Bildschirmausgabe

Monitor-Grafikkarten-Kombination

Für den Bildaufbau wird im Monitor (Kathodenstrahlbildschirm) ein Elektronenstrahl erzeugt, der mit einer festgelegten Frequenz horizontal und vertikal über die Bildfläche abgelenkt wird. Für die Synchronisation der beiden Frequenzen sendet die Grafikkarte entsprechende Impulse an den Monitor. Da die meisten Grafikkarten jedoch nur bestimmte Vertikal- und Horizontalfrequenzen unterstützen, kann nicht jede Grafikkarte mit jedem Monitor kombiniert werden. Die heute angebotenen Monitore sind so genannte Multifrequenz-Monitore, bei denen die Zeilenfrequenz nicht fest vorgegeben ist, sondern sich in gewissen Grenzen nach dem jeweiligen Eingangssignal richtet. Daher ist man beim Einsatz eines solchen Monitors in der Auswahl der Grafikkarte weniger eingeschränkt als es früher bei Festfrequenzmonitoren der Fall war. Die Entscheidung für eine bestimmte Grafikkarte sollte immer im Zusammenhang mit der für einen Monitor getroffen werden. Hierbei sind Kriterien wie Auflösung, Bildwiederhol- und Zeilenfrequenz sowie Anschlussart zu beachten. Die Auflösung eines Monitors steht für die Anzahl der Bildpunkte, die auf dem Monitor dargestellt werden. Ein Bildpunkt, auch Pixel genannt, entspricht der kleinsten adressierbaren Einheit. Die Bildwiederholfrequenz gibt an, wie oft das gesamte Bild pro Sekunde aufgebaut wird. Je höher sie ist, desto ruhiger erscheint das Bild. Optimal sind Werte ab etwa 73 Hz, bei denen das Auge kein Flimmern mehr erkennen kann: Damit ist bei längerem Aufenthalt am Bildschirm ein ermüdungsfreies Arbeiten möglich. Der empfohlene Richtwert liegt heute bei 85 Hz. Die Zeilenfrequenz steht für die Zeit, die für den Aufbau einer Bildschirmzeile benötigt wird. Sie errechnet sich aus der Bildwiederholfrequenz und der Zeilenzahl des dargestellten Videomodus und wird in kHz angegeben. Sie ist also abhängig von der Auflösung und der Bildwiederholfrequenz des Monitors. Für höchste Bildqualität empfiehlt transtec den Einsatz eines BNC-Kabels. Dies sind Hochfrequenzkabel mit separaten, abgeschirmten Leitungen für die Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB). Da hierbei Signalüberlagerungen verhindert werden, ist eine bessere Bildqualität möglich. Im Lieferumfang ist in der Regel ein VGA-Kabel enthalten. Welches Kabel bei transtec Monitoren mitgeliefert wird, kann dem Monitorkapitel entnommen werden. BNC Kabel müssen seperat bestellt werden und sind im Zubehörkapitel des Katalogs zu finden. Daneben sind aber auch ergonomische Anforderungen zu berücksichtigen. So sollte ein Monitor dreh- und neigbar sein, damit er der Haltung des Benutzers optimal angepasst werden kann und nicht durch eine falsche Körperhaltung langfristig gesundheitliche Schäden entstehen. Es wird empfohlen, den Bildschirm so aufzustellen, dass er leicht aufwärts geneigt ist und sich die Augenhöhe des Benutzers in etwa mit der oberen Bildschirmkante deckt. Um ein entspanntes Arbeiten zu ermöglichen, sollte zudem auf eine ausreichend grosse Bildschirmdiagonale geachtet werden. Wichtig für die benötigte Bildschirmdiagonale ist die Art der Anwendungen, für die ein Monitor eingesetzt werden soll. Die heutigen Applikationen mit ihren zahlreichen Menü- und Buttonleisten erfordern eine grafische Auflösung von mindestens 800 x 600 Bildpunkten bei einer Bildschirmdiagonale von 38,1 cm (15"). Sollen jedoch mehrere Applikationen bzw. Fenster gleichzeitig geöffnet werden, stösst der Anwender bei einem 15"-Monitor schnell an die Grenzen. In diesen Fällen eignet sich eine Auflösung von 1024 x 768 Bildpunkten, die ab einem 43,1 cm (17")-Monitor sinnvoll einsetzbar ist. Für CAD-, Grafikdesign- und DTP-Anwendungen sind 48 cm bzw. 50 cm (19"), 50,8 cm (20") oder 53 cm bzw. 55 cm (21") Monitore mit einer Auflösung von 1280 x 1024 Bildpunkten geeignet. Für komplexere Anwendungen in diesem Bereich sollten 1600 x 1200 Bildpunkte gegeben sein. Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Auswahl von Monitoren ist die Stärke der vom Monitor ausgehenden Strahlung. Hier sind von verschiedenen Instituten Richtwerte definiert worden. Ein wichtiger Standard ist MPR-II, eine Strahlungsempfehlung für elektromagnetische Wechselfelder, elektrische Wechselfelder und elektrostatische Aufladungen vom Schwedischen Prüfinstitut aus dem Jahre 1990. Monitore, die die Werte dieser Empfehlung unterschreiten, bezeichnet man üblicherweise als strahlungsarm. Immer wichtiger werden jedoch die weltweit strengsten Empfehlungen der Schwedischen Angestelltenvereinigung, TCO92. Die jeweils geltenden Grenzwerte sind in der untenstehenden Tabelle dargestellt. Neben diesen Grenzwerten schliesst ein Monitor, der nach TCO92 geprüft wurde, auch einen geringeren Stromverbrauch ein. Wird der Monitor eine gewisse Zeit nicht benutzt, schaltet er in einen Energiesparmodus, bei dem der Stromverbrauch bei weniger als 30 Watt liegt. TCO95 geht noch einen Schritt weiter und umfasst zusätzlich auch Umweltschutzaspekte von Gerät und Verpackung (z. B. Recyclingfähigkeit). Zudem werden die Anforderungen um niedrige Geräuschentwicklung und Wärmeabstrahlung erweitert.

