Увидеть весь мир через замочную скважину

Многие современные видеоадаптеры применяют давно известный прием, ранее использовавшийся для подключения к компьютеру дополнительной памяти. Центральный процессор получает доступ к видеопамяти через небольшое окно. Это окно может иметь небольшой размер - до 64 Кбайт и располагаться в адресном пространстве процессора. Обычно окно занимает адресное пространство A000:0000h - A000:FFFFh, то есть расположено также как и для стандартных цветных режимов видеоадаптеров EGA, VGA и SVGA. Процессор компьютера может перемещать это окно по всей видеопамяти адаптера получая доступ к разным ее участкам.

Таким образом, процессор может одновременно получить доступ только к части видеопамяти. Чтобы обратиться к другому участку видеопамяти, необходимо переместить окно доступа. Обычно для этого достаточно записать в определенный регистр видеоадаптера SVGA положение окна относительно начала видеопамяти.

Доступ к видеопамяти через небольшое окно создает определенные трудности для программного обеспечения. Теперь чтобы отобразить на экране монитора пиксел вы должны не только вычислить положение соответствующей ячейки видеопамяти, но также определить смещение для окна доступа.

Одновременно усложняются процедуры, отображающие на экране линии и другие геометрические фигуры. Возможно, что выводимое на экран изображение не помещается в одно окно. Процедура должна будет соответственно перемещать окно по видеопамяти.

Усложняются процедуры копирования изображения из одной позиции экрана в другую. Они должны учитывать, что при копировании может понадобиться перемещать окно доступа к видеопамяти.

Чтобы немного помочь программистам в решении этих и многих других задач, некоторые реализации видеоадаптеров SVGA отводят для доступа к видеопамяти не одно, а два окна. Обычно они обозначаются как окно A и окно B. В некоторых моделях видеоадаптеров через одно окно можно только записывать данные в видеопамять, а через другое только читать из видеопамяти.

Больше цветов больше бит

Многие режимы видеоадаптера SVGA позволяют одновременно отображать на экране больше чем 256 различных цветов. Естественно что для этого каждый пиксел должен быть представлен большим количеством бит.

 

Количество различных цветов	Количество бит для кодировки пиксела
256	8
32768	15
65536	16
16777216	24
4294967296	32

 

Рассмотрим 256-цветный режим видеоадаптера VGA. Каждый пиксел экрана представлен 8 битами данных видеопамяти. Видеоадаптер VGA содержит таблицу цветов (набор из 256 регистров ЦАП), которые согласно значениям, записанным в ней преобразует 8 битные данные видеопамяти в три 6-битных сигнала. Эти три сигнала поступают на три ЦАП и вырабатывающие красную, зеленую и синюю компоненты, определяющие цвет пиксела. Благодаря применению таблицы цветов вы можете выбрать для одновременного отображения на экране монитора любые 256 цветов из 262144 возможных.

Видеоадаптеры SVGA для каждого пиксела используют больше чем 8 бит. Обычно пиксел определяется 15, 16 или 24 битами. Естественно, что в этом случае использование таблицы цветов адаптера VGA затруднено. Например, для режима 65536 цветов (16 бит на пиксел) требуется увеличить размер таблицы цветов до 65536 18-битных регистров. Если адаптер SVGA кодирует пиксел 24 битами, то придется увеличивать размерность таблицы цветов с 18 до 24 или выше.

Поэтому в большинстве режимов SVGA реализована схема прямого кодирования цвета (Direct Color Mode). Биты, определяющие пиксел, группируются на три основные группы, непосредственно определяющие красную, зеленую и синюю компоненты цвета. Данные из этих трех групп передаются на три ЦАП и формируют видеосигнал. Таблица цветов не используется.

В некоторых режимах SVGA существует дополнительная, четвертая группа бит, также соответствующая каждому пикселу. Как правило, четвертая группа бит не используется. Некоторые модели видеоадаптеров могут использовать ее по своему усмотрению.

