Учебники 80389

счет смешивания, наложения соседних точек друг на друга. Именно благодаря этому проявлению технологии, она так ценится фотолюбителями.

В основном, в сублимационных принтерах используются пленочные четырехслойные картриджи (рис.8.18). В специальном ролике расположена пленка, на которую нанесены три основных цвета и защитный слой. Принтер разогревает последовательно каждый цветной слой пленки и чернила, испаряясь, попадают на фотобумагу. Чтобы слои не стерлись во время использования распечатки, поверх чернил наносится защитный слой – он стерпит и грязные руки смотрящего, и даже подводное плавание.

а) б)

Рис.8.18. Сублимационный принтер: а – схема принтера, б – общий вид

Фотоэлектронные печатающие устройства. Фотоэлектронные -

способы печати основаны на освещении заряженной светочувствительной поверхности промежуточного носителя сформировании на ней изображения в виде электростатического рельефа, притягивающего частицы красителя, которые далее переносятся на бумагу.

Для освещения поверхности промежуточного носителя используют:

•в лазерных принтерах — полупроводниковый лазер;

•в светодиодных — светодиодную матрицу;

•в принтерах с жидкокристаллическим затвором - люминесцентную

лампу.

Лазерные принтеры обеспечивают более высокое качество, чем струйные принтеры. Наиболее известными фирмами-разработчиками лазер-

ных принтеров являются Hewlett-Packard, Lexmark, Epson, Canon, Toshiba, Ricoh (рис. 8.19).

б)

а)

Рис.8.19. Лазерный принтер: а – схема принтера, б – общий вид принтера

181

Принцип действия лазерного принтера основан на методе сухого электростатического переноса изображения, изобретенном Ч. Ф. Карлсоном в 1939 г. и реализуемом также в копировальных аппаратах.

Функциональная схема лазерного принтера приведена на рис. 8.19, а. Основным элементом конструкции лазерного принтера является вращающийся барабан, служащий промежуточным носителем, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светопроводящего полупроводника. Обычно в качестве такого полупроводника используется оксид цинка или селен. По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Это обеспечивается с помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной.

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Развертка изображения происходит так же, как и в телевизионном кинескопе: движение луча по строке и кадру. С помощью вращающегося зеркала луч скользит вдоль цилиндра, причем его яркость меняется скачком: от полного света до полной темноты, и также скачкообразно (по точкам) заряжается цилиндр. Этот луч, приходя на барабан, изменяет его электрический заряд в точке прикосновения. Размер заряженной площади точки зависит от фокусировки луча лазера. Фокусируется луч с помощью объектива. Признаком хорошей фокусировки считают наличие четких кромок и углов на изображении. Для некоторых типов принтеров в процессе подзарядки потенциал поверхности барабана уменьшается от 900 до 200 вольт. Таким образом, на барабане, промежуточном носителе, возникает скрытая копия изображения в виде электростатического рельефа.

На следующем этапе на фотонаборный барабан наносится тонер — краска, представляющая собой мельчайшие частицы. Под действием статического заряда эти частицы легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение уже в виде рельефа красителя.

Бумага втягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед самым барабаном бумаге сообщается статический заряд. Затем бумага соприкасается с барабаном и притягивает благодаря своему заряду частички тонера, нанесенные ранее на барабан.

Для фиксации тонера бумага вновь заряжается и пропускается между двумя роликами с температурой около 180 °С. После окончания процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших лишних частиц, тем самым готовясь для нового процесса печати. Лазерный принтер является постраничным, т. е. формирует для печати полную страницу.

Светодиодные принтеры, или LED-принтеры (Light Emitting Diode), основаны на том же принципе действия, что и лазерные. Конструктивным различием является то, что барабан освещается не лучом лазера,

182

развертка которого обеспечивается с помощью механически управляемых зеркал, а неподвижной диодной строкой, состоящей из 2500 светодиодов, которая описывает не каждую точку, а целую строку. На основе этой технологии работают принтеры фирмы OKI.