Seit Januar 1999 besteht die neueste Richtlinie: TCO99. Um nach TCO99 zertifiziert zu werden, müssen Monitore neue und verschärfte Anforderungen an Qualität und Ergonomie erfüllen. Erstmals wird eine Mindest-Bildwiederholfrequenz von der Auflösung und Gerätegrösse abhängig gemacht (Beispiel: 17"-Monitor mit 1024 x 768, mind. 85 Hz). Weitere Neuerungen: Nur noch 15 Watt Stromverbrauch im Energiesparmodus (vorher 30 Watt), Verbot von brom- und chlorhaltigen Stoffen und Vermeidung von Schwermetallen sowie verbindliche Recyclingvorschriften in den jeweiligen Ländern.

Ausführliche Informationen sind unter www.tco-info.com abrufbar.

Grafikstandards

Im PC-Bereich haben sich im Laufe der Zeit unterschiedliche Grafikstandards entwickelt, die sicherstellen, dass Grafikkarten, Monitore und Anwendungsprogramme untereinander kompatibel sind. Der Video Graphics Array Standard (VGA-Standard) und der Super-VGA-Standard sind heute am wichtigsten. Die Auflösung beim VGA-Standard beträgt 640 x 480 Punkte, wobei 16 aus einer Palette von 256 Farben gleichzeitig dargestellt werden. In einem zusätzlichen Modus können 256 Farben gezeigt werden, jedoch nur bei 320 x 200 Bildpunkten. Super-VGA (SVGA) und XGA stehen für höhere Auflösungen von bis zu 1024 x 768 Bildpunkten. Für die Darstellung von 16 aus 256 Farben wird ein Bildschirmspeicher von 512 KB benötigt. Bei 1 MB Speicherausbau können insgesamt 256 Farben aus einer Palette von 16.7 Millionen Farben dargestellt werden. Für Workstations sind die Grafikstandards aus dem PC-Bereich nur von geringer Bedeutung. So ermöglichen die im Compaq/Digital-, HP-, IBM- und SGI-Umfeld einsetzbaren Grafikkarten Auflösungen von 1024 x 768 und 1280 x 1024 bis zu maximal 1600 x 1280 Pixel bei unterschiedlichen Bildwiederholfrequenzen. Die in SPARC-Stations eingesetzten Grafikkarten unterstützen meist eine Auflösung von 1152 x 900 Bildpunkten bei einer Bildwiederholfrequenz von 66 oder 76 Hz. Daneben stehen aber auch im SPARC-Bereich Grafikkarten zur Verfügung, die den VGA-Standard unterstützen oder Auflösungen von 1024 x 768 bis zu 1600 x 1280 erreichen.

Der Grossteil der heute auf dem Markt verfügbaren Grafikkarten besitzt eigene Grafik-Coprozessoren. Diese Grafik-Coprozessoren, die von unterschiedlichen Herstellern angeboten werden, entlasten die Rechner-CPU. Sie erhalten nur wenige Befehle von der Rechner-CPU und sprechen ihrerseits direkt den adressierbaren Bildwiederholspeicher der Grafikkarte an.

