introduccion a los conceptos de graficos por computadora
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Teora
Mircoles 9:00h-10:30h, aula 0D25, Aulario II.
15:00h-16:30h, aula 0D25, Aulario II
Prcticas
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.
Mircoles 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.
0. Horarios Curso 2007-2008
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CPU
Placas Base
Bus
Tarjeta Grfica (GPU)
Conectores
Pantallas
Modos Grficos
1. Conceptos Bsicos
Escenario
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1. Conceptos Bsicos
AGP
Conector AGP (Accelerated Graphics Port)
Bus PCI: 33MHz
AGP 1x: 66MHz
AGP 2x: 2x66MHz
AGP 4x: 4x66MHz
AGP 8x: 8x66MHz
533 MHz (2 GB/s)
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1. Conceptos Bsicos
PCI Express
Conector PCIe (PCI Express, admite SLI
2 a 8x con puente, 1 a 16x y otra a 4x sin puente)
Bus PCI: 33MHz
AGP 8x: 8x66MHz
PCIe 1x: 0.5 GB/s
PCIe 4x: 2 GB/sPCIe 16x: 8 GB/sSLI=Scalable Link Interface
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1. Conceptos Bsicos
Tarjeta Grfica
Tarjetas Grficas Avanzadas (Vertex Shaders,Pixel Shaders, T&L)
Silenciosas, Home Theatre PC (HTPC) GPU DPU
Conectores digitales:
DVI, HDMI
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1. Conceptos Bsicos
DVI
Conector DVI: Admite seal analgica (VGA) y digital Permite Doble Enlace
Modos de pantalla (enlace nico): 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 (dobleenlace): QXGA (2048 1536) a 75 Hz HDTV (1920 1080) a 85 Hz 2560 1600 (en pantallas LCD de 30
pulgadas)
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1. Conceptos Bsicos
HDMI
Conector HDMI (DVI+Sonido+USB ?):
Interfaz multimedia de alta definicin, sin
compresin Video de alta definicin 1920x1080 (Bandaancha)
8 canales de sonido de 1 bit (Super Audio CD)
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1. Conceptos Bsicos
Proteccin de contenidos
Encriptacin HDCP
High-Bandwidth Digital Content Protection
Reproduccin de Blue-RAY y HD-DVD Resoluciones Alta Definicin
Proporciones 4:3 - 16:9 - 2.40:1(Cine) 480p, 576p 720p 1080i, 1080p (Full HD: 1920x1080)
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1. Conceptos Bsicos
Proteccin de contenidos
HD Ready (1080p a 24, 50 y 60Hz)->
1280x720 a 50 y 60Hz (720p)
1920x1080 a 50 y 60 Hz (1080i) La resolucin fsica debe ser de al menos 720lneas
Entrada de alta definicin por:Analgica por componentes YPbPr DVI o HDMI
La entrada DVI o HDMI debe soportar HDCP
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Resoluciones
1. Conceptos Bsicos
Resoluciones
352x288 - VHS
DVD
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1. Conceptos Bsicos
Alta Definicin
(HD) Alta Definicin (SD) Definicin normal
Hasta 5 veces ms definicin
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1. Conceptos Bsicos
Pantallas
CRT, Plasma, LCD, OLED CRT, un haz de electrones bombardea cada pxel que
contiene fsforo y este al ser excitado empieza a emitir
luz
Plasma, tiene tambin fsforo pero se excita medianteel plasma contenido dentro de cada pxel (gases
nobles, nen y xon)
LCD, la electricidad pasa a travs de un cristal lquido yse puede orientar sus molculas, segn sta emite uncolor u otro
OLED, organic light-emitting diode, pequeos, menorconsumo, pero duran slo 9400h
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1. Conceptos Bsicos
Plasma - LCD
Plasma LCDPxeles Efecto Memoria (Overburning)
Grandes
Pxeles Muertos (Garanta)
Tamao ms pequeo
ResolucinMs baja (848x480)
42 en 1024x1024
Mayor por ser menores los pxeles
42 en 1920x108, mx. 4096x2160
Conexiones HDMI, DVI,VGA, Euroconectores, S-Video, Entrada por
componentes
Angulo de visin
Formato170
16:9
De 60 a 170 en LCD polarizados
16:9
Tamao(Distancia)
Pxeles grandes >42
Sobre 3.5 m
Todos. Alta definicin
Depende del tamao
Colores Al usar fsforo se parecen msa los CRT
Al emitir luz de fondo los negros
parecen grises. Nuevos modelos losolucionan
Precio/TDT Menor/SI Mayor/SI
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1. Conceptos Bsicos
Plasma - LCD
Plasma LCDVida 20.000h (11 aos, 5h/da)
Problema del desgaste
50.000h
Tecnologa fra, no existe
Consumo 42 unos 315w 42 unos 180w
Distancia Para tamao informtico sobre pocos cm
2.7 veces el tamao de la diagonal 42 unos 3m
Contraste 10000:1 1300:1 (Escalas distintas)
Brillo Similar Similar Tiempo de
RespuestaNo es problema Debe ser < 16 ms, aunque se
encuentra modelos < 8 ms
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2. Perifricos Grficos
CRT (Tubo de Rayos Catdicos)
Imagen tomada de www.wikipedia.com
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2. Perifricos Grficos
CRT (Tubo de Rayos Catdicos)
http://graphics.lcs.mit.edu/~mcmillan/comp136/Lecture1/disptech.html -
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2. Perifricos Grficos
Clasificacin de los terminales grficos
a) Vectoriales
Los primeros dispositivos basados en
esta tecnologa, generaban los
grficos de forma vectorial, es decir,
el can barra solamente aquellas
zonas donde existieran lneas (comoun plotter/trazador).
