Аппаратное наложение

В вычислительной технике аппаратное наложение , тип наложения видео , обеспечивает метод рендеринга изображения на экран дисплея с помощью выделенного буфера памяти внутри компьютерного видеооборудования . Целью метода является улучшение отображения быстро движущегося видеоизображения — например, компьютерной игры , DVD или сигнала с телевизионной карты . Большинство видеокарт, выпущенных примерно с 1998 года, и большинство медиаплееров поддерживают аппаратное наложение.

Оверлей — это выделенный буфер, в который одно приложение может выполнять рендеринг (обычно видео), не неся при этом значительные затраты на производительность, связанные с проверкой обрезки и наложения рендеринга другими приложениями. Фреймбуфер имеет аппаратную поддержку для импорта и рендеринга содержимого буфера без использования графического процессора.

Обзор

Использование аппаратного наложения важно по нескольким причинам:

1. В с графическим интерфейсом пользователя (GUI) операционной системе , такой как Windows , одно устройство отображения обычно может отображать несколько приложений одновременно.
2. Рассмотрим, как работает дисплей без аппаратного наложения. Когда каждое приложение рисует на экране, графическая подсистема операционной системы должна постоянно проверять, появляются ли рисуемые объекты в соответствующем месте экрана и не сталкиваются ли они с перекрывающимися и соседними окнами. Графическая подсистема должна обрезать объекты во время их рисования, когда происходит столкновение. Эта постоянная проверка и ограничение гарантирует, что различные приложения могут взаимодействовать друг с другом при совместном использовании дисплея, но при этом потребляет значительную часть вычислительной мощности.

Компьютер рисует на своем дисплее, записывая растровое представление графики в специальную часть своей памяти, известную как видеопамять . Без каких-либо аппаратных наложений существует только один фрагмент видеопамяти, который должны совместно использовать все приложения, и местоположение видеопамяти данного приложения перемещается всякий раз, когда пользователь меняет положение окна приложения. При использовании общей видеопамяти приложение должно постоянно проверять, что оно записывает только в память, принадлежащую этому приложению.

При запуске видеоприложения с высокой пропускной способностью, такого как проигрыватель фильмов или некоторые игры, вычислительная мощность и сложность, необходимые для постоянного обрезки и проверки, отрицательно влияют на производительность и совместимость. Аппаратное наложение позволяет избежать этих ограничений. Кроме того, графический процессор (GPU) обеспечивает эффективный способ масштабирования видео по размеру и часто выполняет преобразование цветового формата (например, YCbCr MPEG-2 в RGB).

Приложение, использующее аппаратное наложение, получает совершенно отдельный раздел видеопамяти, принадлежащий только этому приложению. Поскольку больше ничего его не использует, программе никогда не нужно тратить ресурсы на проверку того, принадлежит ли ей данный участок памяти, а также не нужно следить за тем, перемещает ли пользователь окно и меняет ли расположение видеопамяти. Чтобы изображение из отдельной видеопамяти отображалось в тандеме с остальными общими элементами на дисплее, графическая подсистема связывает определенный атрибут (например, определенный цвет) в качестве «маски» для того наложения, которое видеокарта Под этим подразумевается рисование из отдельного буфера наложения на экран. (Этот метод стал известен как « хромакей ».)

В качестве примера предположим, что графическая подсистема определяет цвет «фиолетовый» как цвет маски, который вызывает появление наложения. Приложение, воспроизводящее DVD, нарисует сплошной фиолетовый прямоугольник на общем экране, а затем «воспроизведет» DVD в специальную область памяти, предназначенную для наложения. Видеокарта будет воспроизводить DVD только внутри фиолетовой области. Если другое окно перемещается поверх фиолетовой области и закрывает ее часть, графическое оборудование самостоятельно выполняет обрезку. На практике реальный цвет «фиолетовый» не используется — скорее используется либо невзрачный, близкий к черному цвет (поскольку в системе часто есть тысячи таких оттенков на выбор), либо область маски обозначается каким-то похожим методом маскировки. не задействуя цвета.

Снимки экрана

Вследствие использования аппаратного наложения программа создания снимков экрана (например, автоматически встроенная в Windows и активирующаяся при нажатии пользователем клавиши PrtSc) часто не фиксирует содержимое, появляющееся в окне аппаратного наложения. Вместо этого захватывается пустая область, содержащая только специальный цвет маски. Это связано с тем, что процедура захвата экрана не учитывает специальные области видеопамяти, предназначенные для наложений — она просто захватывает общий главный экран, отображаемый графической подсистемой программного обеспечения.

