Periféricos e Interfaces

• Dispositivos de Multimídia

– gravação: CD, DVD e BLUE-RAY.

– visualização: CRT e LCD

Multimídia

• Multimídia é a combinação, controlada por computador, de pelo menos um tipo de mídia estático (texto, fotografia, gráfico), com pelo menos um tipo de mídia dinâmico (vídeo, áudio, animação)( Chapman & Chapman 2000 e Fluckiger 1995).

• Mais de um sentido humano está envolvido no processo, fato que pode exigir a utilização de meios de comunicação que, até há pouco tempo, raramente eram empregados de maneira coordenada, a saber:

– Som (voz humana, música, efeitos especiais)– Fotografia (imagem estática)– Vídeo (imagens em pleno movimento )– Animação (desenho animado)– Gráficos– Textos (incluindo números, tabelas, etc.)

CDs• A primeira geração de discos ópticos foi inventada pela Philips, para

filmes e tinha 30 cm de diâmetro.

• Em 1980, a Philips junto com a Sony desenvolveu o CD (Compact Disc), que substituiu os discos de vinil de 33 1/3 rpm de música.

• Os dados técnicos dos CDs foram publicados no Padrão Internacional IS10149, popularmente conhecido como Red Book.

• Todos os CDs tem 120 mm de diâmetro e 1,2 mm de espessura, com um orifício de 15 mm no centro.

• Um CD é preparado com a utilização de um laser infravermelho de alta potência para queimar orifícios de 0,8 micron de diâmetro em um disco mestre revestido de vidro.

• Com base no disco mestre é fabricado um molde, com saliências onde estavam os orifícios de laser.

• Então, injeta-se policarbonato fundido nesse molde para formar um CD com o mesmo padrão de orifícios do disco como no disco mestre revestido de vidro.

• Em seguida é depositada uma fina camada de alumínio refletivo sobre o policarbonato, coberta por um verniz de proteção e finalmente pela etiqueta.

• As marcas no substrato de policarbonato são denominadas depressões (pits) e as áreas entre elas são denominadas planos (lands).

• Quando um disco é tocado, um diodo a laser de baixa potência emite luz infravermelha de comprimento de onda 0,78 micron sobre as depressões e planos.

• O laser está do lado do policarbonato, portanto as depressões estão invertidas na direção do laser e aparecem como saliências sobre a superfície.

• Como as saliências têm uma altura de um quarto do comprimento de onda da luz do laser, a luz que reflete das saliências tem uma defasagem de meio comprimento de onda em relação à luz que se reflete das superfícies que a circundam.

• O resultado é que as duas partes interferem uma com a outra de modo destrutivo e as saliências devolvem menos luz ao fotodetector do que a luz que se reflete do plano.

alumínio

policarbonato

¼

¼ ¼

Defasagem total1/2

• As depressões e planos são escritos numa única espiral que começa perto do orifício central e continua por uma distância de 32 mm em direção à borda. A espiral faz 22.188 revoluções ao redor do disco.

• Se fosse desenrolada, teria 5,6 km de comprimento.

• Para fazer com que a música seja tocada a uma taxa uniforme, é preciso que as depressões e os planos passem sob a luz a uma velocidade linear constante.

• Por conseqüência a taxa de rotação do CD deve ser continuamente reduzida à medida que o cabeçote de leitura se move da parte interna para a parte externa do CD.

• Na parte interna, a taxa é de 530 rpm para conseguir a taxa de reprodução de 120 cm/s.

• Na parte mais externa, deve cair para 200 rpm para dar a mesma taxa de reprodução.

• Um drive de velocidade linear constante é diferente de um drive de disco magnético, que funciona a uma velocidade de rotação constante.200 rpm

530 rpm

CDDISCO MAGNÉTICO ROTAÇÃO CONSTANTE~15.000 rpm

ROTAÇÃO VARIÁVEL

CD-ROMs• Em 1984 a Philips e a Sony definiram o padrão para os CD-ROMs, e publicaram o

Yellow Book com a sua descrição.

• Os CD-ROMs podem armazenar qualquer tipo de conteúdo, desde dados genéricos, video e áudio, ou mesmo conteúdo misto. Os leitores de áudio normais, só podem interpretar um CD-ROM, caso este contenha áudio.