Bildschirmtypen

Kathodenstrahlbildschirme

Bei Kathodenstrahlbildschirmen entsteht das auf dem Monitor angezeigte Bild durch das Auftreffen eines Elektronenstrahls auf dem Leuchtstoff an der Innenseite der Monitor-Scheibe. Zur Erzeugung der Farben stehen drei Leuchtstoffe für die Grundfarben Rot, Grün und Blau zur Verfügung. Der Farbmischung liegt das sogenannte additive Verfahren zugrunde, d.h. wenn ein Strahl auf einen der Leuchtstoffe trifft, wird Licht in der entsprechenden Farbe ausgestrahlt. Durch die Kombination der drei Grundfarben können dann Farben mit unterschiedlicher Helligkeit erzeugt werden. Damit die Strahlen auf den jeweils richtigen Leuchtstoff treffen, ist vor dem Leuchtstoff eine Maske angebracht. Bei den klassischen Kathodenstrahlbildschirmen ist dies eine Lochmaske. Dabei handelt es sich um eine Metall- oder Keramikplatte mit einer Vielzahl von Löchern, durch die der Elektronenstrahl bzw. die Elektronenstrahlen geführt werden, so dass er/sie den korrekten Punkt auf dem Bildschirm trifft/treffen. Der kürzeste Abstand zweier gleichfarbiger Bildpunkte auf einem Bildschirm gibt Aufschluss über die Feinheit der Lochmaske und indirekt damit verbunden über die Anzahl der Grafikpunkte, die ein Monitor als einzelne Elemente darstellen kann. Je kleiner die Lochmaske, desto schärfer die Abbildung.

Zu den qualitativ hochwertigen Monitoren gehören Geräte mit einer Black-Trinitron-Bildröhre (Trinitron ist eingetragenes Warenzeichen der Sony Co.). Bei einem Trinitron -Monitor wird anstelle einer Lochmaske eine Streifenmaske eingesetzt. Diese besteht aus durchgehenden Spalten (Streifen), durch die der Elektronenstrahl gelenkt wird. Da durch die Streifen ein beträchtlich grösserer Strahl geleitet werden kann als durch eine Lochmaske, ergeben sich schärfere Bilder und leuchtendere Farben. Weiterhin besitzt ein Trinitron-Monitor den Vorteil einer flacheren Bildschirmoberfläche. Bei herkömmlichen Lochmaskensystemen ist die Grundform eine Kugel, die sich selbst bei den moderneren FST-Bildschirmen (Flat Screen Tube) nur schwer abflachen lässt. Ein Trinitron-Monitor ist dagegen wie ein Zylinder geformt. Der Bildschirm liegt wie ein Fenster in diesem Zylinder. Durch einen vergrösserten Radius des Zylinders nähert sich die Bildschirmoberfläche eines Trinitron-Monitors immer mehr der einer ebenen Fläche an. Die flachere Bildschirmoberfläche verhindert Verzerrungen. Gerade Linien sehen gerade aus und erfüllen die Anforderungen für moderne CAD/CAM- und Grafikanwendungen. Darüber hinaus wird durch das schwarzgetönte Glas, das bei Black-Trinitron-Bildschirmen eingesetzt wird, einfallendes Fremdlicht (wie Sonnenstrahlen oder Lampenlicht) weitestgehend absorbiert.

LCD-Bildschirme

Neben den klassischen Kathodenstrahlbildschirmen werden die LCD-Bildschirme (Liquid Crystal Display) immer interessanter. Ausser einem niedrigen Stromverbrauch (ca. 8 W) und einem sehr geringen Platzbedarf (Bautiefe im Bereich von 20 cm) besitzen diese Displays diverse weitere Vorteile. Flachbildschirme schneiden vor allem bei den Emissionen wesentlich besser ab. Röntgenstrahlung, elektrostatische Felder und Magnetfelder treten systembedingt nicht mehr auf. Aus diesem Grund gehören Fehler in Konvergenz, Schärfe und Abbildungsgeometrie der Vergangenheit an. Die Folge ist eine sehr hochwertige Ausgabequalität mit klaren, hellen und gestochen scharfen Bildern. Selbst kleine Schrift ist leicht lesbar.

Bei den angegebenen Bilddiagonalen handelt es sich um die tatsächlich sichtbare Bildfläche. Ein 14"-Flachbildschirm entspricht zum Beispiel einem 15"-CRT-Monitor, ein 18-Zöller in etwa einem 20-Zöller. Alle LC-Displays nutzen zur Bilderstellung eine Anordnung aus vertikalen und horizontalen Leitungen (Matrix). Um Bildschirmpunkte gezielt ein- und auszuschalten, wird auf die einzelnen Leitungen Spannung angelegt, so dass am Kreuzungspunkt ein elektrisches Feld entsteht. Durch diesen punktweisen Bildaufbau verschwindet der von CRT-Monitoren bekannte Flimmereffekt, die Vertikalfrequenz (Bildwiederholrate) entfällt vollständig.