В принтерах с жидкокристаллическим затвором в качестве ис-

точника света служит люминесцентная лампа. Свет лампы экспонируется через жидкокристаллический затвор, своеобразный прерыватель света, управляемый от компьютера. Скорость печати такого принтера ограничена скоростью срабатывания жидкокристаллического затвора и не превышает 9 листов в секунду.

8.2.2. Сканеры

Сканер — устройство для ввода графической растровой информации в ЭВМ. Сканеры классифицируются по типу самого устройства и его активных элементов, интерфейсу, поддерживаемой глубине цвета и разрешению.

По типу активных элементов различают сканеры:

•на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС, CCD);

•на основе фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

ПЗС основаны на явлении увеличения проводимости полупроводникового р-п перехода под действием света. Эти приборы состоят из большого количества датчиков, преобразующих световую энергию в аналогичную по интенсивности электрическую.

ПЗС — это полупроводниковый прибор со структурой полевого МОПтранзистора. По существу ПЗС действует как длинный сдвигающий регистр, имеющий высокую плотность расположения разрядов. ПЗС особенно пригодны в тех ситуациях, когда запись и считывание данных производится последовательно, что характерно для процесса сканирования.

Датчики располагаются в линию, называемую CCD-линейкой, или матрицей (рис.8.20). В цветных сканерах таких линеек три — по одной на каждый из основных цветов (красный, зеленый, синий — RGB). Обычно в документации на сканер приводится число элементов CCD-линейки на единицу длины. Другими важными параметрами матрицы являются уровень ее собственного шума (флуктуации напряжения), девиация (разброс) электрических параметров разных ячеек в линейке, а также уровень наводок одной ячейки на другую.

Фотоэлектронные умножители по свойствам похожи на электронные лампы и также обладают двумя электродами — анодом и катодом. Сканируемый с помощью ФЭУ оригинал освещается мощной галогенной лампой; отраженный от него свет попадает на катод ФЭУ, выбивая из последнего электроны, вызывая слабый электрический ток. Затем внутри ФЭУ этот электрический ток усиливается и снимается с анода. Числовые значения снятого с каждого анода напряжения квантуются, с помощью АЦП преобразуются в цифровой вид и выдаются как результат сканирования.

183

Рис. 8.20. Устройство сканера с CDD-массивом (с лева), цветной слайдсканер с 3-мя линейными ПЗС

Фотоэлектронные умножители, как правило, обеспечивают лучшее качество сканирования, тогда как ПЗС обычно плохо «различают» детали в тенях (темных областях изображения).

По технической реализации различают ручные, барабанные, планшетные и проекционные устройства.

Планшетный сканер – один из самых распространенных бытовых и офисных типов (рис.8.21).

Рис. 8.21. Планшетный сканер: а – внешний вид, б – схема сканера

Планшетный сканер использует линейные ПЗС взаимно перемещающиеся вдоль сканируемого объекта. Сканируемый объект дополнительно подсвечивается ярким однородным источником света. Последовательно, полоска за полоской, отраженные от исходного изображения лучи фокусируются на линейке ПЗС элементах. Такая конструкция типична для большинства настольных сканеров формата А3 и А4. Как правило, используется один элемент CCD (для монохромных изображений).

184

Ручной сканер – не имеет автоматических механических устройств перемещения ПЗС матрицы. Изменение положения сканера осуществляется рукой. Качество не высокое, обычно применяется для оперативного ввода информации, или сканирование крупногабаритных образцов.

Барабанный сканер - устройство, основанное на ФЭУ. Сканируемый оригинал закрепляется на специальном прозрачном барабане, вращающемся с большой скоростью, датчики считывают интенсивность света сквозь небольшое окошечко.

Барабанные сканеры обеспечивают наивысшее качество. Сканер вводит изображение в ЭВМ как множество точек, указав для каждой координаты и номер цвета, и по этим данным на монитор выводится копия изображения. Если с помощью сканера вводится текст, компьютер воспринимает его как картинку, а не как последовательность символов. Для преобразования такого графического текста в обычный символьный формат используют программы оптического распознавания образов.