• Os CD-ROMs eram do mesmo tamanho dos CDs de áudio e compatíveis na mecânica e óptica, e produzidos usando as mesmas máquinas de moldagem por injeção.

• O Yellow Book definiu a formatação dos dados. O formato básico de um CD-ROM consiste em codificar cada byte em um símbolo de 14 bits.

• Como visto antes, 14 bits são suficientes para codificar com Hamming um byte de 8 bits e ainda sobram 2.

• É usado então um sistema de codificação mais poderoso, sendo feito o mapeamento, de 14 para 8, por consulta de tabela.

Número de bits de redundância para um código de correção de um erro simples

Tamanho da palavra

Bits de redundância

Tamanho total

Acréscimo percentual

8 4 12 50

16 5 21 31

32 6 38 19

64 7 71 11

128 8 136 6

256 9 265 4

512 10 522 2

Tamanho da palavra

Bits de redundância

Tamanho total

Acréscimo percentual

8 4 12 50

16 5 21 31

32 6 38 19

64 7 71 11

128 8 136 6

256 9 265 4

512 10 522 2

• Um grupo de 42 símbolos consecutivos forma um quadro de 588 bits. Cada quadro contem 192 bits de dados (24 bytes). Os restantes 396 bits são usados para correção e controle de erro.

• Cada setor do CD-ROM começa com um preâmbulo de 16 bytes, sendo os 12 primeiros 00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00 (hexadecimal), os 3 bytes seguintes contêm o número do setor. O último byte é o modo.

dados ECC

Preâmbulo

16 bytes 2048 bytes 288 bytes

98 quadros

42 símbolos24 bytes de dados

8 6dado erro

14 bits

SETOR

Nota-se correção de erro nos três níveis: SETOR, QUADRO e SIMBOLO

• O Yellow Book define dois modos:

– O modo 1 usa o lay-out , com o preâmbulo de 16 bytes, 2048 bytes de dados e um código de correção de erro de 288 bytes ( um código de correção de erros múltiplos denominado Reed-Solomon).

– O modo 2 combina os dados e os campos ECC em um campo de dados de 2336 bytes para aplicações que não precisam de correção de erro como áudio e vídeo.

• Nota-se que são usados 3 esquemas de correção de erros: dentro de um símbolo, dentro de um quadro e dentro de um setor de CD-ROM.

• O preço pago pela confiabilidade é de 98 quadros de 588 bits (7203 bytes) para transportar uma carga útil de 2048 bytes, com eficiência de apenas 28%.

• Drives de CD-ROM de velocidade 1x operam a 75 setores/s, dando uma taxa de dados de 153.600 bytes/s no modo 1 e 175.200 bytes/s no modo 2.

• Drives de velocidade 2x são duas vezes mais rápidos e assim por diante.

• Um CD de áudio tem espaço para 74 minutos de música que, se usado para dados do modo 1, dá uma capacidade de 681.984.000 bytes. Esse número costuma ser informado como 650 MB.

• Nota-se que um drive de CD-ROM 32x (4.915.200 bytes/s) não é páreo para o drive de disco magnético Fast SCSI-2 a 10 MB/s.

• O tempo de busca de um CD-ROM é muitas vezes de várias centenas de milisegundos, enquanto que para discos magnéticos é da ordem de alguns milisegundos.

PADRÃO 8 BITS (50 PINOS)

16 BITS(68 PINOS)

32 BITS

SCSI-1 5MB/s - -

Fast SCSI (SCSI-2) 10 MB/s 20MB/s 40MB/s

Fast-20(Ultra SCSI, SCSI-3) 20MB/s 40MB/s 80MB/s

Fast-40(Ultra-2, SCSI-3) 40MB/s 80MB/s 160MB/s

Fast-80(Ultra-3,SCSI-3) 80MB/s 160MB/s 320MB/s

PADRÃO 8 BITS (50 PINOS)

16 BITS(68 PINOS)

32 BITS

SCSI-1 5MB/s - -

Fast SCSI (SCSI-2) 10 MB/s 20MB/s 40MB/s

Fast-20(Ultra SCSI, SCSI-3) 20MB/s 40MB/s 80MB/s

Fast-40(Ultra-2, SCSI-3) 40MB/s 80MB/s 160MB/s

Fast-80(Ultra-3,SCSI-3) 80MB/s 160MB/s 320MB/s

• Em 1986 a Philips lançou o Green Book acrescentando recursos gráficos e a capacidade de se intercalar áudio, vídeo e dados no mesmo setor, uma característica essencial para CD-ROMs multimídia.

