11 Technické prostriedky pre grafické a multimediálne systémy (všeobecné informácie)

11 Technické prostriedky pre grafické a multimediálne systémy (všeobecné informácie) V tejto časti sa zaoberáme technickými prostriedkami používanými v interaktívnej počítačovej grafike a v grafických systémoch. Uvádzame všeobecné princípy činnosti jednotlivých typov grafických zariadení, ktoré sa používajú v počítačových systémoch. 11.1 Vstupné zariadenia Pre interaktívnu prácu používateľa boli vyvinuté viaceré vstupné zariadenia. Niektoré sú vhodné pre presný vstup dvojrozmerných súradníc, iné používame pre rýchly výber položiek menu na obrazovke, pre kreslenie od ruky alebo pre digitalizáciu údajov z papierovej predlohy. Najčastejšie používanými vstupnými zariadeniami pre interaktívnu prácu sú myš a tablet. 11.1.1 Myš Myš predstavuje najpoužívanejšie vstupné zariadenia na snímanie súradníc polohy na obrazovke displeja. Pripájame ju k počítaču prostredníctvom sériového alebo PS/2 rozhrania. Myš je založená na mechanickom alebo optoelektronickom princípe (obr. 11.1). Pohyb myši je prenášaný na obrazovku a slúži predovšetkým na ovládanie polohy kurzora po obrazovke. Pri mechanickom princípe sa pohyb transformuje na otáčanie guličky, ktorý sa rozkladá do dvoch kolmých smerov. Tento pohyb sa potom registruje pomocou čítačov impulzov. Čítač impulzov Led Zrkadlo Gulička Fotodióda Svetelný lúč Obr. 11.1 Princíp činnosti optoelektronickej a mechanickej myši Pri optoelektronickom princípe sa používa pre každú súradnicovú os zdroj svetla a optický snímač, ktorý registruje, či bol alebo nebol svetelný lúč odrážajúci sa od špeciálnej podložky prerušený. Prerušenie je spôsobené hustou sieťou čiar nakreslenou na podložke. Najmenšia hodnota posunutia, ktorú je myš schopná rozpoznať, nazývame krok a reprezentuje rozlišovaciu schopnosť. Bežné myši majú rozlišovaciu schopnosť 0,127 mm. 11.1.2 Tablet Tablet predstavuje dôležité vstupné zariadenie pre ovládanie grafických systémov. Môže byť založený na kapacitnom, magnetickom, magneticko-indukčnom alebo akustickom princípe. Pracovná plocha je zhotovená z tenkej fólie, na ktorej sú nanesené elektricky vodivé obrázky. Pod fóliou je sústava vodičov rovnobežných s osou x a y. Nad týmito vodičmi sa pohybuje snímač, ktorý prijíma impulzy od vodičov pripojených ku kódovaciemu zariadeniu. Tablet 1

pracuje väčšinou v režime získavania absolútnych súradníc (na rozdiel od myši, ktorá pracuje v režime získavania relatívnych súradníc), preto sa môžu používať predlohy alebo formuláre položené na snímacej doske k získavaniu údajov. Tablet patrí do triedy digitalizačných zariadení, ktoré používame pre prevod polohy ukázanej pomocou ukazovacieho zariadenia (lupa tabletu) na číslicové údaje. Presnosť snímania polohy je u tabletov priemerne 0,25 mm. Aktívna oblasť tabletu je asi 30 x 30 cm, prípadne väčšia. Záleží na konkrétnom formáte tabletu. napätie napätie napätie napätie Obr. 11.2 Princíp činnosti magnetického tabletu 11.1.3 Riadkový snímač (scanner) Jedno z najpoužívanejších zariadení na získavanie digitálnej reprezentácie obrázkov a textu z predlôh je riadkový snímač. Základom takéhoto snímača je do riadku zoradená množina elektronických prvkov citlivých na svetlo, ktoré sú známe ako CCD prvky (charge-coupled devices). Snímaná predloha je osvetľovaná úzkym pásom svetla. Odrazené svetlo prechádza sústavou zrkadiel (obr. 11.3) priamo k CCD prvkom, ktoré jednotlivé svetelné body konvertujú na digitálnu informáciu spracovateľnú počítačom (príslušným softvérom). Kvalita získaného digitálneho obrazu z predlohy je závislá od rýchlosti osvetľovania predlohy pásom svetla. Táto rýchlosť je závislá od nastaveného rozlíšenia získanej digitálnej reprezentácie predlohy. Čim väčšie rozlíšenie požadujeme, tým je nutné zmenšovať rýchlosť posúvania svetelného lúča po predlohe. V súčasnosti existujú aj iné technológie digitalizácie obrázku alebo textu z papierovej predlohy. Hlavne používanie laserových bubnových snímačov, v ktorých je predloha upevnená na sklenený valec a rýchle otáčaná okolo snímacej hlavy. Snímače sa používajú v špičkových grafických laboratóriách. Sú zatiaľ veľmi drahé, ale na druhej strane poskytujú veľmi dobré výsledky (asi vďaka lepším svetelným senzorom PMT namiesto CCD). 2

