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 l 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
¼l
policarbonato
¼l
¼l
Defasagem total
1/2 l
• 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
CD
ROTAÇÃO VARIÁVEL
DISCO MAGNÉTICO
ROTAÇÃO CONSTANTE
~15.000 rpm
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
•
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.
dado erro
8
6
14 bits
42 símbolos
24 bytes de dados
98 quadros
Preâmbulo
dados
16 bytes
2048 bytes
ECC
SETOR
288 bytes
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
• 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 CDROMs, 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 CDRW 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.
DVD de dupla face e dupla camada
• 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 de
uma face de
0.6 mm
Disco de
uma face de
0.6 mm
Camada
semi-refletiva
Refletor de
alumínio
Refletor de
alumínio
Camada
semi-refletiva
• 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-entrelaçada
No 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, podese 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.