Домашние роботы

Сегодня создаются роботы, способные выполнять многие функции, свойственные человеку. Прежде всего, речь идет об автоматах, запрограммированных на выполнение ряда механических операций, требующих, однако, некоторых интеллектуальных усилий. Так, в Таиланде разработали модель первого в мире робота-охранника. Управление машиной осуществляется с помощью пароля через… Интернет. Устройство оборудовано видеокамерами слежения и сенсорными датчиками, способными реагировать на движущиеся предметы и перепады температуры. Кроме того, робот снабжен огнестрельным оружием, которое может применить в случае необходимости. Разумеется, все действия металлического охранника зависят от команд оператора.

А в США робот заменяет медсестру. Механический ассистент по имени Лил Джеф работает в нью-йоркском госпитале «Гора Синай». В его обязанности входит разносить и подавать врачам инструменты. Специальное навигационное устройство позволяет Джефу двигаться в правильном направлении. Умеет он и разговаривать, хотя в его лексиконе всего несколько фраз – «Спасибо», «Возьмите, пожалуйста, инструменты». Если же в его механизме возникает неполадка, он кричит: «Я застрял, вызовите оператора!»

Оригинального робота изобрел американский ученый Стюарт Вилкинсон. Автомат заряжается энергией благодаря… пище. Он состоит из трех контейнеров, управляемых двигателем, внутри которого находится микробиологическая среда из бактерий. Перерабатывая пищу, бактерии выделяют тепловую энергию, преобразующуюся в электричество. Чем больше в продуктах белков и углеводов, тем больше выделяется энергии. Сам Вилкинсон во время экспериментов «кормил» робота сахаром, но мясо, по его мнению, будет способствовать более эффективной работе. Кстати, робот, от «рождения» носящий имя Gastronome, при демонстрации получил кличку Ням-Ням. Зрителей же, собравшихся на показ, больше всего интересовал вопрос: не может ли машина этого класса оказаться опасной для человека? Что, если, исчерпав запас энергии, она вздумает полакомиться оператором?

Действительность превосходит самые смелые ожидания фантастов: у роботов и впрямь все как у людей. Даже размножение! В США создана компьютерная система, способная без вмешательства человека воспроизводить роботов. Авторы изобретения – Ход Липсон и Джордан Поплак из Массачусетского технологического института. Задача системы – воспроизвести простейшую модель механизма, способного горизонтально перемешаться в пространстве. На начальном этапе компьютер разрабатывает тысячи виртуальных проектов, имитирующих процессы эволюции растительного и животного мира, затем выбирает оптимальный вариант и необходимые компоненты. Информация передается на автоматическую установку, занимающуюся непосредственно сборкой механизма.

Еще недавно об использовании бытовых, домашних роботов можно было прочитать только на страницах фантастических романов. Но время идет, технологии развиваются, и все, что еще вчера казалось несбыточной мечтой, сегодня становится реальностью. Некоторые из домашних роботов могут выполнять различные функции, другие же предназначены для какой-то конкретной работы.

Многофункциональный домашний робот R100 разработан в центральной исследовательской лаборатории японской фирмы NEC. Его оснастили средствами для распознавания визуальных изображений, голоса и возможностями общения через Интернет. Подобный робот способен узнавать отдельные лица, воспринимать голосовые команды и перемещаться по дому, обходя такие препятствия, как столы и стулья.

По утверждению представителей фирмы, робот этой модели способен узнавать различных членов семьи и даже спрашивать, чем он может помочь. За счет встроенных средств для доступа к Интернет R100 сообщает о получении электронной почты.

Возможности робота в журнале «Компьютер-пресс» анализирует Алексей Федоров:

«Давайте рассмотрим основные возможности R100, «мозг» которого представлен процессором Intel 486DX4 с тактовой частотой 75 МГц. Зрение робота реализовано на основе двух видеокамер, позволяющих ему обходить препятствия, вычислять расстояния до предметов и узнавать людей. Для распознавания плана квартиры и объектов, которые находятся в ней в неподвижном или подвижном состоянии, R100 использует стереоскопическую видеообработку поступающих на камеры сигналов в реальном времени. Те же видеокамеры позволяют ему опознавать и запоминать лица. С помощью программирования можно задать роботу имена знакомых ему людей, и в этом случае он будет приветствовать членов семьи. Помимо этого встроенные видеокамеры позволяют роботу перемещаться вслед за человеком, который с ним разговаривает.

Стереоскопическая видеообработка поступающих на камеры сигналов позволяет R100 перемещаться по комнатам со скоростью 60 сантиметров в секунду, избегая столкновения с различными препятствиями, которые встречаются на его пути.

Слышит R100 тремя направленными микрофонами, позволяющими определить направление звука или голоса. Например, если позвать робота, то он повернется к зовущему лицом. Микрофоны также служат для распознавания речи в объеме тех слов, которые хранятся в памяти робота. Помимо микрофонов робот оснащен шестью сверхчувствительными датчиками, которые позволяют ему немедленно остановиться при обнаружении какого-либо близкостоящего предмета или при приближении человека.

Робот способен произносить ваше имя, отвечать на задаваемые ему вопросы, сообщать о получении электронной почты и даже читать электронные сообщения и танцевать под музыку».

Чувствами, конечно, робот не обладает. Тем не менее R100 способен распознавать как прикосновения к датчикам, расположенным в его голове, так и их тип: поглаживание, шлепок и прочее, на что он реагирует соответствующим образом.

Робот может реагировать на изменения температуры, освещенности, смены времени суток и емкости заряда собственной батареи, поскольку встроенные сенсоры помогают роботу измерять температуру и яркость света.

В R100 распознавание речи и анализ видеоинформации осуществляется персональным компьютером. К нему робот подключен по радиоканалу. В следующих моделях робот будет оснащен собственным бортовым компьютером.

Программное обеспечение робота состоит из набора расширяемых модулей: контроллер механики, средство для записи изображений, управление сенсорами, библиотека движений и аппарат принятия решений. Все программные модули не зависят друг от друга и легко обновляются. Возможности робота могут быть расширены за счет добавления новых программных модулей.

Робот, оснащенный камерами и микрофонами, способен записывать видеосообщения и воспроизводить их на экране телевизора. При необходимости R100 может также включать и выключать телевизор, свет и другую бытовую технику. При отсутствии хозяев робот «контролирует» дом. В том случае, если робот обнаруживает что-либо необычное, он немедленно фиксирует это на видеокамеру и может отослать данные по указанному адресу электронной почты.

Когда роботу нечем заняться, он слоняется по дому, здороваясь с людьми, которых встречает по пути, или насвистывая какую-либо мелодию. Если такие вольности вам не нравятся, то все эти функции можно отключить Тогда R100 будет тихо сидеть в углу, пока его кто-нибудь не позовет.

Когда заряд аккумуляторов становится низким, R100 зовет на помощь хозяев.

Другой робот, которого зовут Кай (Cye), разработан американской фирмой «Robotics Inc». В отличие от своего японского собрата он не настолько многофункционален и может выполнять некоторые достаточно монотонные операции.

Cye размером 40x25x40 сантиметров способен управлять беспроводным пылесосом, доставлять обычную почту и выполнять другие операции, например, «помогать» в уборке посуды, разносить напитки и т п.

Фирма «Электролюкс» разработала робот-пылесос. В США он выпускается под маркой Eureka. Этот компактный робот, диаметр которого равен сорока сантиметрам, выполняет только одну операцию, зато делает это очень тщательно. Этому способствуют мощный процессор, встроенное программное обеспечение и система датчиков. Робот работает так. В первую очередь робот изучает периметр комнаты, «запоминает» все объекты, которые могут встретиться на пути. Следующее его действие – сбор пыли. Робот обходит периметр комнаты, а затем пересекает ее в случайном порядке. По мере работы пылесос обходит мебель, электрические шнуры, а также забирается в углы, недоступные обычному пылесосу.

Круглая форма пылесоса позволяет ему никогда не теряться в углах, под диванами и в других труднодоступных местах. К тому же его мягкие края не портят мебель.

Робот-пылесос может работать целый час без подзарядки. После чего его надо поместить на специальную подставку, где он заряжается в течение приблизительно двух часов. На сегодняшний день данная модель является полностью автономной. Однако «Электролюкс» не собирается останавливаться на достигнутом. В фирме уже рассматривается возможность создания более совершенной версии робота-пылесоса с управлением через компьютер по радиоканалу.

Шведская фирма «Хускварна» создала робот-газонокосильщик Solar Mower, питающийся солнечной энергией. Он имеет встроенные поликристаллические ячейки, получающие энергию и заряжающие ею встроенный аккумулятор. Робот способен следить за газоном в течение всего сезона, поддерживая заданный уровень травы.

Для того чтобы электронный газонокосильщик не «увлекался», периметр газона отмечается специальным кабелем, на наличие которого реагируют датчики робота. Стрижка газона выполняется горизонтальными перемещениями вдоль заданного периметра с учетом клумб и деревьев. Роботом можно управлять и по радиоканалу со специального пульта.

Похоже, скоро канут в Лету времена, когда дети довольствовались плюшевыми игрушками и различными разновидностями Барби. Вероятно, и говорящие интерактивные куклы скоро потеряют популярность. Новое время, новые игрушки. На смену приходят «цифровые создания», неведомые электронные зверушки.

Процесс повышения интеллектуального уровня некогда всегда покорных игрушек начался давно. Но по-настоящему мир интеллектуальных игрушек раскололся надвое после появления электромеханической собачки «Айбо»

AIBO – аббревиатура от Artificial Intelligence Robot (робот с искусственным интеллектом), которая также созвучна японскому слову «спутник, дружок».