Obr. 11.3 Princíp činnosti riadkového snímača Ďalším typom riadkových snímačov je tzv. ručný snímač (scanner). Vzhľadom pripomína väčšiu myš. Spôsob snímania je založený na manuálnom posúvaní prístroja po originálnej predlohe, ktorú je nutné snímať rovno a plynulo, aby bol výsledok kvalitný. Ručný snímač je samozrejme určený výlučne pre amatérske použitie a je určený pre mobilné použitie. Riadkový snímač umožňuje snímať tak čiernobiele, ako aj farebné predlohy. Veľké množstvo zosnímaných údajov musí byť spracovaných programovým vybavením, ktorého typickou úlohou je nájsť priamkové a kruhové úseky a rozpoznať text. Rozlišovacia schopnosť riadkových snímačov je asi 0,1 mm. 11.2 Výstupné zariadenia Výstupné zariadenia pripojené k počítaču slúžia na poskytovanie požadovaných informácií používateľovi vo forme textového alebo grafického výstupu. Výstupné zariadenia možno rozdeliť do skupín podľa princípu, presnosti a rýchlosti kreslenia, veľkosti kresliacej plochy, opakovateľnosti kresby atď. 11.2.1 Obrazovkový displej Displej, všeobecne nazývaný aj grafická zobrazovacia jednotka, je štandardným výstupným grafickým zariadením, ktoré je určené na optické zobrazovanie údajov. Jeho kvalita maximálnou mierou ovplyvňuje vizuálnu komunikáciu s počítačom pri dlhodobej práci. Väčšina v súčasnosti používaných displejov je založených na rastrovom princípe, ale pri niektorých špeciálnych aplikáciách sa môžeme ešte aj dnes stretnúť s vektorovým displejom. Medzi hlavné technické charakteristiky displejového systému patria: veľkosť obrazovky (dĺžka uhlopriečky v palcoch), typ obrazovky, 3

stranový pomer obrazovky (štandardne 4:3, 16:9 a pod.), rozlišovacia schopnosť (celkový počet bodov na obrazovke), resp. hustota obrazových bodov, veľkosť obrazového bodu (dot pitch), rýchlosť obnovy grafickej informácie (obrazová frekvencia pre dané rozlíšenie v Hz) prípadne šírka pásma v MHz, schopnosť zobrazenia farieb, energetická náročnosť, rozmery, hmotnosť a cena, úroveň žiarenia, ergonomické prvky. Grafický displej vektorový rastrový pamäťový s obnovovaním obrazu farebný CRT plochý monochromatický farebný LCD plazmový elektro - luminiscenčný Obr. 11.4 Základné rozdelenie grafických displejov Princíp zobrazovania displeja rastrového typu je zhodný s bežnou televíznou obrazovkou. Elektrónový lúč postupne prechádza všetkými bodmi tienidla a jeho intenzita je zvyšovaná alebo tlmená podľa definície kresleného obrázku. Obrázok je tvorený množinou (maticou) obrazových bodov nazývaných pixel a kreslených postupne zhora obrazovky. Obraz je uchovaný v podobe množiny hodnôt jasu pre každý obrazový bod v pamäti a tieto hodnoty sú zobrazené na tienidle riadok po riadku. Schopnosť rastrových displejov rozlíšiť rôznu hodnotu jasu pre každý bod je výhodná pre zobrazovanie tieňovaných a farebných oblastí. Pri vektorovom displeji je elektrónový lúč smerovaný iba do tých miest tienidla, v ktorých sa má vytvoriť kresba. Obrázok je kreslený postupne po úsečkách a pohyb lúča je nepravidelný. Preto sa takýto displej nazýva aj random-scan display. Tento typ je vhodný na zobrazovanie čiarovej grafiky. Jednotlivé čiary môžu byť prekresľované v ľubovoľnom poradí. Problém však nastáva pri potrebe vyplniť nejakú časť obrazovky. V takomto prípade je treba túto časť husto vyšrafovať. 4

Obr. 11.5 Spôsob vykresľovania písmena F na rastrovom displeji To však trvá relatívne dlho a pri vektorových displejoch s obnovovaním obrazu, kde je treba prekresliť celý obraz napr. štyridsaťkrát za sekundu, naráža táto metóda na realizačné problémy a neúmerne rastie cena takéhoto zariadenia. Obr. 11.6 Spôsob vykresľovania písmena F na vektorovom displeji Obrazovkový displej (CRT) vytvára obraz pohybom úzkeho zväzku elektrónov, zaostreného na vrstvu luminofóru. Táto vrstva je nanesená na vnútornej strane tienidla obrazovky. Luminofór sa v okamihu, keď naň dopadne elektrónový lúč, rozžiari a toto svetlo vytvorí viditeľný obraz. Ak lúč prestane na určitú plôšku luminofóru dopadať, svetlo, ktoré luminofór vyžaruje, začne rýchlo slabnúť. Rôznym zložením luminofóru možno určovať rýchlosť tohto slabnutia (perzistenciu - dobu dosvitu ), ako aj farbu a farebný odtieň obrazu. Zjednodušený prierez obrazovkou je znázornený na obr. 11.7. Elektrónový lúč, nesúci záporný elektrický náboj, vzniká na katóde (elektrónové delo) v zadnej časti obrazovky a je urýchlený kladným vysokým napätím smerom k luminiscenčnej vrstve. Počas pohybu k tienidlu obrazovky je lúč elektromagneticky zaostrovaný a následne ho obvody horizontálneho a vertikálneho rozkladu vychyľujú po celej aktívnej ploche obrazovky. Lúč je vychyľovaný elektromagnetickým poľom vytvoreným vo vychyľovacích cievkach, ktoré umožňujú dosiahnuť veľký vychyľovací uhol. 5