• A última peça do quebra-cabeças do CD-ROM é o sistema de arquivos. Para possibilitar o uso do mesmo CD-ROM em diferentes computadores, os fabricantes de computadores se reuniram em Lake Tahoe nas High Sierras da fronteira da Califórnia-Nevada e propuseram um sistema de arquivos denominado High Sierra (padrão IS 9660).

Sistema de arquivos High Sierra• Sistema de arquivos High Sierra tem 3 níveis:

• O nível 1 usa nomes de arquivo de até 8 caracteres seguidos ou não de uma extensão de até 3 caracteres. – Nomes de arquivos só podem conter letras maiúsculas, dígitos e o grifo. – Diretórios podem ser aninhados até 8, mas nomes de diretórios não podem

conter extensões.

• O nível 1 requer que todos os arquivos sejam contíguos, o que não é problema para um meio que é escrito apenas uma vez.

• Qualquer CD-ROM que obedeça o IS 9660 nível 1 pode ser lido por qualquer computador.

• O IS 9660 nível 2 permite nomes de até 32 caracteres e o nível 3 arquivos não contíguos. Mas, os CD-ROMs que não obedecem ao nível 1 não podem ser lidos em todos os computadores.

CD-Rs (Recordables)

• Os CD-ROMs são diferentes dos discos magnéticos pois, uma vez gravados, não podem ser apagados.

• Quanto ao aspecto físico, os CD-Rs começaram com discos em branco de policarbonato de 120 mm de diâmetro que são como CD-ROMs, exceto por conterem um sulco de 0,6 mm de largura para guiar o laser durante a escrita.

• O sulco tem um desvio senoidal de 0,3 mm a uma freqüência de 22,05 KHz para prover realimentação contínua de modo que a rotação possa ser monitorada e ajustada com precisão.

• Os primeiros CD-Rs tinham a superfície superior dourada ao invés de prateada. A cor dourada vinha do uso de ouro em vez de alumínio na camada refletiva.

• Diferente dos CDs prateados que continham depressões físicas, nos CD-Rs as diferentes refletividades das depressões e planos têm de ser simuladas. Isso é feito adicionando uma camada de corante entre o policarbonato e a superfície refletiva.

• Os corantes podem ser cianina, verde; e ftalocianina, amarelo.

• Esses corantes são semelhantes aos usados em fotografia, o que explica por que a Kodak e a Fuji são grandes fabricantes de CD-Rs.

• Com o tempo, a camada refletiva dourada foi substituída por uma camada de alumínio.

• Em seu estágio inicial, a camada de corante é transparente e permite que a luz do laser que a atravessa seja refletida pela camada refletiva.

Processo de gravação de CD-Rs

• Para gravar, o laser CD-R é ligado em alta potência (8 a 16 mW). Quando o feixe atinge uma porção do corante ele o aquece e rompe a ligação química. Essa alteração da estrutura molecular cria um ponto escuro.

• Quando o CD-R é lido (a 0,5 mW), o fotodetector vê a diferença entre os pontos escuros onde o corante foi atingido e as áreas transparentes onde o disco está intacto. Essa diferença é interpretada como a diferença entre depressões e planos.

• O Orange Book, publicado em 1989, define um CD-R e também um novo formato, o CD-ROM XA, que permite que os CD-Rs sejam gravados por incrementos, alguns setores hoje, outros amanhã.

• Um grupo de setores consecutivos escritos de uma só vez é denominado trilha de CD-ROM.

• A gravação incremental cria um problema!

• Antes do Orange Book todos os CD-ROMs tinham uma única VTOC (Volume Table of Contents – tabela de conteúdo do volume).

• Esse esquema não funciona com as escritas incrementais.

• A solução dada pelo Orange Book é dar, a cada trilha, a sua própria VTOC.

• Os arquivos listados na VTOC incluem os arquivos de trilhas anteriores. Após a inserção do CD-R no drive, o sistema operacional faz uma busca em todas as trilhas do CD-ROM para localizar a VTOC mais recente, que dá o estado atual do disco.