Bei der Passiv-Matrix-Technologie entsteht nicht nur genau am Kreuzungspunkt, sondern auch entlang der Leitungen ein elektrisches Feld. Dieses ist zwar schwächer, bei zu hoher Feldstärke entstehen jedoch graue Punkte in der Umgebung des eigentlich adressierten Punktes. Daher darf die Feldstärke nicht zu hoch gewählt werden, was einen geringeren Kontrast zur Folge hat. Das Kontrastverhältnis bei Passiv-Matrix-Displays liegt deshalb kaum über 20:1.

Wesentlich brillantere Farben und ein weitaus besseres Kontrastverhältnis von bis zu 300:1 erreichen sogenannte Aktiv-Matrix-Displays. Hier sind an den Kreuzungspunkten der Leitungen zusätzlich winzige Transistoren angebracht. Die Ansteuerung kann deshalb über ein relativ schwaches Feld erfolgen, das vom Transistor um ein Vielfaches verstärkt wird. Andere Zellen bleiben unbeeinflusst, es kommt nicht zu unerwünschten Farbeinflüssen.

Generell gilt, dass Passiv-Matrix-Displays (DSTN) für die Darstellung von Grafiken und Programmen ohne bewegte Bilder geeignet sind. Für die Wiedergabe von Videosignalen und Multimedia-Präsentationen werden jedoch Aktiv-Matrix-Displays (TFT-Technologie) benötigt, die eine wesentlich höhere Anzeigegeschwindigkeit und brillantere Farbdarstellung ermöglichen.

Die in diesem Katalog angebotenen Modelle (siehe diverse Kapitel Flachbildschirme von Philips und Eizo und Samsung ) benötigen keine speziellen Grafikkarten, sondern können 1:1 gegen einen Kathodenstrahlbildschirm ausgetauscht werden. Es gibt jedoch auch Flachbildschirme auf dem Markt (z. B. von SGI), die eine proprietäre Lösung darstellen und die anstatt der herkömmlichen Grafikkarte eine spezielle Karte benötigen. Um die bestmögliche Ausgabequalität zu erzielen, sollte die Grafikkarte auf die maximal mögliche Auflösung des Displays abgestimmt werden. Ausserdem muss in erster Linie auf eine saubere Synchronisation zwischen Karte und Flachbildschirm geachtet werden. Diese Einstellung wird durch die Clock Rate (Grobsteuerung) und die Phase (Feintuning) vorgenommen und optimiert.

LC-Displays und LCD-Projektoren

Für Präsentationen oder Schulungen bietet es sich an, den Bildschirminhalt der Workstation oder des PCs allen Teilnehmern zugänglich zu machen. Während beim Einsatz von Overhead-Folien eine längere Vorbereitungszeit benötigt wird (für Ausdrucke, Kopien etc.), können die Daten beim Einsatz von LC-Displays oder LCD-Projektoren bis zu Beginn - und sogar während - des Vortrages geändert werden. Das LCD-Panel wird auf den Overhead-Projektor gelegt und zusätzlich zum Monitor an der Workstation bzw. am PC angeschlossen. Der aktuelle Bildschirminhalt wird auf die Leinwand projiziert, die Daten können während des Vortrages interaktiv beeinflusst werden. Im Unterschied zu den LC-Displays wird beim Einsatz von LCD-Projektoren kein zusätzlicher Overhead-Projektor benötigt. Durch die Unabhängigkeit vom Tageslichtprojektor fällt bei Präsentationen in fremden Räumen der Unsicherheitsfaktor weg, zumal ein Overheadprojektor mit 250 Watt, wie er häufig eingesetzt wird, für ein LCD-Panel nicht ausreicht. Hinzu kommt, dass diese Projektoren mit der gleichen Leistung ein helleres Licht projizieren können, da die Lichtquelle wesentlich besser ausgenutzt wird. Bei Präsentationspanels wird stets ein Teil der Durchlichtfläche vom Rahmen abgedeckt, wohingegen beim Projektor die Lichtquelle voll auf das integrierte LCD-Panel konzentriert wird.

Die Mehrzahl der auf dem Markt befindlichen LC-Displays und LCD-Projektoren erreicht mit 640 x 480 Pixel VGA-Auflösung. Die derzeit maximal erreichbare Auflösung beträgt 1280 x 1024 Bildpunkte.