Кого представляет собой это чудо техники, определить сложно – западная пресса однозначно называет японское изобретение собакой, а представители производителя – фирмы «Сони» попытались убедить, что это «скорее лев, чем собака».

Первый ограниченный тираж электронных собачек AIBO ERS-110 (5000 штук) в конце 1999 года был полностью распродан всего за 18 минут. Очень быстро, учитывая, что каждая игривая собачка стоила ни много ни мало – две с половиной тысячи долларов.

«По большому счету, AIBO – это развитие идеологии "тамагочи", только "в натуральную величину", – пишет в журнале «Компьютер-Пресс» Владимир Богданов. – Щенок «понимает» отношение хозяина и постепенно превращается во взрослого пса (не физически, а эмоционально). В лапы «Айбо» встроены датчики, а специальная камера и инфракрасные сенсоры позволяют щенку соблюдать дистанцию и не натыкаться на стены. «Айбо» "понимает", когда его ласково гладят по голове, а когда дают шлепка. Свое расположение электронный пес выказывает вилянием хвоста и зеленым блеском светодиодных глаз. В нужный момент он может забавно почесаться, вылавливая "электронных блох".

Как и любому щенку, AIBO для начала придется «подрасти» и многому научиться. Первые сутки ему приходится учиться просто ходить и сидеть, но, к счастью, растет щенок не по дням, а по часам (что не под силу белковым собачкам). На второй день электронный щенок уже уверенно ходит и учится играть в мяч. А при сохранении активного образа жизни за 4 месяца щенок превращается во вполне зрелую собаку. Вообще инженеры "Сони", по отзывам собаковладельцев, добились поистине чудесных результатов – создали иллюзию эволюции щенка, успешно сымитировали «характер» AIBO и алгоритмы подстройки под конкретного хозяина. AIBO «обучается» методом кнута и пряника. Если его за что-то хвалят, то он стремится повторять эти действия, и наоборот. Разработчики из «Сони» даже утверждают, что из-за частых упреков щенок может обидеться или впасть в депрессию. Недаром над AIBO трудилась команда из бывших разработчиков нейросетей.

Заряда литий-ионных аккумуляторов щенку хватает на 1,5 часа. Хозяин может дать AIBO команду при помощи тонового пульта дистанционного управления: AIBO, к примеру, начинает приплясывать или играть с розовым мячиком. Разработчики постарались, чтобы электронная собака достоверно выполняла кульбиты, присущие «белковым» щенкам, – почесывание, кувыркание на полу и прочие. У электронного щенка есть 18 моторов, выполняющих роль суставов, и шесть предустановленных эмоций (радость, грусть, злость, удивление, страх и чувство неприязни). Помимо инфракрасных датчиков в глазах у AIBO имеются сенсоры в подушечках лап и микрофоны в ушах. Равновесием щенка управляет встроенный гироскоп, а специальный температурный датчик не позволит AIBO перегреться в жаркую погоду».

Особенно трогательно происходит встреча Айбо с роботами предыдущих модификаций – «собака» начинает вилять хвостом и неподдельно радоваться.

Инстинктами и условными рефлексами Айбо управляет 64-разрядный микропроцессор. Сведения о внешнем мире и программы хранятся, естественно, в пластинке флэш-памяти емкостью 8 Мбайт.

Пока щенок не умеет взбираться вверх по лестнице, бегать и многое другое. Но основной недостаток – игрушка не может проявлять искреннюю преданность, понимать хозяина и чувствовать его настроение. Впрочем, дополнительное программное обеспечение Айбо позволяет «обучать» щенка новым трюкам и обмениваться «характерами» с другими поклонниками электронного собаководства.

Помимо процессора IDT MIPS RISC и 8-мегабайтной пластинки флэш-памяти для хранения программ щенок оборудован 16 Мбайт встроенной памяти, датчиками дистанции, давления, ускорения и температуры, встроенными микрофоном, динамиками, ПЗС-видеокамерой. Весит собачка приблизительно 1,3 килограмма. Доступные окрасы – серебристый и черный металлик.

Недавно появился Айбо ERS-210 – это модификация «первого поколения» ERS-110 и ERS-111. Но даже то, что новая Айбо стоит почти в два раза дешевле своего предшественника, не делает его доступным товаром. Тем не менее в Японии начинается очередная истерия. Появляются товары с символикой Айбо – одежда, аксессуары для мобильных телефонов и компьютеров, а также ежемесячный журнал и сайт в Интернете. Создана даже специальная платная служба для владельцев электронной собаки, интересующихся, к примеру, почему их питомец при команде «сидеть» начал радостно скакать по полу. А в конце 2000 года в главных городах Японии были проведены выставки, посвященные Айбо.

Помимо Айбо создан целый ряд других электронных питомцев. Например, электронный котенок Тата задуман японской корпорацией «Мацушита электрик» не просто как игрушка, но и как терапевтическое средство для пожилых людей.

По мнению специалистов, одним из самых многообещающих проектов в этой области конструирование и моделирование Robokoneko (по-японски – «робот-котенок»): самообучающегося (эволюционирующего) робота с искусственным интеллектом. Робот-котенок должен будет обладать не только совершенной механикой, но и искусственным мозгом, состоящим из 16000 нейросетевых модулей. Котенок – промежуточный проект в рамках создания искусственного мозга CAM-Rain мощностью один миллиард искусственных нейронов. Для сравнения: в человеческом мозге 14 миллиардов нервных клеток, из которых используется около четырех процентов. 16000 искусственных нейромодулей котенка построено на базе программно конфигурируемых микросхем FPGA. Скорость эволюции «кошачьего мозга» – 100 миллиардов обновлений в секунду.

Как считает Владимир Богданов: «Бытовые роботы для развлечений и прототипы бытовых роботов-помощников, то и дело демонстрируемые широкой аудитории, – это, на мой взгляд, жалкие отголоски тех решений, которые создаются в военных лабораториях. Летающие мини-роботы размером с муху, управляемые подводные роботы-рыбы, электронные летающие птицы-разведчики – все это уже далеко не фантастика. Именно в области создания роботов военного назначения сосредоточивают мощные научные ресурсы страны, не отрицающие возможности техногенных войн в будущем. В этом смысле достаточно крамольными остаются примеры мини-роботов из сериалов типа "Секретные материалы" или LEXX. Однако конверсия многих идей "двойного назначения" в ближайшие пять лет должна привести к появлению массовых моделей новых хозяйственных роботов. Но прежде «сливки» снимут самые недорогие фирменные решения (30-100 долларов) и имитации в стиле тех же собачек AIBO или котов Тата (вспомните, как стремительно распространились подделки под тамагочи). Эпоха же массовых роботов-помощников (подобий NEC R100) наступит и вовсе лет через 10. К тому времени их цена достигнет разумного уровня, а качество реализации голосового интерфейса станет вполне приемлемым. Именно такие бытовые роботы мне более всего по душе. Даже если эти «ваньки» будут уметь лишь снимать электронную почту или по первому зову со всех колес бежать включать телевизор – это уже много. А так, глядишь, лет через 30 появятся и первые однозначно бесхвостые "модели для развлечений", за которыми гонялся еще Харрисон Форд в фильме "Бегущий по лезвию бритвы"».

 

Цифровая фотокамера

В 1989 году фабрика «Свема» выпустила последнюю партию любительской кинопленки формата 8 миллиметров, пять лет назад закрылась последняя лаборатория по проявке этой пленки, а чуть позже из продажи исчезли и все необходимые химикаты… Так, на наших глазах, завершилась эпоха домашней киносъемки и наступила эра любительского видео. Похоже, такая же участь ожидает вскоре и любимую фотографию.

В этом убеждают последние успехи в создании высококачественных и уже не очень дорогих электронных цифровых камер.

Приехав на ежегодную встречу одноклассников, собравшихся со всей страны, можно достать цифровую камеру, внешне похожую на обычный фотоаппарат, и сделать два-три десятка снимков. Однако, усомнившись в композиции какого-то группового кадра, можно быстро решить, не переснять ли этот сюжет. Для этого достаточно посмотреть кадр на жидкокристаллическом дисплее, встроенном в заднюю стенку камеры.

А, возвращаясь домой, можно вынуть из камеры диск памяти размером с кредитную карточку и вставить в свой портативный ноутбук, чтобы на его экране проверить качество изображений в полном формате и цвете. Тут же можно откорректировать снимки. Некоторые осветлить, другим добавить теплых тонов, а у третьих изменить масштаб. Для этого используется программа обработки графических файлов. При желании можно тут же отправить снимок любому бывшему однокласснику…

Описанное выше – уже не фантастика. В итоге от старых навыков фотографу остаются, пожалуй, только манипуляции с объективом да нажатие на спуск. Да и как иначе, если речь идет об изменении самой информационной сущности фотографии – переходе от аналоговых процессов получения и обработки изображений к цифровым?

Между прочим, еще недавно такой переход не казался неизбежным даже при замене «фотохимии» на электронику. До самого последнего времени вполне реальной технической базой электронной фотографии многие фирмы считали также магнитную видеозапись в телевизионном формате, то есть процесс аналоговый. И не просто считали, а выпустили на этой основе вполне работоспособные аппараты.

Путь к современному цифровому фотоаппарату был упорным восхождением по иногда весьма каменистой тропе. Первыми стали устройства с формированием изображений на матрице ПЗС и последующей аналоговой записью на магнитную ленту – по типу видеокамер. Полученные фотокадры копировались затем на специальную видеодискету.

