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Il blog di Mauro Boscarol sulla gestione digitale del colore

Nella serie Periferiche digitali: monitor e stampa

Scheda video e connessione con il monitor

Un monitor CRT richiede in ingresso un segnale analogico mentre un monitor LCD richiede in ingresso un segnale digitale. Ma esistono anche monitor CRT che accettano segnali digitali (che vengono convertiti in analogici) e monitor LCD che accettano segnali analogici (che vengono convertiti in digitali).

In entrambi i casi le prestazioni peggiorano ed è ragionevole utilizzare segnali analogici con i monitor CRT e segnali digitali con i monitor LCD. Questi segnali, digitali od analogici, sono generati da una scheda video (graphics card, graphics board, video card, display adapter, video adapter), che riceve l’input dal computer e lo converte in segnali adatti al monitor.

La scheda video può essere direttamente incorporata nella scheda madre del computer, ma normalmente è collegata mediante uno slot al bus locale del computer, che negli ultimi modelli può avere una interfaccia PCI (Peripheral Component Interconnect) o la più recente AGP (Accelerated Graphics Port).

La scheda video è composta da un processore grafico dedicato, una memoria video, eventualmente una lookup table per ogni canale. Le schede che forniscono un segnale analogico hanno anche un convertitore digitale-analogico (DAC o RAMDAC) per ogni canale. (Per i monitor monocromatici è sufficiente una sola lookup table e un solo DAC.)

Processore grafico Mentre nel passato i processori grafici (graphic processor, graphic engine) erano specializzati per la grafica 2D o per la grafica 3D, oggi tutti i processori grafici supportano sia la grafica 2D che la grafica 3D.  I processori grafici sono prodotti da un numero limitato di costruttori, i principali sono NVIDIA, ATI e Matrox. Alcuni di questi (Matrox, per esempio) producono anche schede video, ma in genere le schede video sono prodotte da costruttori terzi che acquistano i processori e assemblano la scheda.

Memoria video La memoria video (video memory, frame buffer, video RAM) contiene, pixel per pixel, l’immagine che viene visualizzata. Ogni locazione nella memoria corrisponde ad un pixel dello schermo.  In un monitor a colori, ogni pixel richiede 3 canali (R, G e B) e se ad ogni canale è riservato un byte, ogni pixel richiede 3 byte. Dunque, per esempio, un monitor di 1024 x 768 pixel richiede almeno 1024 x 768 x 3 byte = 2.25 Mbyte di memoria video. Per motivi di velocità, invece di tre byte spesso vengono assegnati ad ogni pixel quattro byte (32 bit).

Si tratta di uno spreco di memoria, ma avere 3 byte per pixel limita le funzioni di accelerazione della scheda. Infatti i processori copiano dati in multipli di byte (8, 16, 32, o 64 bit). Una copia a 24 bit fatta con un acceleratore video hardware richiede tre trasferimenti da 8 bit per pixel invece di un trasferimento di 32 bit dunque si assegnano a un pixel 32 bit, di cui solo 24 sono per il colore. I valori contenuti nella memoria video (cioè i numeri da 0 a 255 in un sistema a 8 bit per canale) sono detti digital count.

Lookup table La memoria video può essere collegata ad una lookup table (LUT) per ogni canale. Oggi la gran parte delle schede video sono provviste di lookup tables, ma fino a poco tempo fa alcune schede per Windows non avevano lookup tables. La lookup table è una tabella a due colonne che consente di modificare il valore del digital count in ingresso.

Nella prima colonna sono contenuti tutti i valori da 0 a 255, nella seconda colonna i valori modificati. Se nella seconda colonna sono contenuti gli stessi valori della prima, si dice che nella lookup table è caricata una rampa (ramp) e la lookup table non applica nessuna trasformazione. L’utilizzo delle lookup table è connesso con la relazione tra digital count e luminanza prodotta dal monitor. L’argomento è trattato in un paragrafo successivo.

