home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Chip 1998 September / CHIP Eylül 1998.iso / Slackwar / docs / XFree86-Video-Timings-HOWTO < prev   
Text File  |  1997-11-14  |  64KB  |  1,380 lines

  1.   XFree86 Video Timings HOWTO
  2.   Eric S. Raymond <esr@thyrsus.com>
  3.   v3.1, 31 October 1997
  4.  
  5.   How to compose a mode line for your card/monitor combination under
  6.   XFree86.  The XFree86 distribution now includes good facilities for
  7.   configuring most standard combinations; this document is mainly useful
  8.   if you are tuning a custom mode line for a high-performance monitor or
  9.   very unusual hardware.  It may also help you in using xvidtune to
  10.   tweak a standard mode that is not quite right for your monitor.
  11.  
  12.   1.  Disclaimer
  13.  
  14.   You use the material herein SOLELY AT YOUR OWN RISK.  It is possible
  15.   to harm both your monitor and yourself when driving it outside the
  16.   manufacturer's specs. Read ``Overdriving Your Monitor'' for detailed
  17.   cautions. Any damages to you or your monitor caused by overdriving it
  18.   are your problem.
  19.  
  20.   The most up-to-date version of this HOWTO can be found at the Linux
  21.   Documentation Project <http://sunsite.unc.edu/LDP> web page.
  22.  
  23.   Please direct comments, criticism, and suggestions for improvement to
  24.   esr@snark.thyrsus.com. Please do not send email pleading for a magic
  25.   solution to your special monitor problem, as doing so will only burn
  26.   up my time and frustrate you -- everything I know about the subject is
  27.   already in here.
  28.  
  29.   2.  Introduction
  30.  
  31.   The XFree86 server allows users to configure their video subsystem and
  32.   thus encourages best use of existing hardware.  This tutorial is
  33.   intended to help you learn how to generate your own timing numbers to
  34.   make optimum use of your video card and monitor.
  35.  
  36.   We'll present a method for getting something that works, and then show
  37.   you how you can experiment starting from that base to develop settings
  38.   that optimize for your taste.
  39.  
  40.   Starting with XFree86 3.2, XFree86 provides an XF86Setup(1) program
  41.   that makes it easy to generate a working monitor mode interactively,
  42.   without messing with video timing number directly.  So you shouldn't
  43.   actually need to calculate a base monitor mode in most cases.
  44.   Unfortunately, XF86Setup(1) has some limitations; it only knows about
  45.   standard video modes up to 1280x1024.  If you have a very high-
  46.   performance monitor capable of 1600x1200 or more you will still have
  47.   to compute your base monitor mode yourself.
  48.  
  49.   Recent versions of XFree86 provide a tool called xvidtune(1) which you
  50.   will probably find quite useful for testing and tuning monitor modes.
  51.   It begins with a gruesome warning about the possible consequences of
  52.   mistakes with it.  If you pay careful attention to this document and
  53.   learn what is behind the pretty numbers in xvidtune's boxes, you will
  54.   become able to use xvidtune effectively and with confidence.
  55.  
  56.   If you already have a mode that almost works (in particular, if one of
  57.   predefined VESA modes gives you a stable display but one that's
  58.   displaced right or left, or too small, or too large) you can go
  59.   straight to the section on ``Fixing Problems with the Image''.  This
  60.   will enlighten you on ways to tweak the timing numbers to achieve
  61.   particular effects.
  62.  
  63.   If you have xvidtune(1), you'll be able to test new modes on the fly,
  64.   without modifying your X configuration files or even rebooting your X
  65.   server.  Otherwise, XFree86 allows you to hot-key between different
  66.   modes defined in Xconfig (see XFree86.man for details).  Use this
  67.   capabilty to save yourself hassles!  When you want to test a new mode,
  68.   give it a unique mode label and add it to the end of your hot-key
  69.   list.  Leave a known-good mode as the default to fall back on if the
  70.   test mode doesn't work.
  71.  
  72.   3.  How Video Displays Work
  73.  
  74.   Knowing how the display works is essential to understanding what
  75.   numbers to put in the various fields in the file Xconfig.  Those
  76.   values are used in the lowest levels of controlling the display by the
  77.   XFree86 server.
  78.  
  79.   The display generates a picture from a series of dots.  The dots are
  80.   arranged from left to right to form lines.  The lines are arranged
  81.   from top to bottom to form the picture.  The dots emit light when they
  82.   are struck by the electron beam inside the display.  To make the beam
  83.   strike each dot for an equal amount of time, the beam is swept across
  84.   the display in a constant pattern.
  85.  
  86.   The pattern starts at the top left of the screen, goes across the
  87.   screen to the right in a straight line, and stops temporarily on the
  88.   right side of the screen.  Then the beam is swept back to the left
  89.   side of the display, but down one line.  The new line is swept from
  90.   left to right just as the first line was.  This pattern is repeated
  91.   until the bottom line on the display has been swept.  Then the beam is
  92.   moved from the bottom right corner of the display to the top left
  93.   corner, and the pattern is started over again.
  94.  
  95.   There is one variation of this scheme known as interlacing: here only
  96.   every second line is swept during one half-frame and the others are
  97.   filled in in during a second half-frame.
  98.  
  99.   Starting the beam at the top left of the display is called the
  100.   beginning of a frame.  The frame ends when the beam reaches the the
  101.   top left corner again as it comes from the bottom right corner of the
  102.   display.  A frame is made up of all of the lines the beam traced from
  103.   the top of the display to the bottom.
  104.  
  105.   If the electron beam were on all of the time it was sweeping through
  106.   the frame, all of the dots on the display would be illuminated.  There
  107.   would be no black border around the edges of the display.  At the
  108.   edges of the display the picture would become distorted because the
  109.   beam is hard to control there.  To reduce the distortion, the dots
  110.   around the edges of the display are not illuminated by the beam even
  111.   though the beam may be pointing at them.  The viewable area of the
  112.   display is reduced this way.
  113.  
  114.   Another important thing to understand is what becomes of the beam when
  115.   no spot is being painted on the visible area.  The time the beam would
  116.   have been illuminating the side borders of the display is used for
  117.   sweeping the beam back from the right edge to the left and moving the
  118.   beam down to the next line.  The time the beam would have been
  119.   illuminating the top and bottom borders of the display is used for
  120.   moving the beam from the bottom-right corner of the display to the
  121.   top-left corner.
  122.  
  123.   The adapter card generates the signals which cause the display to turn
  124.   on the electron beam at each dot to generate a picture.  The card also
  125.   controls when the display moves the beam from the right side to the
  126.   left and down a line by generating a signal called the horizontal sync
  127.   (for synchronization) pulse.  One horizontal sync pulse occurs at the
  128.   end of every line.  The adapter also generates a vertical sync pulse
  129.   which signals the display to move the beam to the top-left corner of
  130.   the display.  A vertical sync pulse is generated near the end of every
  131.   frame.
  132.  
  133.   The display requires that there be short time periods both before and
  134.   after the horizontal and vertical sync pulses so that the position of
  135.   the electron beam can stabilize.  If the beam can't stabilize, the
  136.   picture will not be steady.
  137.  
  138.   In a later section, we'll come back to these basics with definitions,
  139.   formulas and examples to help you use them.
  140.  
  141.   4.  Basic Things to Know about your Display and Adapter
  142.  
  143.   There are some fundamental things you need to know before hacking an
  144.   Xconfig entry.  These are:
  145.  
  146.   ╖  your monitor's horizontal and vertical sync frequency options
  147.  
  148.   ╖  your video adapter's driving clock frequency, or "dot clock"
  149.  
  150.   ╖  your monitor's bandwidth
  151.  
  152.      The monitor sync frequencies:
  153.  
  154.   The horizontal sync frequency is just the number of times per second
  155.   the monitor can write a horizontal scan line; it is the single most
  156.   important statistic about your monitor.  The vertical sync frequency
  157.   is the number of times per second the monitor can traverse its beam
  158.   vertically.
  159.  
  160.   Sync frequencies are usually listed on the specifications page of your
  161.   monitor manual.  The vertical sync frequency number is typically
  162.   calibrated in Hz (cycles per second), the horizontal one in KHz
  163.   (kilocycles per second).  The usual ranges are between 50 and 150Hz
  164.   vertical, and between 31 and 135KHz horizontal.
  165.  
  166.   If you have a multisync monitor, these frequencies will be given as
  167.   ranges.  Some monitors, especially lower-end ones, have multiple fixed
  168.   frequencies.  These can be configured too, but your options will be
  169.   severely limited by the built-in monitor characteristics.  Choose the
  170.   highest frequency pair for best resolution.  And be careful --- trying
  171.   to clock a fixed-frequency monitor at a higher speed than it's
  172.   designed for can easily damage it.