elektrónové delo obvody zaostrenia horizontálne avertikálne vychyľovanie vysoké napätie elektrónový lúč riadiaca mriežka sklenená banka vrstva luminofóru Obr. 11.7 Princíp monochromatickej obrazovky Riadením intenzity elektrónového lúča napätím na riadiacej mriežke obrazovky sa ovláda jas jednotlivých bodov obrazu. Pri monochromatických displejoch sa používal biely, zelený alebo jantárový luminofór. Pri farebných displejoch je celý systém zložitejší. Obrazovka má obvykle tri zdroje elektrónových lúčov pre červenú, zelenú a modrú farbu, ale možno použiť aj jeden spoločný lúč (obr.11.8). Tienidlo obrazovky je pokryté triádami luminofóru (pre červenú, zelenú a modrú farbu). Jeden obrazový bod emituje červené svetlo, druhý zelené a tretí modré. Tri spolu tvoria jeden pixel. Pred touto vrstvou je upevnená kovová maska s otvormi pre každý bod farebného luminofóru. Tri elektrónové lúče sú vychyľované a zaostrované spoločne na tieniacu masku, ktorá obsahuje maticu otvorov. K tejto maske sa viaže pojem dot pitch, ktorý patrí k základným údajom pre porovnávanie rôznych farebných monitorov. Táto vzdialenosť bodov (trojbodov - triád) je vzdialenosť v milimetroch medzi dvoma susednými farebnými skupinami a je určitým meradlom kvality obrazovky. V prípade s maskou s kruhovými otvormi je vzdialenosť určená rozostupom stredov jednotlivých otvorov v maske. U väčšiny v súčasnosti používaných monitorov je táto vzdialenosť v rozmedzí 0,26 až 0,31 mm. Kovová maska musí mať otvory presne nastavené voči bodom luminofóru, aby sa zabránilo osvetleniu iných triád. 6

horizontálne a vertikálne vychyľovanie vysoké napätie RGB elektrónové delá obvody zaostrenia elektrónové lúče triády luminofóru RGB riadiace mriežky sklenená banka tieniaca maska Obr. 11.8 Princíp farebnej obrazovky Otvory sú buď kruhové a tomu zodpovedajúce kruhové body luminofóru (obr. 11.9) alebo pravouhlé (obr. 11.10). Po prechode zväzku lúčov otvorom masky dopadajú tri elektrónové lúče na tienidlo a zložením troch emitovaných farieb vzniká farebný elektrický obrazový bod (pixel). Farba bodu, ktorú vníma naše oko, vzniká teda aditívnym miešaním farieb jednotlivých zložiek RGB. Tieniaca maska s kruhovými otvormi Triády luminofóru Elektrónové lúče pre červenú, modrú a zelenú farbu Obr. 11.9 Detail tieniacej masky s kruhovými otvormi (delta) Farebný obraz vzniká riadením intenzity elektrónových lúčov pri pohybe po farebných trojbodoch luminofóru na tienidle (obr. 11.11). 7

Tieniaca maska s pravouhlými otvormi Pásy luminofóru Obr. 11.10 Detail tieniacej masky s pravouhlými otvormi (in-line) Rovnako ako pri monochromatických displejoch sú lúče vychyľované v horizontálnom a vertikálnom smere cez celú aktívnu plochu tienidla. Počet riadkov jedného obrázku a počet obrázkov za sekundu je daný frekvenciou horizontálnych a vertikálnych synchronizačných impulzov. Tie sa vytvárajú v displeji v obvodoch riadkového a snímkového rozkladu. Proces vytvárania elektromagnetického poľa pre ovládanie lúčov je energeticky náročný a vo vychyľovacích cievkach tečie veľký prúd. K zvýšeniu účinnosti vychyľovania je vychyľovacia cievka súčasťou rezonančného obvodu. Jeho parametre sú dané mernou jednotkou rezonančná frekvencia. Pôvodne pracovali displeje s frekvenciou bežného televízneho prijímača (riadková frekvencia 15,6 khz, obrazová frekvencia 50 Hz). Obr. 11.11 Rozloženie obrazu na body v základných farbách RGB Aby bolo možné zvýšiť jas, je nutné viackrát osvietiť každý bod luminofóru v rovnakom časovom rozmedzí. To spolu so snahou odstrániť mihotanie obrazu a umožniť rýchlejšiu výmenu grafickej informácie na tienidle vedie k vyšším vertikálnym frekvenciám. Zvyšovanie horizontálnej frekvencie vedie k schopnosti zobraziť viac obrazových riadkov. 11.2.1.1 Organizácia pamäte displeja Grafický displej rastrového typu zobrazuje časť pamäte, ktorá sa nazýva obrazová pamäť, alebo frame buffer. Na zobrazenie jedného bodu s jednou farbou alebo úrovňou šede je potrebná jediná bitová rovina obrazovej pamäte. Rozlišovacia schopnosť je potom údaj, ktorý uvádza, koľko bodov je zobraziteľných v osi x a v osi y, zatiaľ čo adresovateľnosť je údaj o rozmere bitovej roviny. 8

