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.

Zastosowania optoelektronikiWykład 20 SMK

„Świat nauki”,„Świat Techniki”,„Cyfrowy świat”

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 sąnagrywarki 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 nagrywaniena 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– SonyW 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× większaniż 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, urządzeniaodtwarzające.Standardy płyt DVD – DVD Video, DVD Audio, DVD-R/RW, DVD+R/RW, DVD-RAM.DVD-RAM – nagrywanie 100 tys. Razy – archiwizacja danychDVD-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 dyskOptyczny (MitsubishiKagaku Media i Verba-tim) – 8.5 GB (4 hfilmu DVD-video lub16 h VHS) – DVD+R DL(Dual Layer)

125 [nm]

30 [ m]

1,2 [mm] Plastyk

Plastyk

Powierzchnia płyty

Etykieta

Nagrana ścieżka

1.2 [mm]

Warstwa zewnętrzna

Warstwa wewnętrzna0.6 [mm]

0.6 [mm]

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, wizyjneJPEG.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. 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 doskonalesprawdzają 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.

HDTVTelewizja wysokiej rozdzielczości rejestruje, nadaje oraz wyświetla programy telewizyjne. Wyraźny obraz o dużej głębi, pozwala na przesyłanie dźwięku wielokanałowego (dookólnego) ojakości CD. Przewyższa telewizję analogową i cyfrową telewizję o standardowej rozdzielczościSDTV. W tych ostatnich obraz ma 576 linii po 720 piksele (440 000 pikseli) zaś w HDTV 1080linii po 1920 pikseli (2 000 000 pikseli). Format o stosunku boków 16:9, tradycyjnie 4:3, coprowadzi do niepełnego obrazu panoramicznego. W standardzie HDTV ekran wykorzystany jestw 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)

ProjektoryPrzednia 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 kolorówRGB. 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 napiksel) 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 wpływemprzepuszczania przez nie ładunków elektrycznych.

Wyświetlacze trójwymiarowe – reklama,telefony komórkowe

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-MPEGAudio Layer 3, możliwość stałego unowocze-śniania kodu kompresji, regulowania stopniakompresji (maksymalna 13:1 – przepływność112 kb/s. Inne standardy kompresji – ATRAC,OGG, FLAC, WAV. Przenośne odtwarzaczeMP3 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 zwtyczką 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 zarejestrowaći pokazać przy współpracy z telewizorem, zdjęcia JPEG.System regulacji audio z korektorem graficznym o 5 częstotliwościach regulacji, system SRS WOWOdpowiedzialny za wzorowe odtwarzanie najniższych częstotliwości. Może pracować jako dyktafonpotrafi 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-GBez 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, 32MB 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, czytnikkart SD/MMC, port słuchawek jack 2.5, mikrofon, bateria: Li-Ion1350 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 cyfrowychsą karty pamięci FLASH. FLASH to rodzaj pamięci EEPROM (Electically Erasable ProgrammableRead-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 dokażdej 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 każdejkomórki – dostęp sekwencyjny – pamięć masowa, magazyn danych. Obecnie używana jest wkartach 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, MatsushitęElectronic 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 mm21.5×50mm – karty zapobiegające magazynowaniuplików chronionych prawami autorskimi (MagicGate)Zakres temp. 0-60C, wrażliwa na mróz i wyładowa-nia elektrostatyczne. Zasilanie do 3.6V, transferdo 2.45 MB/s. Stosowane w kamerach cyfrowychSony, 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 transfer16-20 MB/s. Pojemności 8MB-2GB. Używane waparatach fotograficznych, kamerach i laptopach.xD-Picture Card – eXtreme Digital (Olympus, FujiFilm, Toshiba). Zbudowane specjalnie do kameri 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 zkolorów. 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 CCDgromadzi ładunki elektryczne, wartośćnapięcia 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 CCDsą wolniejsze od CMOS. DetektoryCMOS 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.

Inteligentne wyświetlacze-świecące tekstylia

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