Video
Videokaarten
Een videokaart of grafische kaart is een interface tussen een computer en het beeldscherm. Het belangrijkste onderdeel van moderne grafische kaarten is de GPU, die zoveel mogelijk grafische taken overneemt van de processor (CPU). Niet alle computers hebben anno 2021 nog een discrete ('losse') videokaart. De meeste pc's, laptops en tablets die worden geproduceerd, hebben een videokaart die is geïntegreerd in de processor of het moederbord. Losse grafische kaarten worden normaal gesproken in de computer zelf ondergebracht.
Soorten videokaarten
Grofweg zijn er twee typen videokaarten te onderscheiden:
- Onboard: De elektronica is in het moederbord of de processor geïntegreerd. Deze versie bezit vaak geen eigen geheugen, maar gebruikt het werkgeheugen van het systeem. Deze oplossing biedt standaardprestaties. Omdat de video een deel van het gewone werkgeheugen gebruikt wordt deze oplossing wel Shared Memory Architecture (SMA) genoemd. Dit is afhankelijk van de hoeveelheid die in BIOS is in te stellen. Nieuwere desktop-processors van zowel Intel als AMD bevatten geïntegreerde grafische functionaliteit die de onboard-videokaart in het moederbord overbodig maken.
- Insteekkaart: Deze kaarten worden op het moederbord aangesloten door middel van een bus of een poort. In chronologische volgorde, met steeds betere prestaties, zijn de volgende architecturen gangbaar in pc-systemen:
- ISA (Industry Standard Architecture). Deze kaarten worden niet meer geproduceerd.
- PCI (Peripheral Component Interconnect). Deze worden nog wel geproduceerd, maar niet veel meer. De kaarten zijn niet erg krachtig naar moderne maatstaven.
- AGP (Accelerated Graphics Port). Deze worden nog wel gemaakt, maar door de lagere bandbreedte ten opzichte van PCI-Express worden ze in geavanceerde systemen niet meer toegepast.
- PCI-Express (Peripheral Component Interconnect Express). De verbeterde, seriële versie van PCI.
Met de CGA-kaart in 1981 begon de ontwikkeling van videokaarten voor IBM-compatibele pc's. Zie Standaard voor weergavemodus voor de verdere geschiedenis.
Monochrome beeldscherm
MDA
Monochrome Display Adapter of MDA is een standaard voor weergavemodus voor de eerste personal computers die IBM in 1981 introduceerde.
De MDA was ontworpen voor alfanumerieke, monochrome beeldschermen, dus zonder grafische mogelijkheden, alleen tekst met 80 kolommen bij 25 regels was mogelijk. De letters en cijfers van de tekst zijn opgebouwd uit 7×11 pixels in een veld van 14×9 pixels, wat voor die tijd vrij veel was. De tekst was daarom ook goed en prettig leesbaar.
De oudste vorm was een monochroom beeldscherm dat een groen of geel beeld gaf. Deze beeldschermen werden alleen voor tekst weergave gebruikt.
Het gele beeldscherm had een langere nalicht tijd waardoor bij scrollen de tekst smeerde en het even duurde voor het weer leesbaar werd.
Hercules monochrome grafische adapter
Om toch nog grafische aplicaties en spelletjes te kunnen doen is de Hercules standaard ontworpen.
De Hercules Graphics Card of Hercules is een standaard voor weergavemodus die in 1982 door de Amerikaanse firma Hercules ontwikkeld is.
De Hercules-kaart was vrij populair, ondanks dat IBM de voorloper was met de grafische kaarten (zie CGA, EGA). IBM introduceerde grafische kaarten die steeds meer kleuren konden laten zien, maar daardoor ook duur waren. De Hercules-kaart had geen kleuren en had dus ook geen (duurdere) kleurenmonitor nodig. Daardoor was de Hercules-kaart ook meer geschikt voor thuisgebruik.
Voor tekst had de Hercules-kaart dezelfde opbouw als de MDA-kaart, dus 80×25 karakters van elk 7×11 pixels in een veld van 9×14 pixels.
De Hercules-kaart had een grafische modus van 720×348 pixels. Er zijn weinig spellen speciaal voor de Hercules-standaard gemaakt. Wel konden een aantal spellen die in oorsprong voor CGA geschreven waren met de Hercules-kaart gespeeld worden. Door de vrij hoge resolutie was de Hercules-kaart vooral geschikt om onder andere grafieken mee af te beelden.