  173.  
  174.   Earlier versions of this guide were pretty cavalier about overdriving
  175.   multisync monitors, pushing them past their nominal highest vertical
  176.   sync frequency in order to get better performance.  We have since had
  177.   more reasons pointed out to us for caution on this score; we'll cover
  178.   those under ``Overdriving Your Monitor'' below.
  179.  
  180.   The card driving clock frequency:
  181.  
  182.   Your video adapter manual's spec page will usually give you the card's
  183.   dot clock (that is, the total number of pixels per second it can write
  184.   to the screen).  If you don't have this information, the X server will
  185.   get it for you.  Even if your X locks up your monitor, it will emit a
  186.   line of clock and other info to standard output.  If you redirect this
  187.   to a file, it should be saved even if you have to reboot to get your
  188.   console back.  (Recent versions of the X servers allsupport a
  189.   --probeonly option that prints out this information and exits without
  190.   actually starting up X or changing the video mode.)
  191.  
  192.   Your X startup message should look something like one of the following
  193.   examples:
  194.  
  195.   If you're using XFree86:
  196.  
  197.   Xconfig: /usr/X11R6/lib/X11/Xconfig
  198.   (**) stands for supplied, (--) stands for probed/default values
  199.   (**) Mouse: type: MouseMan, device: /dev/ttyS1, baudrate: 9600
  200.   Warning: The directory "/usr/andrew/X11fonts" does not exist.
  201.            Entry deleted from font path.
  202.   (**) FontPath set to "/usr/lib/X11/fonts/misc/,/usr/lib/X11/fonts/75dpi/"
  203.   (--) S3: card type: 386/486 localbus
  204.   (--) S3: chipset:   924
  205.                       ---
  206.       Chipset -- this is the exact chip type; an early mask of the 86C911
  207.  
  208.   (--) S3: chipset driver: s3_generic
  209.   (--) S3: videoram:  1024k
  210.                       -----
  211.            Size of on-board frame-buffer RAM
  212.  
  213.   (**) S3: clocks:  25.00  28.00  40.00   3.00  50.00  77.00  36.00  45.00
  214.   (**) S3: clocks:   0.00   0.00  79.00  31.00  94.00  65.00  75.00  71.00
  215.                     ------------------------------------------------------
  216.                                 Possible driving frequencies in MHz
  217.  
  218.   (--) S3: Maximum allowed dot-clock: 110MHz
  219.                                       ------
  220.                                      Bandwidth
  221.   (**) S3: Mode "1024x768": mode clock =  79.000, clock used =  79.000
  222.   (--) S3: Virtual resolution set to 1024x768
  223.   (--) S3: Using a banksize of 64k, line width of 1024
  224.   (--) S3: Pixmap cache:
  225.   (--) S3: Using 2 128-pixel 4 64-pixel and 8 32-pixel slots
  226.   (--) S3: Using 8 pages of 768x255 for font caching
  227.  
  228.   If you're using SGCS or X/Inside X:
  229.  
  230.   WGA: 86C911 (mem: 1024k clocks: 25 28 40 3 50 77 36 45 0 0 79 31 94 65 75 71)
  231.   ---  ------       -----         --------------------------------------------
  232.    |     |            |                 Possible driving frequencies in MHz
  233.    |     |            +-- Size of on-board frame-buffer RAM
  234.    |     +-- Chip type
  235.    +-- Server type
  236.  
  237.   Note: do this with your machine unloaded (if at all possible).
  238.   Because X is an application, its timing loops can collide with disk
  239.   activity, rendering the numbers above inaccurate.  Do it several times
  240.   and watch for the numbers to stabilize; if they don't, start killing
  241.   processes until they do.  SVr4 users: the mousemgr process is
  242.   particularly likely to mess you up.
  243.  
  244.   In order to avoid the clock-probe inaccuracy, you should clip out the
  245.   clock timings and put them in your Xconfig as the value of the Clocks
  246.   property --- this suppresses the timing loop and gives X an exact list
  247.   of the clock values it can try.  Using the data from the example
  248.   above:
  249.  
  250.   wga
  251.           Clocks  25 28 40 3 50 77 36 45 0 0 79 31 94 65 75 71
  252.  
  253.   On systems with a highly variable load, this may help you avoid
  254.   mysterious X startup failures.  It's possible for X to come up, get
  255.   its timings wrong due to system load, and then not be able to find a
  256.   matching dot clock in its config database --- or find the wrong one!
  257.  
  258.   4.1.  The monitor's video bandwidth:
  259.  
  260.   If you're running XFree86, your server will probe your card and tell
  261.   you what your highest-available dot clock is.
  262.  
  263.   Otherwise, your highest available dot clock is approximately the
  264.   monitor's video bandwidth.  There's a lot of give here, though ---
  265.   some monitors can run as much as 30% over their nominal bandwidth.
  266.   The risks here have to do with exceeding the monitor's rated vertical-
  267.   sync frequency; we'll discuss them in detail below.
  268.  
  269.   Knowing the bandwidth will enable you to make more intelligent choices
  270.   between possible configurations.  It may affect your display's visual
  271.   quality (especially sharpness for fine details).
  272.  
  273.   Your monitor's video bandwidth should be included on the manual's spec
  274.   page.  If it's not, look at the monitor's higest rated resolution.  As
  275.   a rule of thumb, here's how to translate these into bandwidth
  276.   estimates (and thus into rough upper bounds for the dot clock you can
  277.   use):
  278.  
  279.                640x480                 25
  280.                800x600                 36
  281.                1024x768                65
  282.                1024x768 interlaced     45
  283.                1280x1024               110
  284.                1600x1200               185
  285.  
  286.   BTW, there's nothing magic about this table; these numbers are just
  287.   the lowest dot clocks per resolution in the standard XFree86 Modes
  288.   database (except for the last, which I interpolated).  The bandwidth
  289.   of your monitor may actually be higher than the minimum needed for its
  290.   top resolution, so don't be afraid to try a dot clock a few MHz
  291.   higher.
  292.  
  293.   Also note that bandwidth is seldom an issue for dot clocks under 65MHz
  294.   or so.  With an SVGA card and most hi-res monitors, you can't get
  295.   anywhere near the limit of your monitor's video bandwidth.  The
  296.   following are examples:
  297.  
  298.           Brand                           Video Bandwidth
  299.           ----------                      ---------------
  300.           NEC 4D                          75Mhz
  301.           Nano 907a                       50Mhz
  302.           Nano 9080i                      60Mhz
  303.           Mitsubishi HL6615               110Mhz
  304.           Mitsubishi Diamond Scan         100Mhz
  305.           IDEK MF-5117                    65Mhz
  306.           IOCOMM Thinksync-17 CM-7126     136Mhz
  307.           HP D1188A                       100Mhz
  308.           Philips SC-17AS                 110Mhz
  309.           Swan SW617                      85Mhz
  310.           Viewsonic 21PS                  185Mhz
  311.  
  312.   Even low-end monitors usually aren't terribly bandwidth-constrained
  313.   for their rated resolutions.  The NEC Multisync II makes a good
  314.   example --- it can't even display 800x600 per its spec.  It can only
  315.   display 800x560.  For such low resolutions you don't need high dot
  316.   clocks or a lot of bandwidth; probably the best you can do is 32Mhz or
  317.   36Mhz, both of them are still not too far from the monitor's rated
  318.   video bandwidth of 30Mhz.
  319.  
  320.   At these two driving frequencies, your screen image may not be as
  321.   sharp as it should be, but definitely of tolerable quality. Of course
  322.   it would be nicer if NEC Multisync II had a video bandwidth higher
  323.   than, say, 36Mhz.  But this is not critical for common tasks like text
  324.   editing, as long as the difference is not so significant as to cause
  325.   severe image distortion (your eyes would tell you right away if this
  326.   were so).
  327.  
  328.   4.2.  What these control:
  329.  
  330.   The sync frequency ranges of your monitor, together with your video
  331.   adapter's dot clock, determine the ultimate resolution that you can
  332.   use.  But it's up to the driver to tap the potential of your hardware.
  333.   A superior hardware combination without an equally competent device
  334.   driver is a waste of money.  On the other hand, with a versatile
  335.   device driver but less capable hardware, you can push the hardware's
  336.   envelope a little.  This is the design philosophy of XFree86.
  337.  
  338.   5.  Interpreting the Basic Specifications
  339.  
  340.   This section explains what the specifications above mean, and some
  341.   other things you'll need to know.  First, some definitions.  Next to
  342.   each in parens is the variable name we'll use for it when doing
  343.   calculations
  344.  
  345.      horizontal sync frequency (HSF)
  346.         Horizontal scans per second (see above).
  347.  