Например, на видеоадаптере Diamond Stealth 64, в режиме 110h, соответствующему спецификации VESA, для кодирования одного пиксела отводится два байта (рис. 7.1). Они разделены на четыре группы. Три из них имеют размер 5 бит и отвечают за красный, зеленый и синий компоненты цвета пиксела. Четвертая группа, резервная, состоит из одного бита. На рисунке 7.1 резервная группа отмечена символом 'X'.

Рисунок 7.1 Формат видеопамяти, 15 бит на пиксел

Таким образом, в режиме 110h видеоадаптер может отображать пикселы 25+5+5 = 32768-и различных цветов.

В режиме 111h на каждый пиксел также как и в режиме 110h отводится 2 байта, однако они имеют другой формат (рис. 7.2). Резервное поле отсутствует. За счет этого увеличен размер поля, управляющего зеленым компонентом цвета пиксела. Поэтому, в данном режиме видеоадаптер может отображать пикселы 25+6+5 = 65536-и различных цветов.

Рисунок 7.2 Формат видеопамяти, 16 бит на пиксел и резервное поле

Чтобы видеоадаптер мог одновременно отображать на экране 16777216 различных цветов, необходимо, чтобы для кодирования каждого пиксела отводилось 24 бита. Обычно видеоадаптеры используют для этого два различных формата кодирования пиксела (рис. 7.3 и 7.4)

Рисунок 7.3 Формат видеопамяти, 24 бит на пиксел

В режимах 112h, 115 и 118h на один пиксел отводится 4 байта (рис. 7.4). Они разделены на четыре группы по 8 бит в каждой. Три группы отвечают за красный, зеленый и синий компоненты цвета пиксела. Четвертая группа резервная. Такой формат позволяет одновременно отображать на экране монитора пикселы 28+8+8 = 16777216 различных цветов.

Рисунок 7.4 Формат видеопамяти, 24 бит на пиксел и резервное поле

Интересно отметить, что даже в режиме 118h, имеющем разрешение 1024x768 пикселов, на экране отображается 786432 пиксела. То есть меньше, чем количество цветов, которое видеоадаптер может одновременно отобразить на экране монитора.

Стандарт VESA

Стандарт VESA описывает расширение прерывания BIOS номер 10h (VESA BIOS Extention - VBE), отвечающего за управление видеоадаптерами. Поддержка VBE обычно включается производителями видеоадаптеров в ПЗУ самого адаптера или поставляется в виде отдельной резидентной программы. Во втором случае перед использованием функций VBE необходимо загрузить данную резидентную программу в оперативную память компьютера. Ниже мы полностью опишем функции VBE версии 1.2 и опишем некоторые функции VBE версии 2.0.

Перед вызовом функций VBE следует записать в регистр AH значение 4Fh. Если ваша реализация VBE поддерживает данную функцию, то в регистре AL возвращается значение 4Fh. Если функция не реализована, тогда в регистре AL возвращается значение, отличное от 4Fh.

Результат выполнения функции записывается в регистр AH. В случае успешного завершения функции в регистре AH возвращается нулевое значение. Если в регистре AH записано значение 1h, значит функция завершилась с ошибкой. И, наконец, если в регистре AH возвращается значение 2h, значит аппаратура видеоадаптера не поддерживает данную функцию.

Возможна ситуация, когда VBE может выполнить запрашиваемую функцию, а аппаратура видеоадаптера - нет. В этом случае после завершения функции регистр AH содержит значение 4Fh, а регистр AH - 2h.

Получить информацию о реализации VBE и видеоадаптере

Функция позволяет получить различную информацию о возможностях VBE и видеоадаптера. Вы должны использовать данную функцию, чтобы определить, наличие VBE и его версию. Формат вызова функции отличается для VBE версии 2.0 и VBE более ранних версий.