De aansluiting geschiedt via een female D-sub 9 pin connetor.
Tulip computers gebruikte bij zijn XT en AT machines een omschakelbare (DGA) kaart die of monochroom of CGA met een kleuren monitor gebruikt. Vanaf de 386 was er een VGA kkart aanwezig waarop een z/w vga monitor op aangesloten kon worden.
Kleuren beeldschermen
CGA
De Color Graphics Adapter (CGA) werd in 1981 geïntroduceerd door IBM en was de eerste grafische kaart van IBM die kleuren kon laten zien.
De eerste CGA-kaarten kostten zo'n 500 gulden (10.000 Belgische frank, 250 euro). Die prijs daalde sterk toen in 1984 de EGA-adapter werd geïntroduceerd. Een standaard CGA-kaart heeft een geheugen van 16 kilobyte.
| 0 - black #000000 | 8 - (dark) gray #555555 |
| 1 - blue #0000AA | 9 - bright blue #5555FF |
| 2 - green #00AA00 | 10 - bright green #55FF55 |
| 3 - cyan #00AAAA | 11 - bright cyan #55FFFF |
| 4 - red #AA0000 | 12 - bright red #FF5555 |
| 5 - magenta #AA00AA | 13 - bright magenta #FF55FF |
| 6 - brown #AA5500 | 14 - yellow #FFFF55 |
| 7 - light gray #AAAAAA | 15 - bright white #FFFFFF |
Tekstmodus
De kwaliteit van de tekst is minder dan die van de MDA-adapter, omdat alle tekens in een veld van slechts 8×8 pixels zijn gedefinieerd. De CGA-kaart heeft twee tekstmodi:
- 40×25 tekens.
- 80×25 tekens.
De voorgrondkleur kan uit 16 kleuren gekozen worden, en ook de achtergrondkleur kan voor ieder teken apart worden ingesteld. Daarnaast bestaat er nog de mogelijkheid om alle kleuren als grijstinten te laten zien.
Grafische modus
De CGA-kaart heeft drie grafische modi:
- 160×200 pixels met 16 kleuren (in "composite mode").
- 320×200 pixels met 4 kleuren.
- 640×200 pixels met 2 kleuren.
Voor spellen werd vooral de modus met een resolutie van 320×200 gebruikt. Daarbij kan gekozen worden uit twee mogelijke kleurenpaletten:
- Magenta, cyaan, wit en de achtergrondkleur (standaard zwart).
- Rood, groen, bruin ('donkergeel') en de achtergrondkleur (standaard zwart).
EGA
Enhanced Graphics Adapter of EGA is een standaard voor weergavemodus.
Het werd door IBM in 1984 uitgebracht voor de nieuwe AT-computers, als verbetering ten opzichte van de in de IBM PC beschikbare CGA-displaystandaard. Het grafische scherm is 640×350 pixels. Er kunnen 16 kleuren tegelijkertijd afgebeeld worden. Deze 16 kleuren kunnen gekozen worden uit een palet van 64 kleuren. De eerste EGA-videokaarten hadden 64 kilobyte geheugen.
Er was een speciale EGA-monitor voor nodig, waarbij in de kabel voor elk van de kleuren rood, groen en blauw twee stuursignalen aanwezig waren.
De EGA-standaard is opgevolgd door de VGA-standaard.
Grafische modus
Ondersteunde resoluties zijn:
- 320×200 en 640×200 op een CGA- of EGA-monitor,
- 720×350 en 640×350 op een MDA-monitor en
- 320×350 en 640×350 op een EGA-monitor.
EGA scant met 21,8 kHz wanneer modi met 350 lijnen worden gebruikt en 15,7 kHz wanneer modi met 200 lijnen worden gebruikt.
In de 640×350 hoge resolutie-modus, waarvoor een verbeterde EGA-monitor nodig is, kunnen 16 kleuren worden geselecteerd uit een palet dat bestaat uit alle combinaties van twee bits per pixel voor rood, groen en blauw, waardoor vier niveaus van intensiteit mogelijk zijn voor elke primaire kleur en 64 kleuren in het algemeen. De grafische modi 640×200 en 320×200 bieden achterwaartse compatibiliteit met CGA-software en monitoren, maar maken gelijktijdig gebruik van alle zestien kleuren in het CGA-palet mogelijk, in plaats van de vaste vier kleuren die beschikbaar zijn in die modi op de eigenlijke CGA.