• O VTOC corrente pode também incluir alguns, mas não todos os arquivos de trilhas anteriores, agrupando as trilhas em sessões, resultando em CD-ROMs multissessões.

• Reprodutores de CD normais não podem manipular CDs multissessões, uma vez que esperam uma única VTOC no início.

CDs regraváveis (CD-RW)

• Ao invés de corantes cianina ou ftalocianina, o CD-RW usa uma liga de prata, índio, antimônio e telúrio para a camada de gravação. Essa liga tem dois estados estáveis: cristalino e amorfo., com diferentes refletividades.

• Os drives de CD-RW usam lasers com 3 potências:

– Em alta potência o laser funde a liga fazendo-a passar do estado cristalino de alta refletividade para o estado amorfo de baixa refletividade para representar a depressão.

– Em potência média a liga se funde e volta novamente ao seu estado natural cristalino para se tornar novamente um plano.

– Em baixa potência, o estado do material é sondado para leitura, mas não ocorre nenhuma transição de fase.

• Uma das razões que o CD-RW não substitui completamente o CD-R é que os CD-RW em branco custam mais que os CD-R.

• Existem também aplicações, como de back-up, em que o fato do CD não poder ser apagado acidentalmente é uma vantagem.

DVD• A busca de discos ópticos com capacidade mais alta que os CD/CD-ROMs; a

vontade da Hollywood de substituir as fitas magnéticas de video; e a procura pelas empresas de eletrônica de consumo por novos produtos multimídia, resultou no DVD (Digital Versatile Disk).

• Os DVDs usam o mesmo desenho dos CDs, com discos de policarbonato de 120 mm moldados por injeção que contêm depressões e planos que são iluminados por um diodo laser e lidos por um fotodetector. A novidade é o uso de:– Depressões menores ( 0,4 micron em vez de 0,8 micron em CDs)– Uma espiral mais apertada (0,74 micron entre trilhas contra 1,6 micron em

CDs)– Um laser vermelho (0,65 micron versus 0,78 micron para CDs)

• Juntas essas melhorias aumentam 7 vezes a capacidade, passando para 4,7 GB. Um drive de DVD 1x funciona a 1,4 MB/s (versus 150 KB/s para CDs).

DVD• Com a capacidade de 4,7 GB, usando compressão, pode conter 133 minutos de

vídeo de tela cheia com imagens em movimento em resolução de 720x480, trilhas sonoras em até 8 idiomas e legendas em mais 32.

• Não obstante, algumas aplicações, como jogos multimídia podem precisar de maior capacidade, portanto foram definidos:

– Uma face, uma camada (4,7 GB)

– Uma face, duas camadas (8,5 GB)

– Duas faces, uma camada (9,4 GB)

– Duas faces, duas camadas (17 GB)

• A tecnologia de camada dupla tem uma camada refletiva embaixo, coberta por uma camada semi-refletiva.

• Dependendo de onde o laser é focalizado, ele se reflete de uma camada ou outra.

• A camada inferior precisa de depressões e planos um pouco maiores, para leitura confiável, portanto sua capacidade é um pouco menor do que a da camada superior.

• Discos de dupla face são fabricados colando dois discos de uma face de 0,6 mm.

• A estrutura do disco de dupla face, dupla camada é ilustrada abaixo:

Disco deuma face de

0.6 mm

Disco deuma face de

0.6 mm

Camadasemi-refletiva

Refletor dealumínio

Refletor dealumínio

Camadasemi-refletiva

DVD de dupla face e dupla camada

• O DVD foi arquitetado por um consórcio de 10 fabricantes de eletrônicos de consumo, sete deles japoneses, em estreita colaboração com os principais estúdios da Hollywood.

• As empresas de computadores e telecomunicações não foram convidadas e o foco resultante foi utilizar o DVD para locação de filmes e apresentações de vendas.

• Assim, entre as características padrão está a capacidade de saltar cenas impróprias em tempo real, seis canais de som e suporte para pan-and-scan (converter filmes 16:9 para 4:3).

• Um outro item é a incompatibilidade intencional entre discos destinados aos Estados Unidos e discos destinados à Europa. Assim, filmes novos lançados nos USA são despachados para a Europa quando os mesmos começam a sair do circuito comercial nos USA. A idéia é evitar a redução de receita de filmes novos nos cinemas da Europa.