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2. Perifricos Grficos
Las lneas se guardan de forma aleatoria. La velocidad de refresco depende del nmero de lneas. Si hay pocas lneas el sistema espera para evitar refrescar
ms de lo necesario.
Presentan problemas al intentar dibujar polgonos rellenos. Las posibilidades de color son mnimas. Las lneas son exactas en su trazo (no hay efecto escalera). La secuencia de dibujo es siempre la misma si no existe
movimiento.
Al borrar una lnea, 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.
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2. Perifricos Grficos
b) DVST (Direct View Storage Tube)
Finales de los 60
Malla de almacenaje con fsforo insertado La imagen se almacena una sola vez, y semantiene hasta que se cambia la carga de la
malla.
Puede incorporar color Dispositivo lento (slo vlido para imgenesestticas)
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2. Perifricos Grficos
c) Raster(Barrido por lneas)
Principios de los 70
http://graphics.lcs.mit.edu/~mcmillan/comp136/Lecture1/disptech.htmlhttp://graphics.lcs.mit.edu/~mcmillan/comp136/Lecture1/disptech.html -
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2. Perifricos Grficos
La imagen completa la forman lneas horizontalesformadas por pxeles.
Se realizan barridos de forma horizontal, de arriba aabajo.
Para cada pxel se ajusta la intensidad del haz. El refresco tiene una frecuencia fija, entre 25 y 30imgenes.
Las rdenes de dibujo que recibe el controlador setransforman a pxeles.
Incorporan fcilmente objetos rellenos (color o patrn). El coste es menor. La velocidad de refresco no depende de la complejidad
de la imagen.
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2. Perifricos Grficos
Dada la naturaleza discreta de los pxeles , esnecesaria la conversin de primitivas a pxeles
Los pxeles pueden dar apariencia de escalera(aliasing). Tcnicas antialiasing
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Pxel: (picture cell)
Raster: Matriz de pxeles
Paleta: nmero simultneo de colores enpantalla
Profundidad de Pxel: n de bits para
codificar el color Resolucin: ancho x alto x profundidad
3. Modos Grficos
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3. Modos Grficos
RGB, RGBA: Codificacin de los coloresempleando rojo, verde, azul y (alfa)
LUT: Look Up Table, tabla de definicinde colores
DAC: Conversor DigitalAnalgico
Frecuencia de barrido: n de veces quese dibuja la imagen por segundo, se mideen Hz, 60Hz-75Hz para monitores
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3. Modos Grficos
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 5:5:6 (sin LUT)
True Color: 24 bits, 16,7 millones de colores,ojo humano aprox. 10m, tonos sobre 200.