VGA
VGA ofwel video graphics array is een internationale standaard voor de manier waarop met een computerprogramma beelden op een computermonitor worden weergegeven. Door het vastleggen van deze standaard werd het mogelijk dat beeldschermen van verschillende fabrikanten op computers van verschillende fabrikanten konden worden aangesloten, waaraan toetsenborden van verschillende fabrikanten konden worden verbonden en om alles te laten draaien, besturingsprogramma's van verschillende fabrikanten konden worden gebruikt. Kortgezegd was de idee achter de standaard, dat alle hardware en software met elkaar kon communiceren.
De VGA-standaard werd ontwikkeld door IBM en is door de jaren heen uitgegroeid als de de facto standaard voor het aansturen van computerschermen. De VGA-standaard werd door IBM in 1987 geïntroduceerd. De standaardindeling van een VGA-scherm is 640×480 pixels. Iedere pixel is vierkant en de beeldverhouding van het scherm is dus 4:3. Vierkante pixels zijn mooier en duidelijker om te zien en maken de grafische programmatuur eenvoudiger. Al gauw kwamen er videokaarten en schermen die meer pixels konden tonen, van 800×600 tot 1600×1200. Sommige videokaarten hebben een stuurprogramma nodig om deze hogere resoluties te kunnen tonen.
De signalen van de videokaart naar het beeldscherm zijn bij de oudere standaarden CGA en EGA digitaal, maar omdat er meer kleuren nodig waren heeft men voor analoge signalen gekozen. Het principe van VGA-aansturing is gebaseerd op analoge aansturing met behulp van gescheiden kleuren. Deze drie kleuren, rood, groen en blauw RGB worden apart over een lijn gestuurd en de horizontale en verticale uitlijning wordt door een horizontale en verticale synchronisatie, afgekort als sync, aangestuurd. Het grote voordeel van RGB-aansturing ten opzichte van composietvideo is dat er met RGB veel hogere resoluties haalbaar zijn. De VGA-poort van de personal computer gebruikt altijd een D-type connector met 15 pinnen. De gebruikte analoge grafische kaarten accepteren aparte sync en een 'sync-on-green' signaal en een standaard bereik van 55 Hz tot ruim 75 Hz.
De VGA-videokaarten kunnen ook door programma's aangestuurd worden alsof het CGA- of EGA-videokaarten zijn. Sommige typen kunnen de Hercules-kaart ook emuleren. Een VGA-videokaart bevat drie RAMDAC-chips waarmee digitale data omgevormd worden tot analoge data, zodat de gegevens op het scherm getoond kunnen worden.
Hoewel er sinds 1987 veel nieuwe standaarden zijn gekomen zoals SVGA en XGA met een veel hogere en betere resolutie blijft VGA de standaard die door elke personal computer wordt ondersteund.
Standard graphics modes
- 640×480 in 16 colors or monochrome
- 640×350 or 640×200 in 16 colors or monochrome (EGA compatibility)
- 320×200 in 256 colors (Mode 13h)
- 320×200 in 4 or 16 colors (CGA compatibility)
De 640×480 modi met 16 kleuren en 320×200 modi met 256 kleuren hadden volledig herdefinieerbare paletten, waarbij elk item werd geselecteerd uit een 18-bits (262.144 kleuren) gamma.
Kleurendiepte
Kleurendiepte is een maat voor de hoeveelheid bits die gebruikt worden om de kleur van een pixel te coderen. Hoe hoger de kleurendiepte is, hoe meer verschillende kleuren er kunnen worden gecodeerd.
Voor een afbeelding met alleen zwart en wit is maar een kleurendiepte van 1 bit nodig, ook wel monochroom genoemd. Dan kunnen echter alleen de kleuren zwart en wit gebruikt worden, en geen grijswaarden. Een normale zwartwitafbeelding gebruikt daarom meestal 8 bits, en kan daardoor 256 verschillende tinten bevatten. Een kleurenfoto heeft tussen de 8 en 24 bits nodig, afhankelijk van de kwaliteit van de afbeelding.
Bij een hoge kleurendiepte wordt de beeldinformatie vaak opgeslagen als RGB omdat dan niet alle verschillende kleuren ook nog eens in een losse tabel hoeven te worden opgeslagen.
Kleurendiepte gebruikt veel geheugen welke op de eerste VGA kaarten schaars was. Voor een pixel is 3 Byte nodig als men die in ware kleuren wil weergeven. Voor VGA kan men met 4 bits uit de voeten.
