Zastosowania optoelektroniki „Świat nauki”, „Świat Techniki”, „Cyfrowy świat” Zastosowania optoelektroniki Wykład 20 SMK Odtwarzacz DVD (Digital Versatile Disc)– źródło dźwięku przestrzennego zakodowanego w formie cyfrowej, doskonała pamięć masowa. Z odtwarzacza DVD sygnał cyfrowy (trzy dostępne typy połączenia) przekazywany jest do wzmacniacza lub amplitunera wyposażonego w dekoder systemu dżwięku przestrzennego. Sygnał audio przesyłany jest między współpracującymi urządzeniami: przewodem optycznym (TOS link), przewodem koaksjalnym (SPDiF) lub łączem HDMI, które oprócz cyfrowego sygnału dźwięku przestrzennego przesyła również cyfrowy sygnał obrazu. HDMI – High-Definition Multimedia Interface – interfejs służący do przesyłania sygnału audio-video w postaci cyfrowej (bez kompresji). Standard ten pozwala przesłać sygnał wysokiej rozdzielczości wraz z wielokanałowym cyfrowym sygnałem audio (do 8 kanałów). Twórcy systemu: Hitachi, Matsushita Electric Industrial (Panasonic), Philips, Sony, Thomson (RCA), Toshiba, Silicon Image. Zaleta HDMI – bezstratne przesyłanie sygnału na duże odległości rzędu 20-25 m. W urządzeniach wielokanałowych spotyka się 5 wzmacniaczy audio (lewy, centralny, prawy, prawy surround, lewy surround; tylny prawy surround, tylny lewy surround). Od sezonu 2002/03 wzmacniacze te konstruowane są w technice cyfrowej PWM Pulse Width Modulation – sygnał cyfrowy porusza membranami wykorzystując zjawisko bezwładności. Końcowy element systemu dźwięku przestrzennego – wielokanałowy zestaw głośnikowy - 7 kolumn z głośnikiem superniskotonowym – subwooferem.

Nagrywarki DVD HD 250 GB (345 h nagr.), wyjście HDMI, wejście AV, cyfrowe gniazdo i.Link, dwa sloty na karty pamięci, wyjścia audio:cyfrowe św., koaksjalne, analogowe. DVD-RW, DVD+RW, DviX, XviD z dyskami dwuwarstw.

W Japonii od września oferowane są nagrywarki HD-DVD (NEC, Toshiba) oraz Blue-Ray, ale proces ich upowszech- niania potrwa co najmniej 2 lata. Pierwsze mają większe szanse (Intel i Microsoft)

Nagrywarki DVD z HDD: tradycyjna nagrywarka DVD, serwer z twardym dyskiem oraz tuner telewizyjny – dowolne kopiowanie materiału z DVD na HDD i odwrotnie, równoczesne nagrywanie na dysk i płytę DVD z różnych źródeł. HD DVD i Blue-Ray Disc – odtwarzanie obrazu wizyjnego o bardzo dużej rozdzielczości 1920* 1080. Wykorzystują laser niebieski i specjalne płyty. HD DVD – Toshiba, NEC, Blue-ray Disc – Sony W nagrywarkach wewnętrznych stosuje się zapis CLV (Constant Linear Velocity), a w tych o więk- szej szybkości (>8×) Z-CLV (Zoned Constant Velocity), w nagrywarkach stacjonarnych – P-CAV (Partial Constant Angular Velocity). Szybkość zapisu nagrywarek DVD (1350 KB/s) jest 9× większa niż nagrywarek CD (150 KB/s). Szybkość zapisu 4× dla nagrywarki DVD odpowiada prędkości 32× urządzenia nagrywającego CD. Producenci płyt DVD: Ritek, CMC Magnetics, Ricoh, Mitsubishi Chemical, Prodisc, Infodisc. Kod identyfikacyjny producenta (MID-Manufacturer ID)

