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1、第8章 音视频硬件8.1 视频硬件概述和鼠标键盘一样，视频显示已成为任何计算机“用户界面”至为重要的一部分。在CRT显示器普遍使用之前，电传打字机是计算机的标准接口它是一个体积庞大、噪音也大的设备，在一卷滚动的纸上打印输入输出字符。按照今天的标准来看，最初的CRT显示是非常简单的，它们只能显示单色的文本（通常为绿色），但它们能够实时显示输入输出数据，这在当时已经是一个很大的进步。今天的PC视频显示技术更加成熟，但是当用户选择视频硬件时还是一定要小心。即使最快最强大的PC也会因为显示减慢了系统速度而令人烦恼，并且引起眼睛疲劳，或者不适于完成预定的任务。PC视频子系统由两大部分组成： 显示器（或视
2、频显示）。可以是CRT显示器，也可以是LCD显示器。 视频适配器（也称为显卡、视频卡或者是图形适配器）。现今多数低成本系统中，视频被集成到主板或主板芯片组中。8.2 显示器8.2.1 CRT显示器显示器可使用多种显示技术，最流行的是阴极射线管（Cathode-Ray Tube，CRT）技术。电视也采用这种技术。CRT包含了一个封装在玻璃体内的真空管，管的一端有一个电子枪，可以发出我们在屏幕上所见到的红、绿、蓝三色电子束，从而组合成任意颜色，另一端是涂磷的荧光屏。当电子枪被加热之后，就会发射高速的电子流，轰击管的另一端。在传输路径上，聚焦控制和偏转线圈控制电子束打到荧光屏的特殊点上。磷光物质受到
3、撞击后会发光，这些光就是在人们看电视或计算机屏幕时所显示的。通常使用三层磷光物质：红色的、绿色的和蓝色的。不同的电子束通过一个称为荫罩板（Shadow Mask）的金属盘对齐方向，另外还有一些槽洞，能将红、绿、蓝色磷光电子分为三组（每种颜色为一组）。不同的荫罩板会产生不同的图像效果，三种电子间的距离则会影响图像的亮暗。图8-1说明了典型的CRT的内部结构。图8-1 典型的CRT显示器是一个大的真空管，内有三个电子枪（红色、绿色和蓝色）磷光有一个物理参数，叫做余辉，它表示光在屏幕上的停留时间。由于余辉的存在，电视机在关闭后的几秒钟内仍然会在荧屏上存留微弱的图像。显示的扫描频率决定了图像刷新的频率
4、。余辉应和扫描频率适当地匹配，以减少图像闪烁（当余辉太低时发生）和消除幻影（当余辉太高时发生）。电子束的移动速度非常快，它从左向右、从上到下采用光栅模式扫描屏幕。水平扫描率是指电子束横向在屏幕上移动的速度。扫描过程中，在屏幕上应该显示图像的地方，电子束撞击磷光物质。电子束的强度也会变化以产生不同亮度。因为磷光很快就会消失，所以电子束必须持续地扫描屏幕以保持图像这就是重绘屏幕，或者称为刷新屏幕。CRT 显示器的种类按照显示器屏幕形状大致可以分为球面、平面直角、柱面、纯平面等4 种。 球面屏幕球面屏幕可以说是目前技术应用最成熟、使用范围最广泛的显像管。但这种显像管的缺点也很明显，就是随着观察角度的
5、改变，球面屏幕上的图像会发生歪斜，而且非常容易引起外部光线的反射，降低对比度。这种显像管的优势就在于价格便宜，不过由于受到平面显示器的冲击，现在采用这种屏幕的显示器已经很少了。 平面直角屏幕平面直角屏幕(FST)显像管由于采用了扩张型技术，使传统的球面管在水平和垂直方向向外扩张，也就是常说的平面直角显像管。所以相对于球面显像管来说，这种显像管比传统的球面显像管看上去要平坦很多，屏幕表面接近平面，同时在防止光线的反射和眩光方面也有了不少改进，加上比较低廉的价格，使其在15 英寸以上的显示器中得到广泛的应用。但从技术的角度上讲，它还不是真正的平面显像管，这只是一种表面现象而已。 柱面屏幕这类显像管
