Премьера видеоакселератора

Джан Оузер

По мере того как растет производительность и функциональная насыщенность графических плат дл профессионалов в области компьютерной графики, появляются новые аппаратные средства воспроизведени видеоинформации, которые окажут влияние на весь спектр изделий рынка графических плат. Сегодня имеетс множество графических микросхем со средствами обработки видеоизображений, а в ближайшем будущем появится новое поколение графических адаптеров, где будут реализованны эти средства.

Все они преследуют одну цель - добитьс высококачественного полноэкранного масштабировани видеоизображений и воспроизведения информации, сжатой в таких форматах, как Indeo, Cinepak и MPEG, с частотой 30 кадр/с и хорошей достоверностью цветопередачи. Хот сегодня еще слишком рано называть лидеров в этой области, направление развития новой волны вырисовывается достаточно ясно.

ПСЕВДОСМЕШЕНИЕ ЦВЕТОВ

Когда современные 24-бит кодеки, такие, как Indeo или Cinepak, воспроизводят изображение в 8-бит режиме, они уменьшают глубину цвета до требуемых 256 цветов и затем применяют псевдосмешение - процесс, в ходе которого пикселы группируются таким образом, чтобы создать плавный переход между двумя различными цветами. Хотя этот прием улучшает качество изображения, оно явно уступает полученному при 24-бит представлении цвета.

Три новых аппаратных подхода снимают некоторые ограничения, накладываемые программным псевдосмешением. Первый подход предусматривает включение в состав аппаратных средств контроллера усовершенствованные процессоры цветосмешения вместо того, чтобы, как обычно, возложить задачу цветосмешения на кодек. Это - попытка имитировать 16- или 24-бит представление цвета в 8-разрядной системе.

В большинстве реализаций исходные видеоданные в формате YUV (которые определяют цвет в терминах цветности и яркости) смешиваются в процессе преобразования в принятый для ПК формат RGB до их пересылки в буфер изображения. После того как данные попали в буфер, изображение приводится к уровню выходной разрешающей способности. Хотя этот метод не позволяет получить качество, характерное для 24-бит изображения, он представляет собой шаг вперед по сравнению со смешением цветов, выполняемым в кодеке, и видеоизображение может быть воспроизведено с разрешением 1024x768 и 8-бит представлением цвета при использовании лишь 1 Мбайт видеоОЗУ.

Второй подход заключается в сохранении видеоизображения в формате YUV в памяти буфера изображения, не использующейся для вывода на экран, последующем его преобразовании в формат RGB, масштабировании в случае необходимости и наложении видеоинформации на графические данные во врем пересылки в ЦАП. Так как видео- и графические данные хранятся отдельно, видео может воспроизводиться с истинным, а не имитированным 24-бит представлением цвета, даже если установлен 8- или 16-бит графический режим. Переход к более высокому уровню разрешения может выполняться внутри неиспользуемого для вывода на экран буфера изображения, что повышает требования к ОЗУ, и после завершения пересылки данных в ЦАП. Очевидное преимущество сохранения видеоизображения в пространстве YUV - более высокое качество получаемой картинки.

Третий вариант - использование масштабирующего ЦАП (ZoomDAC), который выполняет псевдосмешение цветов и масштабирует видео в модуле RAMDAC непосредственно перед выдачей его на монитор. Несмотря на то что смешение цветов в ZoomDAC не дает истинно 24-бит представления цвета, качество изображения должно быть лучше, чем у видео, полученного путем смешения в буфере изображения, которое всегда ограничено 256 цветами в 8-бит режиме.

ПЛАВНОЕ МАСШТАБИРОВАНИЕ

Все кристаллы видеосопроцессоров преобразуют изображение к большей разрешающей способности с использованием какого-либо метода фильтрации дл сглаживания изображения на дисплее. То, насколько хорошо кристаллы справляются с этой задачей, оказывает огромное влияние как на качество изображения, так и на частоту регенерации.

Наиболее простая форма масштабирования - дублирование (replication), в процессе которого каждый пиксел в строке пикселов повторяется столько раз, сколько нужно для получения изображения с большим уровнем разрешения. Например, переход от разрешени 320x240 к разрешению 640x480 увеличивает площадь изображения в четыре раза - каждый пиксел преобразуетс в блок, состоящий из четырех пикселов.