Устройства, создающие и запоминающие изображение в «чисто компьютерном» цифровом формате, были созданы в начале 1990-х годов. В них использовались те же элементы компьютеров типа «лап-топ» и ноутбук. Сделанные в виде прямоугольных пластинок размером с кредитную карточку, с разъемами на торце, они вставляются в специальные порты указанных компьютеров. Кроме дополнительных блоков памяти это могут быть, например, и такие устройства, как факс-модем, жесткий диск, звуковая карта. Неуклонное падение стоимости элементов и устройств цифровой памяти при росте их удельной емкости, удешевление компакт-дисков, быстрый прогресс методов обработки и сжатия видеофайлов и т д. – все это окончательно сделало «базовым» в данной области цифровой прибор – компьютер, а не видеомагнитофон и не телевизор.

Настоящий перелом в цифровой фотографии произошел в августе 1997 года, когда корпорации «Fuijtsu Microelectronics» – «Фуджитцу» и «Sierra Imaging» – «Сьерра» подписали соглашение о совместных разработках в области производства схемотехники для обработки цифровых изображений. По этому соглашению «Футжицу» предоставила свое семейство PISC-процессоров, а «Сьерра» предложила разрабатывать всю «обвязку» – чипсет – «материнскую плату», то есть объединить все необходимые контроллеры, а также средства разработки и предоставить свое программное обеспечение (Image Expert). Кроме того, «Сьерра» взяла на себя обязанности по сбыту, распространению и поддержке этого технического решения.

Совместное соглашение привело к созданию полного аппаратно-программного комплекса для проектирования и реализации цифровых камер. В результате рынок цифровых камер каждый год удваивался и к концу века превысил десять миллионов аппаратов в год.

На тот момент только «Сьерра» предлагала заказчикам единое решение со всеми необходимыми электронными компонентами для создания цифровых камер и продолжает лидировать в этой области до сих пор.

Отныне уже нет сомнений, что популярность цифровых камер будет расти лавинообразно. Точно так же, как в свое время, в 1880-е, после перехода от дорогих, неудобных стеклянных фотопластинок к легкой и дешевой фотопленке начала стремительно завоевывать массы традиционная фотография.

Сегодня цифровая фотокамера не является просто цифровым эквивалентом пленочной. Она может выполнять и другие функции, которых от пленочной камеры даже нельзя было ожидать. Цифровая камера на самом деле больше похожа на медиа-коллектор или мультимедийный носитель информации. Ее можно брать с собой, чтобы фотографировать, записывать звук, движущиеся объекты, даже мысли.

«Приглядитесь повнимательнее к цифровой камере, а еще лучше вскройте и посмотрите, что у нее внутри, – советует в своей статье в «Компьютер-пресс» Олег Татарников, – и вы убедитесь, что она не более фотоаппарат, чем компьютер – печатная машинка. Даже тот фотографический потенциал, который таит в себе банальная цифровая "мыльница", может существенно превышать возможности серьезных пленочных аппаратов. Судите сами – размер даже малоформатного кадра на пленке 24x36 миллиметров существенно превышает размер ПЗС-матриц, а чем больше размер изображения, тем сложнее разработать для него неискажающий объектив достаточной светосилы. Например, большинство ПЗС-матриц любительских цифровых фотоаппаратов имеет диагональ 1/3 дюйма, или 8,5 миллиметра. Следовательно, «нормальным» (то есть эквивалентным 50-миллиметровому объективу пленочных 35-миллиметровых фотоаппаратов) для такой матрицы будет объектив с фокусным расстоянием всего лишь 9 миллиметров. Чтобы такой объектив имел относительное отверстие, например F/2, диаметр линзы должен быть соответственно равен 4,5 миллиметрам, а у 35-миллиметровой фотокамеры – 25 миллиметрам. Поэтому, например, для реализации значительного перепада фокусного расстояния у обычной камеры 35 миллиметров приходится делать сложную оптическую систему с большими и дорогими линзами, а для цифровых камер можно использовать «стандартный» объектив с диаметром 2-4 сантиметра и получить аж 20-кратный Zoom. Чувствуете разницу? А при макросъемке на маленькой матрице с тем же объективом можно получить недостижимую для пленочной фотографии глубину резкости».

Однако, кроме всего этого, цифровые камеры имеют и еще целый ряд возможностей, более характерных для компьютеров, нежели для фотоаппаратов.

Помимо оптической системы цифровая камера имеет достаточно мощный управляющий процессор, чтобы производить, кроме всего прочего, сложный анализ экспозиции и в ничтожные доли секунды принимать решение о режиме съемки, после чего полученное изображение обрабатывается. Быстрая шина данных позволяет стремительно сокращать время готовности к приему следующего кадра. И в этом смысле цифровые фотоаппараты уже догнали, например, видеокамеры и продолжают «сливаться» с ними. Цифровые камеры имеют оперативную память: «впаянную», как на старых компьютерах, или более прогрессивную, внешнюю, на сменных флэш-картах. Их неотъемлемая принадлежность – винчестер или стандартное ATA-устройство, а порой даже флоппи-дисковод, или SCSI-привод. Цифровая камера позволяет создавать собственные программы съемки и обработки изображения. «Звуковая карта», микрофон или динамик дают возможность вести запись речевых комментариев в процессе съемки, которые позднее можно прослушивать при воспроизведении.

Камера не обделена и устройствами связи: внешний интерфейс по быстрым USB, FireWire или SCSI-шинам, наряду с уже ставшими банальными и устаревшими последовательными (RS-232) и параллельными портами (для непосредственной печати на принтерах). Некоторые современные камеры имеют помимо этого еще и инфракрасный порт или даже сетевой интерфейс. Не говоря уже о различных кнопках-джойстиках, в том числе и с легко узнаваемыми названиями.

Для просмотра кадров, отснятых цифровой камерой, есть множество способов. Прежде всего, можно сразу увидеть их на встроенном жидкокристаллическом дисплее. Можно подать информацию на экран телевизора, подключившись к нему через стандартный кабель. Тот же кабель соединит камеру и с видеомагнитофоном, который без всяких проблем перепишет с ее пленки кадры, как обычные телевизионные. Снимки размером с открытку можно распечатать на специальном принтере. Наконец, не остается в стороне и компьютер: изображения можно подать на его порт через отдельный блок.

В общем, действительно цифровая камера – это настоящий мультимедийный компьютер, в котором есть где попробовать свои силы и серьезному программисту, и любителю.

До недавнего времени цифровая камера отставала от обычной лишь по разрешающей способности снимков. На то были объективные причины. Дело в том, что объемы фотофайлов в их изначальном, «сыром» виде очень велики. Чтобы сравняться с кадром 35-миллиметровой пленки, они должны в зависимости от качества светочувствительного слоя содержать до 18 миллионов пикселов (наименьших различимых любыми средствами элементов изображения). Причем каждый пиксел несет отнюдь не один бит информации. Это справедливо только для черно-белого изображения, без всяких полутонов. А для полноценной передачи градаций серого требуется как минимум 8 бит, да еще по столько же на каждый из трех основных цветов. Вот откуда берутся 24, 32 или даже 36 бит на пиксел.

Поэтому оцифрованные кадры с хорошим разрешением и цветопередачей с самого начала были «тяжеловаты» даже для довольно мощных компьютеров, а не только для процессоров цифровых фотокамер. Но ряд достижений последнего времени позволяет решить проблему.

Во-первых, резко возросло быстродействие упомянутых процессоров. Во-вторых, подешевели ПЗС-матрицы высокой плотности, равно как и устройства памяти – и для компьютеров, и для цифровых фотокамер. В итоге аппаратура с высоким разрешением становится доступной широким массам любителей. Наконец, в-третьих, высокими темпами разрабатываются все более быстрые и эффективные алгоритмы сжатия изображений. Так удается в несколько раз сокращать огромные объемы графических файлов и, соответственно, увеличивать число кадров в памяти камеры и убыстрять их перезапись в компьютер. Ну а там уже можно снова разворачивать файлы изображений до полного, первоначального разрешения.

И еще, как оказалось, можно изменить конструкции самой ПЗС-матрицы. В Японии недавно разработали так называемую супер-ССО-матрицу. В отличие от уже привычной прямоугольной структуры расположения фотодиодов, образующих единичный элемент изображения – пиксел, в супер-ПЗС-матрице фотодиоды имеют восьмиугольную форму и располагаются друг относительно друга под углом сорок пять градусов. Благодаря такой «сотовой» структуре фотодиоды стоят ближе друг к другу, то есть увеличилась относительная площадь, занимаемая ими. В результате значительно увеличилась эффективная площадь поверхности, с которой снимается свет. В конечном счете увеличивается чувствительность такой матрицы, то есть повышается уровень сигнала с единицы площади ПЗС-матрицы и, как следствие, снижаются паразитные шумы. По мнению компании-производителя, таким образом, увеличивается эффективная поверхность в 1,6 раза, улучшается цветовоспроизведение и соотношение «сигнал – шум», расширяется динамический диапазон, уменьшается расход энергии, увеличивается чувствительность и разрешение изображений.

Фотография, получаемая с такой супер-ПЗС-матрицы с разрешением в 1,3 мегапиксела, по качеству практически аналогична получаемой с традиционной «квадратной» матрицы с разрешением в 2,1 мегапиксела.