В следующей таблице представлен формат вызова функции для VBE версии 1.2 и более ранних версий:

 

На входе:	AH	4Fh
	AL	00h
	ES:DI	Указатель на буфер размером 256 байт (формат буфера см. ниже). В этот буфер записывается различная информация о видеоадаптере SVGA и реализации VBE
На выходе:	AL	4Fh
	AH	0, в случае успешного завершения, 1 в случае ошибки
Примечание:		Значения остальных регистров сохраняются

 

Теперь приведем расширенный формат этой же функции соответствующий VBE версии 2.0:

 

На входе:	AH	4Fh
	AL	00h
	ES:DI	Указатель на буфер размером 512 байт (формат буфера см. ниже). Первые четыре байта буфера должны содержать строку "VBE2". В буфер записывается различная информация о видеоадаптере SVGA и реализации VBE
На выходе:	AL	4Fh
	AH	0, в случае успешного завершения, 1 в случае ошибки
Примечание:		Значения остальных регистров сохраняются

 

В следующей таблице представлен формат буфера, содержащего информацию об адаптере SVGA и реализации VBE. В таблице мы объединили разные версии VBE.

 

Смещение	Размер	Описание
00h	4 байта	В случае успешного завершения в это поле записывается строка 'VESA'
04h	Слово	Номер версии VBE. Старший байт содержит старшую часть номера версии, младший байт - младшую часть номера версии
06h	Двойное слово	Дальний указатель на строку, закрытую нулем. В строке содержится информация, определяемая производителем. Как правило, она служит для описания видеоадаптера и реализации VBE
0Ah	Двойное слово	Возможности видеоадаптера. В реализации VBE версии 1.2 задействуется только бит D0. Бит D0 содержит единицу, если ЦАП видеоадаптера может работать с данными переменной длинны. В противном случае ЦАП может использовать для представления каждой компоненты цвета (RGB-красный, зеленый, синий) только 6 бит. Бит D1 (VBE 2.0) содержит единицу, если видеоадаптер не полностью совместим с VGA. Бит D2 (VBE 2.0) содержит единицу, если BIOS не поддерживает другие функции VBE
0Eh	Двойное слово	Дальний указатель на список режимов, поддерживаемых функциями VBE. Список состоит из 16-битовых величин, являющихся номерами режимов и заканчивается числом 0FFFFh
Следующие поля таблицы поддерживаются только VBE версии 1.2
12h	Слово	Объем памяти видеоадаптера, представленный в блоках размером по 64 Кбайт
Следующие поля таблицы поддерживаются только VBE версии 2.0
14h	Слово	Дополнительный номер версии VBE (номер пересмотренной версии)
16h	Двойное слово	Дальний указатель на строку, закрытую нулем. В строке содержится имя фирмы разработчика
1Ah	Двойное слово	Дальний указатель на строку, закрытую нулем. В строке содержится название видеоадаптера
1Eh	Двойное слово	Дальний указатель на строку, закрытую нулем. В строке содержится дополнительный номер версии видеоадаптера
22h	222 байт	Не используется
100h	256 байт	Информация фирмы разработчика

Получить информацию о режиме видеоадаптера

Функция позволяет определить различные характеристики любого режима видеоадаптера, отвечающего стандарту VESA. Программа должна подготовить буфер и передать указатель на него функции. В случае успешного завершения в буфер будут записаны характеристики режима.

 

На входе:	AH	4Fh
	AL	01h
	CX	Номер режима
	ES:DI	Указатель на буфер размером 256 байт (см. ниже) для таблицы описания режима
На выходе:	AL	4Fh
	AH	Результат: 0, в случае успешного завершения, 1 в случае ошибки

 

Формат таблицы описания режима представлен ниже:

 

