Частотные характеристики монитора
Частоты синхронизации
При формировании одного кадра изображения каждый из трех электронных пучков проходит от одного края экрана до другого (рисует строку), подсвечивая нужные точки с требуемой интенсивностью, и делает это столько раз, каков режим разрешения по вертикали (количество строк). Процессом развертки луча управляют сигналы синхронизации, вырабатываемые видеоадаптером. Для получения устойчивого изображения, хорошо воспринимаемого глазом, необходимо, чтобы кадр обновлялся достаточно часто — в несколько раз чаще, чем в кинематографе. Это связано с тем, что расстояние между монитором и пользователем меньше, чем между экраном и зрителем в кинотеатре. Электронная система монитора обеспечивает строчную (движение по строкам, или горизонтальную) и кадровую (смена кадра, или вертикальную) развертки, которые характеризуются соответствующими частотами, называемыми Scanning Frequency, Synchronization, Deflection Frequency, с обязательным указанием направления (Horizontal или Vertical).
Частота вертикальной синхронизации иногда обозначается как Refresh Rate. Частота горизонтальной развертки может быть приближенно оценена как произведение числа строк на частоту обновления кадров. Реально она немного (на 3 – 10 %, в зависимости от режима) выше такой оценки, что связано с переходными процессами при обратном ходе пучка в верхнюю часть экрана во время смены кадра.
Автоматический выбор частот
В самых первых моделях мониторов, предназначенных для работы в одной видеомоде, применялась единственная комбинация частот вертикальной и горизонтальной синхронизаций, причем частота обновления кадров была невелика — не более 60 Гц. Такие мониторы назывались одночастотными. Ввиду несовершенства системы развертки на этих устройствах была даже предусмотрена подстройка частоты горизонтальной синхронизации.
Увеличение графических приложений потребовало увеличения кадровой частоты, кроме того, новые приложения начали использовать более высокие разрешения. Поэтому, чтобы можно было работать с новыми пакетами, не отказываясь от привычных старых, потребовались мониторы, способные поддерживать несколько фиксированных частот синхронизации. Так появились многочастотные мониторы.
Для псевдоувеличения частоты кадровой развертки был внедрен режим Interlaced — чересстрочной развертки, формирующий кадр за два прохода. При первом проходе воспроизводятся только нечетные строки кадра, при втором — только четные. При этом говорилось о повышении частоты кадровой синхронизации, которая обычно равнялась 87 Гц. Однако реальная частота была вдвое ниже, что было явно неудовлетворительно для работы и утомительно для глаз, поэтому сразу же после появления мониторов с режимом Interlaced посыпались отрицательные отзывы о качестве их изображения, а наряду с Interlaced-мониторами выпускались аппараты, которые обеспечивали высокую частоту смены кадров без применения способов чередования. Чтобы отличить более качественные мониторы, их назвали Non-Interlaced. Развертка Non-interlaced называется также “прогрессивной”.
Дальнейшее развитие программных продуктов и прогресс в области радиоэлектроники позволили отказаться от фиксированных частот синхронизации. В современных мониторах частота и горизонтальной, и вертикальной разверток может быть выбрана любой из диапазона частот, поддерживаемых монитором, что дает широкий простор для создания различных приложений. Эта особенность современных мониторов обозначается в документации термином “автоматическое сканирование” или “мультисканирование” (Autoscan, Multiscan, Multifrecuensy, или MultiSync), а также отражается в их названии (серии мониторов MultiSync фирмы NEC, Multiscan фирмы Sony, SyncMaster от Samsung).
Полоса частот видеоусилителя и тактовая частота видеосигнала
Есть еще одна частотная характеристика, называемая полосой частот, хотя правильнее было бы назвать ее верхней границей частотной характеристики видеотракта, поскольку для полосы надо определять и нижнюю границу.
Эта характеристика обозначается как Bandwidth. Она определяет верхнюю границу полосы пропускания видеоусилителя. Обычно ее измеряют в мегагерцах по спаду характеристики на — 3 децибела от максимального значения.
На монитор от видеоадаптера, кроме синхроимпульсов кадровой и строчной разверток, подаются также сигналы интенсивности каждого из составляющих цветов для каждого пикселя изображения, которые представляют собой последовательность видеоимпульсов различной амплитуды. Она и определяет интенсивность электронного пучка (а значит, и интенсивность свечения люминофора) в данной точке. Нетрудно посчитать, что интенсивность луча должна меняться с частотой, равной (в первом приближении) произведению числа строк на число вертикальных полос выбранного разрешения и на частоту обновления кадров.