Цифровая камера все еще дороже обычных. Впрочем, в действительности она не так уж и дорога, если учесть ее преимущества. Она экономит время, а расходы по ее обслуживанию, в отличие от пленочной, можно свести практически к нулю. Ведь память цифровой камеры можно использовать многократно, аккумуляторы перезаряжать, а снимки не выводить на бумагу, а хранить только в электронном виде.

 

Современные часы

Время быстротечно. Чтобы уловить его ритм, человек придумал часы. Солнечные, лунные и звездные часы – механизм их подсказан самой природой, – на Востоке знали уже в глубокой древности. В V веке до нашей эры с ними познакомились греки, а два столетия спустя – римляне. Но пользоваться природными часами можно было лишь в ясную погоду. Тогда на помощь пришли водяные, огненные и песочные часы.

На рубеже XII-XIII веков появились часы механические. Имя изобретателя неизвестно, но придуманная им конструкция механизма в основных деталях сохранилась до нашего времени – достойный памятник неизвестному гению.

Первые колесные башенные часы начали отмерять почасовым боем время лондонцев на башне Вестминстерского аббатства в 1288 году, а в России они зазвонили на Спасской башне в 1404 году по указу сына Дмитрия Донского великого князя Василия Дмитриевича.

В XV веке часы с гирями украшали интерьеры дворцов, а изобретение пружины в начале XVI века в Нюрнберге позволило заключать механизм в корпус любой формы.

Ко второй половине XV века относятся самые первые упоминания об изготовлении часов с пружинным двигателем, который открыл путь к созданию миниатюрных часов. Источником движущей энергии в пружинных часах служила заведенная и стремящаяся развернуться пружина, которая представляла собой эластичную, тщательным образом закаленную стальную ленту, свернутую вокруг вала внутри барабана. Внешний конец пружины закреплялся за крючок в стенке барабана, внутренний – соединялся с валом барабана. Стремясь развернуться, пружина приводила во вращение барабан и связанное с ним зубчатое колесо, которое, в свою очередь, передавало это движение системе зубчатых колес до регулятора включительно. Конструируя такие часы, мастера должны были решить несколько сложных технических задач. Главная из них касалась работы самого двигателя. Ведь для правильного хода часов пружина должна на протяжении длительного времени воздействовать на колесный механизм с одной и той же силой. Для этого необходимо заставить ее разворачиваться медленно и равномерно. Толчком к созданию пружинных часов послужило изобретение запора, не позволявшего пружине распрямляться сразу. Он представлял собой маленькую щеколду, помещавшуюся в зубья колес и позволявшую пружине раскручиваться так, что одновременно поворачивался весь ее корпус, а вместе с ним – колеса часового механизма. Так как пружина имеет неодинаковую силу упругости на разных стадиях своего разворачивания, первым часовщикам приходилось прибегать к различным хитроумным ухищрениям, чтобы сделать ее ход более равномерным. Позже, когда научились изготовлять высококачественную сталь для часовых пружин, в них необходимость отпала.

Сейчас в недорогих часах пружину просто делают достаточно длинной, рассчитанной примерно на 30-36 часов работы, но при этом рекомендуют заводить часы раз в сутки в одно и то же время. Специальное приспособление мешает пружине при заводе свернуться до конца. В результате ход пружины используется только в средней части, когда сила ее упругости более равномерна.

Изобретателем современных механических часов по праву считается нидерландский ученый Х. Гюйгенс, который в 1657 году применил маятник в качестве регулятора хода часов.

Позднее маятник сменился балансом – маленьким маховым колесом, которое колеблется около положения равновесия, вращаясь, то в одну, то в другую сторону. Так появились карманные, а потом и наручные часы.

Индивидуальные часы в XVI и в начале XVII века были редкостью, диковинкой, их изготавливали по индивидуальному заказу только очень состоятельных людей.

Привычная круглая или «луковичная» форма часового корпуса характерна для второй половины XVII века. В более раннее время были популярны часы-игрушки, оформленные в виде шара, креста, раковины или книжечки. Основные центры часового дела – Блуа, Париж, Лондон, Амстердам.

Нередко корпус имел восьмигранную форму и выполнялся из прозрачного материала. Это мог быть горный хрусталь, аметист, дымчатый топаз разных оттенков. Прозрачный граненый корпус позволяет наблюдать движение мельчайших деталей механизма. Циферблатного стекла еще не знали, и циферблат закрывала крышка, иногда прозрачная, иногда с прорезным орнаментом.

Нам с нашей привычкой торопиться было бы трудно точно определить время по таким часам. Ведь у них только одна часовая стрелка. Минутная появилась лишь во второй половине XVII века.

Впрочем, подобные часы предназначались не только для измерения времени. Они были предметом роскоши, украшением костюма. Их весьма условно можно назвать карманными. Такие часы подвешивали на цепи, носили на шее. В России их называли «воротными», от слова «ворот».

В XVI-XVII веках интерьерные и индивидуальные часы привозили в Россию иноземные купцы, а государям они часто доставались в качестве посольских даров. Особо ценились те, что «чудные хитростию и искусством работы».

В XIX столетии в Швейцарии появились ставшие позднее знаменитыми часовые фирмы, например «Патек Филипп». Сегодня она принадлежит к немногочисленной «высшей лиге» швейцарских часовых фирм, более того – даже в этом узком элитарном кругу она умудрилась выделиться особо.

У истоков основанной в 1839 году фирмы стояли, как это ни парадоксально звучит, два славянина – поляки Антон Норберт Патек де Правджич и Франц Чапек. Первый был офицером-аристократом, бежавшим в Швейцарию после подавления Николаем I польского восстания; второй – часовщиком, также эмигрировавшим из Польши.

Начав со сборки часов из покупных механизмов и корпусов собственной разработки, «Патек Филипп» со временем добилась мирового признания, разработав шедевры часовой механики. Среди заказчиков фирмы в середине XIX века были королевские дворы всей Европы, а один из клиентов – римский папа Лев XIII, проникшись уважением к изделиям фирмы, даже удостоил Патека графского титула.

Практически все великие марки не избежали кризисов, и «Патек Филипп» не стала исключением. В 1930-е годы финансовые проблемы поставили фирму на грань выживания, а спасли ее новые хозяева – семья Штерн, которой она и принадлежит по сей день. Нынешний президент «Патек Филипп» Филипп Штерн является представителем уже третьего поколения владельцев марки.

К швейцарским классикам принято относить фирмы, обладающие полным производственным циклом. Это фирмы, самостоятельно производящие часовые корпуса, механизмы, окончательную сборку, а также имеющие свои традиции и более чем столетнюю историю. Стоит добавить, что «Патек Филипп» до сих пор является мануфактурой, существующей абсолютно автономно от каких-либо финансовых или отраслевых холдингов, что на фоне почти повального поглощения концернами именитых часовых марок тоже само по себе уникально.

«Патек Филипп» производит не более двадцати тысяч часов в год, а минимальная цена на изделия этой фирмы 5-6 тысяч долларов. Производственная программа «Патек Филипп» довольно разнообразна и редко подвергается коррекциям. Основу производства составляют коллекции «Калатрава», «Эллипс», «Наутилус».

На примере последней коллекции можно рассмотреть «классическое» направление в производстве часов. Как пишет в журнале «Компания» Юрий Хнычкин: «Коллекция «Наутилус» обязана своим названием характерной форме сглаженного восьмиугольника ободка корпуса, копирующей судовой иллюминатор. Эта деталь – характернейшая для «Наутилуса» – не только придает часам совершенно особую форму, что облегчает визуальное опознавание модели, но интересна еще и тем, что ободок объединен в одно целое с корпусом: весь корпус «Наутилуса» (разумеется, кроме задней крышки) выполняется из цельного бруска стали или золота и не имеет соединений (подобной конструкцией обладают знаменитые "Rolex Oyster", но справедливости ради надо отметить, что у «Rolex» в силу особенностей конструкции имеется вращающийся ободок, выполненный, естественно, отдельно от корпуса). Прелесть такого корпуса в том, что он позволяет добиться стопроцентной защищенности механизма. Другая особенность "Наутилуса", выдающая модель, что называется, с головой, – чередование шлифованных больших и полированных центральных звеньев на браслете (эта черта отсутствует у моделей, выполненных на ремешке). «Наутилус» – часы отчетливо выраженного спортивного стиля. Механизм обычно с автоматическим заводом, у женских моделей – кварцевый. Водонепроницаемость гарантирована до глубины 120 метров, для моделей с кварцевым механизмом – до 60 метров. Корпус выполняется из желтого или белого золота, стали и даже платины, может быть декорирован бриллиантами. Несмотря на кажущуюся массивность, «Наутилус» очень элегантен и отличается не слишком большой толщиной корпуса (около 8 миллиметров). В качестве «опции» предлагается модель с индикатором запаса хода – дополнительным малым циферблатом, указывающим, на сколько еще хватит завода пружины. При этом индикатор лишен обычных для такой функции цифровых обозначений, перегружающих и без того небольшой циферблат, а указывает запас хода лишь схематично – наподобие указателя уровня топлива в баке автомобиля».

В лучших механических часах в наши дни неточность хода очень мала: не более 0,0001 секунды за сутки. Но изобретатели продолжали добиваться большей точности часов. На смену механическим часам пришли электронные. Взамен колебаний маятника или баланса стали использовать, например, упругие колебания кристалла кварца. Если к противоположным поверхностям кварцевой пластинки подвести переменный электрический ток, кристалл начнет совершать колебания, причем частота колебаний кварца отличается постоянством. Это позволило создать очень точные кварцевые электронные часы, в которых радиотехнический генератор вырабатывает ток высокой частоты, а кварцевый кристалл играет роль маятника, поддерживая строгое постоянство колебаний тока. Функции «шестерен» выполняют различные электронные схемы. Проходя через них, ток преобразуется и подводится к электродвигателю, который и вращает стрелки часов. Стабильность частоты колебаний обеспечивает равномерность движения стрелок и погрешность не более 1 мкс.