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3. Modos Grficos
Organizacin de la Memoria en PC
(1)
64Kb
(2)
64Kb
(9)
64Kb
(A)
64Kb
(D)
64Kb
(E)
Ext. Rom
64Kb
Memoria de Video (256Kb)
(F)
Rom
64Kb
Memoria de Apps (640Kb)
Memoria Total del PC x86. 220=1024Kb
Segmento = SSSS16Desplazamiento = DDDD16
Posicin = PPPPP16
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3. Modos Grficos
Memoria de Video: entre A000 y DFFF-1
en el primer byte
Operaciones rpidas, sin emplearproductos ni divisiones
Mdulo, desplazamientos SHL, SHR,
ROR, ROL DIV 2n SHR n MOD 2n AND 2n-1
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3. Modos Grficos
Modo Texto:
80 x 25 (Columnas x Filas), 16 colores de Tinta
y 16 colores de fondo. Low Color 2 Bytes por carcter, ASCII + Color Color (4 bits fondo :4 bits tinta) y un bit opcional
de parpadeo (Blink)
Posicin de memoria Segmento B800 Pgina de Video: 80x25x2 = 4000 4Kb
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3. Modos Grficos
CGA Monocromo:
640 x 200 x 1 (8 pxeles por byte)
Modo entrelazado (pantallas tambin) Segmento B800 Pgina de video: 80 x 100 = 8000, hueco de
192 bytes, 8000 y 192 16 Kb
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3. Modos Grficos
Modo EGA:
640 x 350 x 4 (16 Colores, sin LUT)
No entrelazado Segmento A000, 4 planos compartiendoposicin de memoria
Registros especiales para activar los planos
Pgina de video: 80 x 350 x 4 = 112.000 bytes 128 Kb
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3. Modos Grficos
Modo VGA:
320 x 200 x 8 (256 colores, con LUT)
Modo favorito de los juegos hasta hace poco No entrelazado Segmento A000 Pgina de video: 320 x 200 = 64000 64 Kb
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3. Modos Grficos
Modos SVGA, XGA, etc:
Resolucin 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)
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3. Modos Grficos
Relleno de rectngulos Empleo de mscaras izquierda y derecha
Relleno de bytes completos
Evitar repetir clculos Coherencias (explotar la organizacin de
la memoria de video para optimizar)
Coherencia Espacial (eje X) Coherencia ScanLine (eje Y) Coherencia de Fronteras (m)
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4. Formatos Grficos
GIF (Graphic Interchange Format), compresin sinprdidas LZW, permite animaciones
PNG (Portable Network Format) JPEG (Joint Photographic Experts Group ),
compresin con prdida basada en fractales,
calidad/tamao, estructura basada un flujo de trozos
(stream of chunks)
BMP, formato nativo de Windows
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4. Formatos Grficos
JPEG transforma la imagen en
cuadros de 8x8 y los almacena como
una combinacin lineal de los 64
bloques, si separece mucho a 0, por
ejemplo, se puede eliminar si queafecte demasiado a la calidad
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5. Formatos Video
Contenedores (avi, mpeg, wmv, qtv, mkv)
Codecs (mjpeg, DivX, Xvid, H.264)
Compresin (keyframes+reconstruccin)
Tiempo
Keyframe
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5. Formatos de Video
VCD: (1.1) MPEG1 Video: PAL 352x288, 25 fps
NTSC 352x240 29,97 fps
Audio: 44100Hz, 224 kbit/s Extras: imgenes 704x576/480,352x288/240
En 1995 se public VCD 2.0, admite PBC, mens
SVCD: MPEG2, max bitrate 2600 kbit/s (audio+video 2778)
Video: PAL 480x480 (CVD 352x480), 25 fpsNTSC 352x240 29,97 fps
Audio: 44100Hz, 32-384 kbit/s (Hasta 2 pistas) Extras: imgenes 704x576/480,352x288/240
Hasta 4 subttulos
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5. Formatos de Video
DVD: MPEG2, max bitrate 9800 kbit/s (audio+video 10080) Video: PAL 720x576, 25 fps
NTSC 720x480 29,97 fps
Audio: 48000Hz, 32-1536 kbit/s, 8 pistas PCM, DD (AC3), DTS Extras: imgenes 704x576/480,352x288/240
Hasta 32 subttulos, se emplea en DVB-S/C/T
HD: MPEG2, H.264/AVC y SMPTE VC-1
Blu-Ray y HD-DVD Video: 1280x720p
1920x1080i/p (Full HD)
Extras: mltiple capa, 50 GB
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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 necassaryVTS_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
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6. Tarjetas Grficas Actuales
GPU, graphics processor unit
Memoria ultra rpida, DDR2, DDR3
Antialiasing, por hardware Hardware programable por usuario
Vertex Shaders: pequeas porciones de cdigo (ensamblador especfico)
lenguajes de alto nivel como Cg (NVIDIA SDK). op. como productos escalares, vectoriales, mdulos, etc aritmtica de alta precisin, etc
Pixel Shaders, Calculan las propiedades de los colores de los pxeles
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6. Tarjetas Grficas
Tecnologa de Video
PUREVIDEO (Nvidia) y AVIVO (ATI)
Buscan mejorar la reproduccin de videomediante: (HQV Benchmark, video de tests)
Aceleracin hardware MPEG2 y WMV Y ahora para HD: H.264/AVC, VC-1 Desentrelazado adaptativo (Motion compensation)
3:2 Pulldown (reconstruccin film) Escalado alta calidad (sin pixelacin) Correccin gamma (brillo), realzando la viveza