BLU-RAY• O sucessor de DVD é o Blu-Ray (raio azul), que usa um laser azul, ao

invés de vermelho como em DVDs.

• Um laser azul tem comprimento de onda mais curto do que o laser vermelho, o que permite um foco mais preciso e, portanto, depressões e planos menores.

• Discos Blu-Ray de uma face contêm cerca de 25 GB de dados; os de dupla face, o dobro.

• A taxa de dados é aproximadamente 4,5 MB/s, o que é bom para um disco ótico, mas insignificante em comparação com os discos magnéticos.

• Espera-se que com o tempo o Blu-Ray substitua CD-ROMs e DVDs.

CD-ROM : 650 MB, DVD: 4,7 GB, BLUE-RAY: 25 GB

Padrão para Multimídia - MPEG• Na década de 1980 ficou claro a necessidade de se aliar imagem com

tecnologia digital. Em 1988 a ISO esquematizou o MPEG (Moving Picture Experts Group), para desenvolver padrões para o vídeo digital. Foram definidos três itens a serem desenvolvidos:

– Video e audio associados a uma taxa de 1.5 Mbps (mais tarde chamado de MPEG-1);

– Imagens em movimento e audio associados a uma taxa de 10 Mbps (mais tarde chamado de MPEG-2);

– Imagens em movimento e audio associados a uma taxa de 60 Mbps (mais tarde reduzido para 40 Mbps e então cancelado).

Padrão MP3

• O MP3 (MPEG-1/2 Audio Layer 3) foi um dos primeiros tipos de compressão de áudio com perdas quase imperceptíveis ao ouvido humano.

• A taxa de compressão é medida em Kb/s (kilobits por segundo), sendo 128 Kb/s a qualidade padrão, na qual a redução do tamanho do arquivo é de cerca de 90%, ou seja, uma razão de 10:1.

• Essa taxa de compressão atualmente pode chegar até 320 Kb/s, a qualidade máxima, na qual a redução do tamanho do arquivo é de cerca de 25%, ou seja, uma razão de 4:1, passando antes por 192 Kb/s, 256 Kb/s, ou seja, o máximo de qualidade que pode ser tirado em MP3.

MPEG-4• MPEG-4 é um padrão usado principalmente para comprimir dados digitais

de áudio e vídeo (AV).

• Introduzido em 1998, os usos do padrão MPEG-4 são web ( streaming media), distribuição de CD, conversação (videofone) e transmissão de TV, todos eles beneficiando-se da compressão de AV.

• MPEG-4 absorve muitos fatores do MPEG-1 e MPEG-2 e outros padrões relacionados, adicionando novos fatores como suporte VRML para rendering 3D, arquivos orientados a objetos (objetos áudio, vídeo e VRML) e suporte para vários tipos de interatividade especificados externamente.

• MPEG-4 é um padrão ainda em desenvolvimento.

Multiprocessadores heterogêneos num chip• Usado em sistemas embutidos, em especial em equipamentos eletrônicos

audiovisuais de consumo, como aparelhos de TV, reprodutores de DVD, camcorders, consoles de jogos e telefones celulares.

• Ex. um aparelho de DVD deve manipular as seguintes funções:

– Controle de um servomecanismo, para posicionamento do cabeçote

– Conversão analógico para digital

– Correção de erros

– Decriptação e gerenciamento de direitos autorais

– Descompressão de vídeo MPEG-2

– Descompressão de áudio

– Codificação da saída para aparelhos de televisão NTSC, PAL ou SECAM.

• O cabeçote de leitura deve percorrer a espiral com precisão à medida que o disco gira.

• O sinal que sai do cabeçote é um sinal analógico que deve ser convertido em sinal digital.

• Após digitalização, é preciso uma extensa correção de erros por software.

• O vídeo é comprimido usando o padrão MPEG-2, que requer cálculos complexos para descompressão.

• O áudio é comprimido usando um modelo psicoacústico que também requer cálculos sofisticados.

• Por fim, áudio e vídeo devem ser entregues para reprodução em aparelhos de televisão NTSC, PAL ou SECAM, dependendo do país.

• Nesse caso necessita-se de um multiprocessador heterogêneo que contenha múltiplos núcleos, cada um especializado para uma tarefa particular.

• O vídeo DVD é comprimido usando o esquema MPEG-2 (Motion Picture Experts Group).