Тем не менее даже кварцевые часы имеют существенные недостатки. Главные из них – зависимость колебаний кварца от температуры окружающей среды и изменение частоты колебаний с течением времени.

Представителем направления, которое можно назвать хай-тек, является японская фирма «Касио», которой удалось создать в наручных часах записную книжку и даже инфракрасный пульт дистанционного управления, но и это уже стало достоянием истории. Последний же писк моды – наручный проигрыватель музыкальных файлов формата MP3. Он впервые интегрирован в модель Casio WMP-1V. В роли интегрированного носителя выступает флэш-карточка. Плейер вмещает 33 минуты цифровой музыки наилучшего качества. На передней панели музыкальных часов расположено 6 клавиш управления плейером. Емкости литиевого аккумулятора хватает на 4 часа воспроизведения. Столько же времени занимает и его полная зарядка. Для загрузки новых файлов часы подключаются к персональному компьютеру. Скорость загрузки данных – 70 секунд на четырехминутный MP3-файл. В комплект поставки входят программное обеспечение для синхронизации с ПК, зарядное устройство, стереонаушники и блок питания. Музыкальные часы компактными не назовешь, они выполнены в «спортивном» стиле. Но весят не много – всего 70 граммов.

Другие интеллектуальные часы той же фирмы содержат встроенный органайзер, записи которого синхронизируются с настольными или карманными компьютерами. Часы оборудованы специальным 4-разрядным процессором, имеют 24 Кбайт памяти, информативный дисплей с графическим, разрешение которого 48x10 пикселов, и цифровым с 12 символами-полями. Органайзер часов можно назвать достаточно емким. В частности, «Ежедневник» рассчитан на 340 записей, «Контакты» – до 100 записей, «Дела» – до 340 записей и, наконец, «Блокнот» может сохранять до 8100 символов. Синхронизация часов с компьютерами производится по инфракрасному интерфейсу на дистанции до 20 сантиметров. Часы достаточно компактны – всего 5x3,7x1,3 сантиметров.

Но и это не последнее чудо. «Касио» удалось встроить в часы наручную цифровую камеру. Крохотная CMOS-матрица обеспечивает разрешение 28800 пикселов. Реальные размеры снимка – 20x20 миллиметров, 120x120 точек. Конечно, такой снимок для домашнего альбома не подойдет. Однако задача такой камеры – быть всегда под рукой и сфотографировать не для выставки, а для дела. Возможностей малютки вполне хватит для того, чтобы, например, сфотографировать телефонный номер с настенного объявления. Передача данных ведется по инфракрасному интерфейсу. Кстати, любой снимок можно сразу подписать – 24 знакоместа для этого вполне достаточно, а потом отправить не только на компьютер, но и на другие часы «Casio Wrist Camera». Вес наручных часов-фотоаппарата – 32 грамма. Пользоваться ими предельно просто: дисплей часов переводится в режим цифрового видоискателя и остается лишь нажать на большую кнопку затвора.

В борьбе за точность ученые создали молекулярные часы, в которых используют способность определенных молекул поглощать и излучать электромагнитные колебания строго определенной частоты. Еще более точными «хранителями времени» оказались атомы некоторых элементов, например цезия. Неточность хода атомных цезиевых часов составляет 1 секунду за 10000 лет. Но и этот показатель удалось превзойти с помощью квантовых часов, в которых используются электромагнитные колебания водородного квантового генератора. Неточность таких часов – 1 секунда за 100000 лет!

Существуют и так называемые радиоактивные часы. С их помощью ученые измеряют очень большие промежутки времени – тысячи, сотни тысяч и даже миллионы лет. Например, возраст археологической находки или какой-нибудь горной породы. Принцип измерения основан на законе радиоактивного распада ядер химических элементов. Различные элементы распадаются с разной скоростью. Например, период полураспада (количество атомов уменьшается вдвое) урана-238 равен 4,5 миллиарда лет, урана-235 – 700 миллионам лет, а углерода-14 – «всего» 5500 лет. Сравнивая соотношение тех или иных элементов в изучаемом образце со скоростями их распада, ученые могут определить возраст исследуемого объекта в интервале от сотен до миллиардов лет.

 

Цифровое спутниковое телевидение

Передача информации на большие расстояния была и остается одним из самых важных с практической точки зрения применений искусственных спутников Земли. На первом специализированном связном американском спутнике в 1963 году был передатчик мощностью всего в 5 ватт и ненаправленная передающая антенна. Оттого на Земле сигналы спутника удавалось принимать только специальной антенной размером около тридцати метров. Чтобы выделять слабый сигнал на фоне шумов, на входе наземного приемника пришлось установить сложный и дорогой квантовый усилитель, охлаждаемый жидким гелием.

Космическая техника развивалась, и в 1970-х годах стало возможным выводить спутники связи на так называемую геостационарную орбиту, когда спутник как бы подвешен постоянно над одной точкой земной поверхности. Выросла мощность передатчика, а бортовые антенны заменили направленными, способными формировать узкий луч электромагнитной энергии, «освещающий» сравнительно небольшую часть земной поверхности. То есть мощность излучения не разбрасывалась во все стороны, а направлялась в основном адресату.

В качестве параметра, который характеризовал бы не только передатчик, но и антенну, ввели так называемую эквивалентную излучаемую мощность – произведение мощности бортового передатчика и коэффициента усиления передающей антенны (имеется в виду эффект усиления, связанный с тем, что энергия концентрируется и излучается лишь в определенном направлении). Значение эквивалентной мощности достигло сотен, а затем и тысяч ватт. В результате наземные антенны удалось уменьшить в два-три раза, а для усилителя более не требовалось охлаждения жидким гелием. И все же о непосредственном приеме сигнала на домашний телевизор в этот период можно было только мечтать – стоимость приемной станции составляла около миллиона советских рублей.

Первая в мире распределительная телесистема «Орбита» начала действовать в СССР в 1967 году. Затем аналогичные системы появились в США, Канаде, Индонезии, Индии и в других странах. В 1977 году группа европейских стран организовала консорциум «Евтелсат» для обмена телепрограммами в сети «Евровидения». Основой сети стали три ведущих и один резервный спутник «Евтелсат-1», которые использовались и для передачи коммерческих ТВ-программ в диапазоне 11 ГГц. Еще несколько программ в этом диапазоне транслировались через спутники международной системы «Интелсат» и коммерческий спутник «Астра».

Сегодня многие телезрители обзаводятся собственными приемными системами, позволяющими принимать программы распределительных систем. В 1983 году, когда начались первые передачи через спутник «Евтелсат-1», Для этого требовалась приемная антенна диаметром не менее трех метров и оборудование стоимостью 20000 долларов.

Понадобились годы труда ученых и инженеров, чтобы сделать реальностью «тарелку» диаметром в 60 сантиметров, которую можно установить на балконе где-нибудь в Ижевске или Омске и принимать прямо со спутников десятки программ из разных стран.

Попробуем проследить, как телевизионные программы приходят к зрителю транзитом через спутник на примере «НТВ-плюс». Эта система непосредственного спутникового вещания (СНВ) в России действует и постоянно развивается с середины 1990-х годов.

С февраля 1999 года в этой сети начал работу спутник «Бонум-1», специально подготовленный для цифровой передачи. Современное оборудование цифровой компрессии и цифровой передачи позволяет передать через один ствол (транспондер) спутника вместо одной аналоговой программы до шести цифровых телевизионных, а при статистическом уплотнении – до 8-10 и даже 10-12. Но стоимость оборудования спутника и приемной установки значительно возрастает. В то время, когда создавалась первая сеть непосредственного спутникового вещания, цена цифрового тюнера превышала на мировом рынке тысячу американских долларов, цена же аналогового – в двадцать раз меньше. Это предопределяло выбор аналогового способа. Однако к 1999 году стоимость цифрового тюнера на мировом рынке опустилась примерно до 200 долларов. Это позволило полностью перейти на цифровое вещание. Так, с 1 ноября 1999 года «НТВ-Плюс» перешло на цифровое вещание.

Преимущества цифрового вещания несомненны. Во-первых, это – снижение затрат на спутник (в расчете на одну программу) в 6-10 раз; улучшение пороговых свойств приемника; повышение реального качества изображения и звука. Во-вторых, это – предоставление потребителю дополнительных услуг, таких как воспроизведение программы передач на экране телевизора, удобный выбор каналов, возможность введения пароля и возрастного ограничения телезрителей, звуковое сопровождение на нескольких языках, передача данных, изменение программного обеспечения приемников по эфиру и т д.

Можно выбрать и вид приема: индивидуальный или коллективный. Если ограничиться только коллективным приемом, то можно уменьшить мощность спутника, поскольку приемная антенна имеет больший размер. Вместе с тем при этом будет потеряна часть потенциальной аудитории. Ведь даже в Европе, при широком развитии кабельных сетей, число индивидуальных спутниковых абонентов составляет почти пятьдесят процентов. Что говорить о России, где практически отсутствует опыт функционирования платных кабельных сетей и договорных отношений между вещателем и владельцем кабельной сети. Поэтому выбор в пользу индивидуального приема становится очевидным, что, впрочем, не исключает коллективного приема.

