Nowe Radeony X1000 : ATi Avivo

Zaawansowany obraz i wideo - oto jak ATI określa swój nowy produkt. ATI twierdzi, że Avivo wyznacza nowy wzorzec wrażeń wizualnych oferowanych przez komputer. Czy sprosta to zapewnieniom i oczekiwaniom ATI okaże się już za moment, póki co przyjrzyjmy się bliżej Avivo i zobaczmy co wprawia je w ruch.

Avivo, który odnosi się do obrazu i wyświetlania, znany był pod wieloma nazwami. Najpierw nazywany był Clarity, później Kaleidoscope, w końcu ATI zdecydowała się na nazwę, która według niej może wywołać poruszenie w przemyśle. Przywitajcie:

- Radeon X1x00 na sterownikach Catalyst 5.9

Proces rejestrowania obrazu jest pierwszym krokiem na drodze do wyświetlenia go, jako że jakość końcowego obrazu określana jest już w momencie przechwytywania. Karta graficzna rejestruje obraz ze źródła, następnie koduje go do określonego formatu i zachowuje. Zanim obraz zostaje wyświetlony, jest najpierw dekodowany, przetwarzany przez wiele elementów wspomagających i poprawiających jakość, aby w końcu zostać wyświetlonym na monitorze.

oto jak przebiega ten proces

System wyposażony jest w różne komponenty, które zapewniają funkcjonowanie tego procesu. Karta tunera telewizyjnego spełnia funkcję urządzenia przechwytującego i kodującego, podczas gdy karta graficzna przejmuje funkcję dekodowania i wyświetlania. Podczas procesu kodowania/dekodowania używane są prawie całe zasoby procesora. Dlatego też jeżeli zależy nam na najlepszych wynikach, nie zaleca się uruchamiania równocześnie innych aplikacji.

Avivo jest nazwą, która zawiera w sobie wiele technologii. Póki co nie istnieje pojedynczy produkt (w każdym bądź razie jeszcze nie), który byłby w stanie wykonać wszystkie procesy opisane powyżej. Jak na razie tego typu funkcjonalność dostarczana jest przez zestaw połączonych ze sobą urządzeń. Tak więc komputer z technologią Avivo powinien mieć kartę Theater Pro 550 (używaną do przechwytywania i kodowania), kartę opartą o R5xx umożliwiającą transkodowanie podczas etapu kodowania, a także trzy ostatnie ogniwa procesu wyświetlania obrazu wymienione wcześniej.

Oto opis każdego z etapów w odniesieniu do Avivo:

Ten aspekt Avivo polega na cyfrowym przechwytywaniu zawartości, co może być wyjątkowo łatwe jeśli podłączony jest cyfrowy sygnał (nawet DVB, w który wyposażone są karty All-in-Wonder, poradzi sobie z takim zadaniem). Jednak co jeśli podłączymy do Avivo sygnał analogowy? Właściwie nic takiego. Aby sprostać takiej sytuacji, ATI dodała konwerter filtrujący i przetwarzający sygnał analogowy na cyfrowy (ADC - Analogue to Digital Converter).

Jako że jest to pierwszy etap procesu wideo, jakość w tym momencie ma bezpośredni wpływ na efekt końcowy, dlatego też wszelkie środki bezpieczeństwa muszą zostać podjęte, aby uzyskać jak najlepszy obraz na tym etapie.

ATI zdaje sobie z tego sprawę i dlatego używa 12-bitowego elementu. Wartość bitów jest liczbą dyskretnych wartości, które może wytworzyć. W skrócie oznacza to, że im większe są wartości, tym wyższa jest jakość konwersji, co prowadzi do lepszego przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy.

Utrzymanie wysokiej jakości przechwytywania zapewnia, że rozdzielczość pliku podczas dekodowania i wyświetlania jest na tyle duża, że równoważy straty powstałe podczas procesu.

Po zarejestrowaniu obrazu, przesłany jest do filtra, który sprawdza czy nie przedostały się żadne pozostałości o wysokiej częstotliwości ani inne aberracje.