• O sistema consiste em dividir cada quadro em blocos de pixels e fazer uma complexa transformação em cada um.

• Um quadro pode consistir inteiramente em blocos transformados ou pode especificar que um certo bloco é igual a um outro já encontrado no quadro anterior, exceto por um par de pixels que foram alterados, porém localizado com um afastamento de (delta x, delta y).

• Fazer esse cálculo em software é lento, mas é possível construir uma máquina de decodificação que possa efetuar esse cálculo rapidamente por hardware.

Processador heterogêneo num chip

• Semelhantemente, a decodificação de áudio e a recodificação de sinal de áudio-vídeo composto compatibilizado com os padrões mundiais de televisão podem ser executadas por processadores dedicados em hardware.

• Essas necessidades geraram chips multiprocessadores, heterogêneos que contêm múltiplos núcleos projetados especificamente para aplicações audiovisuais.

• Contudo, como o processador de controle é uma CPU programável de uso geral, o chip multiprocessador pode ser usado para outras aplicações como gravador de DVD.

OUTRAS APLICAÇÕES DE MULTIPROCESSADORES HETEROGÊNEOS

• Um outro dispositivo que requer um multiprocessador heterogêneo é a máquina interna ao telefone celular avançado.

• Os atuais têm máquinas fotográficas, videocâmeras, máquinas de jogos, browsers Web, leitores de e-mail e receptores de rádio por satélite, que usam a tecnologia de telefonia celular (CDMA ou GSM) ou Internet sem fio (IEEE 802.11, também chamada WiFi).

• À medida que os dispositivos adquirem cada vez mais funcionalidade, como relógios que se transformam em mapas baseados em GPS e óculos que se transforma em rádios, a necessidade de multiprocessadores heterogêneos cresce.

Monitores de CRT• O CRT (Cathode Ray Tube) contem um canhão que pode emitir um feixe de elétrons

contra uma tela fosforescente na parte frontal.

A grade serve para repelir o feixe de elétrons, ao ser aplicada uma tensão negativa, e para acelerá-lo ao ser aplicada uma tensão positiva e fazer brilhar um ponto na tela, por um curto espaço de tempo.

CRTs com deflexão eletrostática

- Usa campo elétrico para a deflexão do feixe de elétrons. A varredura pode ser em qualquer direção.

- Útil em aplicações que necessitam de velocidade no traçado gráfico, porém que não precise preencher toda a tela, como em osciloscópios, aparelhos de eletrocardiograma e terminais gráficos vetoriais.

Terminal de vídeo gráfico vetorial

Um comando contido no refresh buffer é usado para movimentar o feixe de elétrons conforme o gráfico a ser traçado. No exemplo, MOVE desloca o feixe para a posição (10,15) sem fazer o traçado, e LINE traça uma linha até a posição (400,300), a partir da posição (10,15).

CRTs com deflexão magnética

• Usado em TVs e na maioria dos monitores atualmente.

• Usa o campo magnético para as deflexões horizontais e verticais.

• Durante a varredura horizontal o feixe varre a tela da esquerda para a direita em aproximadamente 50 ms, traçando uma linha quase horizontal, seguida de uma varredura de retorno até a extremidade esquerda, para iniciar uma nova varredura.

• Após completar todas as linhas horizontais de cima para baixo, o feixe de elétrons faz um retorno para o canto esquerdo superior da tela ( retorno vertical).

• Um dispositivo com essa forma de produção de imagem linha por linha, é denominado de dispositivo de varredura por rastreamento (raster scan).

Varredura entrelaçada No modo entrelaçado, uma varredura completa é composta de campo par e campo ímpar. O campo par é composto de linhas pares e o campo ímpar, de linhas ímpares.

Varredura não-entrelaçadaNo modo de varredura não-entrelaçada, as linhas são desenhadas seqüencialmente.

• A definição de características dos terminais gráficos deve ser baseada nas propriedades do olho humano, dado que ele é o dispositivo que irá transmitir uma imagem para o cérebro, onde será interpretada.