  348.      vertical sync frequency (VSF)
  349.         Vertical scans per second (see above).  Mainly important as the
  350.         upper limit on your refresh rate.
  351.  
  352.      dot clock (DCF)
  353.         More formally, `driving clock frequency'; The frequency of the
  354.         crystal or VCO on your adaptor --- the maximum dots-per-second
  355.         it can emit.
  356.  
  357.      video bandwidth (VB)
  358.         The highest frequency you can feed into your monitor's video
  359.         input and still expect to see anything discernible. If your
  360.         adaptor produces an alternating on/off pattern, its lowest
  361.         frequency is half the DCF, so in theory bandwidth starts making
  362.         sense at DCF/2. For tolerately crisp display of fine details in
  363.         the video image, however, you don't want it much below your
  364.         highest DCF, and preferably higher.
  365.  
  366.      frame length (HFL, VFL)
  367.         Horizontal frame length (HFL) is the number of dot-clock ticks
  368.         needed for your monitor's electron gun to scan one horizontal
  369.         line, including the inactive left and right borders.  Vertical
  370.         frame length (VFL) is the number of scan lines in the entire
  371.         image, including the inactive top and bottom borders.
  372.  
  373.      screen refresh rate (RR)
  374.         The number of times per second your screen is repainted (this is
  375.         also called "frame rate").  Higher frequencies are better, as
  376.         they reduce flicker.  60Hz is good, VESA-standard 72Hz is
  377.         better.  Compute it as
  378.  
  379.                   RR = DCF / (HFL * VFL)
  380.  
  381.      Note that the product in the denominator is not the same as the
  382.      monitor's visible resolution, but typically somewhat larger.  We'll
  383.      get to the details of this below.
  384.  
  385.      The rates for which interlaced modes are usually specified (like
  386.      87Hz interlaced) are actually the half-frame rates: an entire
  387.      screen seems to have about that flicker frequency for typical
  388.      displays, but every single line is refreshed only half as often.
  389.  
  390.      For calculation purposes we reckon an interlaced display at its
  391.      full-frame (refresh) rate, i.e. 43.5Hz. The quality of an
  392.      interlaced mode is better than that of a non-interlaced mode with
  393.      the same full-frame rate, but definitely worse then the non-
  394.      interlaced one corresponding to the half-frame rate.
  395.  
  396.   5.1.  About Bandwidth:
  397.  
  398.   Monitor makers like to advertise high bandwidth because it constrains
  399.   the sharpness of intensity and color changes on the screen.  A high
  400.   bandwidth means smaller visible details.
  401.  
  402.   Your monitor uses electronic signals to present an image to your eyes.
  403.   Such signals always come in in wave form once they are converted into
  404.   analog form from digitized form.  They can be considered as
  405.   combinations of many simpler wave forms each one of which has a fixed
  406.   frequency, many of them are in the Mhz range, eg, 20Mhz, 40Mhz, or
  407.   even 70Mhz.  Your monitor video bandwidth is, effectively, the
  408.   highest-frequency analog signal it can handle without distortion.
  409.  
  410.   For our purposes, video bandwidth is mainly important as an
  411.   approximate cutoff point for the highest dot clock you can use.
  412.  
  413.   5.2.  Sync Frequencies and the Refresh Rate:
  414.  
  415.   Each horizontal scan line on the display is just the visible portion
  416.   of a frame-length scan.  At any instant there is actually only one dot
  417.   active on the screen, but with a fast enough refresh rate your eye's
  418.   persistence of vision enables you to "see" the whole image.
  419.  
  420.   Here are some pictures to help:
  421.  
  422.        _______________________
  423.       |                       |     The horizontal sync frequency
  424.       |->->->->->->->->->->-> |     is the number of times per
  425.       |                      )|     second that the monitor's
  426.       |<-----<-----<-----<--- |     electron beam can trace
  427.       |                       |     a pattern like this
  428.       |                       |
  429.       |                       |
  430.       |                       |
  431.       |_______________________|
  432.        _______________________
  433.       |        ^              |     The vertical sync frequency
  434.       |       ^ |             |     is the number of times per
  435.       |       | v             |     second that the monitor's
  436.       |       ^ |             |     electron beam can trace
  437.       |       | |             |     a pattern like this
  438.       |       ^ |             |
  439.       |       | v             |
  440.       |       ^ |             |
  441.       |_______|_v_____________|
  442.  
  443.   Remember that the actual raster scan is a very tight zigzag pattern;
  444.   that is, the beam moves left-right and at the same time up-down.
  445.  
  446.   Now we can see how the dot clock and frame size relates to refresh
  447.   rate.  By definition, one hertz (hz) is one cycle per second.  So, if
  448.   your horizontal frame length is HFL and your vertical frame length is
  449.   VFL, then to cover the entire screen takes (HFL * VFL) ticks.  Since
  450.   your card emits DCF ticks per second by definition, then obviously
  451.   your monitor's electron gun(s) can sweep the screen from left to right
  452.   and back and from bottom to top and back DCF / (HFL * VFL) times/sec.
  453.   This is your screen's refresh rate, because it's how many times your
  454.   screen can be updated (thus refreshed) per second!
  455.  
  456.   You need to understand this concept to design a configuration which
  457.   trades off resolution against flicker in whatever way suits your
  458.   needs.
  459.  
  460.   For those of you who handle visuals better than text, here is one:
  461.  
  462.           RR                                      VB
  463.            |   min HSF                     max HSF |
  464.            |    |             R1        R2  |      |
  465.   max VSF -+----|------------/----------/---|------+----- max VSF
  466.            |    |:::::::::::/::::::::::/:::::\     |
  467.            |    \::::::::::/::::::::::/:::::::\    |
  468.            |     |::::::::/::::::::::/:::::::::|   |
  469.            |     |:::::::/::::::::::/::::::::::\   |
  470.            |     \::::::/::::::::::/::::::::::::\  |
  471.            |      \::::/::::::::::/::::::::::::::| |
  472.            |       |::/::::::::::/:::::::::::::::| |
  473.            |        \/::::::::::/:::::::::::::::::\|
  474.            |        /\:::::::::/:::::::::::::::::::|
  475.            |       /  \:::::::/::::::::::::::::::::|\
  476.            |      /    |:::::/:::::::::::::::::::::| |
  477.            |     /     \::::/::::::::::::::::::::::| \
  478.   min VSF -+----/-------\--/-----------------------|--\--- min VSF
  479.            |   /         \/                        |   \
  480.            +--/----------/\------------------------+----\- DCF
  481.              R1        R2  \                       |     \
  482.                             min HSF                |    max HSF
  483.                                                    VB
  484.  
  485.   This is a generic monitor mode diagram.  The x axis of the diagram
  486.   shows the clock rate (DCF), the y axis represents the refresh rate
  487.   (RR). The filled region of the diagram describes the monitor's
  488.   capabilities: every point within this region is a possible video mode.
  489.  
  490.   The lines labeled `R1' and `R2' represent a fixed resolutions (such as
  491.   640x480); they are meant to illustrate how one resolution can be
  492.   realized by many different combinations of dot clock and refresh rate.
  493.   The R2 line would represent a higher resolution than R1.
  494.  
  495.   The top and bottom boundaries of the permitted region are simply
  496.   horizontal lines representing the limiting values for the vertical
  497.   sync frequency. The video bandwidth is an upper limit to the clock
  498.   rate and hence is represented by a vertical line bounding the
  499.   capability region on the right.
  500.  
  501.   Under ``Plotting Monitor Capabilities'') you'll find a program that
  502.   will help you plot a diagram like this (but much nicer, with X
  503.   graphics) for your individual monitor.  That section also discusses
  504.   the interesting part; the derivation of the boundaries resulting from
  505.   the limits on the horizontal sync frequency.
  506.  
  507.   6.  Tradeoffs in Configuring your System
  508.  
  509.   Another way to look at the formula we derived above is
  510.  
  511.                DCF = RR * HFL * VFL
  512.  
  513.   That is, your dot clock is fixed.  You can use those dots per second
  514.   to buy either refresh rate, horizontal resolution, or vertical resolu¡
  515.   tion.  If one of those increases, one or both of the others must
  516.   decrease.
  517.  
  518.   Note, though, that your refresh rate cannot be greater than the
  519.   maximum vertical sync frequency of your monitor.  Thus, for any given
  520.   monitor at a given dot clock, there is a minimum product of frame
  521.   lengths below which you can't force it.
  522.  
  523.   In choosing your settings, remember: if you set RR too low, you will
  524.   get mugged by screen flicker.
  525.  
  526.   You probably do not want to pull your refresh rate below 60Hz.  This
  527.   is the flicker rate of fluorescent lights; if you're sensitive to
  528.   those, you need to hang with 72Hz, the VESA ergonomic standard.
