Разрешение изображения

Качество изображения на экране ЭЛТ характеризуется в основном двумя параметрами: разрешением и цветностью.

 

Изображение на экране ЭЛТ является мозаичным, т. е. состоит из отдельных элементов. Минимальный элемент изображения называют пикселом (Рixel - Picture Element). Количество пикселов и строке называют разрешением по горизонтали, а количество пикселов по вертикали - разрешением по вертикали. Фактически разрешение по вертикали определяется количеством строк в растре. Под разрешением кадра (изображения) понимают общее количество содержащихся в нем пикселов и обозначают как произведение разрешений по горизонтали и вертикали, например 640x480 (640 пикселов в строке и 480 строк).

 

Очевидно, что пиксел не может быть меньше зерна люминофора (здесь и далее при упоминании термина «зерно люминофора» будем подразумевать триаду зерен). Поэтому максимальное (физическое) разрешение, которое может быть обеспечено монитором с конкретной ЭЛТ, определяется количеством зерен люминофора на экране этой ЭЛТ.

 

На практике размеры пиксела зависят от установленного разрешения, которое, в свою очередь, определяется параметрами видеосигнала, поступающего на ЭЛТ. Размер по вертикали определяется количеством строк растра, а по горизонтали - максимальной частотой спектра видеосигнала (как известно, любой сложный сигнал может быть представлен как сумма простейших синусоидальных колебаний разной частоты и амплитуды - это и есть спектр данного сигнала). Именно высокочастотные спектральные составляющие видеосигнала определяют размер мелких деталей на экране монитора.

 

Оценим взаимосвязь между разрешением монитора, параметрами развертки и характеристиками видеосигнала. Для этого воспользуемся изображением в виде шахматного поля (рис. 14). Предположим, что разрешение этого изображения составляет NxМ, где N - количество пикселов (клеток) в строке (горизонтальное разрешение), а М - количество строк (вертикальное разрешение). Частоту строк обозначим f_стр, а частоту кадров - f_кадр.

 

 

Рисунок 14 - Изображение в виде шахматного поля.

 

Размер пиксела по горизонтали определяет минимальный период видеосигнала Т_min. Величина, обратная Т_min, т. е. количество периодов видеосигнала в единицу времени, является максимальной частотой спектра видеосигнала f_max. Один кадр изображения содержит N*М пикселов. Если частота кадров f_кадр, то участок видеосигнала длительностью 1с должен содержать f_кадр *N*М периодов, т.е. максимальная частота спектра видеосигнала при разрешении NxМ и частоте кадров f_кадр

 

f_max =f_кадр*N*М Гц.

 

Например, при разрешении 640x480 и частоте кадров 60 Гц максимальная частота спектра видеосигнала составит около 20 МГц, а при разрешении 1024x768 и частоте кадров 75 Гц - уже 59 МГц.

 

Анализируя полученное соотношение, можно сделать три вывода:

 

1. Повышение разрешения изображения при неизменной частоте кадров сопровождается расширением спектра видеосигнала, т. е. увеличением его максимальной частоты спектра f_max.

 

2. Максимальная частота спектра видеосигнала определяет максимально возможное при заданной частоте кадров разрешение. На практике эта частота не может быть больше, чем ширина полосы пропускания видеотракта монитора. Напомним, что полосой пропускания устройства называют диапазон частот входного сигнала, в пределах которого коэффициент передачи данного устройства по напряжению составляет не менее 0,707 от максимального. Зависимость коэффициента передачи устройства от частоты сигнала называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ).

Если максимальная частота (т. е. ширина) спектра видеосигнала превысит ширину полосы пропускания видеотракта монитора, то видеосигнал не сможет пройти через этот тракт без искажений. Повысить разрешение изображения при сохранении значения f_max неизменным можно только при снижении частоты кадров, что сделает мерцание изображения более заметным. Например, ширина полосы пропускания видеотракта стандартного монитора видеосистемы VGА составляет около 25 МГц, что позволяет ему поддерживать разрешение 640x480 при частоте кадров 60 Гц или 720x400 при частоте кадров 70 Гц. Для работы с разрешением 800x600 необходимо снизить частоту кадров до 56 Гц, что приведет к появлению заметного мерцания экрана. Сохранение прежней частоты кадров при таком разрешении невозможно, поскольку максимальная частота спектра видеосигнала окажется за пределами полосы пропускания видеотракта монитора.

 

3. Для повышения разрешения изображения по вертикали при заданной частоте кадров необходимо не только расширить полосу пропускания видеотракта, но и увеличить частоту строк f_стр=f_кадрxM. Даже в том случае, когда f_max попадает в полосу пропускания видеотракта монитора, изображение на его экране может быть неустойчивым или пропасть вовсе, если генератор строчной развертки монитора не в состоянии обеспечить требуемую частоту строк f_стр (с учетом импульсов гашения требуемое значение частоты строк оказывается еще выше примерно на 10%). В частности, первым монитором, поддерживающим разрешение 1024x768, был монитор 8514 фирмы IВМ. Он имел достаточно широкую полосу пропускания видеотракта (45 - 47 МГц), чтобы обеспечить при данном разрешении и построчной развертке частоту кадров около 56 Гц. Однако предельная частота генератора строчной развертки у этого монитора не превышала 36 кГц, тогда как для обеспечения указанной частоты кадров требовалось как минимум 48 кГц. В результате обеспечить разрешение 1024x768 этот монитор мог только при чересстрочной развертке с частотой кадров 43,8 Гц (частотой полей около 88 Гц) и частотой строк 35 кГц.

 

Таким образом, максимальное разрешение монитора определяется не только размером зерна люминофора, но и шириной полосы пропускания видеотракта и максимальной частотой строчной развертки. Значения всех этих характеристик монитора должны быть согласованы друг с другом, т. е. повышение разрешения возможно только при одновременном их улучшении.