Массовый характер сети спутникового вещания и необходимость передачи сигналов «открытия» по эфиру заставляет применять сложные системы закрытия. Это необходимая защита от многочисленных «хакеров». Сейчас в «НТВ-Плюс» используется цифровая система закрытия фирмы «France Telecom» (Франция). Фактов ее «пиратского» раскрытия пока не обнаружено, а если это произойдет, меры противодействия предусмотрены.

Выбор основных энергетических параметров системы «НТВ-Плюс» был обусловлен многолетним опытом создания спутников в России и других странах, а также имеющимся на рынке массовым приемным оборудованием, целесообразным размером антенн приемной установки. Для системы «НТВ-Плюс» стали использовать спутник с ЭИИМ 50-48 дБВт. При современных малошумящих усилителях и тюнерах с улучшенными пороговыми свойствами сигнал можно принимать с антеннами диаметром 45-60 сантиметров. При зоне покрытия, соответствующей европейской части России, достаточна мощность ствола на спутнике в 80-100 Вт.

Существенное значение при создании системы имел выбор полосы частот. На международной конференции в Женеве в 1977 году приняли план распределения частотных каналов и позиций спутников на геостационарной орбите. Для западного полушария аналогичный план был принят в 1983 году. Каждая страна восточного полушария получила не менее пяти частотных каналов шириной 27 МГц. В соответствии с планом каждый спутник должен обслуживать одну или несколько территорий, соответствующих границам одной страны. Советский Союз получил 70 частотных каналов на пяти орбитальных позициях.

Другие системы, работающие в диапазоне 12 ГГц, по праву можно назвать «непосредственным спутниковым телевещанием», поскольку на прием не требуется получать разрешение передающей стороны, а цена приемной установки сегодня не больше цены высококачественного телевизора.

Еще в Советском Союзе планировалось создание спутниковой системы в диапазоне 12 ГГц, в частности спутников, рассчитанных на передачу одновременно четырех ТВ-программ в одном широком луче (территории Казахстана, Украины), двух лучах среднего размера (Белоруссия, Узбекистан и другие республики Средней Азии) и одном узком луче (Прибалтика, Закавказье). Мощность бортовых передатчиков предполагалась такой, чтобы для индивидуального приема подходили антенны диаметром 1,1 метра, а для коллективного приема, где влияние оказывают взаимные помехи, – 1,5 метра.

Для размещения спутника «Бонум-1» Государственной комиссией по радиочастотам было выдано разрешение на использование одной из российских позиций в диапазоне СНВ.

«Спутник – самый важный элемент системы, – пишет в журнале «Радио» Л. Кантор. – В системе СНВ используется спутник типа HS376, изготовленный американской компанией Hughes (кстати, их изготовлено уже более 50). Спутник высоконадежен, рассчитан на срок службы 12 лет. Конструкция его необычна. Он имеет форму цилиндра, по всей поверхности которого расположены элементы солнечной батареи. Вращение всего наружного «стакана» способствует стабилизации положения оси спутника в пространстве. Внутренняя часть спутника, на которой расположена приемно-передающая антенна, остается неподвижной (т е. как бы вращается относительно наружного «стакана» в обратную сторону).

Спутник управляется со станции, расположенной под Москвой. Как показывает опыт, эксплуатационные его параметры поддерживаются с высокой точностью: погрешность сохранения позиции на орбите и наведения антенны существенно меньше заданной величины ±0,1 градуса. Для этого регулярно проводятся сеансы коррекции с помощью установленных четырех корректирующих двигателей и необходимого запаса топлива.

Наведение антенны спутника осуществляется либо по сигналу маяка, совмещенному с сигналами телеуправления, либо по диску Земли. Луч передающей антенны имеет специальную форму, соответствующую необходимой зоне обслуживания. Предусмотрена также возможность переключения передатчиков на второй облучатель, позволяющий сформировать зону восточнее основной. Полезная нагрузка спутника – восемь рабочих стволов с гибким резервом (из трех передатчиков), создающих в указанной зоне ЭИИМ не менее 50 дБВт. Все стволы работают круглосуточно, в том числе в периоды, когда спутник оказывается в тени Земли и его аппаратура питается от аккумуляторных батарей».

 

Современные телевизоры

Самым главным техническим достижением XX столетия, имеющим бытовое значение, французы назвали телевизор. В 1,5 раза меньше голосов собрал компьютер, в 2 раза меньше – мобильный телефон.

Современное телевидение, как это часто бывает, родилось из неглавного направления исследований, также, однако, представленного десятками имен. В 1907 году петербургский профессор физики (электроники тогда еще не было) Технологического института Борис Львович Розинг попытался запатентовать электронно-лучевую трубку в качестве приемника. Сначала изображение в электронно-лучевой трубке сканировалось, а затем передавалось принимающей трубке. В 1911 году Розинг усовершенствовал систему синхронизации передатчика и приемника и демонстрировал свой прибор публично, за что получил Золотую медаль Российского технического общества. Однако до бытового телевизора было еще далеко, предстояло решить множество технических проблем. Розинг «покушался» на них и даже пытался в 1925 году в СССР кое-что патентовать, но всех трудностей не преодолел. Это удалось его ученику Владимиру Козьмичу Зворыкину.

Начиная с 1910 года Владимир вел под руководством Розинга исследования в его лаборатории. После революции Зворыкин эмигрировал в США. В фирме «Вестингауз электрик» в Питтсбурге он приступил к реализации давно вынашиваемых идей электронного телевидения. С головой уйдя в работу, Зворыкин уже в 1923 году подал заявку на патент передатчика изображений с электронно-лучевой трубкой, содержащей пластинку, покрытую слоем фотоэлектрического материала. Впоследствии ему пришлось сожалеть о приведенном в заявке описании прибора, так как оно стало предметом длительного судебного разбирательства.

Свет от изображенного предмета вызывал электронные излучения различной интенсивности, зависящие от яркости объекта. Это электронное излучение усиливалось ионизацией паров аргона, которые заполняли контейнер. Таким образом, система Зворыкина позволяла передавать и получать телевизионное изображение чисто электронным путем, используя развертку изображения электронным лучом, без всякого механического движения. Это было существенным преимуществом зворыкинской системы, идея которой, как он сам все время подчеркивал, принадлежала Розингу.

В 1925 году, когда предыдущий патент еще гулял по бюрократическим инстанциям патентного управления США, а автор тщетно пытался заменить в нем один фотоэлектрический материал другим, Зворыкин подал на патентование другой проект, относящийся уже к цветной системе телевидения. Этот проект прошел на удивление быстро: в 1927 году права Зворыкина были признаны в Великобритании, а в 1928-м – в США. Собственно, этого было уже достаточно, чтобы считаться изобретателем телевидения. Однако примерно в то же время ряд аналогичных проектов был запатентован или представлен на патентование в США, Великобритании, СССР, Франции, Германии и Японии. Сравнение их осложняется тем, что авторы использовали неустоявшуюся терминологию на своих языках, а порой скрывали наиболее важные элементы патента. Но система, созданная Зворыкиным, была, по-видимому, лучше доработана. Одно время казалось, что еще одно усилие, и система телевидения будет создана.

Все 1930-е годы прошли в ожесточенной конкурентной борьбе десятков создателей систем телевидения. Только в Соединенных Штатах над этим успешно работали Файло Фарнсуорт, Джон Бэйрд, Эдвин Армстронг и многие другие. А сюда нужно приписать француза Пьера Шевалье, немца Манфреда фон Арденне, японца Кенджиро Такаянаги…

Трудность объяснялась тем, что при развертке передаваемого изображения световое воздействие каждого его элемента на фоточувствительный слой происходит в течение всего лишь миллионных долей секунды. Возбуждаемый при этом фототок оказывается чрезвычайно малым, его усиление представлялось труднореализуемым технически. Задавшись целью найти способ накапливать заряд точечных фотоэлементов, Зворыкин получил в 1931 году специальную электронно-лучевую трубку с мозаичной фоточувствительной структурой – иконоскоп. После успешных испытаний иконоскопа изобретатель вместе со своими помощниками принялся за разработку телевизионной системы в целом. В 1933 году была создана телевизионная система с разложением на 240 строк, в 1934 году – на 343 строки с чересстрочной разверткой.

На доработку зворыкинской системы ушло дополнительно 10 миллионов долларов, прежде чем система заработала, и 40 миллионов, прежде чем она стала приносить доход. Но зато вскоре новая телевизионная система позволила передавать полноценные изображения, которые принимались на кинескопах тоже зворыкинской системы. Три камеры передающей системы помогли устроить прямую передачу с Олимпийских игр 1936 года из Берлина. Телевизионная аудитория была, правда, еще не очень велика: принимающая система механического типа стояла в специально снятом театре в Лондоне.

В конце 1938 года Зворыкин наконец-то получил патент на электронное телевидение, которого ждал пятнадцать лет, – да, это был тот самый патент 1923 года, причем всего поступило одиннадцать заявок на установление приоритета! И почти у каждого из заявителей были какие-то основания участвовать в этой гонке. Зворыкин доказал, что если и использовал достижения своих конкурентов, то делал это законно, купив право на них.

Многие десятилетия после появления телевидения ведущие производители телевизоров лишь совершенствовали их узлы и детали. Изображение становилось четче и контрастнее, цвета – насыщеннее, звук – чище и мощнее.

