Файл: Мультимедиа технологии.pdf

309
Вопросы по лекции 12
1.Что позволяет осуществить компрессию ТВ-сигнала?
2.Какую избыточность различают в телевидении?
3.Что представляет собой компакт-диск? Сколько слоев и какие входят в его структуру?
4.Из каких слоев состоит структура записываемого компакт-диска CD-
RW?
5.Являются ли данные звукового компакт-диска частью файловой структуры диска?
6.Какая файловая система была разработана специально для компакт- дисков?
7.Какова послойная структура DVD-диска?
8.Чему равна ширина дорожки и минимальный размер питов CD- и DVD- дисков?
9.Какие четыре разновидности DVD-дисков существуют?
10.Опишите формат диска Blu-ray.
11.Опишите формат диска HD DVD.
12.Почему HD DVD лучше стандартного DVD?
13.Какие видео-кодеки поддерживает Blu-ray?
14.Рассказать о технических деталях технологии Blu-ray.
15.Чем отличается HD-DVD и Blu-ray?

310
Лекция 13. Электронная бумага
Краткая аннотация лекции: Рассматривается структура электронной бумаги, история развития, принцип работы, преимущества использования и применение электронной бумаги. Расмотривается поколение дисплеев E-Ink.
Цель лекции: изучить основы структуры электронной бумаги, основные характреистики, преимущества использования, области применения.
Как показывает практика, развитие мультимедийных технологий так и не смогло значительно потеснить издавна привычный способ получения информации – чтение текстов. Аудиокниги захватили немалый сегмент рынка, а массовая доступность просмотра видео нередко приводит к тому, что даже с классическими литературными произведениями огромное количество людей впервые знакомится по экранизациям. Но книги и периодические печатные издания позиции не сдают. Однако современные технологии меняют само понятие «книга».
Становятся все более и более популярными тексты в электронных форматах. По многим параметрам такой способ их распространения и использования удобнее стандартной печати. Поэтому при выборе мультимедийного плеера многие уделяют внимание тому, насколько удобно будет с его помощью читать тексты. Для мобильных телефонов постоянно пишется дополнительное ПО, облегчающее этот процесс, да и специализированные устройства – электронные книги, ориентированные именно на воспроизведение текстовой информации, все более и более заметны на рынке. И им не мешает ни масса «детских болезней», ни высокая цена.
Первыми массовыми электронными книгами были устройства с монохромными LCD-экранами, выпущенные практически одновременно в
1998 г. компаниями «NuvoMedia» и «Softbook Press». Впоследствии они были модифицированы, появились книги с полноцветными экранами и расширенной функциональностью.

311
Но все подобные разработки не нашли широкого применения. Нужны были разработки преодолевающие недостатки существующих дисплеев.
Например, от подсветки жидкокристаллических мониторов газоразрядными лампами человеческий глаз может сильно уставать. Обычные «светящиеся» дисплеи при внешней засветке блекнут. Нужны были технологии, формирующие изображение в отраженном свете, как обычный печатный лист, имеющие большой угол обзора. Устройства для изображения должны были быть легкими и малопотребляющими. Всего этого добились с появлением экранов, реализованных по технологии электронной бумаги.
Бистабильный экран
Бистабильный экран – экран, способный отображать и удерживать два цвета точек без приложения питания, в отличие от одностабильных экранов
(например, CRT или LCD, в выключенном состоянии способных отобразить только черный цвет).
Примером таких экранов является технология электронной бумаги первого поколения. Современные образцы электронной бумаги технически корректно называть мультистабильными, так как они способны в выключенном состоянии отображать несколько градаций серого цвета.
13.1 Электронная бумага
Электронная бумага (e-paper, electronic paper; также электронные чернила, e-ink) – технология отображения информации, разработанная для имитации обычных чернил на бумаге. В отличие от традиционных жидкокристаллических плоских дисплеев, в которых используется просвет матрицы для формирования изображения, электронная бумага формирует изображение в отраженном свете, как обычная бумага и может показывать текст и графику неопределенно долго, не потребляя при этом электрическую энергию и позволяя изменять изображение в дальнейшем.
Электронная бумага была разработана для преодоления недостатков компьютерных мониторов. Например, от подсветки жидкокристаллических мониторов импульсными газоразрядными лампами человеческий глаз может