  529.  
  530.   Flicker is very eye-fatiguing, though human eyes are adaptable and
  531.   peoples' tolerance for it varies widely.  If you face your monitor at
  532.   a 90% viewing angle, are using a dark background and a good
  533.   contrasting color for foreground, and stick with low to medium
  534.   intensity, you *may* be comfortable at as little as 45Hz.
  535.  
  536.   The acid test is this: open a xterm with pure white back-ground and
  537.   black foreground using xterm -bg white -fg black and make it so large
  538.   as to cover the entire viewable area.  Now turn your monitor's
  539.   intensity to 3/4 of its maximum setting, and turn your face away from
  540.   the monitor.  Try peeking at your monitor sideways (bringing the more
  541.   sensitive peripheral-vision cells into play).  If you don't sense any
  542.   flicker or if you feel the flickering is tolerable, then that refresh
  543.   rate is fine with you.  Otherwise you better configure a higher
  544.   refresh rate, because that semi-invisible flicker is going to fatigue
  545.   your eyes like crazy and give you headaches, even if the screen looks
  546.   OK to normal vision.
  547.  
  548.   For interlaced modes, the amount of flicker depends on more factors
  549.   such as the current vertical resolution and the actual screen
  550.   contents.  So just experiment.  You won't want to go much below about
  551.   85Hz half frame rate, though.
  552.  
  553.   So let's say you've picked a minimum acceptable refresh rate.  In
  554.   choosing your HFL and VFL, you'll have some room for maneuver.
  555.  
  556.   7.  Memory Requirements
  557.  
  558.   Available frame-buffer RAM may limit the resolution you can achieve on
  559.   color or gray-scale displays.  It probably isn't a factor on displays
  560.   that have only two colors, white and black with no shades of gray in
  561.   between.
  562.  
  563.   For 256-color displays, a byte of video memory is required for each
  564.   visible dot to be shown.  This byte contains the information that
  565.   determines what mix of red, green, and blue is generated for its dot.
  566.   To get the amount of memory required, multiply the number of visible
  567.   dots per line by the number of visible lines.  For a display with a
  568.   resolution of 800x600, this would be 800 x 600 = 480,000, which is the
  569.   number of visible dots on the display.  This is also, at one byte per
  570.   dot, the number of bytes of video memory that are necessary on your
  571.   adapter card.
  572.  
  573.   Thus, your memory requirement will typically be (HR * VR)/1024 Kbytes
  574.   of VRAM, rounded up.  If you have more memory than strictly required,
  575.   you'll have extra for virtual-screen panning.
  576.  
  577.   However, if you only have 512K on board, then you can't use this
  578.   resolution.  Even if you have a good monitor, without enough video
  579.   RAM, you can't take advantage of your monitor's potential.  On the
  580.   other hand, if your SVGA has one meg, but your monitor can display at
  581.   most 800x600, then high resolution is beyond your reach anyway (see
  582.   ``Using Interlaced Modes'' for a possible remedy).
  583.  
  584.   Don't worry if you have more memory than required; XFree86 will make
  585.   use of it by allowing you to scroll your viewable area (see the
  586.   Xconfig file documentation on the virtual screen size parameter).
  587.   Remember also that a card with 512K bytes of memory really doesn't
  588.   have 512,000 bytes installed, it has 512 x 1024 = 524,288 bytes.
  589.  
  590.   If you're running SGCS X (now called X/Inside) using an S3 card, and
  591.   are willing to live with 16 colors (4 bits per pixel), you can set
  592.   depth 4 in Xconfig and effectively double the resolution your card can
  593.   handle.  S3 cards, for example, normally do 1024x768x256.  You can
  594.   make them do 1280x1024x16 with depth 4.
  595.  
  596.   8.  Computing Frame Sizes
  597.  
  598.   Warning: this method was developed for multisync monitors.  It will
  599.   probably work with fixed-frequency monitors as well, but no
  600.   guarantees!
  601.  
  602.   Start by dividing DCF by your highest available HSF to get a
  603.   horizontal frame length.
  604.  
  605.   For example; suppose you have a Sigma Legend SVGA with a 65MHz dot
  606.   clock, and your monitor has a 55KHz horizontal scan frequency.  The
  607.   quantity (DCF / HSF) is then 1181 (65MHz = 65000KHz; 65000/55 = 1181).
  608.  
  609.   Now for our first bit of black magic.  You need to round this figure
  610.   to the nearest multiple of 8.  This has to do with the VGA hardware
  611.   controller used by SVGA and S3 cards; it uses an 8-bit register, left-
  612.   shifted 3 bits, for what's really an 11-bit quantity.  Other card
  613.   types such as ATI 8514/A may not have this requirement, but we don't
  614.   know and the correction can't hurt.  So round the usable horizontal
  615.   frame length figure down to 1176.
  616.  
  617.   This figure (DCF / HSF rounded to a multiple of 8) is the minimum HFL
  618.   you can use.  You can get longer HFLs (and thus, possibly, more
  619.   horizontal dots on the screen) by setting the sync pulse to produce a
  620.   lower HSF.  But you'll pay with a slower and more visible flicker
  621.   rate.
  622.  
  623.   As a rule of thumb, 80% of the horizontal frame length is available
  624.   for horizontal resolution, the visible part of the horizontal scan
  625.   line (this allows, roughly, for borders and sweepback time -- that is,
  626.   the time required for the beam to move from the right screen edge to
  627.   the left edge of the next raster line).  In this example, that's 944
  628.   ticks.
  629.  
  630.   Now, to get the normal 4:3 screen aspect ratio, set your vertical
  631.   resolution to 3/4ths of the horizontal resolution you just calculated.
  632.   For this example, that's 708 ticks.  To get your actual VFL, multiply
  633.   that by 1.05 to get 743 ticks.
  634.  
  635.   The 4:3 is not technically magic; nothing prevents you from using a
  636.   non-Golden-Section ratio if that will get the best use out of your
  637.   screen real estate.  It does make figuring frame height and frame
  638.   width from the diagonal size convenient, you just multiply the
  639.   diagonal by by 0.8 to get width and 0.6 to get height.
  640.  
  641.   So, HFL=1176 and VFL=743.  Dividing 65MHz by the product of the two
  642.   gives us a nice, healthy 74.4Hz refresh rate.  Excellent!  Better than
  643.   VESA standard!  And you got 944x708 to boot, more than the 800 by 600
  644.   you were probably expecting.  Not bad at all!
  645.  
  646.   You can even improve the refresh rate further, to almost 76 Hz, by
  647.   using the fact that monitors can often sync horizontally at 2khz or so
  648.   higher than rated, and by lowering VFL somewhat (that is, taking less
  649.   than 75% of 944 in the example above).  But before you try this
  650.   "overdriving" maneuver, if you do, make sure that your monitor
  651.   electron guns can sync up to 76 Hz vertical.  (the popular NEC 4D, for
  652.   instance, cannot.  It goes only up to 75 Hz VSF).  (See ``Overdriving
  653.   Your Monitor'' for more general discussion of this issue. )
  654.  
  655.   So far, most of this is simple arithmetic and basic facts about raster
  656.   displays.  Hardly any black magic at all!
  657.  
  658.   9.  Black Magic and Sync Pulses
  659.  
  660.   OK, now you've computed HFL/VFL numbers for your chosen dot clock,
  661.   found the refresh rate acceptable, and checked that you have enough
  662.   VRAM.  Now for the real black magic -- you need to know when and where
  663.   to place synchronization pulses.
  664.  
  665.   The sync pulses actually control the horizontal and vertical scan
  666.   frequebcies of the monitor.  The HSF and VSF you've pulled off the
  667.   spec sheet are nominal, approximate maximum sync frequencies.  The
  668.   sync pulse in the signal from the adapter card tells the monitor how
  669.   fast to actually run.
  670.  
  671.   Recall the two pictures above?  Only part of the time required for
  672.   raster-scanning a frame is used for displaying viewable image (ie.
  673.   your resolution).
  674.  
  675.   9.1.  Horizontal Sync:
  676.  
  677.   By previous definition, it takes HFL ticks to trace the a horizontal
  678.   scan line.  Let's call the visible tick count (your horizontal screen
  679.   resolution) HR.  Then Obviously, HR < HFL by definition.  For
  680.   concreteness, let's assume both start at the same instant as shown
  681.   below:
  682.  
  683.     |___ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
  684.     |_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _                |
  685.     |_______________________|_______________|_____
  686.     0                       ^               ^     unit: ticks
  687.                             |   ^       ^   |
  688.                             HR  |       |  HFL
  689.                             |   |<----->|   |
  690.                             |<->|  HSP  |<->|
  691.                             HGT1         HGT2
  692.  