Так, для режима XGA при частоте кадровой развертки 1024 х 769 х 75Гц”59 Мгц. Тактовая частота видеосигнала (видеоимпульсов) — Dot Rate, Pixel Rate, Pixel Clock — в 1,33 — 1,40 раза выше этой оценки, что связано с переходными процессами и обратным ходом луча.
Видеоадаптер вырабатывает низковольтные видеосигналы, их максимальная амплитуда не превышает 0,7 —1 В. Этот сигнал затем усиливается видеоусилителем и подается на модулирующие электроды кинескопа. Для того чтобы видеосигнал проходил без искажения, необходимо, чтобы граница полосы пропускания видеотракта превышала тактовую частоту сигнала. Максимальное значение частоты видеоимпульсов, при котором еще и возможно получение качественного изображения, соответствует значению верхней границы полосы видеотракта. Если реализуется режим, требующий частоты видеоимпульсов, превышающий Bandwidth (это возможно, если требуемые частоты синхронизации поддерживаются монитором), то изображение на экране будет расплывчатым.
Требования к частотным характеристикам
Для того чтобы нагляднее представлять себе масштабы указанных величин, в таблице 3 приведены приблизительные (округленные) частоты синхронизации и тактовые частоты видеоимпульсов для некоторых опорных режимов IBM-совместимых компьютеров, соответствующие стандартам VGA и VESA (Video Electronics Standard Association — Ассоциация стандартов в области видеоэлектроники, которая определяет подавляющее большинство стандартов видеосистем для IBM-совместимых компьютеров, в частности, стандарты на разрешения частоты синхронизации, уровни сигналов, компьютерные шины и т. д.).
Главным и наиболее наглядным частотным параметром монитора является частота кадровой развертки, указанная для определенного разрешения. Именно эта характеристика определяет уровень мерцания изображения и утомляемость при работе и наряду с качеством фокусировки влияет на эффективное разрешение, т. е., в конечном счете, на эффективный размер экрана.
Пару лет назад ассоциация VESA установила минимальную частоту кадровой развертки для выполнения эргономических требований при работе с монитором, которая составляла 70 Гц в “прогрессивном” режиме горизонтальной развертки. Затем планка поднялась до значения 72 Гц. Новый стандарт ErgoVga предложенный VESA определяет минимум этой частоты на уровне 75 Гц для разрешения 1024 х 768; есть сообщения о следующих шагах — 80 и 85 Гц.
Таблица 3
Связь частотных характеристик монитора
| Разрешение, пиксель | Частота вертикальной синхр., Гц | Частота горизонтальной синхр., Гц | Dot Rate |
| 640 х 480 | 60 120 | 31.5 61 | 25 50 |
| 800 х 600 | 60 75 80 100 | 38 47 50 64 | 40 50 53 67 |
| 1024 х 768 | 60 75 80 | 48 60 64 | 65 79 84 |
| 1280 х 1024 | 60 75 80 | 64 80 86 | 108 135 144 |
| 1600 х 1200 | 60 75 80 | 75 94 100 | 160 200 210 |
Если монитор при выбранном разрешении не обеспечивает такой скорости обновления кадров, то лучше выбрать режим с меньшим разрешением, на котором, тем не менее, значение 75 – 80 Гц достигается. В противном случае работа за компьютером будет опасна для зрения. Некоторые мониторы имеют верхнюю границу диапазона частот кадровой развертки порядка 120 – 160 Гц. Такие частоты возможны на разрешениях, которые существенно ниже эффективного.
К другим частотным характеристикам монитора относится диапазон частот строчной развертки. Поскольку компьютер должен иметь возможность работать под DOS, на всех мониторах предусмотрен режим 640 х 480 при частоте кадровой развертки 60 или 70 Гц, что определяет нижнюю границу диапазона частот строчной развертки (порядка 30 – 31 кГц), которая стандартна для всех мониторов любого размера. Для удовлетворения эргономических требований верхняя граница для 15-дюймовых мониторов должна быть не ниже 60 – 64 кГц, а для 17-дюймовых — 80 – 86 кГц. Если монитор 15 дюймов имеет максимальную частоту строчной развертки 50 кГц, то на разрешении 1024 х 768 он сможет обеспечить частоту смены кадров всего лишь около 60 Гц, поэтому на этом разрешении его лучше не использовать.