Tema 1. Introducción.

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1 Tema 1 Introducción. n.

2 0. Horarios Curso Teoría Miércoles 9:00h-10:30h, aula 0A11, Aulario II. 15:00h-16:30h, aula 0A11, Aulario II Prácticas Lunes 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 11:30h-13:00h, lab. L16, EPS I. 13:00h-14:30h, lab. L16, EPS I. Viernes 8:00h- 9:30h, lab. L16, EPS I. 9:30h-11:00h, lab. L16, EPS I. 11:00h-12:30h, lab. L16, EPS I. 1

3 1. Conceptos BásicosB Escenario CPU Placas Base Bus Tarjeta Gráfica (GPU) Conectores Pantallas Modos Gráficos 2

4 1. Conceptos BásicosB 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

5 1. Conceptos BásicosB 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

6 1. Conceptos BásicosB Tarjeta Gráfica Tarjetas Gráficas Avanzadas (Vertex Shaders, Pixel Shaders, T&L) Silenciosas, Home Theatre PC (HTPC) GPU DPU Conectores digitales: DVI, HDMI 5

7 1. Conceptos BásicosB DVI Conector DVI: Admite señal analógica (VGA) y digital Permite Doble Enlace Modos de pantalla (enlace único): HDTV ( ) a 60 Hz 1920 x 1200 a 60 Hz (154 Mhz) UXGA ( ) a 60 Hz SXGA ( ) a 85 Hz Ejemplos de modos de pantalla (doble enlace): QXGA ( ) a 75 Hz HDTV ( ) a 85 Hz (en pantallas LCD de 30 pulgadas) 6

8 1. Conceptos BásicosB HDMI Conector HDMI (DVI+Sonido?): 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

9 1. Conceptos BásicosB Protección n de contenidos Encriptación HDCP High-Bandwidth Digital Content Protection Reproducción de Blue-RAY y HD-DVD Resoluciones Alta Definición Proporciones 4:3-16:9-2.40:1(Cine) 480p, 576p 720p 1080i, 1080p (Full HD: 1920x1080) 8

10 1. Conceptos BásicosB Protección n de contenidos HD Ready 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

11 Resoluciones 1. Conceptos BásicosB Resoluciones 352x288 - VHS DVD 10

12 1. Conceptos BásicosB Alta Definición (HD) Alta Definición (SD) Definición normal Hasta 5 veces más definición 11

13 1. Conceptos BásicosB 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

14 1. Conceptos BásicosB Plasma - LCD Plasma LCD Píxeles Efecto Memoria (Overburning) Grandes Píxeles Muertos (Garantía) Tamaño más pequeño Resolución Conexiones Angulo de visión Formato Tamaño (Distancia) Colores Más baja (848x480) 42 en 1024x1024 HDMI, DVI,VGA, Euroconectores, S-Video, Entrada por componentes 170º 16:9 Píxeles grandes >42 Sobre 3.5 m Al usar fósforo se parecen más a los CRT Mayor por ser menores los píxeles 42 en 1920x108, máx. 4096x2160 De 60º a 170º en LCD polarizados 16:9 Todos. Alta definición Depende del tamaño Al emitir luz de fondo los negros parecen grises. Nuevos modelos lo solucionan Precio/TDT Menor/SI Mayor/SI 13

15 1. Conceptos BásicosB Plasma - LCD Vida Consumo Distancia Contraste Brillo Tiempo de Respuesta Plasma h (11 años, 5h/día) Problema del desgaste 42 unos 315w Para tamaño informático sobre poco cm 2.7 veces el tamaño de la diagonal 42 unos 3m 10000:1 1300:1 (Escalas distintas) Similar No es problema LCD h Tecnología fría, no existe 42 unos 180w Similar Debe ser < 16 ms, aunque se encuentra modelos < 8 ms 14

16 2. Periféricos ricos Gráficos CRT (Tubo de Rayos Catódicos) Imagen tomada de 15

