【音视频基础】(一):显示器是如何显示图形数据的一

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1. 最早的显示器

在十八世纪,人类对电的研究渐渐成熟,而电在图形学方面的应用却还是一个空白,除了在世纪初的时候,电弧光灯率先被发明,它打开了人类对光的探索。人类开始猜想,我们是不是可以把一个活动的景象,通过电来传送并且复现。

开始的时候,行扫描概念被提出,也就是可以把一幅图像,分成一行一行进行扫描,传真装置因此诞生。之后,有一个人提出,我们是不是可以把图像分为栅格的形式,也就一个一个小格子,每个格子显示一个颜色,拼接起来,就是完整的一幅图像,这个学说被沿用至今。而光有行扫描栅格图像还不够,因为虽然学说有了,但是还是没有把图片数字化。而在同一时间,光电管被发明,这种装备可以实现光和电的互相转换。另外一个哥们在这些基础上,结合电磁波载波,发明了电视,而那时候的显示,只能达到每秒5帧,每帧(关于帧,下面会进行说明)30行。

2. CRT显示器

在十八世纪末的时候,有一个更牛逼的哥们发明了一件装备,它能把电信号转化为光信号。听着像上面提到的光电管,然而并不是,它被称为阴极射线管,英文名CRT(Cathode Ray Tubes)。此后诞生了一系列电子显示器(CRT显示器),在开始详细介绍它之前,先来看一组图片。

【音视频基础】(一):显示器是如何显示图形数据的一_第1张图片
示例图0
【音视频基础】(一):显示器是如何显示图形数据的一_第2张图片
示例图1
【音视频基础】(一):显示器是如何显示图形数据的一_第3张图片
示例图2

别看这些大块头,现在觉得很Low又笨重。事实上,在高中的时候我们机房用的都是这种显示器。它奠定和引导了显示器的突飞猛进,它同时也证明了一个定理,一个新事物只有起步的时候是最难的,你若坚持,此后一帆风顺。

好了,现在来看一下CRT的原理图,它是了解和处理视频数据的基础。

【音视频基础】(一):显示器是如何显示图形数据的一_第4张图片
CRT的原理图

这个就是CRT,看着像手电筒,其实并不是。手电筒产生的是散光或不均匀光,而CRT产生的是均匀光。它的原理是通过电子枪发射“一束”电子,通过聚焦、偏转等手段,打到涂有荧光层的屏幕上进行发光。在前面的栅格图像学说的理论之下,由一束电子点亮的屏幕一点,称为一个像素。而CRT无重叠的打到屏幕上的最多点数称为分辨率,如我们熟知的1280X1024,它表示屏幕上最多有1280X1024个点可以被点亮。

好的显示器,在同样的物理尺寸的情况下,像素点更小,能够显示的点数更多,分辨率更大,因而画质更细腻。

【音视频基础】(一):显示器是如何显示图形数据的一_第5张图片
CRT显示器的扫描原理

这张图是CRT显示器的扫描原理,也是著名的光栅扫描显示器(光栅一词来源于光学,它的本意是,由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。而CRT显示器一行行扫描,形成的图案,类似光栅)。典型的CRT采取逐行扫描的方式,当然也有隔行扫描随机扫描的方式,不过在本文中不做研究。

在电子束沿每一行扫描的时候,它的强度要不断变化,从而生成一幅图像。这个图像的图形定义,也就是每一个像素的亮度、颜色等信息,保存在帧缓存(刷新缓存/颜色缓存)里面,帧是指整个屏幕。电子束从首行开始,到扫完尾行完成一幅图案的显示,这称为一帧。CRT每完成一帧,自动返回到左上角,开始扫描下一帧。

人眼在每秒25帧的情况下,能自动把图片视为连续的动画,30帧以上,会觉得不卡。现在普遍的显示器,每秒都能打到60帧以上,大多数能达到100多帧。例如随便搜个显示器,如下图

【音视频基础】(一):显示器是如何显示图形数据的一_第6张图片
某显示器参数

它的响应时间(点亮一像素所需要的时间)为5ms,每秒最多能显示1000ms/5ms=200帧。

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