6、的特点是从水平方向看呈曲线状，而在垂直方向则为平面。柱面屏幕由于在垂直方向上平坦，因此比球面屏幕有更小的几何失真，而且能将屏幕上方的光线反射到下方，而不是直射入人眼中，因而大大减弱了眩光。 纯平面屏幕(IFT)从1998 年开始，许多公司都陆续推出了真正意义上的平面显示器，这种显像管在水平和垂直两个方向上真正做到了平面。因为越平的屏幕，人眼观看屏幕的聚焦范围就越大，图像看起来也就更逼真和舒服。但由于这种显像管的成本比较高，所以采用这种显像管的显示器在价格上比同尺寸的其他显示器高一些。纯平显像管分为“物理纯平”和“视觉纯平”两种，前者的特点是显像管的外表面平面、内表面平面和荫罩平面都是绝对的平面
7、，画面没有任何扭曲变形，但人眼看上去却有凹进去的感觉，需要一段时间来适应；“视觉纯平”的特点是外平内凹，但看上去却是“平”的。8.2.2 LCD显示器LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）是通过其中的液晶对光波的偏转作用来显示图像的。液晶是像液体一样可以流动的棒状分子，可以使光线直接穿过；但是电位可以改变晶体的方向及通过它的光的方向。对于单色LCD，它的每个像素均有多个液晶单元来控制其灰度。而对于彩色LCD，每个像素均有自己的一组液晶单元（红、绿和蓝）。现在，笔记本计算机和台式机有2种基本的LCD面板可供选择：无源矩阵（Passive-matrix）和有源矩阵（ac
8、tive-matrix）。最普遍的无源矩阵面板使用Supertwist numatic技术，并且具有彩色显示功能，所以这些面板通常被称为CSTN；有源矩阵面板通常使用薄膜晶体管设计，因此被称为TFT。有源矩阵面板的显示图象的效果与无源矩阵的相比更清晰、更分明、视角更大。在过去的一段时间内，有源矩阵面板占据了LCD市场75%的份额，但随着无源显示技术的发展，CSTN与TFT之间的技术差距逐步缩小，并且继续保持其低廉的价格，所以LCD市场的份额可能会发生戏剧化的转变。图8-2显示了典型的台式LCD显示器的外观。图8-2 一个典型的17英寸LCD显示器8.2.3 显示器的技术参数尺寸显示器有很多尺寸
9、，其对角线从9英寸到42英寸不等。显示器尺寸越大，价格就越高。最常用的显示器尺寸为14、15、17、19、20和21英寸。对于LCD显示器来说，这些尺寸指的就是屏幕对角线的长度，但对于CRT显示器来说，这些尺寸指的是显像管的对角线长度，并不是屏幕活动区域的对角线长度。活动屏幕区域指的是屏幕上发光区域的对角线长度，换句话说，也就是运行 Windows时桌面的实际对角线长度。如果不实际测量两个17英寸CRT显示器的活动屏幕区域，是不能轻易做出二者尺寸相同的结论的，因为各个显示器活动区域的差别很大，所以某公司的17英寸CRT显示器可能显示一幅15英寸的图像，而另一家公司的17英寸CRT显示器则可以显
10、示15.5英寸的图像。表8-1列出了最常用的几种CRT显示器尺寸声称的对角屏幕大小及实际活动可视区域的对角线测量值。表8-1 广告屏幕尺寸和实际可视尺寸显示器CRT尺寸（英寸）实际的可视区域（英寸）1412.51513.51715.51917.52018.52119.5分辨率分辨率是指显示器所能提供的细节程度，以屏幕在水平和垂直方向上的像素数量来描述。像素数目越多，图像就越精细。应用程序决定了分辨率的需求，基于字符的应用程序（如DOS的命令行程序）需要较低的分辨率，而图形处理应用程序（如桌面排版和Windows软件）需要较高的分辨率。有一点很重要，CRT的设计使得它可以处理一定范围内的分辨率。