312 сильно уставать, в то время как электронная бумага отражает свет, как обычный печатный лист. Угол обзора у нее больше, чем у жидкокристаллических плоских дисплеев. Она легкая, надежная, а дисплеи на ее основе могут быть гибкими, хотя и не настолько как обычная бумага.
Как работает электронная бумага?
Существует несколько типов технологий, позволяющих создавать электронные документы. Наиболее популярным из них является E-ink- он используется, среди прочего, для чтения электронных книг Amazon Kindle или фирменных дисплеев Waveshare Electronics. Электронные чернила состоят из многих тысяч крошечных капсул, погруженных в прозрачную жидкость. Внутри капсул также находится прозрачная жидкость, содержащая положительные белые частицы и черные, отрицательно заряженные частицы.
Такие чернила наносятся на электронную схему, состоящую из электродов.
Это позволяет контролировать изображение, отображаемое на дисплее, поскольку правильное применение электрического потенциала приводит к тому, что пиксель становится белым (яркие частицы движутся вверх).
Однако обратная полярность электродов приводит к тому, что область чернеет, потому что тогда отрицательно заряженные черные частицы направлены вверх, а белые – вниз.
Рис. 13.1 Как выглядит такая бумага
Преимущества электронной бумаги
Электронная бумага сочетает в себе преимущества традиционной бумаги и широко используемых электронных экранов. Электронная бумага характеризуется очень низким энергопотреблением, поскольку она

313 потребляет электроэнергию только при изменении отображаемого изображения. Это также очень удобно для пользователя, позволяя комфортно читать или делать заметки в течение многих часов: он не излучает синий свет, который вызывает усталость, головные боли и проблемы с засыпанием.
Электронные чернила можно наносить на пластик, стекло, текстиль, металл или даже на традиционную бумагу – такой отпечаток можно свободно гнуть, и изображение не меняется в зависимости от освещения и угла обзора.
Благодаря этим свойствам электронные дисплеи можно использовать там, где обычные экраны не будут работать. Электронная бумага очень экологична, потому что это позволяет снизить расход типографской краски и традиционной бумаги, производимой из древесной массы.
Использование электронной бумаги
Электронные дисплеи широко используются во многих областях. Они используются, в частности, в электронных книгах, которые позволяют удобно хранить и читать тысячи электронных книг с помощью одного устройства. Электронная бумага также используется для изготовления ценников и многоразовых рекламных и информационных баннеров. Из электронной бумаги также создаются «стираемые» блокноты и доски.
Электронные чернила, с другой стороны, могут наноситься на множество различных поверхностей и потреблять очень мало энергии, благодаря чему они используются в таких проектах, как одежда с изменяющимся рисунком или гибкие дисплеи. Благодаря своим необычным свойствам, электронная бумага становится все более популярной.
Рис. 13.2. Первая версия электронной бумаги (Гирикон)

314
1x>1x>

315 экране электронно-чернильного дисплея белого пятна – точки, пикселя белого цвета. Поменяв полярность приложенного электрического потенциала, можно добиться того, чтобы черные частицы пигмента оказались на лицевой стороне микрокапсул, а белые - на тыльной. Тогда на том же месте на экране дисплея сформируется черное пятно. Так можно будет создавать на электронно-чернильном экране довольно большие и сложные изображения.
Благодаря остаточным зарядам и силам Ван-дер-Ваальса дисплеи на базе электронных чернил способны сохранять изображение на экране даже при отсутствии электропитания (подача напряжения на управляющие электроды необходима лишь для переключения состояния пикселя), что, наряду с отсутствием лампы подсветки, обеспечивает очень низкий уровень энергопотребления. Такие дисплеи являются отражающими и обеспечивают хорошую читаемость изображения при любом освещении. В качестве подложки для создания дисплеев на основе электронных чернил можно использовать различные материалы: стекло, пластик, металлическую фольгу, ткань и даже бумагу.
Одно из преимуществ, заявленных для дисплеев, работающих по этой технологии, – умение изгибаться, но это не самая главная, а порой даже и вредная особенность. Гибкий экран может демонстрировать искаженные, искривленные изображения, приобрести «память формы», если будет долго находиться в свернутом состоянии, и помяться.
Основными недостатками дисплеев на базе электронных чернил являются большая инерционность (время переключения пикселей составляет
260-500 мс), ограниченное количество воспроизводимых оттенков (8 оттенков серого в новых устройствах), большое время обновления по сравнению с ЖК-мониторами, что не позволяет производителям использовать сложные интерактивные приложения (анимированные меню, указатели мыши или скроллинг).
Технология электронных чернил всегда находилась в развитии.
Постоянно приходят известия о появлении новых подходов к их созданию.

