, up to 10(0-9) VOB files if necassary
Title 02, IFO, usually movie extras
Title 02, VOB 0, the menu for this title
Title 02, VOB 1, the video for this title
And so on
Up to 99(1-99) titles with max 10(0-9) VOB files each
39
6. Tarjetas Gráficas Actuales




GPU, graphics processor unit
Memoria ultra rápida, DDR2, DDR3
Antialiasing, por hardware
Hardware programable por usuario
• Vertex Shaders:
•
• pequeñas porciones de código (ensamblador específico)
• lenguajes de alto nivel como Cg (NVIDIA SDK).
• op. como productos escalares, vectoriales, módulos, etc…
• aritmética de alta precisión, etc
Pixel Shaders,
• Calculan las propiedades de los colores de los píxeles
40
6. Tarjetas Gráficas
Tecnología de Video

PUREVIDEO (Nvidia) y AVIVO (ATI)
• Buscan mejorar la reproducción de video
•
•
•
•
•
•
mediante: (HQV Benchmark, video de tests)
Aceleración hardware MPEG2 y WMV
Y ahora para HD: H.264/AVC, VC-1
Desentrelazado adaptativo (Motion compensation)
3:2 Pulldown (reconstrucción film)
Escalado alta calidad (sin pixelación)
Corrección gamma (brillo), realzando la viveza
de los colores
41

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