frame buffer * 1* register prevodník 1 D/A 1 bitová rovina 1 bit Tienid lo obrazovky Obr. 11.12 Obrazová pamäť s jednou bitovou rovinou Rozlišovacia schopnosť a adresovateľnosť sú dva rozdielne údaje, ktoré by sa nemali zamieňať. V nasledovnom odseku budeme pre jednoduchosť vychádzať z toho, že rozsah obrazovej pamäte je rovnaký ako rozsah zobrazenia na obrazovke. Pre adresovateľnosť 1024*1024, ktorá je nevyhnutná pre konštruktérsku prax, dostávame kapacitu pamäte 1 MB. frame buffer 1* 1* * 0* 0 1 1 D/A 2 N tienidlo obrazovky prevodník 2 N úrovní 3 bitové roviny Obr. 11.13 Obrazová pamäť s troma bitovými rovinami V určitých aplikáciách je nevyhnutné disponovať s niekoľkými úrovňami šede a zvyčajne je počet úrovní šede vyjadrený číslom 2 N (v rozsahu 0 až 2 N-1, kde N je počet bitových rovín). Princíp takého displeja je znázornený na obr. 11.13. v danom prípade sa bod na obrazovke zobrazí s úrovňou šede zodpovedajúcej hodnote 3, pričom je možné v danom prípade disponovať ôsmimi rôznymi intenzitami na výstupe. Pre niektoré aplikácie je vhodné disponovať viacerými úrovňami šede, než je aktuálna kapacita obrazovej pamäte. V takomto prípade sa používa ešte tabuľka, ktorá umožňuje prekódovanie tzv. prekódovacia tabuľka (look-up table), ktorú možno vidieť na obr. 11.14. Uvedený princíp umožňuje rýchlu 9

zmenu danej úrovne šede všetkých pixlov na novú úroveň prepisom obsahu príslušného riadku prekódovacej tabuľky namiesto prekódovania všetkých príslušných pixlov na novú hodnotu. N=8 frame buffer N=8 1 0 registre N bitov 0 N=8 1 1 1 0 0 0 1 1 0 D/A D/A * D/A prevodníky tienidlo obrazovky Obr. 11.14 Obrazová pamäť s prekódovacou tabuľkou Tabuľka nesmie byť v tomto prípade realizovaná pomocou pamäte typu ROM, ale pamäťou typu RAM. Je zrejmé, že pre architektúru na obr. 11.14 bude platiť W N kde W je počet bitov riadku prekódovacej tabuľky, N je počet bitových rovín (počet bitov reprezentujúcich číslo zvolenej úrovne šede). Pre dĺžku L prekódovacej tabuľky, počet riadkov, platí 2 N L 2 W Celková kapacita obrazovej pamäte pre N=8 (256 úrovní šede) pri adresovateľnosti 1024*1024 je 1MB. 10

Skúsme uvedené architektúry použiť v prípade zobrazovania farieb. Najjednoduchšie je použitie jednej bitovej roviny pre každú farbu. Ak pracujeme v systéme RGB, tak pre jednotlivé kombinácie dostávame: Farba R G B Čierna 0 0 0 Modrá 0 0 1 Zelená 0 1 0 Modro-zelená 0 1 1 Červená 1 0 0 Purpurová 1 0 1 Žltá 1 1 0 Biela 1 1 1 Farebné displeje majú tri elektrónové delá, pre každú základnú farbu jedno. Najjednoduchší prípad je na obr. 11.15. Taktiež je toto možné spraviť pre N bitových rovín a pre prekódovaciu tabuľku. frame buffer B R G registre * 0 1 0 0 D/A 2 N 1 D/A 2 N 1 D/A 2 N prevodníky tienidlo obrazovky Obr. 11.15 Obrazová pamäť s jednou bitovou rovinou pre každú farbu Je opäť nutné podotknúť, že adresovateľnosť a rozlišovacia schopnosť nie je to isté. Dnešné grafické displeje majú zvyčajne adresovateľnosť 4096*4096 bodov pri rozlišovacej schopnosti 1024*1024 bodov, pričom z palety 16 777 216 (2 24 ) farieb je zobraziteľných na obrazovke len 512 farieb. To znamená, že adresovateľnosť je 4096*4096*16777216, zatiaľ čo rozlišovacia schopnosť (čo sa na obrazovke skutočne zobrazí) je 1024*1024*512. Paleta farieb, z ktorej je možné farby vybrať, je (2 3 ) W = (2 W ) 3 pričom počet zobrazených farieb v danom čase na obrazovke je a pre prípad s 256 farbami dostávame: (2 3 ) N = (2 N ) 3 počet bitových rovín pre farbu: N=3 počet bitov pre prekódovaciu tabuľku: W=8 kapacita obrazovej pamäte P: kapacita prekódovacích tabuliek T: 4096*4096*3*3=144Mb=18MB 11