Systemy dekodowania dźwięku przestrzennego: Dolby Laboratories, DTS Inc. – Digital Theater Systems Inc., Sony – SDDS (8 kanałów). Dolby Digital – ścieżki dźwiękowe filmów zakodowane w AC-3 (algorytm kodowania - Audio Compresion – 3). Zawiera 5 niezależnych pełnopasmowych (20 Hz-20000 Hz) kanałów dźwiękowych (lewy, centralny, prawy, prawy surround, lewy surround oraz LFE – Low Frequency Effect’s 20Hz - 60-120Hz). Długość słowa 16-20 bitów, częstotliwość próbkowania – 48 kHz, przepływność 640 kb/s. Dolby Digital Plus – system towarzyszący programom telewizyjnym HDTV. Maksymalna przepływność 6 Mb/s Dolby Pro Logic IIx – pracuje wyłącznie z wykorzystaniem sygnału analogowego. Dolby Digital EX – dodatkowy głośnik surround. Dolby Digital Live – przeznaczony do stosowania w sprzęcie komputerowym podczas gier. Dolby Headphone – przeznaczony dla miłośników odsłuchu na słuchawkach. Efekt przestrzenny wytwarzany jest przez zaawansowane specjalne algorytmy cyfrowe. Dolby Virtual Speaker – dźwięk z dwóch głośników.

DTS ES – Extended Surround Matrix/Discrete – zawiera sześć niezależnych kanałów oraz LFE. DTS 96/24 – zapis sygnału z rozdzielczością 20- i 24- bitową z częstotliwością próbkowania 96/192 kHz na płytach kompaktowych CD. THX - procesor sygnałowy współpracujący z Dolby Digital będący też certyfikatem jakości reprodukcji ścieżki dźwiękowej: zestawy głośnikowe, urządzenia wzmacniające, urządzenia odtwarzające. Standardy płyt DVD – DVD Video, DVD Audio, DVD-R/RW, DVD+R/RW, DVD-RAM. DVD-RAM – nagrywanie 100 tys. Razy – archiwizacja danych DVD-Video – obraz i dźwięk: DVD-5 płyta jednowarstwowa, jednostronnie zapisywana 4.7 GB, DVD-10 płyta dwuwarstwowa, jednostronnie zapisywana 8.5 GB, - DVD-9 płyta jednowarstwowa, dwustronnie zapisywana 9.4 GB, - DVD-18 płyta dwuwarstwowa, dwustronnie zapisywana 17 GB. DVD-Audio – dźwięk 24 bit/192 kHz dla ścieżki dwukanałowej, także zdjęcia wykonawcy, frag- menty koncertów, słowa piosenek. Specjalny odtwarzacz. SACD – Sony Corporation – sygnał dwu i wielokanałowy Dwuwarstwowy dysk Optyczny (Mitsubishi Kagaku Media i Verba- tim) – 8.5 GB (4 h filmu DVD-video lub 16 h VHS) – DVD+R DL (Dual Layer)

DVD-R/RW. DVD-R nośnik z możliwością jednokrotnej rejestracji (1997) DVD-R/RW. DVD-R nośnik z możliwością jednokrotnej rejestracji (1997). DVD-RW (1999) wielokrotnej. Firma Pioneer i Toshiba popierane przez DVD Forum. DVD+R/RW Hewlett Packard, Mitsubishi Chemical/Verbatim, Philips, Ricoh, Sony, Yamaha – grupa DVD Aliance. VCD – Video Compact Disc – oparty na nośniku CD 650-700 MB. Sygnał obrazu i dźwięku w systemie MPEG-1. Jakość obrazu VHS (352*288 PAL) SVCD – Super Video Compact Disc. Kompresowany w MPEG-2. Jakość obrazu SVHS (480*576 PAL) CD-R/RW standard rejestracji danych na nagrywanych dyskach CD. Dźwiękowe MP3, wizyjne JPEG. DivX – kompresja MPEG-4 (DivX Networks) – przesył filmu Internetem. DivX HD. XviD – kompresja MPEG-4 – projekt otwarty (jak LINUX)

Ekrany – ekrany plazmowe, monitory LCD, projektory wizyjne. Ekrany plazmowe PDP – wyświetlacz oparty na sterowanym wybuchu gazu szlachetne go w minikomórkach, których ścianki wyłożone są fosforem w jednym z trzech podstawowych kolorów. 42 cale – 10000 PLN. 37, 42, 50, 55, 61, 63, 72, 80 cali, wejście cyfrowe HDMI idealne do odtwarzania obrazu ruchomego. Żywotność 60000h (8 h dziennie przez 20 lat).