Вторичные дисплеи

Многие новые graphics cards can support more than one monitor and/or a TV screen as output devices. Typically one of these output devices has to be declared the "primary" device, and only the primary device can display hardware overlays. There are exceptions: Intel writes in the FAQ for their Embedded Graphics Drivers that the overlay can be attached to either one of the displays but not to both (note: the Intel 945, G33-Q965 chipsets now имеют двойное аппаратное наложение и способны воспроизводить MPEG2 хорошего качества на дополнительных мониторах при установке соответствующего программного обеспечения), а некоторые новые видеокарты Matrox поддерживают наложение на обоих дисплеях (например, серия Parhelia).

Вторичные дисплеи требуют поддержки как оборудования, так и драйверов; некоторые видеокарты могут поддерживать оверлей на втором дисплее, хотя их драйверы могут его еще не поддерживать (примечание: недавнее (июль 2008 г.) ошибки драйвера графического чипсета могут привести к тому, что большинство видеоформатов, кроме mpeg2, будут работать на обоих мониторах, а mpeg2 - только на основном (в большинстве проигрывателей).

Некоторые пользователи отмечают, что фильмы DVD правильно отображаются на экране ноутбука, но не отображаются на телевизоре, подключенном к ноутбуку; в этих случаях можно назначить телевизор основным дисплеем. Иногда использование аппаратных наложений может потребоваться отключить в медиаплеере. Однако некоторые видеокарты имеют возможность полностью перенаправить аппаратное наложение на экран телевизора. В этом случае запуск DVD-плеера на главном экране с включенным наложением приведет к отображению видео на экране подключенного телевизора.

Реализации в различных операционных системах

Расширенные графические возможности Windows Vista заменяют базовую концепцию аппаратных наложений на полную аппаратную композицию для каждого окна приложения, работающего в системе, а не только для проигрывателей фильмов или игр, с помощью диспетчера окон рабочего стола . В Mac OS X аппаратный композитинг используется с момента появления Quartz Extreme в Mac OS X 10.2 . Для повышения производительности каждая программа использует собственный независимый буфер памяти, а не медленную графическую подсистему. (В Windows Vista каждое аппаратное наложение правильнее называть поверхностью Direct3D). системы Затем графический процессор собирает каждое окно в единый экран в реальном времени. Благодаря современным графическим процессорам, способным воспроизводить продвинутую 3D-графику (благодаря индустрии видеоигр), операционные системы могут применять к обычным 2D-окнам интенсивные вычисления, эффекты движения, масштабирования и освещения.

Из-за необходимости снизить энергопотребление в Windows 7 снова добавлена ​​ограниченная поддержка наложений. а в Windows 8.1 добавлена ​​поддержка многоплоскостных наложений. Многоплоскостные наложения позволяют диспетчеру окон рабочего стола автоматически отображать части рабочего стола в наложениях, что позволяет экономить электроэнергию в большинстве случаев.

В системе X Window , оконной системе большинства Unix операционных систем , расширение XVideo позволяет приложениям использовать аппаратные наложения. Также используется композитинг, причем compiz и Beryl оконные менеджеры компоновки являются наиболее яркими примерами с 2006 года. Они могут использовать преимущества OpenGL (через расширение glx) для создания 3D- и 2D-наложенных визуальных эффектов. Другие реализации, такие как Metacity и xfwm, доступны с 2004 года.

Некоторые специализированные устройства аппаратного наложения используют встроенный Linux в качестве операционной системы, например, видеорегистратор [1] от Racelogic использует Texas Instruments микроконтроллер DM355 для смешивания буфера кадров , содержащего графику, с видеопотоком в реальном времени, а затем сохраняет результат в Формат MPEG-4 на флэш-карте.

Поддержка наложения, также известная как Picture In Picture (PIP), была введена в AmigaOS с появлением графических карт ПК, Picasso96 и CyberGraphX, систем графических драйверов также известных как ReTargetable Graphics , для карт Picasso IV и Voodoo3 система драйверов picasso'96 стала стандартной в AmigaOS 3.5. Moovid был одним из первых видеоплееров, поддерживавших аппаратное наложение (PIP) на AmigaOS .