• A retina do olho humano, que é uma membrana que reveste a parte interna do olho é o local de formação da imagem. Ela é formada basicamente por 2 classes de receptores de imagens:

1) cones - 6 a 7 milhões - muito sensíveis a

níveis altos de luminosidade e a cores

2 ) bastonetes - 75 a 150 milhões - sensíveis a

baixos níveis de luminosidade

Olho humano

3 bastonetes excitando duas células horizontais e uma bípolar, que por sua vez excita uma célula ganglionar.

• A fóvea é a parte central da retina. Ela é formada principalmente de cones e é responsável pela distinção de detalhes finos de uma imagem.

• O olho humano distingue melhor cores em ambientes bem iluminados que são adequados a ação dos cones.

• Ao contrário, em ambientes de pouca luz, onde os bastonetes atuam, o nível de distinção de cores é menor.

• Em termos da resolução de uma imagem, os olhos também ditam os parâmetros adequados. Por exemplo, a resolução de uma imagem de TV é de 512 x 512, que é um valor relativamente baixo e origina imagens de qualidade média.

• A resolução dos terminais gráficos da ordem de 1280 x 1024, o que permite a exibição de imagens com boa qualidade e, por isto, é adotada como resolução das TVs digitais.

• Resoluções maiores do que esta esbarram no limite da capacidade do olho humano em distinguir detalhes, ou seja, o efeito visual de resoluções muito maiores do que 1280 x 1024 podem ser imperceptíveis para o olho humano.

• As características dos olhos também influenciam em termos de níveis de cores.

• Por exemplo, na exibição de uma faixa de degradê de tons de cinza variando do branco até o preto, quantos tons são necessários para que se observe a faixa com uma transição suave de tons, ou seja, sem a distinção das linhas de mudança de tons? A resposta é um valor de no mínimo 100 tons.

• Em função de dados deste tipo, bem como do número mínimo de cores necessárias para se compor uma imagem de boa qualidade, os terminais modernos permitem a exibição simultânea de 128 ou 256 cores.

• A visão humana é capaz de detectar mudanças na tela na freqüência em torno de 24 Hz, ou seja, para a visualização de animação com continuidade de movimento, na tela de TV, a freqüência de varredura completa deve ser no mínimo de 24 Hz. Isso explica a freqüência de quadros em filmes de 24 Hz.

• Um outro aspecto é que apesar da continuidade de movimento, a freqüência de 24 Hz não é suficiente para a eliminação do efeito de vibração ou tremulação da luz (flicker).

• Para resolver esse efeito de flicker, nos filmes, cada quadro recebe dois flashes de luz, dando um efeito de varredura na freqüência de 48 Hz.

• Nas TVs brasileiras, e na maioria de outros países, a freqüência de varredura completa é de 30 Hz, porém, como é usado o entrelaçamento, a varredura de um campo (par ou impar) ocorre a 60 Hz, satisfazendo os problemas de animação e tremulação.

• Nas TVs européias a varredura completa é feita na freqüência de 25 Hz, e a varredura de campo a 50 Hz.

LCD (Liquid Crystal Display)• Cristais líquidos são moléculas orgânicas viscosas que fluem como

líquido, mas têm estrutura espacial como um cristal.

• Foram descobertos por um botânico austríaco (Rheinitzer) em 1888 e aplicados pela primeira vez em visores (por exemplo, calculadoras e relógios) na década de 1960.

• Quando todas as moléculas estão alinhadas na mesma direção, as propriedades ópticas do cristal dependem da direção e polarização da luz incidente.

• Usando um campo elétrico, o alinhamento molecular e, por conseguinte, as propriedades ópticas podem ser mudadas.

• Em particular, fazendo passar luz através de um cristal líquido, a intensidade da luz que sai dele pode ser controlada por meios elétricos.

• Essa propriedade pode ser explorada para construir visores de tela plana.

• Uma tela de monitor de LCD consiste de duas placas de vidro paralelas entre as quais há um volume selado que contem um cristal líquido.

• Eletrodos transparentes são ligados a ambas as placas.

• Uma luz atrás da placa traseira, natural ou artificial, ilumina a tela por trás.

• Os eletrodos transparentes ligados a cada placa são usados para criar campos elétricos no cristal líquido.

• Diferentes partes da tela recebem tensões elétricas diferentes para controlar a imagem apresentada.

• Existem polaróides colados às partes frontal e traseira da tela pois a tecnologia exige luz polarizada.

Notebook com tela de LCD

Eletrodo frontal

Polaróide frontal

• Embora existam muitos tipos de visores de LCD, considera-se aqui o TN (Twisted Nematic).

