X11 - Auflösung und Farbmodus

Da sich der 10. Stammtisch der CLUG mit Bildbearbeitung unter Linux befaßt, soll dieser Vortrag eine kurze Einführung zur Konfiguration geeigneter Auflösungen und Farbmodi unter X11 geben.

Er gliedert sich in folgende Abschnitte:

1. Prinzipielle Funktionsweise der Grafikkarte
2. Grundkonfiguration von X11 mit XF86Setup
3. Einstellen des Farbmodus

Prinzipielle Funktionsweise der Grafikkarte

Wie gelangt das Bild aus dem Bildspeicher auf den Monitor?

• Der Prozessor legt alle Bildinformationen zunächst im RAM der Grafikkarte ab. Dabei wird jeder Bildpunkt durch eine bestimmte Anzahl von Bit dargstellt, abhängig von der Farbauflösung

• Der RAM wird zyklisch von einem als RAMDAC bezeichneten Baustein ausgelesen. Dabei steht RAMDAC für

  Random Access Memory / Digital - Analog Converter.

  Die Hauptaufgabe des RAMDAC ist es, die digital vorliegenden Bildinformationen in analoge Signale zu wandeln. Bei einer Auflösung von 1024x768 Bildpunkten und einer Bildwiederholfrequenz von 75 Hertz muß der RAMDAC immerhin 1024x768x75 (ca. 59 Mio) Bildpunkte pro Sekunde umsetzen.

  Der RAMDAC ist auch für die Erzeugung der verschiedenen Farben zuständig. Dabei unterscheiden wir verschiedene Farbmodi:

  Modus	bpp	Palette	Erläuterung
  Monochrom	1	keine	Ein Bit - ein Bildpunkt
  VGA	4	(kann)	gleichzeitig 16 Farben
  Pseudocolor	8	ja	gleichzeitig 256 aus 262144 möglichen Farben Farben
  Highcolor	15/16	keine	32768 bzw. 65536 Farben
  Truecolor	24/32	keine	16,7 Mio Farben

  Hier sind noch einige Anmerkungen angebracht:

  • bpp steht für Bit per Plane (Bit pro Farbebene)

  • Die einzige gängige Auflösung, die eine Farbpalette verwendet, ist der 8-bpp-Modus. Die Palette wird im RAM-Teil des RAMDAC gespeichert.

  • Im 16-bpp-Modus wird keine Palette benutzt. Es stehen 5 bit für rot, 6 bit für grün und 5 bit für blau zur Verfügung. Die Grünauflösung wurde deshalb größer gewählt, weil das menschliche Auge auf Farbnuancen in diesem Bereich am empfindlichsten reagiert.

  • Da der 16-bpp-Modus asymetrisch ist, kann es zu Farbstichen kommen. Das tritt besonders bei der Bearbeitung von Graustufenbildern hervor. In diesem Fall ist es unter Umständen günstiger, auf das eine Bit zu verzichten und alle drei Farbanteile mit 5 Bit darzustellen (15-bpp-Modus).

  • Sowohl im 24-bpp- als auch im 32-bpp-Modus werden maximal 16,7 Mio Farben dargestellt. Die Truecolor-Modi stellen extreme Anforderungen an die Bandbreite des Speicherbusses. Bei 1024x768 und 32-bpp-Truecolor müssen 236 MByte pro Sekunde gelesen werden, um 75 Hertz zu schaffen. Im 32-bpp-Modus wird ein Byte pro Pixel zugunsten einer schneller lesbaren Speicherausrichtung an 32-bit-Grenzen geopfert.

  • Karten, die Truecolor auch in größeren Auflösungen beherrschen, verwenden VRAM oder WRAM. Diese RAM-Varianten sind dual-ported, das heißt, der RAMDAC kann Daten lesen, während der Prozessor auf der anderen Seite welche reinschreibt. Bei billigeren Karten findet man RAM oder EDO-RAM, in diesem Fall müssen sich Prozessor und RAMDAC die Speicherbandbreite teilen.

• Gleichzeitig werden durch einen anderen Baustein der Karte die zur Monitorsteuerung benötigten Synchronisationssignale erzeugt.

• Synchronisationssignale und Bildinformationen müssen natürlich miteinander harmonmieren - deshalb werden beide Bausteine von einem Taktgeber versorgt. Auf älteren Karten ist dieser mit Quarzen und Frequenzvervielfachern bzw. -teilern realisiert, so daß nur eine ganz bestimmte Anzahl fester Frequenzen zur Verfügung steht. Auf neueren Karten gibt es einen programmierbaren Clockchip, der den benötigten Takt liefert.