316
Прежде всего появилась цветная электронная бумага, которая в целом строится так же, как монохромная, но включает тонкие окрашенные оптические фильтры. Множество точек разбиты на триады, как правило, состоящие из трех стандартных цветов: голубой, пурпурный и желтый
(CMY). Цвета формируются так же, как и в других дисплеях.
В той или иной форме электронная бумага разрабатывалась фирмами
«Gyricon», «Philips», «Fujitsu», «Kent Displays» (холестерические дисплеи – англ, cholesteric), «Nemoptic» (бистабильный нематический дисплей – англ, bistable nematic – BiNem-технология), «NTERA» (электрохромные –
nanochromics), «Е Ink and SiPix imaging» (электрофоретические).
Некоторые разработки существенно отличаются от применявшихся ранее. Так, в одной из технологий создания электронной бумаги каждый ее пиксель представляет собой пустотелую герметичную ячейку, в основе которой лежит алюминиевая пластина, отражающая свет, а в центре ячейки – крошечные полимерные колодцы, заполненные углеродными чернилами.
Сверху конструкцию прикрывает тонкопленочный прозрачный электрод из оксида индия олова. Напряжение, приложенное к электроду и подложке, заставляет чернила мгновенно вытечь из колодца и заполнить всю ячейку.
После снятия напряжения чернила тут же собираются обратно в колодец. А поскольку резервуар занимает порядка 5 % от общей видимой площади, в
«свернутом» состоянии чернила почти не видны. Для получения цветных пикселей авторы проекта решили применить светофильтры, наложенные поверх ячеек. Ширина одной точки в новом дисплее составила 100 мкм, а разрешение экрана – 300 точек на дюйм. Но главное преимущество новинки в другом. Новая бумага отражает 60 % падающего света (прежние разработки
– 35-40%), а это уже сравнимо с обычной белой бумагой: у нее отражение –
85%. Значит, такая бумага с «бегающими» чернилами будет намного ближе по восприятию к печатной продукции, чем все предыдущие варианты.
Второе преимущество новинки – время переключения пикселей между черным и белым состоянием. Оно составляет всего одну миллисекунду, что

317 даже быстрее, чем у хороших ЖК-экранов. Следовательно, новая бумага куда лучше приспособлена для воспроизведения видео.
Появилась цветная бумага, которая использует принцип формирования изображения на основе отражающих жидких кристаллов (Reflex LCD).
Группа ученых из Канады и Британии создала дисплей на базе управляемого синтетического опала, мгновенно меняющего цвет почти во всем видимом спектре. Компания «Qualcomm» представила технологию Mirasol, в основе которой лежат так называемые MEMS-элементы. Ее дисплеи сочетают преимущества стандартных жидкокристаллических экранов и технологии
«электронных чернил»
(E-lnk).
Дисплеи имеют очень низкое энергопотребление и в то же время могут отображать полноцветные изображения. Были продемонстрированы образцы, способные отображать цветное видео с качеством 30 кадров в секунду. Уже сейчас существуют действующие образцы таких дисплеев с диагональю 5,7 дюйма и разрешением 1 024 х 768 пикселей, которые могут использоваться в связке с емкостными сенсорными экранами. Так что поиск лучших решений не прекращается.
Предполагаемое применение электронной бумаги включает электронные книги, которые могут хранить цифровые версии многих литературных произведений, электронные вывески, наружную и внутреннюю рекламу.
Электронные чернила (вторая версия)
В 1990-х годах Джозеф Якобсон (Joseph Jacobson) изобрел другой тип электронной бумаги. Впоследствии он основал корпорацию Е-инк (E-Ink
Corporation), которая, совместно с Philips, через два года разработала и вывела эту технологию на рынок.
Принцип действия был следующий: в микрокапсулы, заполненные окрашенным маслом, помещались электрически заряженные белые частички.
В ранних версиях низлежащая проводка контролировала, будут ли белые частички вверху капсулы (чтобы она была белой для того, кто смотрит) или внизу (смотрящий увидит цвет масла). Это было фактически повторное