В первую очередь это достигалось за счет усовершенствования сердца телевизора – кинескопа. От его качества зависит совершенство аппарата в целом. Как известно, изображение на экране формируется из сотен тысяч светящихся люминофорных зерен, которые располагаются в виде чередующихся вертикальных полос зеленого, синего и красного цветов. Они светятся под воздействием электронных лучей, которыми «обстреливают» экран три электронные пушки, «отвечающие» каждая за свой цвет. Специальные электромагниты фокусируют и отклоняют потоки электронов, а для того чтобы каждый луч засвечивал зерна определенного цвета, служит конструкция с продолговатыми отверстиями (теневая маска), расположенная позади экрана. Пересекаясь в отверстиях маски, лучи попадают на зерна «своего» цвета.

Отдельные фрагменты выглядят черными лишь по контрасту с соседними светлыми, между тем даже на этих участках люминофоры светятся, хотя и очень слабо. Следовательно, если сделать как можно темнее саму поверхность экрана, изображение станет более контрастным. Этого еще в 1988 году добились инженеры «Сони», изготовив кинескоп «Блэк тринитрон» с экраном из затемненного стекла. Одновременно это позволило уменьшить блики на поверхности от внешних источников света.

Иное решение для улучшения контрастности применила фирма «Тошиба»: вертикальные чередующиеся полосы люминофоров разделены тонкими черными полосками.

Поверхность экрана традиционного телевизора представляет собой часть сферы. Прямые линии вблизи краев на нем кажутся несколько изогнутыми. Кроме того, свет, проходя через стекло, претерпевает искажения тем большие, чем выше кривизна. В 1994 году «Сони» выпустила «Супер тринитрон» с экраном в виде части боковой поверхности цилиндра большого радиуса. Благодаря этому, а также другим новшествам, о которых речь пойдет ниже, компания сделала крупный шаг на пути к максимально реалистичному изображению. Конкуренты – «Панасоник» и «Филипс» – ответили моментально, изготовив свои кинескопы со сверхплоским экраном.

С каждым новым поколением телевизоров уменьшалась их глубина – расстояние от экрана до задней стенки. Правда, это потребовало увеличения угла отклонения луча. Разработчики получили новую головную боль. Ведь пятно от электронного луча вблизи края экрана деформировано, резкость и проработанность деталей изображения уменьшились. Инженеры видоизменили конструкцию электронной пушки. Опять впереди оказалась «Сони»: пушка «Тринитрон» объединила три источника лучей (вместо трех раздельных пушек). За счет равной длины пути всех лучей цвета сводятся почти идеально.

При длительной работе телевизора теневая маска, традиционно изготавливаемая из сплавов железа, нагревается и деформируется. Как следствие – нарушение цветов. Поэтому в ряде кинескопов стала использоваться маска из железоникелевого сплава (инвара), имеющего очень низкий коэффициент температурного расширения. Но самая необычная конструкция этого устройства использована опять же в «Супер тринитрон» фирмы «Сони». Японские инженеры отказались от цельной маски с отверстиями и разработали сложный набор из тонких струн, закрепленных вертикально в специальном каркасе. В результате повысились прозрачность маски и светоотдача экрана.

Современные телевизоры прямо-таки перенасыщены электроникой, особенно дорогие модели с большим экраном. На них некоторые фирмы применяют цифровые системы цветового шумоподавления. «Панасоник» первым оснастил свой телевизор процессором, модулирующим скорость электронного луча для получения четких контуров вокруг частей изображения. Другие разработчики также стремятся насытить аппарат множеством полезных функций. Поэтому в современном телевизоре чего только нет: и таймер включения, и таймер «сна», благодаря которым телевизор будит владельца звуками любимой передачи, а вечером тот может удобно устроиться на диване, не боясь заснуть – телевизор сам выключится по истечении заданного времени. Для особо рассеянных есть модели с устройством, которое выключит приемник, если видеосигнал отсутствует более 15 минут. Телетекст, управление с помощью меню на экране, память настройки изображения, электронная блокировка доступа (защита от детей) – далеко не полный перечень функций современных моделей.

Наличие в дорогих моделях двух независимых тюнеров обеспечивает функцию «картинка в картинке». Можно контролировать происходящее на другом канале, не отрываясь от просмотра основного, включив в углу маленький экранчик.

Есть интересные новинки, не относящиеся к качеству изображения или набору функций телевизора. Фирма «Панасоник» наносит на экран антистатическое покрытие, препятствующее оседанию пыли. А «Самсунг» выпустил уникальный «биотелевизор». Специальное керамическое покрытие, нанесенное с обратной стороны экрана, пропускает длинноволновую часть инфракрасного излучения, которое, по утверждению специалистов, благотворно воздействует на организм человека.

Естественно, при высоком качестве «картинки» звук должен быть тоже на высоте. Его чистоте и мощности в акустических системах в сегодняшних телевизорах могут позавидовать иные музыкальные центры. Конструкторы стремятся как можно более эффективно использовать внутреннее пространство аппарата. Так, в некоторых моделях «Панасоник» с системой динамики расположены позади кинескопа, все верхнее пространство за ним используется как резонатор. В передаче звука участвуют элементы корпуса, а сам он выходит через узкую полоску над экраном.

Другие фирмы размещают громкоговорители в специальных объемных кожухах, а дефлекторы направляют звук к узким вертикальным решеткам справа и слева от экрана. Или в задней части кожухов акустической системы предусматривают отверстия, улучшающие воспроизведение низких частот и увеличивающие эффект «объемного звучания».

Электронные системы обработки звука позволяют изменять характер звучания. Можно подстраивать звук под особенности передачи («речь», «музыка», «театр») или легко смоделировать объем помещения («стадион», «зал», «диско»). «Панасоник» пошел еще дальше. В диффузор низкочастотного громкоговорителя были добавлены хитиновые пластинки, полученные с помощью биотехнологии. По утверждению разработчиков, они повышают чистоту звука.

Предваряя всеобщий переход на стандарт телевидения высокой четкости, некоторые компании начали выпускать аппараты с форматом экрана 16:9, при том что обычные модели имеют стандартный формат 4:3, а также модели стандартного формата, но с возможностью переключения в 16:9. Развертка с частотой 100 Гц вместо привычных 50 Гц позволяет устранить мерцание изображения и приблизить его вплотную к устойчивости слайда.

Первые образцы появились в конце 1990 года. Широкий экран – это, несомненно, значительный шаг вперед хотя бы по той причине, что он более соответствует кинематографическим стандартам, чем нынешний экран с соотношением сторон 4:3. Но преимущества эти пока слабо проявляются, не будучи поддержаны телевещанием, а вот стоимость широкоэкранных телевизоров ощутимо выше, чем обычных.

Проблема, с которой приходится сталкиваться обладателям широкоэкранного телевизора, связана с несоответствием форматов изображения и экрана. При попытке воспроизвести «картинку» формата 4:3 на телевизоре 16:9 (или наоборот), неизбежно происходит потеря полезной площади экрана, что проявляется в виде двух черных полос.

Против широкого экрана есть весьма веские доводы. Во-первых, широкоэкранные телевизоры дорого стоят. Это неоспоримый факт, особенно если посчитать стоимость единицы площади получаемого изображения. Во-вторых, у программного обеспечения (и в виде ТВ-передач, и в виде записей на кассетах и дисках) для широкоэкранных телевизоров довольно туманное будущее.

Другое направление – проекционный телевизор. На Берлинской Международной выставке бытовой электроники 1996 года фирма «Нокиа» показала подобную установку. «Нокиа» – первая компания бытовой электроники, поддержавшая технологию «Digital Micromirror Device», разработанную «Texas Instruments». Главное в ней – микросхема размерами 1,5x1 сантиметр, на которой размещено полмиллиона зеркал. Транзисторные переключатели управляют их отражающей способностью. Когда на транзисторный блок подается телевизионный сигнал, а поверхность схемы освещается ярким светом, через линзы на экран проецируется телевизионное изображение. Вращающиеся цветные фильтры придают ему окраску.

«Texas Instruments» первоначально разрабатывала это устройство для того, чтобы проецировать изображение через всю комнату на настенный экран. В Великобритании «Rank Brimar» стал выпускать такие зеркальные проекторы, предназначенные для промышленных целей. «Нокиа» поместила то же самое устройство в телевизор с обратной проекцией. Это позволило при глубине корпуса всего 40 сантиметров получить плоское изображение размером 1,3 метра. С 1997 года проекционные телевизоры появились в широкой продаже.

И, наконец, о главном. То о чем давно говорили фантасты, должно свершиться. В каждый дом войдет объемное телевидение. На той же Берлинской Международной выставке бытовой электроники японская фирма «Саньо» собрала целую толпу вокруг своего телевизора трехмерного изображения, которое можно увидеть без специальных очков. Но эффект наблюдался только из одного положения и только с определенного расстояния от экрана. А все остальные могли «любоваться» лишь расплывчатой двоящейся картинкой.

В газете «Известия» Юрий Медведев рассказал о своей встрече с профессором Виктором Комаром в Научно-исследовательском кинофотоинституте (НИКФИ):

«Телевизор XXI века разобран на части, все внутренности на виду. Он намного сложнее привычного "ящика". Три электронно-лучевые трубки, три объектива, три жидкокристаллические шторки для перекрывания светового луча.

Гаснет свет, и во всей своей красе появляется Микки-Маус. Мышонок вылезает из экрана и превращается в могучего атлета, гордо напрягает мышцы.

– Можете ерзать, как угодно перемещаться в кресле – мышонок не искажается, – говорит Комар. – В этом "изюминка". Помните знаменитый стереофильм "Таинственный монах"? В кресле нельзя было пошевелиться, изображение смазывалось. Сиди как прибитый.

