就不谈3D:剖析显卡2D与视频工作原理 | |
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| http://www.sina.com.cn 2006年08月18日 12:31 太平洋电脑网 | |
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作者：AL
一、 显卡中的数据传输：2D应用攀登顶风 在PC发展的初期，我们对于显卡并没有太高的性能要求，只要做到基本的显示功能即可。通过ISA或者EISA等总线，显卡可以获取需要显示的相关信息数据。不过，这些信息数并未经过处理，因此需要使用显卡的芯片进行加工，这一单元发展到后期就成了GPU。尽管当时显卡处理的数据量并不大，但是缓冲区还是必不可少的，否则连基本的2D显示功能都将无法实现。 显示芯片处理完的资料会全部传送到显存，然后进入极为关键的RAMDAC单元（Digital Analog Converter）。RAMDAC单元所需要完成的任务便是数模转换，因为显卡芯片处理的是数字信息，而普通CRT显示器接收的都是模拟信息，所以这一步是必不可少的。RAMDAC的转换速率以MHz表示，它还决定了刷新频率的高低，其工作速度越高，频带越宽，高分辨率时的画面质量越好。该数值决定了在足够的显存下，显卡最高支持的分辨率和刷新率。如果要在1024×768的分辨率下达到85Hz的分辨率，RAMDAC的速率至少是1024×768×85×1.344（折算系数）/106＝90MHz。虽说如今显卡的RAMDAC都至少达到250MHz，但是这在几年前却是一个可望而不可即的数字。 不过如今RAMDAC早已不是显卡中的重点，而且今后其地位也将越来越低。随着LCD显示器的普及，用户渴望使用DVI数字接口，此时显卡传输的数据信号将由专业的芯片或是GPU内部的TMDS电路来实现，对于RAMDAC转换速率已经没有要求。即便是采用D-Sub接口的LCD显示器，由于刷新率在60Hz时就已经能够满足用户的需求，因此也并未随着分辨率的提高而对RAMDAC转换速率提出更高的要求。
部分显卡使用独立芯片应对DVI输出 事实上，显卡技术发展初期的焦点并非是显示芯片，也不是RAMDAC，而是像夹心饼干一样的显存。显示芯片与RAMDAC是两个非常忙碌的高速设备，而显存必须随时受它们两个差遣。每一次当显示屏画面改变，显示芯片就必须更改显存里面的资料，而且这一动作是连续进行的。同样的，RAMDAC也必须不断地读取显存上的资料，以维持画面的刷新。分辨率越高，从芯片传到显存的资料也就越多，而RAMDAC从显存读取资料的速度就要更快才行，为此显存必须在容量以及速度方面达到一定的要求。 小贴士：不同显卡的2D速度还有区别吗？ 在上世纪末，Voodoo Banshee和TNT等显卡就号称已经拥有了终结版2D速度，这意味着今后的其它显卡已经不可能在2D速度上取得任何突破。从显卡的工作原理我们不难看出，平面的2D应用并不涉及到视频加速以及3D渲染操作，仅仅是静态画面的刷新。而对于这类2D应用而言，即便是较高的分辨率，此时所需要的显存容量也不多。我们可以用“水平分辨率×垂直分辨率×颜色位数/8bit”来计算，不难得出1600×1200@32bit下，8MB显存就已经绰绰有余。此外，GPU与显存之间的通道以及显存速度也都完全符合2D应用的需求，因此不同的显卡的确不存在2D速度的区别。
2D性能在Voodoo Banshee时代就已经达到顶峰
二、 视频回放质量：关注色彩表现的奥秘 对于显卡技术而言，3D速度已经不是唯一的发展目标，带来出色的2D画质与视频功能同样十分重要。如果说2D画质基本取决于显卡做工与低通滤波电路，那么视频功能则还是需要依靠强大的GPU来实现。如今nVIDIA和S3都在其最新产品线中融入了视频优化引擎，ATi也有相应的动作，这将直接给用户的各种视频应用带来好处，更让我们体验到显卡技术的另一面。 1．为什么不同显卡的色彩表现会有差异 理论上说，在纯2D应用中，不同显卡不会存在任何色彩表现的差异，唯一的不同便是Gamma值的调整。但是在视频应用中，不同显卡的表现就不尽相同了。随着HDTV以及在线视频VOD点播的普及化应用，视频回放能力越来越受用户重视，显示芯片厂商对于视频能力的宣传也不遗余力。 2．Overlay和VMR 提到插值就不能忽视Overlay和Video Mixing Renderer （VMR）了。前者被称为“视频覆盖”或者重叠，是通过相关硬件进行视频缩放，色域转换（RGB和YUV的互相转换），亮度，Gamma，色彩饱和度的调节等等，老显卡的视频都是通过Overlay处理后再“显示”出来的。Overlay对于视频放大所产生马赛克通过过滤器进行插值补偿，达到消除马赛克的效果。过滤器通常有水平5级和垂直3级之类的规格，比较出色的显卡会有10级过滤。由于Overlay是硬件播放和缩放，对于配置比较低的机器而言，用Overlay Mixer是首选。 VMR（Video Mixing Renderer ）则是Windows 中默认的播放选择，直接支持了DirectX视频加速，兼容性比较好，但是对显示芯片有特殊要求。此后，VMR技术发展到VMR9，对应DirectX 9.0，目前所有主流显卡都支持这项技术。但是需要注意的是，VMR并不意味着视频显示完全依赖于GPU芯片的计算，它也需要进行色域转换和过滤器的马赛克消除步骤。因此不同显卡的VMR效果并不相同，只是差距不同Overlay方式下那样明显。