Смещение	Размер	Описание
00h	Слово	Атрибуты режима: D0 режим поддерживается D1 доступна дополнительная информация D2 поддерживаются функции BIOS D3 1 - цветной режим, 0 - монохромный режим D4 1 - графический режим, 0 - текстовый режим
02h	Байт	Атрибуты окна A D0 доступно (поддерживается) D1 окно доступно для чтения D2 окно доступно для записи D3-D7 не используется
03h	Байт	Атрибуты окна B (см. атрибуты окна A)
04h	Слово	Шаг позиционирования окна в Кбайтах
06h	Слово	Размер окна в Кбайтах
08h	Слово	Начало сегмента окна A
0Ah	Слово	Начало сегмента окна B
0Ch	Двойное слово	Указатель на функцию перемещения (позиционирования) окна
10h	Слово	Количество байт на линию сканирования. Не является обязательным для режимов VESA
Следующие поля таблицы поддерживаются только VBE версии 1.2
12h	Слово	Разрешение по горизонтали в пикселах
14h	Слово	Разрешение по вертикали в пикселах
16h	Байт	Ширина символа в пикселах
17h	Байт	Высота символа в пикселах
18h	Байт	Количество слоев видеопамяти
19h	Байт	Количество бит на пиксел
1Ah	Байт	Количество банков памяти
1Bh	Байт	Тип модели памяти
1Ch	Байт	Размер банка памяти в Кбайтах
1Dh	Байт	Количество страниц видеопамяти, доступных в данном режиме минус один
1E	Байт	Зарезервировано
1Fh	Байт	Количество бит, представляющих красную компоненту цвета пикселов
20h	Байт	Положение младшего бита поля, представляющего красную компоненту цвета пикселов
21h	Байт	Количество бит, представляющих зеленую компоненту цвета пикселов
22h	Байт	Положение младшего бита поля, представляющего зеленую компоненту цвета пикселов
23h	Байт	Количество бит, представляющих синюю компоненту цвета пикселов
24h	Байт	Положение младшего бита поля, представляющего синюю компоненту цвета пикселов
25h	Байт	Количество бит, представляющих запасное поле цвета пикселов
26h	Байт	Положение младшего бита запасного поля, предоставляющего цвет пикселов
27h	Байт	D0 равен единице, если в данном режиме видеоадаптера вы можете программировать регистры ЦАП; D1 равен единице, если в данном режиме видеоадаптера каждое значение пиксела представлено 4 полями (красное, зеленое, синее, дополнительное) и дополнительное поле можно использовать. Если бит равен нулю, тогда дополнительное поле зарезервировано и не используется; D2-D7 зарезервировано
Следующие поля таблицы поддерживаются только VBE версии 2.0
28h	Двойное слово	Поле содержит физический 32-разрядный адрес начала видеобуфера для использования его в защищенном режиме
2Сh	Двойное слово	Смещение от начала видеобуфера области памяти неиспользуемой для отображения изображения на экране монитора
30h	Слово	Размер области памяти, неиспользуемой для отображения изображения
32h	206 байт	Зарезервировано

 

 

 

6. 11.1. ВВЕДЕНИЕ

Данная глава посвящена новой, быстро развивающейся области растровой графики. Прогресс растровой графики основан на дости­жениях в микроэлектронике: в настоящее время процессоры и па­мять большого объема с произвольной выборкой создаются на не­больших кремниевых кристаллах (чипах). В системе генерации изображения, которая выполняет преобразование примитивов вы­вода (таких, как отрезки, литеры, многоугольники и т. д.) из век­торной формы в растровую, используются процессор и небольшое число чипов памяти. Существенно больше чипов памяти требуется для буфера регенерации, с помощью которого изображение построч­но выводится на экран графического устройства. В гл. 1 приведены некоторые основные сведения о развитии растровой графики, в гл. 3 описана общая структура типичного растрового дисплея. В первой части данной главы представлено несколько алгоритмов развертки векторного изображения в растровое, а во второй части рассмотре­ны средства, которые целесообразно включить в пакет графических подпрограмм для растровой графики. В гл. 12 детально рассмотрено аппаратное обеспечение растровой графики.

Алгоритмы развертки, применяемые при построении растрового изображения, вызываются очень часто (как правило, сотни или даже тысячи раз) при каждом создании или модификации изображения. Поэтому алгоритмы должны не только порождать визуально прием­лемые образы, но также делать это как можно быстрее. В самом деле, •скорость или качество изображения — основной компромисс при выборе алгоритмов развертки: одни алгоритмы быстры, но генери­руют неровные (с зазубринами) ребра, другие более медленны, но порождают более гладкие ребра. Независимо от способа выбора компромиссного решения предпочтение отдается быстродействию. Поэтому в алгоритмах используются пошаговые методы, в резуль­тате чего минимизируется число вычислений (особенно умножений и делений), производимых во время каждой итерации. Дополни­тельного увеличения скорости можно добиться за счет применения параллельных процессоров, одновременно выполняющих преобра­зование примитивов вывода из векторной формы в растровую для многовходового буфера регенерации.

 

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ОТРЕЗКОВ