• Nesse visor, a placa traseira contem minúsculos sulcos horizontais , e a placa frontal, minúsculos sulcos verticais.

• Na ausência de um campo elétrico, as moléculas de LCD tendem a se alinhar com os sulcos.

• Uma vez que os alinhamentos frontal e traseiro estão a 90 graus de diferença, a estrutura cristalina fica torcida.

• Na parte de trás do visor há um polaróide horizontal que permite somente a passagem de luz polarizada horizontalmente. Na parte da frente do visor há um polaróide vertical que permite somente a passagem de luz polarizada verticalmente.

• Se não existisse nenhum líquido entre as placas, a luz polarizada horizontalmente que atravessa o polaróide traseiro seria bloqueada pelo polaróide frontal produzindo uma tela uniformemente escura.

Polarização vertical e horizontal

vertical

horizontal

• Contudo, a estrutura cristalina torcida das moléculas do LCD guia a luz na passagem e gira a sua polarização fazendo com que ela saia da vertical.

• Portanto, na ausência de um campo elétrico, a tela LCD é uniformemente brilhante.

• Aplicando a tensão elétrica em partes selecionadas da placa, a estrutura torcida pode ser destruída, bloqueando a luz nessas posições.

Efeitos de polaróides cruzados e a presença do cristal líquido

Polaróide cruzado(não transmite luz)

Efeito do cristal líquido

• Há dois esquemas que podem ser usados para se aplicar a tensão elétrica.

• Em um monitor de matriz passiva, ambos os eletrodos contêm fios paralelos. Em um visor de 640x480, o eletrodo traseiro poderia ter 640 fios verticais e o frontal 480 fios horizontais.

• Aplicando uma tensão elétrica a um dos fios verticais e então fazendo pulsar um dos horizontais, a tensão em uma posição de pixel selecionada pode ser mudada, fazendo com que o pixel escureça por um curto espaço de tempo.

• Repetindo esse pulso para o próximo pixel e então para o seguinte, pode-se pintar uma linha escura de varredura, análogo a um CRT.

• Normalmente a tela inteira é pintada 60 vezes por segundo.

• Outro esquema de ampla utilização é o monitor de matriz ativa.

• É mais caro, mas produz melhor imagem.

• Em vez de ter apenas dois conjuntos de fios perpendiculares, ele tem um minúsculo elemento comutador em cada posição de pixel em um dos eletrodos.

• Desligando e ligando esses elementos pode-se criar um padrão de tensão elétrica arbitrário na tela, o que permite um padrão de bits também arbitrário.

• Os elementos comutadores são chamados transistores de película fina (TFT – Thin film transistors) e os monitores de tela plana que os utilizam costumam ser chamados monitores TFT.

• A maioria dos notebooks e monitores de LCD usam a tecnologia TFT.

Monitores coloridos

• Os monitores coloridos usam os mesmos princípios gerais dos monocromáticos, porém manipulando 3 cores: vermelha, verde e azul em cada posição de pixel.

RAM de vídeo

• Ambos os monitores, CRTs e TFTs são renovados de 60 a 100 vezes por segundo por uma memória especial denominada RAM de vídeo.

• Essa memória tem um ou mais mapas de bits que representam a tela.

• Em uma tela, p. ex., com 1600x1200 elementos de imagem (pixels) uma RAM de vídeo teria 1600x1200 valores, um em cada pixel.

• Na verdade, pode conter muitos desses mapas de bits para permitir a passagem rápida de uma imagem de tela para outra.

• Geralmente em um monitor tem em cada pixel três bytes, um para cada intensidade dos componentes vermelho, verde e azul da cor do pixel.

• Uma RAM de vídeo de 1600x1200 pixels a 3 bytes/pixel requer quase 5,5 MB para armazenar a imagem e uma boa quantidade de tempo de CPU para fazer qualquer processamento.

• Por essa razão, alguns computadores adotam uma solução de conciliação usando um número de 8 bits para indicar a cor desejada.

• Então esse número é usado como um índice para uma tabela denominada paleta de cores, que contem 256 entradas, cada uma com um valor de 24 bits.

• Esse esquema permite reduzir o tamanho da memória, porém permite somente 256 cores na tela num determinado instante.