【音視頻基礎】(一):顯示器是如何顯示圖形數據的一

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1. 最早的顯示器

在十八世紀,人類對電的研究漸漸成熟,而電在圖形學方面的應用卻還是一個空白,除了在世紀初的時候,電弧光燈率先被髮明,它打開了人類對光的探索。人類開始猜想,我們是不是可以把一個活動的景象,通過電來傳送並且復現。

開始的時候,行掃描概念被提出,也就是可以把一幅圖像,分成一行一行進行掃描,傳真裝置因此誕生。之後,有一個人提出,我們是不是可以把圖像分爲柵格的形式,也就一個一個小格子,每個格子顯示一個顏色,拼接起來,就是完整的一幅圖像,這個學說被沿用至今。而光有行掃描和柵格圖像還不夠,因爲雖然學說有了,但是還是沒有把圖片數字化。而在同一時間,光電管被髮明,這種裝備可以實現光和電的互相轉換。另外一個哥們在這些基礎上,結合電磁波載波,發明了電視,而那時候的顯示,只能達到每秒5幀,每幀(關於幀,下面會進行說明)30行。

2. CRT顯示器

在十八世紀末的時候,有一個更牛逼的哥們發明了一件裝備,它能把電信號轉化爲光信號。聽着像上面提到的光電管,然而並不是,它被稱爲陰極射線管,英文名CRT(Cathode Ray Tubes)。此後誕生了一系列電子顯示器(CRT顯示器),在開始詳細介紹它之前,先來看一組圖片。

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示例0

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示例1

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示例2

別看這些大塊頭,現在覺得很Low又笨重。事實上,在高中的時候我們機房用的都是這種顯示器。它奠定和引導了顯示器的突飛猛進,它同時也證明了一個定理,一個新事物只有起步的時候是最難的,你若堅持,此後一帆風順。

好了,現在來看一下CRT的原理圖,它是瞭解和處理視頻數據的基礎。

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這個就是CRT,看着像手電筒,其實並不是。手電筒產生的是散光或不均勻光,而CRT產生的是均勻光。它的原理是通過電子槍發射“一束”電子,通過聚焦、偏轉等手段,打到塗有熒光層的屏幕上進行發光。在前面的柵格圖像學說的理論之下,由一束電子點亮的屏幕一點,稱爲一個像素。而CRT無重疊的打到屏幕上的最多點數稱爲分辨率,如我們熟知的1280X1024,它表示屏幕上最多有1280X1024個點可以被點亮。

好的顯示器,在同樣的物理尺寸的情況下,像素點更小,能夠顯示的點數更多,分辨率更大,因而畫質更細膩。

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CRT顯示器的掃描原理

這張圖是CRT顯示器的掃描原理,也是著名的光柵掃描顯示器(光柵一詞來源於光學,它的本意是,由大量等寬等間距的平行狹縫構成的光學器件。而CRT顯示器一行行掃描,形成的圖案,類似光柵)。典型的CRT採取逐行掃描的方式,當然也有隔行掃描和隨機掃描的方式,不過在本文中不做研究。

在電子束沿每一行掃描的時候,它的強度要不斷變化,從而生成一幅圖像。這個圖像的圖形定義,也就是每一個像素的亮度、顏色等信息,保存在幀緩存(刷新緩存/顏色緩存)裏面,幀是指整個屏幕。電子束從首行開始,到掃完尾行完成一幅圖案的顯示,這稱爲一。CRT每完成一幀,自動返回到左上角,開始掃描下一幀。

而人眼在每秒25幀的情況下,能自動把圖片視爲連續的動畫,30幀以上,會覺得不卡。現在普遍的顯示器,每秒都能打到60幀以上,大多數能達到100多幀。例如隨便搜個顯示器,如下圖

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某顯示器參數

它的響應時間(點亮一像素所需要的時間)爲5ms,每秒最多能顯示1000ms/5ms=200幀。

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