Avivo 12-bitowe

słabe 9 lub 10 bitowe ADC

(przykład przejaskrawiony, ale chodzi tu o ukazanie problemu)

Zadaniem filtra jest usunięcie pozostałości i podzielenie wg Luma, czyli na białe i czarne oraz wg komponentów Croma. Dzięki temu procesowi, określone zostają kolory klatki i ich jasność.

Na podstawowym poziomie Avivo używa silnika przetwarzania MPEG2. Na tym etapie układ dekoduje dane wygenerowane podczas etapu przechwytywania. GPU pozostaje nieużywany podczas tego procesu i przeznaczony jest do obsługi operacji transkodowania podczas kodowania.

ATI stawia na nowy dekoder H.264 znany jako MPEG4. Powodem dla którego ATI używa tego kodeka jest jego zdolność do dostarczania wyższej jakości obrazu przy mniejszej transmisji (lepsza kompresja), która jest bardzo ważna dla nadajników czułych na jej szybkość. W celu osiągnięcia takiego poziomu kodowania potrzebna jest znaczna moc obliczeniowa.

Udajmy się w krótką podróż wzdłuż "uliczki" pamięci, aby zrozumieć znaczenie Avivo. Początkowo, gdy komputery wchodziły na scenę multimediów, wyłącznie mikroprocesor odpowiedzialny był za obsługę różnych stadiów dekodowania. Na przestrzeni lat, wraz z postępem technologicznym, większość tych etapów przekazana została karcie graficznej, tak aby CPU mógł przetwarzać inne dane. Gdyby zmusić stary 486 do odtwarzania płyty DVD, proces okazałby się bardzo irytujący w związku z tym, że procesor tej klasy zbyt wolny, aby dekodować płytę "w locie".

Współczesne procesory są niezwykle szybkie i zarazem niewykorzystywane w takim stopniu jak dawniej, co jest wynikiem zastosowania m.in. kodeka H.264. Kodek ten wykorzystuje dostępną moc obliczeniową i tworzy plik bardziej skompresowany od MPEG2, jednocześnie zapewniając wyższą jakość obrazu.

Jeżeli kiedykolwiek ktoś próbował dekodować film na zwykłym PC w domu, zauważył pewnie ilość czasu potrzebną na wykonanie tego zadania. Nawet jeśli użyje się do tego najszybszy mikroprocesor, czas dekodowania jest znaczny nawet przy prawie maksymalnym użyciu procesora.

Wymieniona sytuacja odnosi się przede wszystkim do płyt DVD, które zawierają znacznie mniej informacji od dysków Blu-Ray czy HD DVD. Tak więc łatwo można sobie wyobrazić ogrom czasu potrzebnego do kodowania/dekodowania wymienionych formatów. Nie trzeba wspominać, że niewydajny proces skraca czas pracy notebooka na bateriach i zabierze więcej czasu.

Żaden notebook nie będzie w stanie przekroczyć bariery trzech godzin, jeśli ciężar obliczeniowy nie zostanie przeniesiony z CPU na system, który jest zoptymalizowany i prawdopodobnie wyspecjalizowany pod kątem takich zadań. Jeśli obsługa sprzętowa H.264 stałaby się dostępna, zredukowałoby to także obciążenie CPU. Jeśli chodzi o liczby, to ATI planuje wykorzystanie procesora na poziomie 30 procent w przypadku Intel Pentium 4 3.2GHz, co wciąż oznacza duże obciążenie, lecz jak zapewnia ATI, odpowiednie układy wspomagające mają być jeszcze wypuszczone na rynek. A gdy zostaną, mają zmienić sposób postrzegania wideo.

Jest to etap podczas którego plik wideo jest optymalizowany po kątem wymaganej rozdzielczości, odpowiedniej ilości klatek, właściwego skalowania (obraz wideo przenośnego odtwarzacza byłby odpowiednio mniejszy niż w przypadku telewizora) i w końcu korekcji koloru.