Grote resoluties heen dus meer pixels, dus geheugen nodig. Men moest keuzes maken.
1 bits
Met een bit kan men alleen zwart/wit weergeven, zonder grijs tinten.
4 bits
Met 4 bits kan men 16 grijstinten of 16 kleuren weergeven.
8 bits
Met 8 bits kan men 256 grijstinten of 256 kleuren weergeven.
Ware kleuren
Ware kleuren (Engels: truecolor) is een methode uit de computertechniek (videokaarten) om grafische afbeeldingsinformatie op te slaan en weer te geven in een RGB-kleursysteem om op deze wijze een zeer grote aantal kleuren, tinten en schakeringen te kunnen tonen in fotografische afbeeldingen en complexe graphics. Meestal wordt onder ware kleuren verstaan dat er zich ten minste 256 tinten rood, groen en blauw in bevinden, om een totaalaantal van ten minste 16.777.216 kleurvariaties mogelijk te maken; een kleurendiepte van 24 bit (3×8 bit; 224 ≈ 16,8 miljoen). Beelden van een dergelijke kleurendiepte wekken bij het menselijk oog de illusie van de werkelijkheid.
Soorten beeldschermen
Cathode Ray Tube monitoren
Flatscreen monitoren
Aansluitingen beeldschermen
MDA
MDA connector pinout when looking at back of computer
| Pin | Function |
|---|---|
| 1 | Ground |
| 2 | Ground |
| 3 | Not Used |
| 4 | Not Used |
| 5 | Not Used |
| 6 | Intensity |
| 7 | Video |
| 8 | Horizontal Sync (+) |
| 9 | Vertical Sync (-) |
Signal
| Type | Digital, TTL |
|---|---|
| Resolution | 720×350 |
| H-freq | 18.432 kHz |
| V-freq | 50 Hz |
| Colors | Monochrome |
| Intensity levels | 2 to 4 (depending on monitor) |
CGA
CGA connector pinout when looking at back of computer
| Pin | Function |
|---|---|
| 1 | Ground |
| 2 | Ground |
| 3 | Red |
| 4 | Green |
| 5 | Blue |
| 6 | Intensity |
| 7 | Reserved |
| 8 | Horizontal Sync |
| 9 | Vertical Sync |
Signal
| Type | Digital, TTL |
|---|---|
| Resolution | 640×200, 320×200 |
| H-freq | 15699.8 Hz (14.318181 MHz/8/114) |
| V-freq | 59.923 Hz (H-freq/262) |
| Colors | 16 |
EGA
EGA connector pinout when looking at back of computer
| Pin | Name | EGA modes | CGA compatible modes |
|---|---|---|---|
| 1 | GND | Ground | Ground |
| 2 | SR | Secondary Red (Intensity) | Ground |
| 3 | PR | Primary Red | Red |
| 4 | PG | Primary Green | Green |
| 5 | PB | Primary Blue | Blue |
| 6 | SG | Secondary Green (Intensity) | Intensity |
| 7 | SB | Secondary Blue (Intensity) | Reserved |
| 8 | H | Horizontal Sync | Horizontal Sync |
| 9 | V | Vertical Sync | Vertical Sync |
VGA
| pin | retourpin | signaal | richting | signaalniveau |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 6 | rood | naar beeldscherm | 75 Ω, 0,7 V p-p |
| 2 | 7 | groen | ||
| 3 | 8 | blauw | ||
| 13 | 10 | horizontale sync | naar beeldscherm | TTL |
| 14 | verticale sync | |||
| 11 | monitor-id bit 0 | van beeldscherm | ||
| 12 | monitor-id bit 1 of SDA | |||
| 4 | monitor-id bit 2 | |||
| 15 | monitor-id bit 3 of SLC | |||
| 5 | aarde | |||
| 9 | +5 V | naar beeldscherm |
Monitorskabels hebben meestal een blauwe stekker aan beide einde.
DVI
De DVI (Digital Visual Interface) specificatie werd gepubliceerd op 2 april 1999 door DDWG (Digital Display Working Group), en was oorspronkelijk bedoeld als interface voor monitoren. Later is dit uitgebreid naar een standaard voor digitale gegevensoverdracht. Anno 2016 is de DVI standaard verouderd en opgevolgd door HDMI en DisplayPort.