256*8*3=6144b=768B GSU Lekcia 11 Je zrejmé, že jednotlivé bity nemožno vyberať postupne z časových dôvodov, ale vyberá sa vždy skupina bodov (doba prístupnosti pamätí je okolo 100 ns). 11.2.2 LCD displej Aj keď v súčasnosti väčšina grafických displejov obsahuje katódové obrazovky, začínajú sa presadzovať aj iné technológie. Ide hlavne o technológiu LCD displejov, ktorá sa pomaly, ale o to razantnejšie presadzuje v súčasných PC systémoch, hlavne v prenosných počítačoch. Táto technológia je založená na tekutých kryštáloch a vyznačuje sa extrémne nízkymi nárokmi na energiu, veľmi nízkou konštrukčnou výškou a dosahuje vysokú rovinnosť plochy displeja. Tieto displeje patria do skupiny displejov, ktoré neemitujú, ale modulujú dopadajúce svetlo. Tekuté kryštály tvoria vlastne vrstvu organických molekúl v tvare tyčiniek medzi dvoma orientačnými filtrami. Molekuly tekutého kryštálu sú v stave pokoja navzájom pootočené. Polohu tyčiniek je možné meniť elektrickým poľom. Bez elektrického poľa dochádza k otočeniu polarizácie svetla o 90º, ktoré je druhým polarizačným filtrom prepustené a odrazené späť. Ak pôsobí elektrické pole, ku zmene polarizácie svetla nedochádza a svetlo nie je druhým polarizačným filtrom prepúšťané, a teda nemôže byť ani odrazené späť. V spojení s polarizačným filtrom je potom možné vytvoriť prvok, ktorý buď prepustí, alebo neprepustí svetlo (obr. 11.16). LCD displeje sa vyrábajú ako odrazové (digitálne hodinky), ale aj priepustné panely (LCD panely pre spätné projektory). Priepustný panel potrebujeme vysvietiť, aby bol obraz vôbec viditeľný. To znamená, že potrebujeme zadný svetelný zdroj. Najčastejšie sa používa elektroluminiscenčná výbojka. V praxi ale nestačia iba dva medzné stavy - prepustí/neprepustí, ale je tiež treba regulovať množstvo prepúšťaného svetla (zmenu jasu). Tento stav docielime reguláciou veľkosti napätia na elektródach tekutého kryštálu. LCD displej, podobne ako klasický CRT displej, sa skladá z množstva buniek (bodov). Ich počet závisí od rozlišovacej schopnosti displeja. Napr. pre rozlíšenie 1024x768 bodov potrebujeme 786 432 takýchto buniek. Pri farebných LCD displejoch musíme toto číslo ešte vynásobiť troma (potrebujeme riadiť každú farebnú zložku RGB). 12

pokojový stav (priechodný) vrstva tekutého kryštálu svetlo prechádza orientačný filter polarizátor svetelný zdroj svetlo neprechádza orientačný filter stav pri napätí (nepriechodný) polarizátor ~ napätie Obr. 11.16 Princíp LCD displeja 11.2.3 Plazmový displej Plazmový displej pracuje na princípe výboja plynu, obvykle neón alebo zmes argónu, po privedení napätia. Existujú dva typy displejov v závislosti od použitého druhu napätia. Displeje pracujúce so striedavým alebo s jednosmerným napätím. V oboch prípadoch sa k adresovaniu bodu displeja využíva matica elektród (riadkové a stĺpcové), medzi ktorými je priestor vyplnený plynom. Po privedení napätia na príslušné elektródy vznikne v ich priesečníku výboj plynu, čo sa prejaví ako červeno-oranžové svetlo. Každý zdroj svetla je možné vypnúť či zapnúť v priebehu 20 μs. Princíp plazmového displeja je na obr. 11.17. Displej pracujúci s jednosmerným napätím má jednoduchšiu konštrukciu, ale prejavuje sa nežiaduci efekt žiarenia na pozadí vzhľadom na trvalú prítomnosť napätia nutného k obnove obrazu. Displej pracujúci so striedavým napätím má zložitejšiu konštrukciu. Jeho pozadie je tmavé a nevyžaduje obnovovanie. Elektródy (s izolovaným povrchom) sú ponorené v plynnej plazme. Tento typ displeja sa tiež označuje ako aktívny displej (bez vonkajšieho svetla na dosvietenie). Nevýhoda plazmových displejov je, že jeho riadiaca jednotka pracuje s napätím asi 190 V. 13