  693.   Now, we would like to place a sync pulse of length HSP as shown above,
  694.   ie, between the end of clock ticks for display data and the end of
  695.   clock ticks for the entire frame.  Why so?  because if we can achieve
  696.   this, then your screen image won't shift to the right or to the left.
  697.   It will be where it supposed to be on the screen, covering squarely
  698.   the monitor's viewable area.
  699.  
  700.   Furthermore, we want about 30 ticks of "guard time" on either side of
  701.   the sync pulse.  This is represented by HGT1 and HGT2.  In a typical
  702.   configuration HGT1 != HGT2, but if you're building a configuration
  703.   from scratch, you want to start your experimentation with them equal
  704.   (that is, with the sync pulse centered).
  705.   The symptom of a misplaced sync pulse is that the image is displaced
  706.   on the screen, with one border excessively wide and the other side of
  707.   the image wrapped around the screen edge, producing a white edge line
  708.   and a band of "ghost image" on that side.  A way-out-of-place vertical
  709.   sync pulse can actually cause the image to roll like a TV with a mis-
  710.   adjusted vertical hold (in fact, it's the same phenomenon at work).
  711.  
  712.   If you're lucky, your monitor's sync pulse widths will be documented
  713.   on its specification page.  If not, here's where the real black magic
  714.   starts...
  715.  
  716.   You'll have to do a little trial and error for this part.  But most of
  717.   the time, we can safely assume that a sync pulse is about 3.5 to 4.0
  718.   microsecond in length.
  719.  
  720.   For concretness again, let's take HSP to be 3.8 microseconds (which
  721.   btw, is not a bad value to start with when experimenting).
  722.  
  723.   Now, using the 65Mhz clock timing above, we know HSP is equivalent to
  724.   247 clock ticks (= 65 * 10**6 * 3.8 * 10^-6) [recall M=10^6,
  725.   micro=10^-6]
  726.  
  727.   Some makers like to quote their horizontal framing parameters as
  728.   timings rather than dot widths.  You may see the following terms:
  729.  
  730.      active time (HAT)
  731.         Corresponds to HR, but in milliseconds.  HAT * DCF = HR.
  732.  
  733.      blanking time (HBT)
  734.         Corresponds to (HFL - HR), but in milliseconds.  HBT * DCF =
  735.         (HFL - HR).
  736.  
  737.      front porch (HFP)
  738.         This is just HGT1.
  739.  
  740.      sync time
  741.         This is just HSP.
  742.  
  743.      back porch (HBP)
  744.         This is just HGT2.
  745.  
  746.   9.2.  Vertical Sync:
  747.  
  748.   Going back to the picture above, how do we place the 247 clock ticks
  749.   as shown in the picture?
  750.  
  751.   Using our example, HR is 944 and HFL is 1176.  The difference between
  752.   the two is 1176 - 944=232 < 247!  Obviously we have to do some
  753.   adjustment here.  What can we do?
  754.  
  755.   The first thing is to raise 1176 to 1184, and lower 944 to 936.  Now
  756.   the difference = 1184-936= 248. Hmm, closer.
  757.  
  758.   Next, instead using 3.8, we use 3.5 for calculating HSP; then, we have
  759.   65*3.5=227.  Looks better.  But 248 is not much higher than 227.  It's
  760.   normally necessary to have 30 or so clock ticks between HR and the
  761.   start of SP, and the same for the end of SP and HFL.  AND they have to
  762.   be multiple of eight!  Are we stuck?
  763.  
  764.   No.  Let's do this, 936 % 8 = 0, (936 + 32) % 8 = 0 too.  But 936 + 32
  765.   = 968, 968 + 227 = 1195, 1195 + 32 = 1227.  Hmm.. this looks not too
  766.   bad.  But it's not a multiple of 8, so let's round it up to 1232.
  767.  
  768.   But now we have potential trouble, the sync pulse is no longer placed
  769.   right in the middle between h and H any more.  Happily, using our
  770.   calculator we find 1232 - 32 = 1200 is also a multiple of 8 and (1232
  771.   - 32) - 968 = 232 corresponding using a sync pulse of 3.57 micro
  772.   second long, still reasonable.
  773.  
  774.   In addition, 936/1232   0.76 or 76%, still not far from 80%, so it
  775.   should be all right.
  776.  
  777.   Furthermore, using the current horizontal frame length, we basically
  778.   ask our monitor to sync at 52.7khz (= 65Mhz/1232) which is within its
  779.   capability.  No problems.
  780.  
  781.   Using rules of thumb we mentioned before, 936*75%=702, This is our new
  782.   vertical resolution.  702 * 1.05 = 737, our new vertical frame length.
  783.  
  784.   Screen refresh rate = 65Mhz/(737*1232)=71.6 Hz.  This is still
  785.   excellent.
  786.  
  787.   Figuring the vertical sync pulse layout is similar:
  788.  
  789.      |___ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
  790.      |_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _                |
  791.      |_______________________|_______________|_____
  792.      0                      VR              VFL     unit: ticks
  793.                              ^   ^       ^
  794.                              |   |       |
  795.                              |<->|<----->|
  796.                               VGT    VSP
  797.  
  798.   We start the sync pulse just past the end of the vertical display data
  799.   ticks.  VGT is the vertical guard time required for the sync pulse.
  800.   Most monitors are comfortable with a VGT of 0 (no guard time) and
  801.   we'll use that in this example.  A few need two or three ticks of
  802.   guard time, and it usually doesn't hurt to add that.
  803.  
  804.   Returning to the example: since by the defintion of frame length, a
  805.   vertical tick is the time for tracing a complete HORIZONTAL frame,
  806.   therefore in our example, it is 1232/65Mhz=18.95us.
  807.  
  808.   Experience shows that a vertical sync pulse should be in the range of
  809.   50us and 300us.  As an example let's use 150us, which translates into
  810.   8 vertical clock ticks (150us/18.95us 8).
  811.  
  812.   Some makers like to quote their vertical framing parameters as timings
  813.   rather than dot widths.  You may see the following terms:
  814.  
  815.      active time (VAT)
  816.         Corresponds to VR, but in milliseconds.  VAT * VSF = VR.
  817.  
  818.      blanking time (VBT)
  819.         Corresponds to (VFL - VR), but in milliseconds.  VBT * VSF =
  820.         (VFL - VR).
  821.  
  822.      front porch (VFP)
  823.         This is just VGT.
  824.  
  825.      sync time
  826.         This is just VSP.
  827.  
  828.      back porch (VBP)
  829.         This is like a second guard time after the vertical sync pulse.
  830.         It is often zero.
  831.  
  832.   10.  Putting it All Together
  833.  
  834.   The Xconfig file Table of Video Modes contains lines of numbers, with
  835.   each line being a complete specification for one mode of X-server
  836.   operation.  The fields are grouped into four sections, the name
  837.   section, the clock frequency section, the horizontal section, and the
  838.   vertical section.
  839.  
  840.   The name section contains one field, the name of the video mode
  841.   specified by the rest of the line.  This name is referred to on the
  842.   "Modes" line of the Graphics Driver Setup section of the Xconfig file.
  843.   The name field may be omitted if the name of a previous line is the
  844.   same as the current line.
  845.  
  846.   The dot clock section contains only the dot clock (what we've called
  847.   DCF) field of the video mode line.  The number in this field specifies
  848.   what dot clock was used to generate the numbers in the following
  849.   sections.
  850.  
  851.   The horizontal section consists of four fields which specify how each
  852.   horizontal line on the display is to be generated.  The first field of
  853.   the section contains the number of dots per line which will be
  854.   illuminated to form the picture (what we've called HR).  The second
  855.   field of the section indicates at which dot the horizontal sync pulse
  856.   will begin.  The third field indicates at which dot the horizontal
  857.   sync pulse will end.  The fourth field specifies the toal horzontal
  858.   frame length (HFL).
  859.  
  860.   The vertical section also contains four fields.  The first field
  861.   contains the number of visible lines which will appear on the display
  862.   (VR).  The second field indicates the line number at which the
  863.   vertical sync pulse will begin.  The third field specifies the line
  864.   number at which the vertical sync pulse will end.  The fourth field
  865.   contains the total vertical frame length (VFL).
  866.  
  867.   Example:
  868.  
  869.             #Modename    clock  horizontal timing  vertical timing
  870.  
  871.             "752x564"     40    752 784  944 1088  564 567 569 611
  872.                           44.5  752 792  976 1240  564 567 570 600
  873.  
  874.   (Note: stock X11R5 doesn't support fractional dot clocks.)
  875.  