• Um den ganzen Vorgang steuerbar zu machen, gibt es auf jeder Grafikkarte einen zentralen Baustein mit eigener Logik und diversen Registern, die sich von der CPU aus durch I/O-Befehle setzen lassen. Dieser Baustein definiert weitgehend das logische Verhalten der Karte. Bei billigeren Systemen findet man häfig integrierte Bausteine, die Clockchip und Logikeinheit oder sogar den RAMDAC beinhalten (z.B. S3 Trio64).

Grundkonfiguration von X11 mit XF86Setup

Bereits mit dem textorientierten Werkzeug xf86config wurde diese Situation entscheidend entschärft. Seit den späten Beta-Versionen von Xfree86 3.1 gibt es das komfortable Konfigurationstool XF86Setup.

XF86Setup benötigt den X-Server für den Standard-VGA-Modus XF86_VGA16 und eine Grafikkarten-Monitor-Kombination, die Standard-VGA darstellen kann. Man ruft XF86Config als root von der Linux-Console aus auf.

Als erstes muß man sich eine funktionierende Mauskonfiguration bauen. Hat man ein Winzigweich-kompatibles Krabbeltier, so funktioniert die Standardbelegung. Ansonst kann man das Maus-Protokoll mit der Taste "p" wechseln. Dann drückt man noch die Taste "a" für "apply" - und schon sollte das Tierchen funktionieren.

Für die Konfiguration von Karte und Monitor sollte man unbedingt deren technische Daten griffbereit haben. Vor allem ältere Monitore kann man durch Eingabe zu hoher Grenzwerte kaputtmachen. Leider steht bei vielen Karten die Bezeichnung von Clockchip und RAMDAC nicht in der mitgelieferten Dokumentation. In diesem Fall hilft es meist, die Kiste aufzuschrauben und auf die Bezeichnung der Schaltkreise zu schauen. Der RAMDAC ist meist ein größerer vielbeiniger Käfer in der Nähe des RAMs, der Clockchip befindet sich meist in der Nähe eines oder mehrerer Quarze.

Ich verzichte auf eine Darstellung, wie man wohin klicken sollte. Die Oberfläche von XF86Setup sollte selbsterklärend sein.

Nach dem Klick auf den Button "Done" im letzten Dialog wird eine XF86Config erstellt und der X-Server gestartet. Sollte der Bildschirm schwarz bleiben, so kann man mit Ctrl-Alt-Backspace X beenden. Falls dann auch der Textmodus unlesbar bleibt, kann man immer noch blind "reboot" eintippen. Falls der Monitor aus der Synchronisation geraten sollte, muß man X schleunigst wieder beenden und alle Angaben nochmal gründlich überdenken.

Normalerweise sollte jedoch X ordentlich starten. XF86Setup bietet jetzt noch an, xvidtune aufzurufen. Damit kann man noch das Bild justieren.

Einstellen des Farbmodus

1. Aufruf von startx mit Angabe der Farbtiefe. startx erwartet zuerst Optionen für die zu startenden X-Clients (z.B. wenn man keine .xinitrc hat) und dann, getrennt durch einen doppelten Bindestrich, Optionen für den X-Server. Entsprechende Aufrufe sehen also so aus:

   startx -- -bpp 16
   

   für Highcolor mit 16 Bit per Plane, oder

   startx -- -bpp 32
   

   für Truecolor

2. Startet man X immer mit einer höheren Farbauflösung, so kann man die Optionen für den X-Server in eine Datei .xserverrc im Homeverzeichnis stellen. Diese könnte so aussehen:

   #!/bin/sh
   exec X -bpp 15
   

3. Schließlich kann man in neueren XFree86-Versionen die Standard-Auswahl der Farbtiefe ändern, indem man in die Sektion "Screen" unmittelbar vor der ersten Untersektion "Display" einen Eintrag der Form

   DefaultColorDepth 16
   

   vornimmt. Der Ausschnitt aus der Datei sieht dann also etwa so aus (z.B. für meine S3 Trio 64):

   Section "Screen"
      Driver          "Accel"
      Device          "Primary Card"
      Monitor         "Primary Monitor"
      DefaultColorDepth	16
      SubSection "Display"
         Depth        8
         Modes        "800x600" "640x480" "1024x768"
      EndSubSection
   

   Achtung - es gibt sehr wahrscheinlich mehrere Sektionen "Screen". Man muß sich diejenige heraussuchen, die dem in XF86Setup ausgewählten X-Server entspricht.