11、而LCD显示器（无论是台式还是笔记本）都只有一个固定的分辨率（最佳分辩率），必须加以扩展才能达到其他的分辨率。表8-2给出了标准分辨率及通常用来描述它们的术语。表8-2 标准分辨率及术语分辨率缩略语标准定义640480VGA视频图形阵列800600SVGA超级VGA1024768XGA扩展图形阵列12801024UVGA超级VGA16001200（无）（无）除了VGA之外，术语SVGA、XGA和UVGA很少使用。显示器厂家现在只使用像素的多少来描述屏幕分辨率。市场上销售的视频适配器几乎都在多种颜色级别上支持640480、800600和1024768的像素分辨率，还有一些显示器支持1280102
12、4或更高的分辨率。那么用户的显示器需要多大的分辨率呢?一般来说，分辨率越高，要求的显示器也越大。这是因为Windows图标和文本都使用固定数量的像素，显示器的分辨率越高，这些屏幕元素在桌面上看起来就会越小；使用一个大显示器（17英寸以上），即使分辨率再高，仍然可以看清屏幕上的文本和图标。如果选用640480的分辨率，则15英寸的显示器是合适的；在1024768的分辨率下，15英寸的显示器就显得太小了，最好选用一个更大的如17英寸显示器。表8-3列出了采用特定分辨率时建议的显示器最小尺寸。表8-3 采用特定分辨率时建议的显示器最小尺寸分辨率建议的最小显示器64048014英寸80060015英寸
13、102476817英寸12801024或更高21英寸这个规则的一个例外情况是LCD显示器，LCD型的显示器非常容易聚焦。与大多数传统的CRT显示器不同，LCD屏幕标称的尺寸也代表实际的可视面积。所以，今天市场上的许多笔记本系统使用的13.3英寸LCD显示板实际上就有13.3英寸的对角可视面积。这个尺寸和大多数15英寸CRT显示器的可视面积相当，并且在给定尺寸的屏幕下可以很容易获得超出CRT接受范围的分辨率。比如现在很多高档的笔记本系统使用14英寸或15英寸的LCD面板来显示1024768分辨率。尽管这个分辨率在14英寸或15英寸CRT显示器上是不能工作的，但由于液晶清晰图像的原因，它就可以在1
14、4英寸或15英寸的LCD面板上工作的很好。点距点距（dot pitch）是衡量CRT显示器性能的重要指标之一，它是由CRT内部的荫罩板或光圈格栅控制的。荫罩板是一块镶嵌在CRT前端的金属盘，与磷层相邻；它有数千个小孔，用于聚焦电子枪发出来的电子束，以便一次只照亮一个正确的磷光点。由于屏幕重写的速率极高（每秒钟60到85次），因此所有的点同时都可以照亮。荫罩板就是为了防止电子枪错误地打亮磷点而设计的。在单色显示器中，图像元素是屏幕的一个荧光亮点；但在彩色显示器中，图像元素却是荧光亮点的三元组。点距只是用来表征彩色显示器的参数，它是指三元组之间的距离（用毫米表示）。在点距小的屏幕上荧光点三元组之间
15、的间距小，因此图形元素更加接近，屏幕上的图像会更加鲜明；反之，点距大的屏幕显示的图像则没有那么清晰。图8-3说明了点距。图8-3 点距是指相邻红绿蓝亮点组（三元组）之间的距离最初IBM PC彩色显示器的点距是0.43mm，这对于几乎所有的标准来说都不是理想的。间距越小图像显示得越鲜明。如今大多数CRT显示器的点距都在0.25mm与0.30mm之间，为避免图像模糊，可选用点距为0.26mm或更小的显示器。点距大于0.28mm的CRT显示器很难清晰地显示文本和图形。基于Sony的Trinitron显像管和Mitsubishi的DiamondTron显像管的CRT显示器通过一个栅格利用垂直条纹来分离红、绿、蓝荧光，而不是使用荫罩板，这可以产生更加亮丽的图像，但屏幕上也会出现了用于稳定栅格的阻尼线的阴影。使用栅格显像管的显示器使用条纹间距（stripepitch）代替点距（参见图8-4）。栅格显示器0.25mm的条纹间距等同于传统显示器0.27mm的点距。图8-4 栅格显像管的条距NEC的CRT显示器使用栅格的一种变型，称为槽式屏蔽（slotted mask）。它要比标准的阴影屏蔽显示器更明亮，并且比基于栅格的显示器更加稳定。点距或条距是所有CRT显示器的最重要参数之一，但它们并不是惟