Проекционный сканер - это практически фотоаппарат, только очень медленный. Сканируемый предмет закрепляется перед сканирующей головкой, подсвечивается и построчно сканируется. В считывающих датчиках проекционных сканеров также используются ПЗС.

Ротационные сканеры (этот тип механизма используют, в частности, Bell+Howell и Kodak) менее других склонны к замятию листов и обычно допускают настройку на толщину бумаги, однако сканирование сильно разнородного материала (широких и узких документов, грубой и тонкой бумаги) в одном пакете не рекомендуется. К достоинствам ротационных сканеров принято относить их неприхотливость в работе и возврат отсканированного материала на операторский стол, а к недостаткам - несколько повышенное число документов, отсканированных с перекосом.

8.2.3. Плоттеры

Устройство вывода информации, представленной в графической форме для автоматизации проектирования (рис.8.22). Название графопостроитель или плоттер от англ. plotter. В основном плоттеры используются для вывода чертежей больших форматов (А0, А1).

Рис.8.22. Струйные плоттеры HP DESIGNJET 500 61см (с лева), HP DESIGNJET 130 (с права).

185

Перьевые плоттеры (ПП, pen plotter). Перьевые плоттеры — это электромеханические устройства векторного типа, и на ПП традиционно выводят графические изображения различные векторные программные системы типа AutoCAD. Они создают изображение с помощью пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя имеется несколько видов таких элементов, отличающихся друг от друга используемым видом жидкого красителя. Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы перемещения.

Существует два типа ПП: планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения, и барабанные (или рулонные), в которых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага — вдоль другой за счет захвата транспортным валом, обычно фрикционным. Точность вывода информации барабанными плоттерами несколько ниже, чем планшетными, она удовлетворяет требованиям большинства задач. Эти плоттеры более компактны и могут отрезать от рулона лист необходимого размера автоматически, что определило их доминирование на рынке больших ПП (ПП формата A3 обычно планшетные).

Карандашно-перьевые плоттеры (КПП, pen/pencil) - разновид-

ность перьевых - отличаются возможностью установки специализированного пишущего узла с цанговым механизмом для использования обычных карандашных грифелей, который обеспечивает постоянное усилие нажима грифеля на бумагу и его автоподачу при стачивании.

Струйные плоттеры. Для создания изображения плоттер применяет струйную технологию, подобную используемой в принтерах (рис.9.22). Струйная технология имеет ряд достоинств. Сюда можно отнести простоту реализации, высокое разрешение, низкую потребляемую мощность и относительно высокую скорость печати. Приемлемая цена, высокое качество и большие возможности делают струйные плоттеры серьезным конкурентом перьевых устройств. Спрос на струйные плоттеры со стороны работающих с настольными издательскими системами и пользователей систем автоматизированного проектирования, выпускающих сложные чертежи формата А0, растет, однако невысокая скорость вывода графической информации и выцветание со временем полученного цветного изображения без принятия специальных мер (использования ламинирования или специальной «самоламинирующейся» бумаги) ограничивает их применение.

Электростатические плоттеры (electrostatic plotter). Электростатиче-

ская технология основывается на создании скрытого электрического изображения (потенциального рельефа) на поверхности носителя - специальной электростатической бумаги, рабочая поверхность которой покрыта тонкий слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями для обеспечения требуемых влажности и электропроводности. Потенциальный рельеф формируется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении тончайших электродов записывающей головки высоковольтнымиимпульсаминапряжения.

186

Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, частицы тонера оседают на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами.

Электростатические плоттеры можно было бы считать идеальными устройствами, если бы не необходимость поддержания стабильных температуры и влажности в помещении, необходимость тщательного обслуживания и их высокая стоимость. Немаловажны также высокая устойчивость изображения к воздействию ультрафиолетовых лучей и невысокая (на уровне стоимости высококачественной типографской) стоимость электростатической бумаги. ЭП применяют при высокой степени автоматизации проектных работ в солидных организациях и в геоинформационных системах (ГИС).