在影音风暴软件中可以设定不同的视频渲染方式 不要简单地认为VMR一定比Overlay先进，因为在实际使用中，Overlay画面更加柔和自然，很适合看一些动画片或是生活片。相对而言，ATI显卡的色域转换和Gamma调节更加迎合东方人的习惯，因此一直被认为是很适合看电影的显卡。而nVIDIA似乎是背上了不应该有的骂名，因为其Overlay部分的过滤器也达到10级，并且亮度、Gamma以及色彩饱和度的调节都十分细致，只是因为整体色彩偏冷色调而让国内用户感觉有些不爽，再加上以往nVIDIA的确在这方面存在“不良历史”，所以出现如今的局面也就不令人感到奇怪了。 小贴士：双屏显示时为何无法播放视频 很多使用双显示器的用户都反映第二显示器无法播放全屏的影片，其实出现这种情况主要是因为默认的Overlay显示方式无法支持第二个RAMDAC单元工作。为此，建议大家直接在播放软件中将视频渲染方式设置为VMR，一般就能解决问题。
3．HDTV应用：究竟谁才是王者 HDTV已经是当前呼声最高的视频标准，此时所带来的画质将远远超越现有的DVD视频。对于很多消费者而言，选购显卡都已经开始为HDTV准备。事实上，我们认为大家大可不必对此太过在意，对于厂商的技术抄作应该“冷眼相看”。如今的HDTV其实本质也就是硬件解码补偿，因为CPU无法应对如此高要求的解码任务。对于显卡而言，只要能够支持解码补偿，那么基本的流畅度就能够保证，至于画质表现是否出色，那完全是另一回事了。 之所以说是“另一回事”，主要是这基本取决于显卡的视频效果优化技术。以nVIDIA PureVideo技术为例，其实实现H.264或是WMV HD解码并非是最重要的，特殊的视频效果优化才是关键。事实上，几乎所有的主流显卡都具备视频效果优化技术。以目前S3显卡的Chromotion视频引擎为例，Edge Enhancement技术可以更加广泛地适用于克服各种视频边缘锯齿。
Edge Enhancement技术以强化边缘来消除锯齿 此外，Chromotion视频引擎所实现的视频优化功能还不仅仅是抗锯齿，其自动调整功能延伸到视频降噪、YC分离优化、对比度调节、白平衡处理、锐化视频等都十分实用。当然，nVIDIA和ATI显卡也具备相应的功能，但是这些技术实际都仅仅是建立在硬件工作基础上的软件算法，真实的技术含量并不高。简单而言，我们建议大家不要将HDTV看得太过凝重，由于WMV HD和MPEG2-TS的解码负担还不算很大，只要显卡GPU支持H.264解码，那么这就基本满足的需求。而且毫无疑问的是，支持H.264解码的GPU肯定还有一些其它视频效果优化技术，只是其优劣很难一概而论，毕竟视频风格是一个见仁见智的问题。
Chromotion视频引擎中效果十分明显的降噪功能 三、 分辨率下的画质：解析2D画质 曾几何时，拥有一块2D速度出色的显卡是很多用户的一大心愿。不过经过几年的发展，如今显卡已经可以彻底抛弃2D速度的概念了。然而除了2D速度，2D画质也一直很受用户关注。速度不快可以忍受，但是2D画质模糊不清是绝对不能容忍的。尽管主流显卡早在几年前就已经达到2D速度峰值，不过谈及2D画质，不少低端产品还是难以敢于挺直腰板。 大家需要明确的是，决定一款显卡2D画质的因素并非是图形核心性能，而是厂商自身的图形核心设计能力以及板卡加工商的工艺水准。从目前的技术发展现状来看，当前真正决定显卡2D画质的因素在于板卡的用料与做工，其中低通滤波线路设计尤为关键。如今一些杂牌和比较低档的产品为了节约成本，产品的用料做工都不可避免地偷工减料，从而导致了2D显示效果难以令人满意。从技术上分析，高频运行的核心和显存产生的干扰足以让显卡输出的模拟信号杂乱不堪，因此所有的显卡都需要良好完整的低通滤波电路来滤除杂波，尽量保持信号的完美。也许消费者受长期以来受媒体误导认为2D品质只与核心相关，导致对低通滤波电路的忽视。
完整的高品质低通滤波电路 低通滤波电路通常位于显卡D-SUB模拟输出接口的背后，由一些体积很小的黑色和白色贴片元件组成，多集中在模拟输出D-SUB处，大家仔细地观察显卡，在视频输出接口的后面，我们就可以看到密集的元件组成了低通滤波电路。由于显卡的模拟信号非常容易受到干扰，一般显卡大厂在这个线路上都下足了工夫，包括用料做工和设计都有很好的考虑。 |
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