  876.   For Xconfig, all of the numbers just mentioned - the number of
  877.   illuminated dots on the line, the number of dots separating the
  878.   illuminated dots from the beginning of the sync pulse, the number of
  879.   dots representing the duration of the pulse, and the number of dots
  880.   after the end of the sync pulse - are added to produce the number of
  881.   dots per line.  The number of horizontal dots must be evenly divisible
  882.   by eight.
  883.  
  884.   Example horizontal numbers: 800 864 1024 1088
  885.  
  886.   This sample line has the number of illuminated dots (800) followed by
  887.   the number of the dot when the sync pulse starts (864), followed by
  888.   the number of the dot when the sync pulse ends (1024), followed by the
  889.   number of the last dot on the horizontal line (1088).
  890.   Note again that all of the horizontal numbers (800, 864, 1024, and
  891.   1088) are divisible by eight!  This is not required of the vertical
  892.   numbers.
  893.  
  894.   The number of lines from the top of the display to the bottom form the
  895.   frame.  The basic timing signal for a frame is the line.  A number of
  896.   lines will contain the picture.  After the last illuminated line has
  897.   been displayed, a delay of a number of lines will occur before the
  898.   vertical sync pulse is generated.  Then the sync pulse will last for a
  899.   few lines, and finally the last lines in the frame, the delay required
  900.   after the pulse, will be generated.  The numbers that specify this
  901.   mode of operation are entered in a manner similar to the following
  902.   example.
  903.  
  904.   Example vertical numbers: 600 603 609 630
  905.  
  906.   This example indicates that there are 600 visible lines on the
  907.   display, that the vertical sync pulse starts with the 603rd line and
  908.   ends with the 609th, and that there are 630 total lines being used.
  909.  
  910.   Note that the vertical numbers don't have to be divisible by eight!
  911.  
  912.   Let's return to the example we've been working.  According to the
  913.   above, all we need to do from now on is to write our result into
  914.   Xconfig as follows:
  915.  
  916.        <name>   DCF     HR  SH1 SH2   HFL   VR  SV1 SV2 VFL
  917.  
  918.   where SH1 is the start tick of the horizontal sync pulse and SH2 is
  919.   its end tick; similarly, SV1 is the start tick of the vertical sync
  920.   pulse and SV2 is its end tick.
  921.  
  922.        #name    clock   horizontal timing   vertical timing    flag
  923.        936x702  65      936 968 1200 1232   702 702 710 737
  924.  
  925.   No special flag necessary; this is a non-interlaced mode.  Now we are
  926.   really done.
  927.  
  928.   11.  Overdriving Your Monitor
  929.  
  930.   You should absolutely not try exceeding your monitor's scan rates if
  931.   it's a fixed-frequency type.  You can smoke your hardware doing this!
  932.   There are potentially subtler problems with overdriving a multisync
  933.   monitor which you should be aware of.
  934.  
  935.   Having a pixel clock higher than the monitor's maximum bandwidth is
  936.   rather harmless, in contrast.  (Note: the theoretical limit of
  937.   discernable features is reached when the pixel clock reaches double
  938.   the monitor's bandwidth.  This is a straightforward application of
  939.   Nyquist's Theorem: consider the pixels as a spatially distributed
  940.   series of samples of the drive signals and you'll see why.)
  941.  
  942.   It's exceeding the rated maximum sync frequencies that's problematic.
  943.   Some modern monitors might have protection circuitry that shuts the
  944.   monitor down at dangerous scan rates, but don't rely on it.  In
  945.   particular there are older multisync monitors (like the Multisync II)
  946.   which use just one horizontal transformer. These monitors will not
  947.   have much protection against overdriving them.  While you necessarily
  948.   have high voltage regulation circuitry (which can be absent in fixed
  949.   frequency monitors), it will not necessarily cover every conceivable
  950.   frequency range, especially in cheaper models. This not only implies
  951.   more wear on the circuitry, it can also cause the screen phosphors to
  952.   age faster, and cause more than the specified radiation (including X-
  953.   rays) to be emitted from the monitor.
  954.  
  955.   Another importance of the bandwidth is that the monitor's input
  956.   impedance is specified only for that range, and using higher
  957.   frequencies can cause reflections probably causing minor screen
  958.   interferences, and radio disturbance.
  959.  
  960.   However, the basic problematic magnitude in question here is the slew
  961.   rate (the steepness of the video signals) of the video output drivers,
  962.   and that is usually independent of the actual pixel frequency, but (if
  963.   your board manufacturer cares about such problems) related to the
  964.   maximum pixel frequency of the board.
  965.  
  966.   So be careful out there...
  967.  
  968.   12.  Using Interlaced Modes
  969.  
  970.   (This section is largely due to David Kastrup
  971.   <dak@pool.informatik.rwth-aachen.de>)
  972.  
  973.   At a fixed dot clock, an interlaced display is going to have
  974.   considerably less noticable flicker than a non-interlaced display, if
  975.   the vertical circuitry of your monitor is able to support it stably.
  976.   It is because of this that interlaced modes were invented in the first
  977.   place.
  978.  
  979.   Interlaced modes got their bad repute because they are inferior to
  980.   their non-interlaced companions at the same vertical scan frequency,
  981.   VSF (which is what is usually given in advertisements). But they are
  982.   definitely superior at the same horizontal scan rate, and that's where
  983.   the decisive limits of your monitor/graphics card usually lie.
  984.  
  985.   At a fixed refresh rate (or half frame rate, or VSF) the interlaced
  986.   display will flicker more: a 90Hz interlaced display will be inferior
  987.   to a 90Hz non-interlaced display. It will, however, need only half the
  988.   video bandwidth and half the horizontal scan rate. If you compared it
  989.   to a non-interlaced mode with the same dot clock and the same scan
  990.   rates, it would be vastly superior: 45Hz non-interlaced is
  991.   intolerable. With 90Hz interlaced, I have worked for years with my
  992.   Multisync 3D (at 1024x768) and am very satisfied. I'd guess you'd need
  993.   at least a 70Hz non-interlaced display for similar comfort.
  994.  
  995.   You have to watch a few points, though: use interlaced modes only at
  996.   high resolutions, so that the alternately lighted lines are close
  997.   together. You might want to play with sync pulse widths and positions
  998.   to get the most stable line positions. If alternating lines are bright
  999.   and dark, interlace will jump at you. I have one application that
  1000.   chooses such a dot pattern for a menu background (XCept, no other
  1001.   application I know does that, fortunately). I switch to 800x600 for
  1002.   using XCept because it really hurts my eyes otherwise.
  1003.  
  1004.   For the same reason, use at least 100dpi fonts, or other fonts where
  1005.   horizontal beams are at least two lines thick (for high resolutions,
  1006.   nothing else will make sense anyhow).
  1007.  
  1008.   And of course, never use an interlaced mode when your hardware would
  1009.   support a non-interlaced one with similar refresh rate.
  1010.   If, however, you find that for some resolution you are pushing either
  1011.   monitor or graphics card to their upper limits, and getting
  1012.   dissatisfactorily flickery or outwashed (bandwidth exceeded) display,
  1013.   you might want to try tackling the same resolution using an interlaced
  1014.   mode. Of course this is useless if the VSF of your monitor is already
  1015.   close to its limits.
  1016.  
  1017.   Design of interlaced modes is easy: do it like a non-interlaced mode.
  1018.   Just two more considerations are necessary: you need an odd total
  1019.   number of vertical lines (the last number in your mode line), and when
  1020.   you specify the "interlace" flag, the actual vertical frame rate for
  1021.   your monitor doubles. Your monitor needs to support a 90Hz frame rate
  1022.   if the mode you specified looks like a 45Hz mode apart from the
  1023.   "Interlace" flag.
  1024.  
  1025.   As an example, here is my modeline for 1024x768 interlaced: my
  1026.   Multisync 3D will support up to 90Hz vertical and 38kHz horizontal.
  1027.  
  1028.        ModeLine "1024x768" 45 1024 1048 1208 1248 768 768 776 807 Interlace
  1029.  
  1030.   Both limits are pretty much exhausted with this mode. Specifying the
  1031.   same mode, just without the "Interlace" flag, still is almost at the
  1032.   limit of the monitor's horizontal capacity (and strictly speaking, a
  1033.   bit under the lower limit of vertical scan rate), but produces an
  1034.   intolerably flickery display.
  1035.  
  1036.   Basic design rules: if you have designed a mode at less than half of
  1037.   your monitor's vertical capacity, make the vertical total of lines odd
  1038.   and add the "Interlace" flag. The display's quality should vastly
  1039.   improve in most cases.
  1040.  
  1041.   If you have a non-interlaced mode otherwise exhausting your monitor's
  1042.   specs where the vertical scan rate lies about 30% or more under the
  1043.   maximum of your monitor, hand-designing an interlaced mode (probably
  1044.   with somewhat higher resolution) could deliver superior results, but I
  1045.   won't promise it.