17 2. Periféricos ricos Gráficos CRT (Tubo de Rayos Catódicos) 16

18 2. Periféricos ricos Gráficos 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

19 2. Periféricos ricos Gráficos 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

20 2. Periféricos ricos Gráficos 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

21 2. Periféricos ricos Gráficos c) Raster (Barrido por líneas) Principios de los 70 20

22 2. Periféricos ricos Gráficos 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

23 2. Periféricos ricos Gráficos 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

24 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

25 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

26 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, o 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

27 3. Modos Gráficos Organización de la Memoria en PC (1) 64Kb (2) 64Kb Memoria de Apps (640Kb) (9) 64Kb (A) 64Kb (D) 64Kb Memoria de Video (256Kb) Memoria Total del PC x =1024Kb Segmento = SSSS 16 Desplazamiento = DDDD 16 (E) Ext. Rom 64Kb (F) Rom 64Kb Posición = PPPPP 16 26

28 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 2 n SHR n MOD 2 n AND 2 n -1 27

29 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 = Kb 28

30 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 Kb 29

31 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 = bytes 128 Kb 30

32 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 = Kb 31

33 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

34 3. Modos Gráficos Relleno de rectángulos Empleo de máscaras izquierda y derecha Relleno de bytes completos Evitar repetir cálculos Coherencias (explotar la organización de la memoria de video para optimizar) Coherencia Espacial (eje X) Coherencia ScanLine (eje Y) Coherencia de Fronteras (m) 33

35 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

36 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

37 5. Formatos Video Contenedores (avi, mpeg, wmv, qtv, mkv) Codecs (mjpeg, DivX, Xvid, H.264) Compresión (keyframes+reconstrucción) KeyframeReconstrucción Tiempo 36

38 5. Formatos de Video VCD: (1.1) MPEG1 Video: PAL 352x288, 25 fps Audio: Extras: 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, kbit/s (Hasta 2 pistas) imágenes 704x576/480,352x288/240 Hasta 4 subtítulos 37

39 5. Formatos de Video DVD: MPEG2, max bitrate 9800 kbit/s (audio+video 10080) Video: Audio: Extras: PAL 720x576, 25 fps NTSC 720x480 29,97 fps 48000Hz, 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

40 5. Formatos de Video 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 (undefined) DVD Audio VIDEO_TS VIDEO_TS.BUP VIDEO_TS.IFO The first video play item, IFO, usally a copyright notice or a menu VIDEO_TS.VOB The first video play item, VOB VTS_01_0.BUP VTS_01_0.IFO Title 01, IFO, usually the main movie VTS_01_0.VOB Title 01, VOB 0, the menu for this title VTS_01_1.VOB Title 01, VOB 1, the video for this title VTS_01_2.VOB Title 01, VOB 2, if larger than 1 GB it will be splitted into several vobs VTS_01_3.VOB Title 01, VOB 3 VTS_01_4.VOB Title 01, VOB 4, up to 10(0-9) VOB files if necassary VTS_02_0.BUP VTS_02_0.IFO Title 02, IFO, usually movie extras VTS_02_0.VOB Title 02, VOB 0, the menu for this title VTS_02_1.VOB Title 02, VOB 1, the video for this title VTS_xx_x.BUP VTS_xx_x.IFO And so on VTS_xx_x.VOB VTS_99_9.VOB Up to 99(1-99) titles with max 10(0-9) VOB files each 39

41 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

42 6. Tarjetas Gráficas Tecnología a de Video PUREVIDEO (Nvidia) y AVIVO (ATI) Buscan mejorar la reproducción de video mediante: (HQV Benchmark, video de tests) Aceleración hardware MPEG2 y WMV Desentrelazado adaptativo (Motion compensation) 3:2 Pulldown (reconstrucción film) Escalado alta calidad (sin pixelación) Corrección gamma (brillo), realzando la viveza de los colores 41