Jeśli korzystamy z progresywnego wyświetlania podczas gdy sygnał wejściowy jest z przeplotem, wówczas likwidowanie przeplotu następuje w fazie post procesowej.

Wbudowane likwidowanie przeplotu przez karty graficzne jest niczym innym jak łamaniem linii. Funkcję tę mają wszystkie karty, jednak ATI będzie wyposażona w implementacje wektorową, w myśl której karta będzie próbowała stworzyć klatkę bez przeplotu z najlepszych dostępnych danych. Funkcja ta jest dostępna tylko w kartach Avivo.

Avivo korzysta z CABAC (Content Adaptive Binary Arithmetic Coding), które jest mniej podatne na straty. Analizuje ono każdą klatkę, a następnie wybiera najbardziej odpowiedni schemat kodowania. W momencie gdy następuje to klatka po klatce, użycie procesora jest tak duże, że uruchamianie wielu aplikacji równocześnie jest niemożliwe.

Układy ATI o nazwie R5xx zaprojektowane są z myślą o wykonywaniu tylko tego zadania. W myśl zasady, że jeśli CPU potrzebuje pomocy przy dekodowaniu, to rolę tę powinien przejąć GPU.

Avivo wyposażony jest także w silnik przedskalowania, który skaluje wejściowy obraz wideo do wymaganej rozdzielczości oraz w silnik postskalowania, który zapewnia, że wyświetlany obraz jest zoptymalizowany pod każdym kątem.

Od współczesnego sprzętu oczekuje się obsługi wielu standardów wyświetlania, dostosowania do ich wymogów w zakresie koloru, obszaru, rozdzielczości, reakcji gamma oraz wielu innych. 10-bitowe układy RAMDAC nie są rzadkością w dzisiejszych czasach, ale ich ograniczeniem jest zdolność zamiany sygnału cyfrowego na analogowy.

RAMDAC oznacza Random Access Memory Digital to Analogue Converter i składa się z trzech elementów. SRAM o szybkim dostępie służy do przechowywania i sprawdzania mapy koloru, a trzy konwertery sygnału cyfrowego na analogowy obsługują RGB. Dawniej DAC był nieodłączną częścią GPU, jednak wraz z postępem technologicznym udało się umieścić go w RAMie, co umożliwia dużo szybsze przetwarzanie i pozwala na wyświetlanie obrazu o rozdzielczości 2048x1536 przy 85Hz.

Wracając do 10-bitowego układu RAMDAC, to w komputerach kompatybilnych z Avivo, karta obsługiwać będzie 10-bitowe potoki DAC zwiększając paletę kolorów z 16.7 milionów kolorów w przypadku 8-bitowych potoków, do gigantycznych 1.07 miliarda. Każdy z potoków będzie miał swoje własne skalowanie, korekcję gamma, a pozycjonowanie dopasowane będzie do sprzętu na którym wyświetlany zostanie obraz.

diagram architektury Avivo (kliknij by powiekszyc)

Silnik wyświetlania wyposażony został także w imponujący sprzęt, który przesyła ostateczny sygnał do monitora lub telewizora. Przy zachowaniu 10-bitów i 400MHz dla elementu DAC, ATI wyposażyła Avivo w procesor Xilleon (głównie wykorzystywany w wyświetlaczach, szeroko stosowany przez Sony), a także dwa zintegrowane przekaźniki dual-link dla wyjścia DVI obsługujące rozdzielczości 2048x1536 przy 75Hz czy też 2560x1600.

ATI bardzo chce wykorzystać Avivo poza wideo i wejść na rynek obróbki obrazów cyfrowych. Twierdzi tak ze względu na możliwości 10-bitowych potoków, dzięki którym możliwe ma być zachowanie czystości cyfrowych obrazów, szczególnie jeśli zostały zarejestrowane za pomocą profesjonalnych aparatów.

