1.4 Video Display Devices

1.4.1 Raster-Scan Display

รูป

จากรูปอธิบายได้ดังนี้ ปืน electron จะยิงลำ electron ออกไปกระทบผนังของจอภาพ ที่ผนังของจอภาพจะฉาบด้วยสารประกอบ phosphor ซึ่งเป็นสารเรืองแสง จะเปล่งแสงที่ตาคนมองเห็นได้ออกมา ซึ่งจะมีคุณสมบัติที่ดีหรือไม่จะดูที่ความนานของการเรืองแสง ลำ electron ที่ยิงออกมาจะมีระบบที่คอยควบคุมอยู่ 3 ระบบ ดังนี้

1. Focusing System เป็นระบบที่ช่วยให้ลำ electron ตกที่ฉากรับที่หน้าจอให้พอดี

2. Horizental Deflection Plates เป็นระบบที่ช่วยปรับทิศทางการวิ่งของลำ electron ในแนวนอน

3. Vertical Deflection Plates เป็นระบบที่ช่วยปรับทิศทางการวิ่งของลำ electron ในแนวตั้ง

1 ) Pixel

รูป

จอภาพแบบ Raster-Scan จะแบ่งจอภาพออกเป็นจุดเล็กๆจำนวนมาก จุดเหล่านี้จะเป็นส่วนประกอบของภาพที่เล็กที่สุด เรียกว่า Pixels หรือ Picture Element จุดเหล่านี้ จะจัดเรียงกันเป็นแบบตะแกรงโดยที่จุดตัดของเส้นตามแนวนอนและเส้นตามแนวดิ่ง คือ Pixel

เส้นตามแนวนอนจะเรียกว่า Raster-Scan lines ซึ่งประกอบด้วย Pixels ทั้งหมดเท่าที่จะมีได้ของเส้น

2 ) Aspect Ratio

Aspect Ratio คือ อัตราส่วนระหว่างความยาวในแนวนอนกับความยาวในแนวดิ่งของ Pixel ค่านี้เกิดจากการที่ ใน 1 Pixel มีความยาวและความกว้างไม่เท่ากัน ซึ่งส่วนใหญ่แล้ว aspect ratio จะมีค่าเท่ากับ Y/X ตัวอย่างเช่น 4/3

x/y หรือ y/x ¹ 1

การปรับจอภาพทำได้โดยการนำ aspect ratio ไปคูณกับ coordinate ที่ต้องการ plot จะทำให้ได้ภาพที่มีอัตราส่วนที่ถูกต้อง

Aspect ratio มีผลต่อความถูกต้องของภาพที่วาดบนจอภาพหรือที่พิมพ์ลงบนกระดาษซึ่งต้องคำนึงถึง aspect ratio ของจอภาพและเครื่องพิมพ์ด้วยเพื่อให้ภาพที่ได้มีอัตราส่วนที่ถูกต้อง

3 ) Resolution

Resolution คือความละเอียดของจอภาพ หมายถึง จำนวน pixel ใน 1 scan line และจำนวน scan lines ที่มีบนจอภาพทั้งหมด

Resolution เป็นตัวบอกคุณภาพของจอภาพ นั่นคือยิ่ง Resolution มีมากเท่าใด ก็ยิ่งแสดงภาพได้ละเอียดมากขึ้นเท่านั้น

จอภาพที่มีความละเอียดต่ำ( low resolution )

· 300 scan lines/screen

· 400 pixels/scan line

จอภาพที่มีความละเอียดสูง( hign resolution )

· มากกว่า 1000 scan lines/screen

· มากกว่า 1000 pixels/scan line

4 ) Refresh Rate

Refresh Rate คือ จำนวนของ Frame(หน้าจอ) ที่สามารถแสดงผลได้ใน 1 วินาที

Frame time คือเวลาที่ใช้ในการแสดงภาพ 1 จอภาพ ซึ่งเป็นส่วนกลับของ Refresh Rate

จอภาพราคาถูก( low cost monitor)

· Refresh Rate = 30 frame/second(30 Hz)

จอภาพราคาแพง(high cost monitor)

· Refresh Rate = 60 frame/second(60 Hz)

5 ) Non-Interlaced Display

รูป

การแสดงผลที่มีการยิงลำ electron โดยวิ่งจากมุมบนซ้ายของ scan line เส้นแรกเป็นจุดเริ่มต้น ไปจนหมด scan line เส้นแรกจากนั้นขึ้น scan line ที่ 2 วิ่งจากซ้ายไปขวา ทำเช่นนี้ไปจนกว่าจึงจุดมุมล่างขวาของ scan line เส้นสุดท้ายในจอภาพแล้วกลับขึ้นมาที่จุเริ่มต้น เรียก 1 frame หรือ 1 รอบ