Panele LCD – tańsza technologia produkcji Panele LCD – tańsza technologia produkcji. Piksel złożony z trzech subpikseli w kolorach czerwonym, zielonym, niebieskim nie emituje sam światła, ale blokuje lub przepuszcza podświetlające panel światło białe (zależnie od polaryzacji c. kryształów). Lekkie i doskonale sprawdzają się przy wyświetlaniu obrazów nieruchomych (długi czas wygaszania podświetlonego piksela). Gorszy jest też kontrast obrazu, zawężony kąt dobrej widoczności obrazu. Zaleta – duża rozdzielczość (np.. 40 cali 1920*1080). Ekrany LCD nagrzewają się mniej. Opatentowana przez Samsung technologia Super-PVA umożliwia uzyskanie kąta widzenia 178o i poziomu kontrastu 5000:1.

HDTV Telewizja wysokiej rozdzielczości rejestruje, nadaje oraz wyświetla programy telewizyjne. Wyraźny obraz o dużej głębi, pozwala na przesyłanie dźwięku wielokanałowego (dookólnego) o jakości CD. Przewyższa telewizję analogową i cyfrową telewizję o standardowej rozdzielczości SDTV. W tych ostatnich obraz ma 576 linii po 720 piksele (440 000 pikseli) zaś w HDTV 1080 linii po 1920 pikseli (2 000 000 pikseli). Format o stosunku boków 16:9, tradycyjnie 4:3, co prowadzi do niepełnego obrazu panoramicznego. W standardzie HDTV ekran wykorzystany jest w 100 %. Dźwięk transmitowany jest w trybie od dwóch do sześciu kanałów. HDTV nie może być odbierany na standardowym telewizorze. Potrzebne są: cyfrowe źródło sygnału – satelita, internet cyfrowy tuner telewizor zgodny ze standardem HDTV (Premiere, Canal+, Sky) Projektory Przednia lub tylnia projekcja, 3LCD, DLP i CRT. CRT – zasada wytwarzania obrazu polega na oddzielnym wysterowywaniu trzech tradycyjnych kineskopów o przekątnej 6-9 cali (każdy wyświetla obraz w jednym z podstawowych kolorów RGB). Obraz sumowany jest w systemie optycznym i rzutowany na ekran.

3LCD – 3 panele LCD, każdy odpowiedzialny za wytworzenie obrazu w jednym z trzech kolorów RGB. Światło białe rozszczepiane jest na na trzy kolory i kierowane w stronę trzech paneli LCD, które filtrują ilość przechodzącego światła tworząc jednobarwne odwzorowania obrazu (R-W, G-W, B-W). Trzy kolorowe strumienie świetlne z odtwarzanym obrazem przechodzą następnie przez precyzyjnie oszlifowany pryzmat, łączą w całość i poprzez układ optyczny trafiają na ekran tworząc kolorowy obraz. DLP – Digital Light Processing, Texas Instruments 1987 – operuje się światłem odbitym, a nie przechodzącym. Sercem projektora DLP jest procesor zawierający miliony mikrolusterek (jedno na piksel) które odbijając światło pod różnym kątem tworzą gradację jasności reprodukowanych kolo- rów. Zanim światło zostanie odbite przez lusterka, Przechodzi przez specjalne wirujące koło z kolo- rowymi filtrami wytwarzającymi barwy.

LCOS – Liquid Crystal on Silikon – w tworzeniu obrazu biorą udział trzy układy LCD, których lustrzana powierzchnia odbija światło. Nowe technologie płaskich ekranów OLED – Organic Light Emitting Diode – odtwarzacze MP3, cyfrowe aparaty fotograficzne, palm- topy. Zasada działania – fizyczne pobudzenie warstw organicznych do świecenia pod wpływem przepuszczania przez nie ładunków elektrycznych. Wyświetlacze trójwymiarowe – reklama, telefony komórkowe

SED – Surface-conduction Electron-emitter Display SED – Surface-conduction Electron-emitter Display. Od 1999 Canon i Toshiba. Działa na zasadzie kineskopów CRT. Obraz powstaje podczas zderzania się elektronów z płaszczyzną ekranu pokrytą fosforem w trzech kolorach składowych. SED nie posiada jednego działa elektronowego, ale zespół emiterów elektronów, po jednym dla każdego piksela. Emisja elektronów pobudzających do świecenia warstwę fosforu bierze początek w przepływie prądu między 2 elektrodami utworzonymi z cienkiej folii, d=~nm. Po przyłożeniu do nich napięcia 16-18 V elektrony przyspieszane są przez pole elektrostatyczne i wyrzucane w kierunku ekranu (10 kV). Minimalny pobór energii (o 60% mniej niż PDP i o 30% mniej niż LCD). Odtwarzacze MP3 – 1986 – kod ISO-MPEG Audio Layer 3, możliwość stałego unowocze- śniania kodu kompresji, regulowania stopnia kompresji (maksymalna 13:1 – przepływność 112 kb/s. Inne standardy kompresji – ATRAC, OGG, FLAC, WAV. Przenośne odtwarzacze MP3 dzielimy na: posiadające pamięć FLASH, posiadające miniaturowe twarde dyski HDD. Pierwsze odtwarzają formaty: MP3, WMA, WAV, JPEG, BMP, Gif, TIFF. Kolorowy wy- świetlacz OLED, korektor graficzny, radio FM, nagrywanie radia, dyktafon, polskie menu, rejestracja MP3, zasilanie akumulatorowe.