Плоттеры прямого вывода изображения (ППВИ, direct imaging plotter). Изображение создается на специальной термобумаге (бумаге, пропитанной теплочувствительным веществом) длинной (на всю ширину плоттера) «гребенкой» миниатюрных нагревателей. Термобумага, которая обычно подается с рулона, движется вдоль «гребенки» и меняет цвет в местах нагрева. Изображение получается высококачественным (разрешение до 800 dpi), но только монохромным.

Сейчас цены на термобумагу снизились, недостатки, когда-то присущие ей (чувствительность к изменениям температуры окружающей среды и низкая контрастность изображения), устранены, а типы термоносителей включают в себя стандартную белую бумагу, кальку и даже полиэфирную пленку. Качество этих носителей удовлетворяет самым строгим архивным требованиям.

Технические характеристики этих плоттеров соответствуют требованиям прикладных задач инженерного проектирования, архитектуры, строительства, городского планирования и электросхемотехники.

Плоттеры на основе термопередачи (ПТП, thermal transfer plotter).

Отличие этих плоттеров от плоттеров прямого вывода состоит в том, что в них между термонагревателями и бумагой (или прозрачной пленкой) размещается «донорный цветоноситель» — тонкая, толщиной 5—10 мкм, лента (например, лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе с низкой (менее 100 °С) температурой плавления.

На донорной ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист с наложенной на него донорной лентой проходит под печатающей головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется, и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет. Все изображение получается за четыре прохода. Таким образом, на каждый лист цветного изображения затрачивается в 4 раза больше красящей ленты, чем на лист монохромного.

187

Ввиду дороговизны каждого отпечатка эти плоттеры используются в составе средств автоматизированного проектирования для высококачественного вывода объектов трехмерного моделирования, в системах картографии, где требуется высокое качество воспроизведения цветов, и рекламными агентствами для вывода цветопроб плакатов и транспарантов для красочных презентаций.

Лазерные (светодиодные) плоттеры (ЛП, laser/ led plotter). Эти плоттеры базируются на электрографической технологии описанной в предыдущих разделах. Избежать сложностей с оптикой и сделать систему проще, легче и надежнее позволило применение линеек точечных полу-

проводниковых светодиодов (light-emitting diode — LED).

Лазерные и LED-плоттеры ввиду высокого быстродействия (лист формата А1 выводится менее чем за полминуты) удобно использовать как сетевые устройства, и они имеют в стандартной комплектации адаптер сетевого интерфейса. Не менее важно и то, что эти плоттеры могут работать на обычной бумаге, что сокращает эксплуатационные затраты. LED-плоттеры становятся все более популярными, хотя по стоимости сравнимы с монохромными электростатическими.

8.3. Мультимедиа

Мультимедиа — собирательное понятие для различных компьютерных технологий, при которых используется несколько информационных сред, таких, как графика, текст, видео, фотография, движущиеся образы (анимация), звуковые эффекты, высококачественное звуковое сопровождение.

Само понятие "мультимедиа" в его нынешнем значении появилось в начале девяностых годов XX века, а в семидесятые годы так называли музыкальные программы с красочным световым представлением, которые проводились в западных ночных клубах. Первый стандарт на мультимедийный компьютер (MPC-1) был опубликован в 1990 году, а последним таким стандартом стал MPC-3, представленный в 1995 году. Он, в частности, предусматривал наличие в мультимедийной машине привода CD-ROM и звуковой карты с16-разрядным представлением звукового сигнала.

Области применения мультимедиа:

•обучение с использованием компьютерных технологий;

•информационная и рекламная служба;

•развлечения, игры, системы виртуальной реальности. Мультимедийные средства. Технологию мультимедиа составляют две основные компоненты — аппаратная и программная.

Аппаратные средства мультимедиа:

•основные — компьютер с высокопроизводительным процессором, оперативной памятью более 512 Мбайт, НЖМД емкостью 250 Гбайт и выше, монитор высокого разрешения, акустическая система, проектор;

•специальные — приводы DVD-ROM; TV-тюнеры и фрейм-грабберы

188

(frame-grabber — карта видеозахвата); высокопроизводительные видеокарты, платы ввода видеопоследовательностей; качественные звуковые платы, MIDI

– клавиатура, много канальная акустическая система, наушники.