dielektrický materiál sklo plyn horizontálne elektródy dielektrický materiál sklo vertikálne elektródy Obr. 11.17 Princíp plazmového displeja Preto nie sú použiteľné pre displeje napájané z batérií (Laptop, Notebook). Dnešné plazmové displeje sú modernejšie na rozdiel od prvých typov (monochromatických, s nízkou rozlišovacou schopnosťou). Moderné plazmové displeje obsahujú zmes plynov emitujúcich ultrafialové svetlo, ktoré sa používa na vybudenie luminiscenčnej vrstvy podobne ako lúč elektrónov pri CRT displejoch. Táto technológia umožňuje zvýšiť kvalitu zobrazovanej kresby, zachováva jas obrazovky a rýchlosť zobrazovania ako pri pôvodnom princípe. 11.2.4 Elektroluminiscenčný displej Tento typ displeja sa označuje aj EL displej. Pracuje na princípe elektroluminiscencie. Určité látky označované ako luminofóry emitujú v prítomnosti striedavého elektrického poľa svetlo. Táto vlastnosť radí EL displej medzi aktívne (svetelná energia sa premieňa z iného zdroja). EL displej sa skladá z tenkostenného filmu fosforu, naneseného medzi dve tenké vrstvy izolujúceho dielektrického materiálu. Materiál prednej vrstvy je priehľadný, zatiaľ čo zadná strana je reflexná. Fosfor emituje pri napätí asi 200 V jasne žlté svetlo. Napätie je privedené veľmi tenkou mriežkou sústavou elektród. Je možné rozsvietiť každý bod samostatne obr. 11.18. EL displeje poskytujú lepší kontrast a širší pozorovací uhol než LCD alebo plazmové displeje. Zatiaľ sa môžeme stretnúť iba s monochromatickými EL displejmi, pretože problém je nájsť vhodné zloženie a citlivosť fosforu pre emisiu modrej farby. 14

stĺpcové elektródy striedavé napätie riadkové elektródy sklenená podložka reflexné diekektrikum transparentné dielektrikum elektroluminiscenčný materiál Obr. 11.18 Princíp elektroluminiscenčného displeja 11.2.5 Tlačiareň Kedysi tlačiarne plnili trochu inú úlohu ako dnes. Slúžili hlavne ako zobrazovacie zariadenie výstupu a ako náhrada za displej. S príchodom osobných počítačov sa význam tlačiarní ešte upevnil spolu s neustálym zvyšovaním kvality a hlavne rýchlosti tlače ako textu, tak aj grafiky. Hlavným rysom, ktorý charakterizoval vývoj tlačiarní v tej dobe, bola štandardizácia ich pripojenia k počítaču. Prvé tlačiarne môžeme charakterizovať ako automatizované písacie stroje, ktoré tlačili sadu znakov cez pásku na papier. Potom prišli vylepšené riadkové tlačiarne, schopné tlačiť celý riadok údajov v jednom časovom okamihu, čím sa výrazne znížila doba tlače. Hlavná nevýhoda takýchto tlačiarní však bola v tom, že nebolo možné zmeniť veľkosť ani druh písma. Z tohto dôvodu sa zaviedli bodové tlačiarne. Jeden znak sa skladal z jednotlivých bodov. Prvým takýmto riešením boli ihličkové tlačiarne. Farbiaca páska zostala zachovaná a jednotlivé znaky sa preklepávali pomocou 9, 18 alebo 24 ihličiek. Kvalita písma sa oproti znakovým tlačiarňam trochu zhoršila, ale ihličkové tlačiarne umožňovali tlačiť aj jednoduchú grafiku. V hlave boli umiestnené ihličky v dvoch zvislých radoch (obr. 11.19), navzájom posunutých. Priemer ihličky bol 0,2-0,4mm. Ovládanie ihličiek (vysúvanie a zasúvanie) bolo založené na elektromagnetickom princípe. 1/180 palca Obr. 11.19 Usporiadanie ihličiek v 24 ihličkovej tlačiarni Vedľa ihličkových tlačiarní sa začali profilovať začiatkom deväťdesiatych rokov tlačiarne atramentové, ako kvalitnejší variant tlače textu a grafiky. Jednotlivé tlačové body sú reprezentované pri týchto tlačiarňach prostredníctvom maličkých ionizovaných kvapiek atramentu vstrekovaných priamo na papier. V poslednej dobe urobila dokonalejšia technológia (atrament a striekacia hlava) z atramentových tlačiarní vážneho konkurenta lacným laserovým tlačiarňam (v rýchlosti tlače a jej kvalite). 15