Het hoofdkenmerk aan dit type interface is dat het een verbinding tot stand kan brengen tussen computer en monitor, met een zeer hoge bandbreedte (tot 165 MHz voor een enkele verbinding). Hierdoor kan men ongecomprimeerde videosignalen doorsturen naar de monitor, zodat niet enkel de beeldprestaties veel hoger zijn, maar eveneens de snelheid van update en reactie. DVI brengt een volledig digitaal signaal zonder enig gegevensverlies. Bovendien wordt elke pixel gedefinieerd door 24-bits RGB gegevensstroom. Het is mogelijk om twee parallelle verbindingen te maken, waardoor de bandbreedte wordt verdubbeld (dual link). Met een dubbele verbinding kan een hogere resolutie worden verkregen, of een hogere framerate, of beide. De resolutie die over een dubbele verbinding kan worden verstuurd komt bijvoorbeeld overeen met 2560×1600 pixels @ 60 Hz (WQXGA) of 1920×1080 pixels @ 85 Hz (HDTV).
| Pin | Naam | Functie |
|---|---|---|
| 1 | TMDS Data 2- | Digitaal rood - (Link 1) |
| 2 | TMDS Data 2+ | Digitaal rood + (Link 1) |
| 3 | TMDS Data 2/4-schild | |
| 4 | TMDS Data 4- | Digitaal groen - (Link 2) |
| 5 | TMDS Data 4+ | Digitaal groen + (Link 2) |
| 6 | DDC-klok | |
| 7 | DDC-data | |
| 8 | Analoge Verticale Sync | |
| 9 | TMDS Data 1- | Digitaal groen - (Link 1) |
| 10 | TMDS Data 1+ | Digitaal groen + (Link 1) |
| 11 | TMDS Data 1/3 schild | |
| 12 | TMDS Data 3- | Digitaal blauw - (Link 2) |
| 13 | TMDS Data 3+ | Digitaal blauw + (Link 2) |
| 14 | +5V | Stroomvoorziening voor monitor in stand-by |
| 15 | GND (Aarding) | Aarding voor Pin 14 en analoge sync |
| 16 | Hot Plug Detect | |
| 17 | TMDS data 0- | Digitaal blauw - (Link 1) and digital sync |
| 18 | TMDS data 0+ | Digitaal blauw + (Link 1) and digital sync |
| 19 | TMDS data 0/5 schild | |
| 20 | TMDS data 5- | Digitaal rood - (Link 2) |
| 21 | TMDS data 5+ | Digitaal rood + (Link 2) |
| 22 | TMDS klokschild | |
| 23 | TMDS clock+ | Digitale klok + (Links 1 and 2) |
| 24 | TMDS clock- | Digitale klok - (Links 1 and 2) |
| C1 | Analoog Rood | |
| C2 | Analoog Groen | |
| C3 | Analoog Blauw | |
| C4 | Analoge Horizontale Sync | |
| C5 | Analoge GND | Aarding voor RGB-signalen |
Monitorkabels hebben meestal witte stekkers aan beide einde.
HDMI
De high-definition multimedia interface HDMI is een aansluiting voor audio- en videosignalen in digitale vorm, waar geen datacompressie plaatsvindt. HDMI biedt een verbinding tussen iedere digitale bron van audio en video zoals een computer, settopbox, dvd-speler of versterker met een compatibel scherm zoals een beeldscherm, plasmascherm of een liquid-crystal display.
HDMI is een verbinding voor audiovisueel materiaal zoals high-definition television en thuisbioscoop. De kabel bestaat uit 19 aders. De maximale kanaalcapaciteit is 48,0 gigabit per seconde.
HDMI is een niet-gecomprimeerd digitaal signaal, terwijl signalen voorheen vaak analoog waren. Omdat in de praktijk het bronsignaal al digitaal is, wordt zo een dubbele conversie digitaal-analoog-digitaal bespaard. HDMI ondersteunt in tegenstelling tot de voorganger Digital Visual Interface DVI ook geluid: maximaal acht digitale audiokanalen.
De HDMI-kabel is ontwikkeld rond december 2002, door de samenwerking van een aantal bedrijven. Ze zochten samen naar een snellere kabel die op verschillende vlakken gebruikt kon worden. De producten en toepassingen voor HDMI kwamen in 2003 op de markt.
Displayport
DisplayPort is een audio- en videostandaard ontwikkeld door VESA (Video Electronics Standards Association). Deze standaard werd goedgekeurd in mei 2006 en wordt voornamelijk gebruikt voor de overdracht van beeld, maar kan ook geluid overbrengen (bijvoorbeeld tussen computer en beeldscherm).