Программные средства мультимедиа

Редакторы видеоизображения; программы монтажа видеоданных, профессиональные графические редакторы; средства для записи и обработки звука, создания и редактирования звуковой информации; программы для реализации гипертекстов и др.

8.3.1. Звуковые карты

Звук - это механические колебания определенной частоты, передающиеся через воздух и некоторые другие среды, а также тела. Для того чтобы звук был услышан человеком, эти колебания должны иметь определенную частоту, а именно от 16 до 20000 Гц. Длительное время считалось, что человек не слышит звук частотой выше 20 кГц, однако последние исследования показали, что организм воспринимает звуки и более высокой частоты, которые формально относятся к ультразвуку. Именно поэтому новейшие форматы звукозаписи DVD-Audio и SACD предусматривают запись сигнала с частотой до 100000 Гц.

Громкость звука определяется амплитудой звуковых колебаний: чем больше амплитуда, тем выше громкость или динамический диапазон, измеряемый в децибелах (дБ). Болевой диапазон для человека составляет порядка 120-140 дБ, а звук с громкостью не более 20 дБ воспринимается как еле слышный. Оцифровка аналогового звука как раз и имеет дело с частотой колебаний и их амплитудой; на выходе аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) мы получаем двоичный код, описывающий динамический диапазон и частоту колебаний в конкретный момент времени. Согласно теореме Котельникова, для точной передачи звука частота оцифровки (дискретизации или сэмплирования) должна не менее чем вдвое превышать высшую частоту аналогового сигнала. За динамический диапазон отвечает разрядность: восьмибитная запись обеспечивает 48 дБ, зато 16битная - уже 96 дБ, чего более чем достаточно для записи электронной и рок-музыки и даже для весьма качественной оцифровки симфонических произведений. Именно поэтому в свое время для записи на компакт-дисках были выбраны частота дискретизации 44100 Гц, с запасом обеспечивающая воспроизведение частот до 20000 Гц, и разрядность 16 бит. Эти же значения являются минимально допустимыми для современных компьютерных звуковых карт. Теоретически, чем выше частота дискретизации и разрядность, тем выше качество звуковой карты.

Исторический обзор. PC Speaker был первым. И, что удивительно, до сихпорсуществует вовсех современныхPC. Включаякомпьютервыслышите его немелодичные трели. PC Speaker реально использовался для воспроизведения музыки в старых DOS’овских игрушках и простейших программах для написания музыки, в основном обучающих — «пищалка» умела и умеет вос-

189

производить элементарные звуки заданной частоты. В 80-х PC Speaker использовалитакжедлявоспроизведенияболеесложноймузыки, нооченьнедолго.

В 1982 году появилась звуковая плата Tandy. Вернее, платой это чудо назвать трудновато: штуковина имела встроенный динамик и воспроизводила через него звуки заданной частоты и громкости.

Затем был Covox изображенный на рис.8.22. Это довольно несуразное устройство, которое подключалось к компьютеру через принтерный LPT-порт и воспроизводило звук с помощью первого в истории PC цифроаналогового преобразователя. В Интернете до сих пор много руководств по созданию самодельного Covox’а.

Первой же массовой компьютерной звуковой платой стала Adlib (рис.8.22). Секрет успеха состоял в том, что она использовала чип от Yamaha, разработанный для использования в игровых автоматах. Все приличные игры с 1987 начали использовать возможности Adlib-синтезатора. Плата была способна воспроизводить девять видов музыкальных инструментов и шесть ударных, чтоявлялосьвершинойинженернойPC-мыслинатотмомент.

Covox

SW-Ad Lib

Рис. 8.22 Первые звуковые карты

Никому тогда неведомая сингапурская компания Creative в августе 1987 года выпустила в свет первую звуковую карту Creative Music System (CMS), основанную на двух чипах Philips SAA 1099. При этом для стереозвучания однамикросхемаотводиласьдлялевогоканала, автораядляправого(рис.8.23).

Creative Music System (1987г.)

Creative Sound Blaster X-Fi Xtreme Music

Рис. 8.23 Звуковые карты Creative

190