atrament tryska vstupný signál 2000V predpätie 7000V papier Obr. 11.20 Princíp atramentovej tlačiarne s elektrostatickým ťahom kvapiek Atrament je uložený v zásobníku, ktorý je umiestnený v striekacej hlave. Pri čiernobielych tlačiarňach sa v hlave nachádza iba čierny zásobník, pri farebných sa v hlave nachádzajú dva zásobníky (čierny a farebný), prípadne štyri (podľa typu tlačiarne, obr. 11.21). Obr. 11.21 Zásobníky základných farieb (model CMYK) Farebné tlačiarne podobne ako displeje kombinujú výslednú farbu z troch základných farieb: modrozelenej (Cyan), fialovej (purpurovej - Magenta) a žltej (Yellow). Tento farebný model (subtraktívny - odčítavame jednotlivé farby) preto označujeme CMY. Na rozdiel od tohto modelu miešaním svetlých farieb v modeli RGB dokážeme priamo dosiahnuť z jeho troch zložiek bielu farbu. Pri modeli CMY je problém opačný, pretože nedokážeme namiešať čistú čiernu farbu (iba tmavohnedú). Aby bolo možné pri tlači zobrazovať čiernu a bezchybne zobrazovať tmavé farby, bol model CMY rozšírený o čiernu farbu (black). Tento farebný model označujeme CMYK. Porovnanie týchto dvoch modelov môžeme vidieť na nasledujúcom obrázku. 16

Obr. 11.22 Porovnanie farebných modelov CMY a RGB Laserové tlačiarne sa vždy vyznačovali rýchlou a veľmi kvalitnou tlačou (farebné tlačiarne sú stále ešte neekonomické). Patria do skupiny tzv. stránkových tlačiarní (tlačí sa naraz celá stránka dokumentu). Princíp práce laserovej tlačiarne (pozri obr. 11.23) je založený na nanášaní vrstvy toneru na miesta, kde je citlivý povrch valca vybudený laserovým lúčom. Táto šablóna je potom otlačená na papier, ktorý je nakoniec zažehlený, aby nanesený toner neodpadol. Laserové tlačiarne majú tlač riadenú pomocou jazyka, ktorý opisuje tlačené stránky (PDL - Page Description Language). Patria sem hlavne PCL (Hewlett Packard) a PostScript (Adobe ), ktoré sú najrozšírenejšie. Jazyk PCL bol vyvíjaný už v čase prvých pokusov s laserovými tlačiarňami. Súčasná aktuálna verzia je PCL 5e. čistiaci kotúč vstup dát vyrovnávacia pamät nabíjacia elektróda vybíjacia žiarovka pás papiera dekóder nabíjacia elektróda farbiaci prášok rolka papiera Obr. 11.23 Princíp laserovej tlačiarne Jazyk PostScript pripomína bežný programovací jazyk a je určený pre profesionálne štúdiá DTP. Jeho podstatná vlastnosť je prenositeľnosť a kvalitná práca s písmom a obrázkami. Kvalitu tlače meriame podľa počtu tlačených bodov na plochu jedného štvorcového palca. Skratka tejto jednotky je dpi (dots per inch). Napr. označenie 600 dpi oznamuje, že na hranu dĺžky jedného palcu (2,54 cm) sa zmestí 600 bodov. Na celý štvorec je to potom 600x600 bodov. 17

Niektoré tlačiarne udávajú rozlíšenie napr. 1200x600, čím definujú odlišnú hustotu bodov v smere jednotlivých osí. Väčšina laserových tlačiarní a niektoré atramentové tlačiarne tieto hodnoty vylepšujú metódou vyhladzovania, keď medzi "zubaté" prechody automaticky vkladajú tzv. body pre zjemnenie (vyhladenie) takýchto prechodov, ako ukazuje obrázok 11.24. nevyhladený text vyhladený text pomocou technológie RET Obr. 11.24 Princíp použitia technológie vyhladzovania Tlačiareň podobne ako displej skladá výsledný farebný obraz pomocou farebných bodov, ktorých hustota závisí od rozlíšenia konkrétnej tlačiarne. 11.2.6 Veľkoformátové tlačiarne a plotre Podľa veľkosti záznamového média môžeme rozdeliť tlačiarne na tri základné skupiny: malý formát (A4 resp. ANSI A až A3 resp. ANSI B), stredný formát (A2 resp. ANSI C až A1 resp. ANSI D. veľký formát (A0 resp. ANSI E). Toto rozdelenie je však iba orientačné, pretože všetky moderné stredné veľkoformátové tlačiarne majú možnosť prestavenia vodiacich klapiek tak, aby bolo možné kresliť na médiá menšieho formátu. Veľkoformátové tlačiarne sú väčšinou založené na princípe atramentových tlačiarní (rastrová tlač). Pre výstup kvalitnej čiarovej grafiky, ako to napr. vyžaduje technický výkres, sa používajú perové súradnicové zapisovače (plotre), ktoré sú založené na vektorovom princípe. Na ovládanie plotrov sa používa štandardný jazyk HP-GL (Hewlett-Packard Graphic Language). Tento jazyk podporujú všetky plotre. V súčasnosti existujú viaceré modifikácie tohto jazyka rozšírené o nové vlastnosti a vylepšenia. Súčasné plotre umožňujú tlačiť výstupy (celofarebné-renderované alebo čiarové-výkresy) na rôzne typy záznamových médií od bežného papiera až po vysokokvalitné fólie. Na prísun záznamového média sa používa prídavné zariadenie - podávač, ktorý umožňuje súvislé a automatické posúvanie záznamového média (navinutého v rolke) pri tlači. Môžeme používať aj samostatné listy záznamového média od formátu A4 až do formátu A0. Ploter obsahuje štyri farebné zásobníky umiestnené na kresliacej hlave. Kvalita zobrazenia závisí nielen od kvality použitého atramentu, ale v prevážnej väčšine od použitého záznamového média. 11.3 Veľkokapacitné pamäte (CD-ROM, DVD, MO) Ako veľkokapacitné externé pamäte pre uchovávanie grafických údajov sa v súčasnosti najčastejšie používajú médiá, ktoré sú schopné uchovávať informácie na optickom (CD-ROM, DVD), magnetickom alebo magneticko-optickom princípe (MO). CD-ROM je pamäťové médium podobné klasickému zvukovému kompaktnému disku. Má v polykarbonátovej (spodnej) vrstve už pri výrobe vytvorenú špirálovú drážku (slúži ako vodiaca drážka) pre laser CD-ROM mechaniky. Tým je umožnené veľmi presné čítanie alebo nahranie údajov na disk. Na CD-ROM disku vypaľovací lúč lasera vytvára miniatúrne priehlbinky (pits), ktoré menia odrazivosť od lesklého podkladu. Rozmery CD-ROM disku sú: hrúbka je 1,2 mm, 18