  1046.  
  1047.   13.  Questions and Answers
  1048.  
  1049.   Q. The example you gave is not a standard screen size, can I use it?
  1050.  
  1051.   A. Why not?  There is NO reason whatsover why you have to use 640x480,
  1052.   800x600, or even 1024x768.  The XFree86 servers let you configure your
  1053.   hardware with a lot of freedom.  It usually takes two to three tries
  1054.   to come up the right one.  The important thing to shoot for is high
  1055.   refresh rate with reasonable viewing area. not high resolution at the
  1056.   price of eye-tearing flicker!
  1057.  
  1058.   Q. It this the only resolution given the 65Mhz dot clock and 55Khz
  1059.   HSF?
  1060.  
  1061.   A. Absolutely not!  You are encouraged to follow the general procedure
  1062.   and do some trial-and-error to come up a setting that's really to your
  1063.   liking.  Experimenting with this can be lots of fun.  Most settings
  1064.   may just give you nasty video hash, but in practice a modern multi-
  1065.   sync monitor is usually not damaged easily. Be sure though, that your
  1066.   monitor can support the frame rates of your mode before using it for
  1067.   longer times.
  1068.  
  1069.   Beware fixed-frequency monitors!  This kind of hacking around can
  1070.   damage them rather quickly. Be sure you use valid refresh rates for
  1071.   every experiment on them.
  1072.  
  1073.   Q. You just mentioned two standard resolutions. In Xconfig, there are
  1074.   many standard resolutions available, can you tell me whether there's
  1075.   any point in tinkering with timings?
  1076.  
  1077.   A. Absolutely!  Take, for example, the "standard" 640x480 listed in
  1078.   the current Xconfig.  It employes 25Mhz driving frequency, frame
  1079.   lengths are 800 and 525 => refresh rate   59.5Hz. Not too bad.  But
  1080.   28Mhz is a commonly available driving frequency from many SVGA boards.
  1081.   If we use it to drive 640x480, following the procedure we discussed
  1082.   above, you would get frame lengths like 812 and 505.  Now the refresh
  1083.   rate is raised to 68Hz, a quite significant improvement over the
  1084.   standard one.
  1085.  
  1086.   Q. Can you summarize what we have discussed so far?
  1087.  
  1088.   A. In a nutshell:
  1089.  
  1090.   1. for any fixed driving frequency, raising max resolution incurs the
  1091.      penalty of lowering refresh rate and thus introducing more flicker.
  1092.  
  1093.   2. if high resolution is desirable and your monitor supports it, try
  1094.      to get a SVGA card that provides a matching dot clock or DCF. The
  1095.      higher, the better!
  1096.  
  1097.   14.  Fixing Problems with the Image.
  1098.  
  1099.   OK, so you've got your X configuration numbers.  You put them in
  1100.   Xconfig with a test mode label.  You fire up X, hot-key to the new
  1101.   mode, ... and the image doesn't look right.  What do you do?  Here's a
  1102.   list of common video image distortions and how to fix them.
  1103.  
  1104.   (Fixing these minor distortions is where xvidtune(1) really shines.)
  1105.  
  1106.   You move the image by changing the sync pulse timing.  You scale it by
  1107.   changing the frame length (you need to move the sync pulse to keep it
  1108.   in the same relative position, otherwise scaling will move the image
  1109.   as well).  Here are some more specific recipes:
  1110.  
  1111.   The horizontal and vertical positions are independent.  That is,
  1112.   moving the image horizontally doesn't affect placement vertically, or
  1113.   vice-versa.  However, the same is not quite true of scaling.  While
  1114.   changing the horizontal size does nothing to the vertical size or vice
  1115.   versa, the total change in both may be limited.  In particular, if
  1116.   your image is too large in both dimensions you will probably have to
  1117.   go to a higher dot clock to fix it.  Since this raises the usable
  1118.   resolution, it is seldom a problem!
  1119.  
  1120.   14.1.  The image is displaced to the left or right
  1121.  
  1122.   To fix this, move the horizontal sync pulse.  That is, increment or
  1123.   decrement (by a multiple of 8) the middle two numbers of the
  1124.   horizontal timing section that define the leading and trailing edge of
  1125.   the horizontal sync pulse.
  1126.  
  1127.   If the image is shifted left (right border too large, you want to move
  1128.   the image to the right) decrement the numbers.  If the image is
  1129.   shifted right (left border too large, you want it to move left)
  1130.   increment the sync pulse.
  1131.  
  1132.   14.2.  The image is displaced up or down
  1133.  
  1134.   To fix this, move the vertical sync pulse.  That is, increment or
  1135.   decrement the middle two numbers of the vertical timing section that
  1136.   define the leading and trailing edge of the vertical sync pulse.
  1137.  
  1138.   If the image is shifted up (lower border too large, you want to move
  1139.   the image down) decrement the numbers.  If the image is shifted down
  1140.   (top border too large, you want it to move up) increment the numbers.
  1141.  
  1142.   14.3.  The image is too large both horizontally and vertically
  1143.  
  1144.   Switch to a higher card clock speed. If you have multiple modes in
  1145.   your clock file, possibly a lower-speed one is being activated by
  1146.   mistake.
  1147.  
  1148.   14.4.  The image is too wide (too narrow) horizontally
  1149.  
  1150.   To fix this, increase (decrease) the horizontal frame length.  That
  1151.   is, change the fourth number in the first timing section.  To avoid
  1152.   moving the image, also move the sync pulse (second and third numbers)
  1153.   half as far, to keep it in the same relative position.
  1154.  
  1155.   14.5.  The image is too deep (too shallow) vertically
  1156.  
  1157.   To fix this, increase (decrease) the vertical frame length.  That is,
  1158.   change the fourth number in the second timing section.  To avoid
  1159.   moving the image, also move the sync pulse (second and third numbers)
  1160.   half as far, to keep it in the same relative position.
  1161.  
  1162.   Any distortion that can't be handled by combining these techniques is
  1163.   probably evidence of something more basically wrong, like a
  1164.   calculation mistake or a faster dot clock than the monitor can handle.
  1165.  
  1166.   Finally, remember that increasing either frame length will decrease
  1167.   your refresh rate, and vice-versa.
  1168.  
  1169.   15.  Plotting Monitor Capabilities
  1170.  
  1171.   To plot a monitor mode diagram, you'll need the gnuplot package (a
  1172.   freeware plotting language for UNIX-like operating systems) and the
  1173.   tool modeplot, a shell/gnuplot script to plot the diagram from your
  1174.   monitor characteristics, entered as command-line options.
  1175.  
  1176.   Here is a copy of modeplot:
  1177.  
  1178.   #!/bin/sh
  1179.   #
  1180.   # modeplot -- generate X mode plot of available monitor modes
  1181.   #
  1182.   # Do `modeplot -?' to see the control options.
  1183.   #
  1184.   # ($Id: video-modes.sgml,v 1.4 1997/10/31 13:51:07 esr Exp $)
  1185.  
  1186.   # Monitor description. Bandwidth in MHz, horizontal frequencies in kHz
  1187.   # and vertical frequencies in Hz.
  1188.   TITLE="Viewsonic 21PS"
  1189.   BANDWIDTH=185
  1190.   MINHSF=31
  1191.   MAXHSF=85
  1192.   MINVSF=50
  1193.   MAXVSF=160
  1194.   ASPECT="4/3"
  1195.   vesa=72.5       # VESA-recommended minimum refresh rate
  1196.  
  1197.   while [ "$1" != "" ]
  1198.   do
  1199.           case $1 in
  1200.           -t) TITLE="$2"; shift;;
  1201.           -b) BANDWIDTH="$2"; shift;;
  1202.           -h) MINHSF="$2" MAXHSF="$3"; shift; shift;;
  1203.           -v) MINVSF="$2" MAXVSF="$3"; shift; shift;;
  1204.           -a) ASPECT="$2"; shift;;
  1205.           -g) GNUOPTS="$2"; shift;;
  1206.           -?) cat <<EOF
  1207.   modeplot control switches:
  1208.  
  1209.   -t "<description>"      name of monitor            defaults to "Viewsonic 21PS"
  1210.   -b <nn>                 bandwidth in MHz           defaults to 185
  1211.   -h <min> <max>          min & max HSF (kHz)        defaults to 31 85
  1212.   -v <min> <max>          min & max VSF (Hz)         defaults to 50 160
  1213.   -a <aspect ratio>       aspect ratio               defaults to 4/3
  1214.   -g "<options>"          pass options to gnuplot
  1215.  
  1216.   The -b, -h and -v options are required, -a, -t, -g optional.  You can
  1217.   use -g to pass a device type to gnuplot so that (for example) modeplot's
  1218.   output can be redirected to a printer.  See gnuplot(1) for  details.
