Аппаратное перекрытие видео: принцип работы и особенности

Введение

Тип видео-оверлея

В вычислительной технике аппаратный оверлей, являющийся типом видео-оверлея, предоставляет способ рендеринга изображения на экран дисплея с использованием выделенного буфера памяти внутри компьютерного видеооборудования. Эта техника направлена на улучшение отображения быстро движущегося видеоизображения, например, компьютерной игры, DVD или сигнала с ТВ-карты. Большинство видеокарт, выпущенных с 1998 года, и большинство медиаплееров поддерживают аппаратный оверлей. Оверлей представляет собой выделенный буфер, в который одно приложение может рендерить (обычно видео), избегая значительных потерь производительности, связанных с проверкой на обрезку и перекрытие рендеринга другими приложениями. Фреймбуфер имеет аппаратную поддержку для импорта и рендеринга содержимого буфера, минуя графический процессор.

Скриншоты

В результате использования аппаратного наложения программа для создания скриншотов (например, встроенная в Windows, которая активируется при нажатии клавиши PrtSc) часто не захватывает содержимое, отображаемое в окне аппаратного наложения. Вместо этого захватывается пустая область, содержащая только специальный цвет маски. Это происходит потому, что механизм захвата экрана не учитывает специальные области видеопамяти, выделенные для наложений – он просто захватывает общий основной экран, как он отображается графической подсистемой программного обеспечения.

Вторичные дисплеи

Многие видеокарты могут поддерживать более одного монитора и/или телевизора в качестве выходных устройств. Как правило, одно из этих устройств вывода должно быть объявлено "основным", и только основное устройство может отображать аппаратные наложения. Однако существуют исключения: Intel указывает в разделе часто задаваемых вопросов для своих встроенных графических драйверов, что наложение можно назначить любому из дисплеев, но не обоим сразу (примечание: чипсеты Intel 945, G33 и Q965 имеют двойной аппаратный модуль наложения и способны обеспечивать хорошее качество воспроизведения MPEG-2 на вторичных мониторах при установке соответствующего программного обеспечения), а некоторые новые графические карты Matrox поддерживают наложение на обоих дисплеях (например, серия Parhelia). Для работы с вторичными дисплеями требуется поддержка как аппаратного обеспечения, так и драйверов; некоторые видеокарты могут поддерживать наложение на втором дисплее, в то время как их драйверы могут еще не обеспечивать такую возможность (примечание: ошибки в драйверах графических чипсетов могут приводить к тому, что большинство видеоформатов, за исключением MPEG-2, будут работать на обоих мониторах, а MPEG-2 – только на основном, при использовании большинства проигрывателей). Некоторые пользователи отмечают, что DVD-фильмы корректно отображаются на экране ноутбука, но не отображаются на подключенном к нему телевизоре; в таких случаях можно попробовать назначить телевизор основным дисплеем. Иногда может потребоваться отключить использование аппаратных наложений в медиаплеере. Однако некоторые видеокарты предоставляют возможность полностью перенаправить аппаратное наложение на экран телевизора. В этом случае запуск DVD-плеера на основном экране с включенным наложением приведет к отображению видео на подключенном телевизоре.

Реализация в различных операционных системах

Расширенные графические возможности Windows Vista заменяют базовую концепцию аппаратных наложений полной аппаратной композицией для каждого окна приложения, работающего в системе, а не только для проигрывателей фильмов или игр, посредством Диспетчера окон рабочего стола. Mac OS X использует аппаратную композицию с момента внедрения Quartz Extreme в Mac OS X 10.2. Для повышения производительности каждая программа отрисовывает в свой собственный независимый буфер памяти, а не в медленную графическую подсистему. (В Windows Vista каждое аппаратное наложение более корректно называется Direct3D-поверхностью). Затем графический процессор системы собирает каждое окно в единый экран в реальном времени. С современными графическими процессорами, способными к продвинутой 3D-графике (благодаря индустрии видеоигр), операционные системы могут применять ресурсоемкие эффекты движения, масштабирования и освещения к обычным 2D-окнам. В связи с необходимостью снизить энергопотребление, Windows 7 добавила ограниченную поддержку наложений, а Windows 8.1 – поддержку многоплоскостных наложений. Многоплоскостные наложения позволяют Диспетчеру окон рабочего стола автоматически преобразовывать части рабочего стола в наложения, экономя энергию в большем количестве случаев. В X Window System, оконной системе большинства операционных систем Unix, расширение XVideo может позволить приложениям использовать аппаратные наложения. Также используется композиция, наиболее заметными примерами с 2006 года являются менеджеры окон композиции Compiz и Beryl. Они могут использовать преимущества OpenGL (через расширение glx) для 3D и 2D визуальных эффектов наложения. Другие реализации, такие как Metacity и xfwm, доступны с 2004 года. Некоторые специализированные аппаратные устройства используют встроенный Linux в качестве операционной системы; например, видеорегистратор от Racelogic использует микроконтроллер Texas Instruments DM355 для смешивания буфера кадров, содержащего графику, с живым видеопотоком, а затем сохраняет результат в формате MPEG 4 на флеш-карту. Поддержка наложений, также известная как «картинка в картинке» (Picture In Picture, PIP), была внедрена в AmigaOS с появлением графических карт для ПК, графических систем Picasso96 и CyberGraphX, 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, поддерживающих аппаратное наложение (PIP) на AmigaOS.

Windows Vista's enhanced graphics capabilities replace the basic concept of hardware overlays with full hardware compositing for every application window running on the system, not just movie players or games, through the Desktop Window Manager. Mac OS X has used hardware compositing since the introduction of Quartz Extreme into Mac OS X 10.2. To improve performance, each program draws to its own independent memory buffer instead of to a slow graphical subsystem. (In Windows Vista, each hardware overlay is more correctly known as a Direct3D surface). Then the system's GPU assembles each of the windows into a single display screen in real time. With modern GPUs capable of advanced 3D graphics (as a consequence of the video game industry), operating systems can apply computationally intensive motion, scaling, and lighting effects to normal 2D windows. Due to a need to reduce power consumption, Windows 7 added back limited support for overlays, and Windows 8.1 added support for multi plane overlays. Multi plane overlays allow the Desktop Window Manager to automatically render portions of the desktop into overlays, saving power in more circumstances. In the X Window System, the windowing system of most Unix operating systems, the XVideo extension can allow applications to employ hardware overlays. Compositing is also used, with compiz and Beryl compositing window managers being the most prominent examples since 2006. They are able to take advantage of OpenGL (through glx extension) for 3D and 2D overlay visual effects. Other implementations like Metacity and xfwm have been available since 2004. Some dedicated hardware overlay devices use embedded Linux as an operating system, for example the video logger by Racelogic uses a Texas Instruments DM355 micro controller to blend a frame buffer containing graphics onto a live video feed, and then store the result in MPEG 4 format on a flash card. Overlay support aka Picture In Picture (PIP) was introduced to AmigaOS with the introduction of the PC graphic cards, Picasso96 and CyberGraphX graphic driver systems aka ReTargetable Graphics, for Picasso IV and Voodoo3 cards, picasso’96 driver system became standard in AmigaOS 3.5. Moovid was one of the first video players that supported hardware overlay (PIP) on AmigaOS.