Najtańsze urządzenia są formą pamięci Pen Drive (wzmacniacz audio i wyjście słuchawkowe z wtyczką USB), te droższe wyposażone są w kolorowe wyświetlacze. Odtwarzacze z wbudowanym twardym dyskiem 30 (15000 piosenek, 8400 zdjęć), 40, 60 GB. Współpracuje z plikami muzycznymi MP3, WAV, WMA i dzięki odczytowi znaczników ID-3, wy- świetla tytuł utworu, albumu, nazwę wykonawcy i rodzaj odtwarzanej muzyki. Potrafi zarejestrować i pokazać przy współpracy z telewizorem, zdjęcia JPEG. System regulacji audio z korektorem graficznym o 5 częstotliwościach regulacji, system SRS WOW Odpowiedzialny za wzorowe odtwarzanie najniższych częstotliwości. Może pracować jako dyktafon potrafi pracować nieprzerwanie przez 15 godzin (akumulator litowo jonowy) – GoGear Jukebox. Najnowsze rozwiązania: Przenośne odtwarzacze multimedialne (PMP – Personal Multimedia Player). Czytają formaty: MP3,MPEG-2, MPEG-4, DivX, XviD, WMV i MJPEG. Pojemność dysku 30-40 GB pozwala zareje- strować 120-150 godzin filmu. Kamery Cyfrowe JVC serii Everio-G Bez kasety, bez płyty DVD, wbudowany twardy dysk HDD 30 GB, 37 godzin nagrywania (10.5 godziny filmu jakości DVD w kompresji MPEG-2). Kamera cyfrowa

PALMTOP – komputer kieszonkowy: organizacja czasu pracy, obsługa plików OFFICE i multimedialnych, dostęp do internetu (Bluetooth), baza kontaktów, system nawigacji GPS, kamera, zdjęcia. Konfiguracja: procesor Intel PXA-255 – 300 MHz, system ope- racyjny: Microsoft PocketPC 2003, pamięć RAM 64 MB RAM, 32 MB ROM, wyświetlacz 3.5” TFT, 320*240 pikseli, 65000 kolorów, ekran dotykowy + rysik, nawigacja: wbudowany moduł GPS + AutoMapa na karcie SD 128 MB, interfejsy: USB 1.1, IrDA, czytnik kart SD/MMC, port słuchawek jack 2.5, mikrofon, bateria: Li-Ion 1350 mAh, czas pracy 12h, waga 147 g, wymiary 112.8*69.6*16.3 -24.15 mm, wyposażenie – kabel USB, ładowarka samochodowa, Holder samochodowy, ładowarka podróżna OPTIpad 300 GPS