จอภาพแบบ Non-Interlaced Display นี้จะมีข้อเสียคือ

· ถ้าจอภาพมี Refresh rate ต่ำ จะทำให้จอภาพกระพริบ

· ต้องการ Hardware ราคาแพง เช่น VGA Card และ RAM คอยเก็บ Pixel บนจอภาพใน Video RAM

· สาร Phosphor ที่ใช้ต้องมีคุณภาพสูง นั่นคือ ต้องมีการคงอยู่ของภาพหรือเรืองแสงได้นาน

6 ) Interlaced Display

รูป

จอภาพแบบนี้จะต่างจาก Non-Interlaced Display คือจะแบ่ง scan line ออกเป็น 2 ชุดคือ scan line ที่เป็นเลขคี่( Odd scan line) และ scan line ที่เป็นเลขคู่( Even scan line )

การวิ่งของลำ electron บนหน้าจอจะวิ่งบน Odd scan line เส้นแรกจากซ้ายไปขวาจนถึง Odd scan line เส้นสุดท้าย จากนั้นกลับขึ้นมาวิ่งบน Even scan line เส้นแรก จากซ้ายไปขวาเช่นกัน จนถึง Even scan line เส้นสุดท้ายแล้วกลับมายังจุดเริ่ม บน Odd scan line เส้นแรก

ถ้าจอภาพนี้มี Refresh rate 30 Hz (รอบ/วินาที)จะหมายความว่า

· Even scan line จะถูก scan 60 รอบ ใน 1 วินาที

· Odd scan line จะถูก scan 60 รอบ ใน 1 วินาที

การแสดงผลแบบนี้จะช่วยลดการกระพริบของจอภาพลงได้ เนื่องจากเวลาที่จะกลับมาสร้าง Odd scan line ทับเส้นเดิม Even scan line ยังคงอยู่และจอภาพแบบนี้จะมีราคาถูกกว่าจอภาพแบบ Non-Interlaced Display เนื่องจากไม่ต้องใช้ High technology แต่ภาพที่ได้จากจอภาพแบบนี้จะไม่คมชัด

สำหรับจอภาพที่มีราคาแพงขึ้น คุณภาพดีขึ้น จะไม่ใช้วิธี Interlaced Display แต่จะมี Refresh rate สูงขึ้น เช่น 60 Hz เป็นต้น

7 ) Frame Buffer

รูป

Pixel หรือจุดแต่ละจุดที่ปรากฏอยู่บนจอภาพจะสอดคล้องกับค่า bit ที่อยู่ในหน่วยความจำส่วนหนึ่ง เรียกหน่วยความจำส่วนนี้ว่า frame buffer หรือ Bit-Mapped bit เหล่านี้จะถูกเก็บไว้ในลักษณะตาราง

หน่วยความจำที่ใช้เป็น frame buffer ในระบบ Graphics ปัจจุบันจะแยกออกจากหน่วยความจำหลักของเครื่อง Computer เพื่อที่จะทำให้การแสดงภาพบนจอภาพทำได้รวดเร็วมากขึ้น จำนวนแถวของ frame buffer จะเท่ากับจำนวน scan line ของจอภาพและจำนวนหลักของ frame buffer จะเท่ากับจำนวน pixel ของ scan line

การบอกขนาดของหน่วยความจำที่ใช้เป็น frame buffer

· จำนวน pixel ที่สามารถแสดงบนจอภาพ

· จำนวน pixel ในหลัก คูณกับจำนวน pixel ในแถว เช่น 640 x 840 หรือ 1024 x 1024 เป็นต้น

เมื่อมีการใส่ค่า bit 1 ลงใน frame buffer ตำแหน่งใดก็ตามจะเกิดเป็นจุดสว่างบนจอภาพตรงตำแหน่งที่สอดคล้องกับ frame buffer ส่วนตำแหน่งที่มี ค่า bit เป็น 0 ก็จะไม่มีจุดสว่าง