priemer 12 cm s centrálnym otvorom 1,5 cm. Na CD-ROM sa, rovnako ako na klasickú vinylovú platňu, zapisuje do jednej špirálovej stopy. ochranná lakovaná vrstva záznamové farbivo reflexná fólia predlisovaná drážka polykarbonátový základ disku predlisovaná drážka pit laser Obr. 11.25 Prierez CD-R médiom Údaje sú do tejto stopy zaznamenávané digitálne pomocou výstupkov (land) a priehlbiniek (pit). Priehlbinka je 0,12 mikrometra hlboká a 0,6 mikrometra široká. Jedna CD-ROM ich obsahuje okolo dvoch biliónov. Dĺžka priehlbinky je medzi 0,83 a 3,3 mikrometra. Medzera medzi jednotlivými susednými stopami je 1,6 mikrometra. Zápis na CD-ROM médium prebieha od vnútorného okraja k vonkajšiemu okraju. Rýchlosť otáčania CD sa mení od 200 do 530 ot./min. podľa typu mechaniky a značky. Pre čítanie vystačí laser s pomerne nízkym výkonom (0,5 mw), ale pre zápis CD-ROM je už treba energia omnoho väčšia (4-16 mw). Drvivá väčšina CD-ROM mechanik je v súčasnej dobe konštruovaná ako IDE, pri CD rekordéroch prevláda SCSI rozhranie. Princíp DVD-ROM je podobný ako pri CD-ROM s niekoľkými odlišnosťami. DVD na prvý pohľad vyzerá rovnako ako CD-ROM. Informácia sa sníma (alebo zapisuje) tiež laserom a údaje sú nahrávané takisto systémom pit a land. DVD môže byť (na rozdiel od CD-ROM) i obojstranné. Laser nie je v infračervenom ako u CD-ROM, ale vo viditeľnom spektre (červená a už sú na svete prvé modré lasery). Hustota záznamu je viac ako o 50% vyššia a naviac sa môžu od seba líšiť aj jednotlivé DVD. 19

Obr. 11.26 Porovnanie CD-R a DVD Je vidieť, že DVD je vlastne vylepšené CD. Porovnanie základných parametrov je zrejmé z obr. 11.26 a obr. 11.27. Obr. 11.27 Porovnanie technológií CD a DVD Podobne ako bolo CD určené predovšetkým pre zvukové nahrávky, predpokladá sa, že drvivá väčšina DVD diskov bude určená pre záznam filmov, videa a pohyblivých obrázkov. Na vytvorení štandardu DVD sa podieľali predovšetkým počítačové firmy. Vďaka zlepšeniu schopnosti zaostrovania lúča je možné použiť záznam v dvoch vrstvách. Druhá vrstva (zo strany lasera) je klasická, nepriehľadná, avšak prvá vrstva je polopriesvitná a zmenou ohniska lasera je teda možné na jednej strane DVD média umiestniť dve vrstvy záznamu. 20

Obr. 11.28 Typy DVD-ROM Magneticko-optické disky (MO) sú len nepatrne väčšie ako bežná 3.5 disketa a ich výzor je rovnaký. Ale pokiaľ disketa má kapacitu 1.44 MB, MO disk má kapacitu niekoľko 100 MB a viac. Toto sa dosahuje vysokou hustotou dát pri použití lasera a magnetickej záznamovej hlavy. Zápis na toto médium prebieha nasledovne. Laser zahreje plochu diskety tak, že môže byť ľahko zmagnetizovaná a tiež dovolí zmagnetizovanú oblasť presne zamerať a ohraničiť. Informácie môžu byť vymazávané alebo zapisované bez obmedzenia. 21