W kamerach i aparatach fotograficznych najpowszechniej używanymi nośnikami danych cyfrowych są karty pamięci FLASH. FLASH to rodzaj pamięci EEPROM (Electically Erasable Programmable Read-Only Memory) pozwalający na zapis lub kasowanie wielu komórek pamięci w czasie jednej operacji programowania (po odłączeniu zasilania nie traci zawartości – pamięć nieulotna). Ma ograniczoną liczbę cykli „zapis-kasowanie”, potem nie nadaje się do użytku. Dwie wersje: NOR (NOT-OR, Intel 1988) – długie czasy zapisu i kasowania, bezpośredni dostęp do każdej komórki pamięci (firmware), 10-100 tys. Cykli zapis-kasowanie i NAND (NOT-AND, Sam- sung, Toshiba 1989) – 9.6 razy trwalsza, krótszy czas zapisu i kasowania, większa gęstość upako- wania danych, lepszy współczynnik koszt/pojemność. Zamiast bezpośredniego dostępu do każdej komórki – dostęp sekwencyjny – pamięć masowa, magazyn danych. Obecnie używana jest w kartach standardów: MMC, Secure Digital, Memory Stick i xD-Picture Cards oraz dyskach USB. Kartowe standardy w aparatach cyfrowych, notebookach i telefonie komórkowym: Smart Media (SM) – karty flash z pamięcią NAND (SSFDC-Solid State Floppy Disc Card). Masa 2g, grubość 0.76 mm. Pojemność 8MB-1GB. MultiMediaCard (MMC, Scandisc, Samsung). Masa 1.5g, grubość 1.4 mm, 32×24 mm. Maja spec- jalny interfejs szeregowy wyposażony w siedem styków, pracujący w trybie MMC lub SPI. Mecha- nizm korekcji błędów EEC (Error Correction Codes) i CRC (Cyclic Redundancy Codes). Dwie od- miany: Laminate MMC i Leadframe MMC – aparaty fotograficzne, kamery cyfrowe, odtwarzacze MP3, telefony komórkowe, systemy GPS. Pojemność 8MB-1GB. Secure Digital (SD) – odmiana MMC, 15g, grubość 2.1 mm, opracowane przez Toshibę, Matsushitę Electronic i Scandisc. Miały służyć do przechowywania utworów objętych prawami autorskimi. Szybkość tr. 10 MB/s, odporne na wyładowania elektrostatyczne, mogą pracować w wyższym za- kresie temperatur -25C+85C. Używane w aparatach fotograficznych, odbiornikach GPS i odtwarza- czach mp3. Pojemności 16MB-2GB.

Memory Stick (Sony) – masa 4g, grubość 2.8 mm 21.5×50mm – karty zapobiegające magazynowaniu plików chronionych prawami autorskimi (MagicGate) Zakres temp. 0-60C, wrażliwa na mróz i wyładowa- nia elektrostatyczne. Zasilanie do 3.6V, transfer do 2.45 MB/s. Stosowane w kamerach cyfrowych Sony, odtwarzaczach mp3 i dyktafonach. Pojem- ność 16-512 MB. CompactFlash (CF, Scandisc, 1994) – masa 33g, 36×42×4 mm. Duża odporność na błędy w pamię- ci i uszkodzenia mechaniczne, szybki transfer 16-20 MB/s. Pojemności 8MB-2GB. Używane w aparatach fotograficznych, kamerach i laptopach. xD-Picture Card – eXtreme Digital (Olympus, Fuji Film, Toshiba). Zbudowane specjalnie do kamer i aparatów cyfrowych. Wymiary 20×25×1.7 mm, waga 2g. Duża odporność na uszkodzenia mecha- niczne i pojemność 8MB-8GB, droższe od CF. USB Flash Drive – korzystają z pamięci NAND, pro- tokołu USB 1.1 lub 2.0 (12 MB/s). Masa 28g, poje- mność: 16MB-2GB

Matryca aparatu cyfrowego Zdjęcia wykonane aparatem cyfrowym rejestruje się na matrycy elementów światłoczułych, zwa- nych pikselami (reagują na poziom natężenia światła nie barwę). Nad fotodiodami umieszcza się mozaikę filtrów RGB. Każdy element światłoczuły mierzy poziom natężenia światła w jednym z kolorów. Pozostałe dwie barwy są obliczane programowo na podstawie wartości z sąsiednich pik- seli

Najpopularniejsze matryce (detektory obrazowe) – układy CCD – Charge Couple Device oraz CMOS – Comple- mentary Metal-Oxide Semiconductor. Piksele zbierają fotony. Sensor CCD gromadzi ładunki elektryczne, wartość napięcia z nimi związanego jest na wyj- ściu matrycy wzmacniana, następnie digitalizowana. Odczyt sygnału dokony- wany jest sekwencyjnie. Detektory CMOS (+ tranzystory) dokonują tej ope- racji na poziomie pikseli. Detektory CCD są wolniejsze od CMOS. Detektory CMOS są tańsze, łatwiejsze w produkcji, mają mniejszy pobór energii i szybszą pracę. Od liczby pikseli zależy na pewno wiel- kość zdjęcia. Na jakość obrazu ma wpływ wielkość elementów światło- czułych.

Wyświetlacze rolowalne – Readius (Polymer Vision) Czytnik dokumentów ze zwijanym ekranem o rozdziel- czości 320*240 pikseli Inteligentne wyświetlacze-świecące tekstylia