Интерполяция (interpolation), или усреднение пикселов, представляет собой следующий уровень сглаживания. Формула интерполяции, состоящая в сложении значений смежных пикселов и делении суммы на два, делает реализацию этого метода недорогой. Все перечисленные ниже кристаллы используют интерполяцию по оси x. Фирмы, стремящиеся снизить стоимость своих изделий, применяют интерполяцию по оси x и дублирование по оси y. Изготовители более совершенных микросхем выполняют фильтрацию вдоль обеих осей. Коэффициент фильтрации (tap value) показывает число пикселов, окружающих данный пиксел, значения которых учитываютс во время фильтрации.

Разные ИС обеспечивают масштабирование различных форматов. Обычно масштабируются кодеки, включая Indeo, Cinepak, и большинство программных продуктов MPEG, но более старые кодеки, такие как Video1, применявшиеся в старых CD-ROM, могут быть исключены.

АППАРАТНАЯ АРХИТЕКТУРА

В настоящее время мы видим три способа построени графических плат с видеоакселераторами. Первый представляет разработку интегрированного контроллера/акселератора, который выполняет функции видеоускорения в базовый набор контроллера. Поскольку большинство контроллеров предназначено для массового потребителя, то видеоакселераторам приходитс соперничать за место на кристалле со стандартными графическими средствами, а их реализация в кремнии должна быть недорогой. Вот почему дублирование пикселов получило столь широкое распространение среди изготовителей дешевых микросхем, таких как Digital Equipment и Western Digital.

Вторая архитектура предусматривает применение отдельного кристалла видеосопроцессора. Так как эти микросхемы, как правило, разрабатываются дл потребителей, специализирующихся в сфере видео, то основное внимание обращается на производительность, а не на стоимость изделия. Признавая тот факт, что отдельный видеоакселератор превосходит по производительности интегрированный акселератор/ контроллер, фирма S3 предлагает интегрированное устройство для массового потребителя и отдельный видеоакселератор для видеосистем высокого класса.

Как мы уже видели, третий подход - применение масштабирующего ЦАП, который объединяет лучшие качества двух первых архитектур. Более дешевые, чем отдельный видеоакселератор, масштабирующие ЦАП не страдают такими недостатками, как ограничения на занимаемую площадь и стоимость, присущие интегрированным контроллерам/ акселераторам, и позволяют применять более надежные и сложные алгоритмы фильтрации.

ТЕСТИРОВАНИЕ ВИДЕОАКСЕЛЕРАТОРОВ

Мы рассмотрели три платы для видеовоспроизведения, которые иллюстрируют три упомянутых подхода: #9FX Motion771 фирмы Number Nine Visual Technology Corp. (599 долл.), построенную на основе контроллера/акселератора S3 Vision 968 ; Viper Pro Video фирмы Diamond Multimedia Systems (649 долл.), снабженную отдельным акселератором Power Video фирмы Weitek Corp.; и Stingray 64 фирмы Hercules Computer Technology (250 долл.), где используется масштабирующий ЦАП фирмы I.C.Works. (В нашем распоряжении не было плат, в которых применен видеооверлей вместо процессора смешения, поэтому мы не могли провести неформальное тестирование для выяснения разницы между этими двум технологиями.)

Сначала мы воспроизводили видеоизображения в 8-бит графическом режиме, визуально оценивая качество различных методов псевдосмешения цветов. Затем мы увеличили глубину цвета до 24 бит, одновременно преобразуя файл с разрешением 160x120, воспроизводимый со скоростью 30 кадр/с, в файл с разрешением 640x480. В этом случае мы проверяли качество изображения и способность платы масштабировать изображение, не уменьшая при этом частоту регенерации. Мы вторично проверили эти параметры в нашем последнем тесте, также выполнявшемся с 24-бит глубиной цвета, но включавшем двукратное масштабирование файла с разрешением 320x240, воспроизводимым со скоростью 30 кадр/с.

Результаты первого теста показали, что видеоизображение, воспроизведенное в 8-бит режиме, выглядит размытым независимо от выбранного метода псевдосмешения цветов и никогда не достигает качества, характерного для истинного 24-разрядного представлени цвета. Это не было для нас неожиданностью. Результаты второго и третьего тестов показали, что с точки зрени чистой производительности отдельные ИС акселераторов или масштабирующие ЦАП превосходят интегрированные контроллеры/акселераторы.

Ограниченный диапазон этих тестов не дает возможности делать далеко идущие выводы. Но все три подхода представляют собой очевидное улучшение по сравнению с "неускоренными" технологиями с точки зрени и качества изображения, и частоты регенерации. Это сулит хорошую перспективу для дальнейшей интеграции высококачественных видеосредств с графическими аппаратными средствами, которая, по нашим ожиданиям, в ближайшие полгода примет массовый характер.