Convertitore DA I monitor analogici (tutti i monitor CRT lo sono) sono controllati da segnali analogici. In tal caso i valori RGB (digital count, 0-255) contenuti nella memoria video ed eventualmente modificati dalle LUT vengono convertiti da tre convertitori digitale-analogico (DAC, digital-analog converter o RAMDAC random access memory DAC) in tre segnali elettrici (0-1 V) successivamente amplificati (0-centinaia di volt) che costituiscono l’input del monitor (il tubo catodico nel caso di monitor CRT).

Per esempio se il computer deve visualizzare il pixel R=20, G=220, B=130, il computer passa questi valori alla scheda video che li inserisce nella video RAM che li trasmette alla LUT dove potrebbero essere modificati in 18 212 120 e mediante convertitori digitale-analogico (DAC) convertiti in tre segnali di ampiezza proporzionali ai valori della LUT, per esempio 49, 282, 329 mV.

Se il monitor è controllato da segnali digitali, i segnali in uscita dalla video RAM, eventualmente modificati dalle LUT vengono trasmessi direttamente al monitor. Da notare che alcuni monitor digitali hanno i DAC incorporati, e dunque la scheda video trasmette segnali digitali che tuttavia vengono immediatamente convertiti in analogici dai DAC del monitor.


Connessione con il monitor

L’interfaccia tra scheda grafica e monitor può essere di tipo analogico o digitale.

Lo standard VGA (Video Graphics Array) sviluppato da IBM nel 1987 supporta solo connessioni analogiche. Lo standard VGA originale supportava 640 x 480 con 16 colori. Dopo la sua introduzione sono stati sviluppati numerosi altri altri standard (SVGA, XGA) derivati dall’originale. La maggior parte delle schede video oggi supporta dimensioni in pixel e modalità colore che vanno molto oltre lo standard VGA, ma supportano anche questo standard, per motivi di compatibilità.

Lo standard DVI (Digital Visual Interface) supporta connessioni digitali ed eventualmente anche analogiche. Qui sotto sono rappresentati i diversi connettori maschi, cioè il terminale del cavo che va al  monitor (illustrazione tratta da Wikipedia).

Il gruppo di pin a destra riguardano la connessione digitale, il gruppo a sinistra riguarda la connessione analogica:

Esistono infatti tre connessioni DVI:

  • DVI-I (DVI Integrated, digitale/analogica) è in grado di trasmettere un segnale digitale-digitale (sui 24 pin di destra) o un segnale analogico-analogico (sui 5 pin di sinistra, nello schema qui sopra);
  • DVI-D (DVI digital, digitale) collega schede video a monitor digitali (soprattutto LCD, raramente CRT). Ha solo i pin a destra, non ha i pin a sinistra (nello schema qui sopra). Il segnale digitale va direttamente dal computer alla scheda al monitor senza conversioni;
  • DVI-A (DVI analog, solo analogica) poco utilizzata, mi pare che non sia uno standard ufficiale.

Ognuna delle prime due connessione ha due varianti: single link e dual link. Per i monitor ad alta risoluzione (oltre i 2000 pixel di base, per esempio Apple Cinema 30” 2560 x 1600) è necessaria una connessione dual link. Altrimenti è sufficiente una connessione single link.

Apple usa sui portatili una interfaccia Mini-DVI equivalente a DVI-I single link che può essere utilizzato con monitor fino a 1920×1200 @60Hz.

Lo standard DisplayPort è lo standard digitale più recente (Vesa, la versione 1.1 è del 2007), con connettori più piccoli e consumo più basso. Trasporta anche otto canali audio, cosa che DVI non fa. Il segnale video supporta da 6 a 16 bit per canale. I nuovi Mac Book e i nuovi monitor LED Cinema di Apple implementano questo nuovo standard, con connettori Mini DisplayPort:

Recentemente la tecnologia DisplayPort si è evoluta nella tecnologia Thunderbolt.

Un altro standard recente per la connessione di monitor è HDMI (High Definition Multimedia Interface)

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Mauro Boscarol

13/10/2008 alle 18:17

Un commento

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  1. salve sono nuovo è con grande piacere vedo che non sono l’unico a interessarmi all’argomento.vorrei creare delle lut. esiste un software che permette di farlo. grazie in anticipo.

    roccolor

    24/3/11 alle 22:33

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