Avivo pozwoli także ATI na obsługę szerszej gamy łącz niż wyjścia VGA czy DVI. Będzie wyposażone w takie technologie jak Euro-SCART czy HDMI, które udostępnią zawartość HD odpowiednim urządzeniom wyświetlającym.

Złożoność problemu polega na tym, że szybkość odświeżania elektronicznych wyświetlaczy jest zupełnie inna niż monitorów PC. Wcześniej sprzęt ATI wykorzystywał oprogramowanie do dostosowywania odświeżania, lecz jak wiemy, rozwiązania programowe nigdy nie są tak dobre jak sprzętowe. Skłoniło to ATI do wyposażenia Avivo w obsługę pełnego zakresu odświeżania. Dzięki temu znikną takie problemy jak overscan, czyli zdolność lub jej brak do wykorzystania całej powierzchni ekranu monitora do wyświetlania obrazów.

Teoretycznie, Avivo brzmi nieźle, ale sprosta oczekiwaniom? To się jeszcze okaże...

- Pomoc w tłumaczeniu materiałów ATi grupa translatornia.pl

Platforma testowa:

• procesor -- Intel Pentium 4 @ 3.4 GHz / seria 500, 1 MB cache, taktowanie 200 MHz x 17
  
• płyta główna -- Intel Desktop D925XCVLKD2 Extreme Series / chipset Intel 925X
  
• pamięć RAM -- Kingston DDR2 2x 512MB 533MHz (CL 4-12-4-4)
• sterowniki -- ATi Catalyst 5.1x, DirectX 9.0c

Według 3DMarka 2005 - najbardziej zaawansowanego programu testującego, wykorzystującego Shader Model 3.0 - nowy Radeon X1800XL jest o 3-4% szybszy od GeForce 7800GT. Całkiem nieźle biorąc pod uwagę relacje w cenach. Niestety trochę gorzej, jeśli weźmiemy pod uwagę, że GPU 7800GT pracuje przecież z częstotliwością o 100 MHz niższą - czyli aż o 25% !

Mimo to X1800XL jest bardzo groźnym przeciwnikiem dla tej karty.

Na szczegółowych wynikach możemy prześledzić, w którym teście Radeon zyskuje największą przewagę nad GeForcem.

Sama jednostka PixelShader jest jednak dużo słabsza od 20- i 24-potokowej architektury nVidii, odpowiednio w 7800GT i 7800GTX. Jak już pisaliśmy, oba chipy - ATi i nVidii - mają tyle samo potoków renderujących - 16, jednak architektura 7800 cechuje się wyższą liczbą potoków Pixel Shader. To właśnie dlatego na poniższym wykresie widać tak dużą przewagę kart 7800.

Wydajność VertexShader jest nawet lepsza niż 7800GTX - niecałe 5% - ale głównie za sprawą wyższej częstotliwości taktowania GPU.

Na koniec jeszcze 3dmark 2003 w najwyższej rozdzielczości, czyli symulacja wydajności gier/aplikacji napisanych w kodzie Shader Model 2.0. Radeona X1800XL i GeForce 7800GT praktycznie można uznać za karty oferujące zbliżone osiągi.

Na początek przeprowadziliśmy testy określające spadek wydajności po włączeniu filtrowania anizotropowego i wygładzania. Używany najczęściej Anizo x8 obniża wydajność zaledwie o 11%. W trybie High Quality AnisoFiltering wzrasta do 15%.

Włączenie wygładzania krawędzi z czterokrotnym próbkowaniem to spadek rzędu 26%, a z dodatkową przeźroczystością AA to już o 33% niższa wydajność.

W trybie wygładzania FSAA x4 i Anizo x16, Radeon X1800XL nadal radzi sobie nieco lepiej od 7800GT. Ale biorąc pod uwagę, że różnica pomiędzy nimi wynosi aż 70MHz (GPU X1800XL=500MHz, GPU 7800GT=400MHz), lepszy wynik ATi nie wydaje się czymś zasługujących na uwagę.