8 ) Color Display

รูป

ข้อมูลใน frame buffer ซึ่งใช้แทน pixel แต่ละจุดนั้นจะประกอบไปด้วย bit จำนวนหนึ่ง สำหรับจอภาพขาวดำซึ่งมีความเข้มเพียง 2 ระดับ ข้อมูลใน frame buffer จะมีเพียง 1 bit ( 1-bit-plane frame buffer) ซึ่งต่างกับจอภาพแบบสีหรือจอภาพแบบขาวดำที่มีความเข้มหลายระดับ ข้อมูลสำหรับ 1 pixel จะต้องมีมากกว่า 1 bit ในรูปที่ 13 แสดง frame buffer ที่ใช้ 3 bit นั่นคือ ใน 1 pixel จะมีค่าที่ใช้แทน pixel นี้ได้ 8 ค่า (2³) ซึ่งแต่ละค่าจะแทนความเข้ม 1ระดับ รวมทั้งหมดก็แทนได้ 8 ระดับ จากระดับ 0 ถึง ระดับ 2³-1 = 7 สำหรับโทรทัศน์ขาวดำ ถ้าใช้ข้อมูล 8 bit สำหรับ 1 pixel ก็จะสามารถแสดงระดับความเข้มได้ถึง 2⁸ หรือ 256 ระดับ และสำหรับระบบจอภาพสีต้องการข้อมูล 24 bit ( 24-bit-plane frame buffer ) โดยที่จะใช้ 8 bit สำหรับแต่ละแม่สีคือ แดง(Red) เขียว(Green) น้ำเงิน(Blue) หรือระบบสี RGB ซึ่งตามทฤษฎีจะสร้างได้ถึง 2²⁴ ซึ่งเท่ากับ 16,777,216 สี สำหรับจอภาพที่มีความละเอียด 512x512 พร้อมทั้งมีสีได้ครบเต็มที่จะต้องใช้หน่วยความจำถึง 512x512x24 = 6,291,456 bit ซึ่งหน่วยความจำของ computer ราคาต่ำ ๆไม่สามารถมีหน่วยความจำขนาดนี้ได้ ดังนั้น ข้อมูลต่อ 1 pixel จึงมีแค่เพียง 1 ถึง 4 bit เท่านั้น

9 ) Vedio Controller for Raster-Scan Display

รูป

Vedio Controller คอย map bit ใน frame buffer กับจุดสว่างบนจอภาพให้สอดคล้องกัน และควบคุมความเข้มของสี(RGB) ว่าจะให้ความเข้มเท่าใดไปกระทบจอภาพ

1.4.2 Ramdom Vector or Ramdom-Scan Display

จอภาพแบบ Random Vector นี้จะมีหน่วยความจำส่วนหนึ่งเรียกว่า Display file ซึ่งจะใช้ สำหรับเก็บคำสั่งเกี่ยวกับการสร้างภาพ Graphics ต่างๆ เมื่อต้องการแสดงภาพก็จะแปลงคำสั่งทางGraphics ที่ต้องการใช้ให้ไปบังคับลำ electron ให้ไปแสดงบนจอภาพ

การแสดงภาพวิธีนี้ไม่จำเป็นต้องมีการ Refresh จอภาพทั้งจอเหมือนกับจอภาพแบบRaster-Scan เพียงแค่ Refresh เฉพาะภาพที่แสดงผลบนจอภาพเท่านั้น

1 ) Display Processor for Random-Vector

รูป

Display Processor จะแปลงคำสั่งทาง Graphics ไปบังคับปืน electron ให้ยิงไปที่จุด coordinate ที่ต้องการโดยตรง ทำให้ภาพที่ได้จากจอภาพแบบนี้คมชัดมาก

2 ) Example of Random Vector Display

รูป

1.4.3 Differences between Raster and Vector

1. จอภาพแบบ Random-Vector สามารถวาดเส้นตรงได้ดีกว่าจอภาพแบบ Raster-Scan เนื่องจากการแสดงภาพแบบ Raster-Scan จะแสดงได้เฉพาะตามเส้น Scan เท่านั้น ดังนั้นสำหรับเส้นที่เป็นเส้นทแยงมุม เส้นที่วาดจะไม่เป็น เส้นตรงทีเดียวนักถ้าจำนวนของ pixel บนจอภาพไม่ละเอียดเพียงพอ

2. กระบวนการที่ใช้แปลงคำสั่งใน Display file ให้เป็นจุดสว่างที่เหมาะสมบนจอภาพของจอภาพแบบ Random-Vector จะไม่ซับซ้อนเท่ากับกระบวนการที่ใช้ใน Raster-Scan

3. การเก็บข้อมูลของภาพแบบ Random-Vector ต้องการเนื้อที่เก็บน้อยกว่าแบบ Raster-Scan เพราะจะเก็บเพียงคำสั่งทาง Graphics ที่ใช้วาดภาพที่ต้องการเท่านั้น ซึ่งต่างจาก Raster-Scan ที่ต้องเก็บข้อมูลจุดทั้งจอภาพใน frame buffer

4. ความเร็วในการแสดงผลของ Random-Vector จะเร็วกว่า Raster-Scan เนื่องจาก การลบหรือเปลี่ยนภาพแบบ Random-Vector ไม่ขึ้นอยู่กับ Refresh Rate เหมือน Raster-Scan

1.4.5 Liquid-Crystal Display(LCD)

LCD เป็นจอภาพที่ไม่ต้องมีปืนยิง electron สำหรับการแสดงผล ทำให้จอภาพมีความหนาลดลง ข้อดีของจอภาพแบบนี้คือ ใช้กำลังไฟฟ้าน้อย ขนาดและน้ำหนักเบาทำให้สามารถนำติดตัวไปไหนมาไหนได้สะดวก ในสมัยก่อนจอภาพแบบนี้จะมีสีได้เพียง 2 สีเท่านั้น แต่ในปัจจุบันสามารถให้สีได้มากกว่า 2 สีแล้ว

Back Next