  1219.  
  1220.   The modeplot tool was created by Eric S. Raymond <esr@thyrsus.com> based on
  1221.   analysis and scratch code by Martin Lottermoser <Martin.Lottermoser@mch.sni.de>
  1222.  
  1223.   This is modeplot $Revision: 1.4 $
  1224.   EOF
  1225.                   exit;;
  1226.           esac
  1227.           shift
  1228.   done
  1229.  
  1230.   gnuplot $GNUOPTS <<EOF
  1231.   set title "$TITLE Mode Plot"
  1232.  
  1233.   # Magic numbers.  Unfortunately, the plot is quite sensitive to changes in
  1234.   # these, and they may fail to represent reality on some monitors.  We need
  1235.   # to fix values to get even an approximation of the mode diagram.  These come
  1236.   # from looking at lots of values in the ModeDB database.
  1237.   F1 = 1.30       # multiplier to convert horizontal resolution to frame width
  1238.   F2 = 1.05       # multiplier to convert vertical resolution to frame height
  1239.  
  1240.   # Function definitions (multiplication by 1.0 forces real-number arithmetic)
  1241.   ac = (1.0*$ASPECT)*F1/F2
  1242.   refresh(hsync, dcf) = ac * (hsync**2)/(1.0*dcf)
  1243.   dotclock(hsync, rr) = ac * (hsync**2)/(1.0*rr)
  1244.   resolution(hv, dcf) = dcf * (10**6)/(hv * F1 * F2)
  1245.  
  1246.   # Put labels on the axes
  1247.   set xlabel 'DCF (MHz)'
  1248.   set ylabel 'RR (Hz)' 6  # Put it right over the Y axis
  1249.  
  1250.   # Generate diagram
  1251.   set grid
  1252.   set label "VB" at $BANDWIDTH+1, ($MAXVSF + $MINVSF) / 2 left
  1253.   set arrow from $BANDWIDTH, $MINVSF to $BANDWIDTH, $MAXVSF nohead
  1254.   set label "max VSF" at 1, $MAXVSF-1.5
  1255.   set arrow from 0, $MAXVSF to $BANDWIDTH, $MAXVSF nohead
  1256.   set label "min VSF" at 1, $MINVSF-1.5
  1257.   set arrow from 0, $MINVSF to $BANDWIDTH, $MINVSF nohead
  1258.   set label "min HSF" at dotclock($MINHSF, $MAXVSF+17), $MAXVSF + 17 right
  1259.   set label "max HSF" at dotclock($MAXHSF, $MAXVSF+17), $MAXVSF + 17 right
  1260.   set label "VESA $vesa" at 1, $vesa-1.5
  1261.   set arrow from 0, $vesa to $BANDWIDTH, $vesa nohead # style -1
  1262.   plot [dcf=0:1.1*$BANDWIDTH] [$MINVSF-10:$MAXVSF+20] \
  1263.     refresh($MINHSF, dcf) notitle with lines 1, \
  1264.     refresh($MAXHSF, dcf) notitle with lines 1, \
  1265.     resolution(640*480,   dcf) title "640x480  " with points 2, \
  1266.     resolution(800*600,   dcf) title "800x600  " with points 3, \
  1267.     resolution(1024*768,  dcf) title "1024x768 " with points 4, \
  1268.     resolution(1280*1024, dcf) title "1280x1024" with points 5, \
  1269.     resolution(1600*1280, dcf) title "1600x1200" with points 6
  1270.  
  1271.   pause 9999
  1272.   EOF
  1273.  
  1274.   Once you know you have modeplot and the gnuplot package in place,
  1275.   you'll need the following monitor characteristics:
  1276.  
  1277.   ╖  video bandwidth (VB)
  1278.  
  1279.   ╖  range of horizontal sync frequency (HSF)
  1280.  
  1281.   ╖  range of vertical sync frequency (VSF)
  1282.  
  1283.   The plot program needs to make some simplifying assumptions which are
  1284.   not necessarily correct.  This is the reason why the resulting diagram
  1285.   is only a rough description. These assumptions are:
  1286.  
  1287.   1. All resolutions have a single fixed aspect ratio AR = HR/VR.
  1288.      Standard resolutions have AR = 4/3 or AR = 5/4.  The modeplot
  1289.      programs assumes 4/3 by default, but you can override this.
  1290.  
  1291.   2. For the modes considered, horizontal and vertical frame lengths are
  1292.      fixed multiples of horizontal and vertical resolutions,
  1293.      respectively:
  1294.  
  1295.                HFL = F1 * HR
  1296.                VFL = F2 * VR
  1297.  
  1298.   As a rough guide, take F1 = 1.30 and F2 = 1.05 (see ``'' "Computing
  1299.   Frame Sizes").
  1300.  
  1301.   Now take a particular sync frequency, HSF.  Given the assumptions just
  1302.   presented, every value for the clock rate DCF already determines the
  1303.   refresh rate RR, i.e. for every value of HSF there is a function
  1304.   RR(DCF).  This can be derived as follows.
  1305.  
  1306.   The refresh rate is equal to the clock rate divided by the product of
  1307.   the frame sizes:
  1308.  
  1309.                RR = DCF / (HFL * VFL)          (*)
  1310.  
  1311.   On the other hand, the horizontal frame length is equal to the clock
  1312.   rate divided by the horizontal sync frequency:
  1313.  
  1314.                HFL = DCF / HSF                 (**)
  1315.  
  1316.   VFL can be reduced to HFL be means of the two assumptions above:
  1317.  
  1318.                VFL = F2 * VR
  1319.                    = F2 * (HR / AR)
  1320.                    = (F2/F1) * HFL / AR        (***)
  1321.  
  1322.   Inserting (**) and (***) into (*) we obtain:
  1323.  
  1324.                RR = DCF / ((F2/F1) * HFL**2 / AR)
  1325.                   = (F1/F2) * AR * DCF * (HSF/DCF)**2
  1326.                   = (F1/F2) * AR * HSF**2 / DCF
  1327.  
  1328.   For fixed HSF, F1, F2 and AR, this is a hyperbola in our diagram.
  1329.   Drawing two such curves for minimum and maximum horizontal sync
  1330.   frequencies we have obtained the two remaining boundaries of the
  1331.   permitted region.
  1332.  
  1333.   The straight lines crossing the capability region represent particular
  1334.   resolutions. This is based on (*) and the second assumption:
  1335.  
  1336.                RR = DCF / (HFL * VFL) = DCF / (F1 * HR * F2 * VR)
  1337.  
  1338.   By drawing such lines for all resolutions one is interested in, one
  1339.   can immediately read off the possible relations between resolution,
  1340.   clock rate and refresh rate of which the monitor is capable. Note that
  1341.   these lines do not depend on monitor properties, but they do depend on
  1342.   the second assumption.
  1343.  
  1344.   The modeplot tool provides you with an easy way to do this.  Do
  1345.   modeplot -? to see its control options. A typical invocation looks
  1346.   like this:
  1347.  
  1348.                modeplot -t "Swan SW617" -b 85 -v 50 90 -h 31 58
  1349.  
  1350.   The -b option specifies video bandwidth; -v and -h set horizontal and
  1351.   vertical sync frequency ranges.
  1352.  
  1353.   When reading the output of modeplot, always bear in mind that it gives
  1354.   only an approximate description. For example, it disregards
  1355.   limitations on HFL resulting from a minimum required sync pulse width,
  1356.   and it can only be accurate as far as the assumptions are.  It is
  1357.   therefore no substitute for a detailed calculation (involving some
  1358.   black magic) as presented in ``Putting it All Together''. However, it
  1359.   should give you a better feeling for what is possible and which
  1360.   tradeoffs are involved.
  1361.  
  1362.   16.  Credits
  1363.  
  1364.   The original ancestor of this document was by Chin Fang
  1365.   <fangchin@leland.stanford.edu>.
  1366.  
  1367.   Eric S. Raymond <esr@snark.thyrsus.com> reworked, reorganized, and
  1368.   massively rewrote Chin Fang's original in an attempt to understand it.
  1369.   In the process, he merged in most of a different how-to by Bob Crosson
  1370.   <crosson@cam.nist.gov>.
  1371.  
  1372.   The material on interlaced modes is largely by David Kastrup
  1373.   <dak@pool.informatik.rwth-aachen.de>
  1374.  
  1375.   Martin Lottermoser <Martin.Lottermoser@mch.sni.de> contributed the
  1376.   idea of using gnuplot to make mode diagrams and did the mathematical
  1377.   analysis behind modeplot.  The distributed modeplot was redesigned and
  1378.   generalized by ESR from Martin's original gnuplot code for one case.
  1379.  
  1380.