Кто же не помнит "Монаха"! Зрители вжимались в кресла, когда прямо в зал неслась конница или кадило раскачивалось так, что чуть не касалось лица. Эффект присутствия поразительный. В 1991 году советская кинотехника единственный раз в истории удостоилась «Оскара» за достижения в области стереокино…

В то время казалось, что от «Монаха» до массового трехмерного кино и телевидения рукой подать. Однако потребовался немалый срок, чтобы забрезжил свет.

– Главная трудность в том, – объясняет Комар, – что каждый глаз видит предмет двумерным, плоским, но в чуть разных ракурсах. В объемный его превращает мозг. Природа диктует нам принцип трехмерности: надо с помощью камер снять картинку с двух точек, а затем в каждый глаз подать изображение, предназначенное только для него. Для этого используются специальные очки. Широкого применения такая система не получила: не хотят люди надевать сложные оптические приборы».

В чем же, собственно, состоит открытие российских ученых? Они решили отказаться от очков и сделали экран из множества линз, как из чешуек. Теперь на каждого зрителя приходится определенная часть экрана и определенное число линз, обслуживающих именно его. Сидя в своем кресле, зритель попадает в их фокус. Был серьезный недостаток – необходимость сидеть неподвижно. Через несколько лет ученые устранили и его. Нашли оригинальное решение: на экран подается картинка, снятая сразу с восьми ракурсов. Линзовый экран заменили более совершенным голографическим, созданным там же в НИКФИ. В результате всех усовершенствований зритель получил полную свободу. Теперь даже самый непоседливый на своем кресле видит качественную картинку, при этом он плавно «переходит» из одного фокуса в другой.

Подобные системы пытаются сделать и за рубежом. Об одном японском «объемнике» уже говорилось. Созданный же американцами в Кембридже, рассчитан лишь на одного зрителя. А наши уже знают, куда двигаться дальше.

«Я знаю, как ее упростить, – говорит Комар. – Вместо восьми дорогих телекамер можно применить всего две, снимающие картинку с крайних ракурсов, а промежуточные изображения получать с помощью компьютера. Три объектива легко заменяются одним. Все это позволит снизить цену телевизора, сделать его доступным для потребителя».

 

Принтеры

Для распечатки – вывода на бумагу, картон, пленку или на другой материал результатов работы компьютера используют автоматические печатающие устройства – принтеры (от английского print – «печать», «шрифт»).

Весь ассортимент производимых принтеров почти исчерпывается четырьмя принципами работы: принтеры на основе ударных технологий, принтеры на основе электрографических технологий, принтеры на основе струйных технологий, принтеры на основе термических технологий. Остальные способы печати носят узкоспециализированный или экспериментальный характер.

Старейшая технология печати – электрографическая. Первый подобный копировальный аппарат был изобретен еще до Второй мировой войны. Но прошло немало времени, прежде чем на основе этой технологии были созданы принтеры. Принцип их работы заключается в том, что на поверхности светочувствительного узла наводится заряд, соответствующий нужному изображению. Этот заряд притягивает тонерный порошок в соответствующих точках. Затем тонер переносится прямо на бумагу или на промежуточный носитель, с которого уже попадает на бумагу. Тонер буквально припекается к бумаге в специальном нагревателе, чтобы сделать изображение устойчивым.

По способу наведения заряда принтеры этого типа разделяются на лазерные и светодиодные.

Работа лазерных принтеров напоминает процесс ксерокопирования. Разница только в том, что вместо лампы используется тонкий лазерный луч, который попадает на поверхность фотобарабана через зеркальную призму. По мере вращения призмы луч перемешается вдоль барабана, и формируется строка. При повороте барабана происходит смена строк. В результате на поверхности барабана образуются группы электростатических зарядов, соответствующие заданному изображению. Далее тонер подзаряжается и подается на барабан, а изображение переносится на лист бумаги или пленку и закрепляется в электронагревательном устройстве – «печке». Именно поэтому вышедшие из лазерного принтера листы теплые.

Лазерный принтер гарантирует высокое качество печати, работает он быстро и почти бесшумно. Правда, стоимость сменного картриджа, включающего в себя емкость с тонером и сам фотобарабан, довольно высока. Наибольшее распространение получили принтеры, печатающие до 12-16 страниц в минуту, а также более скоростные (20-24 страницы).

Используя тонеры разных цветов, можно получить изображения, похожие на фотографии. Однако скорость цветной печати ниже, а цена одной копии – выше.

В светодиодном принтере есть линейка из большого числа импульсных светодиодов – электрических устройств, излучающих свет. Светодиоды располагаются вдоль поверхности фотобарабана по одному на каждую точку. Сочетание сигналов светодиодов на строке и формирует изображение. Это позволяет уменьшить количество движущихся частей и оптических устройств в конструкции принтера. Качество печати таких принтеров высокое, изображение по краям листа не искажается.

В ударных технологиях между печатающим элементом принтера и бумагой помещается красящая лента – обычно в картридже, оборудованном механизмом перемотки ленты. Печатающий элемент наносит удар по красящей ленте, под действием чего краситель попадает на бумагу.

Принципиально различаются два варианта. Первый – печатающий элемент оформлен в виде готового знака (символа). Он был широко распространен в прошлом, поскольку обеспечивал четкую печать символов текста при высокой скорости. Требования к печати графической информации к устройствам этого типа не предъявлялись; для этой цели использовались графопостроители. По мере расширения сферы применения компьютеров печать готовыми знаками постепенно утратила свои позиции, поскольку при ней невозможно менять размер символов, набор символов ограничен, возможности графической печати минимальны.

Второй вариант – печатающий элемент синтезирует в процессе печати наносимую информацию «на ходу» из точек. Каждая точка образуется ударом иголки. Почти все современные принтеры, использующие ударную технологию, синтезируют изображение из точек. Иголки ударного механизма образуют нечто вроде матрицы. Вот почему такие принтеры у нас называют матричными.

Обычно иголки помещаются в головку, совершающую движения поперек направления подачи бумаги. После того как головка сформирует горизонтальную полосу изображения, бумага подается на ширину, необходимую для печати следующей полосы.

Для увеличения быстродействия ударных принтеров размер матрицы из иголок увеличивают вплоть до ширины листа, при этом сам печатающий узел остается неподвижным. Это так называемые линейно-матричные принтеры.

К достоинствам матричных принтеров относятся небольшие эксплуатационные расходы, высокая устойчивость к внешним условиям, а также возможность печати на толстых и многослойных бумагах. Однако у матричных принтеров ограничены возможности графической печати и минимальные возможности работы с цветом.

В основном такие принтеры применяются в промышленности, транспорте, в финансовом секторе, торговле, коммунальных службах.

Самые распространенные сегодня принтеры основаны на струйной технологии. Здесь измельченный краситель в виде капель распыляется на материал – чаще всего на бумагу. Обычно, как и в матричных принтерах, печатающая головка движется поперек направления подачи носителя, формируя полосу изображения, а затем носитель сдвигается для печати следующей полосы. Однако вместо иголок в головке имеется множество сопел для выбрасывания краски. Если используется только черный (монохромный) картридж, изображение будет черно-белым. Набор цветных картриджей позволяет получать качественное цветное изображение.

В струйной технологии сложились две разновидности, термоструйная, в которой активизация краски и ее выброс происходят под действием нагрева, и пьезоэлектрическая, где выброс краски происходит под давлением, создаваемым колебанием мембраны.

Струйные принтеры дешевле лазерных. Кроме того, по мнению экологов, они «чище», поскольку работают практически бесшумно и выделяют меньше озона – сильного окислителя, вредного для здоровья. Габариты струйного принтера невелики, поэтому его можно легко переносить с одного места на другое. Однако и у струйного принтера есть недостатки: меньшая, по сравнению с лазерным, скорость печати и «чернильницу» приходится часто менять.

В группу «термические технологии печати» собирают принтеры, довольно разные по нюансам технологии и конструкции, для которых принципиально важным является тепловой принцип действия.

При бескрасочной технологии с использованием термочувствительной бумаги изображение формируется путем прямого контакта печатающей головки с бумагой. Нагрев поверхности головки приводит к «окрашиванию» соответствующих точек на бумаге.

Достоинства принтеров бескрасочной термопечати: прекрасная масштабируемость и низкие эксплуатационные расходы. Недостатки принтеров бескрасочной термопечати: ограниченные графические возможности, а также низкая стойкость отпечатка.

При обычном термопереносе краситель находится на ленте подобно тому, как это реализовано в матричных принтерах. Однако перенос его на бумагу происходит не вследствие удара, а под действием нагрева нужных точек поверхности головки. Частным случаем термопереноса является сублимационная печать, при которой краситель возгоняется в газообразное состояние и впитывается в поры на поверхности специальной бумаги, после чего изображение обычно фиксируется (например, наносится защитный слой).

В большинстве случаев на термопереносных принтерах можно при желании печатать на термочувствительной бумаге без использования красителя, хотя эту возможность обычно не афишируют. При этом качество печати получается примерно таким же, как у термического факсимильного аппарата.

В последнее время быстро развивается твердочернильная технология. В этом случае разогретая до плавления краска наносится на промежуточный носитель – печатный барабан, откуда попадает на бумагу.

Достоинства твердочернильной технологии: высокое качество цветопередачи, высокая скорость печати, относительно низкие эксплуатационные расходы. К недостаткам этой технологии надо отнести довольно высокую стоимость. Однако в будущем они должны стать опасным конкурентом лазерным цветным принтерам и по этому показателю.

 

Сканеры

Сканер – это устройство, служащее для ввода в компьютер графических изображений: текстов, рисунков, слайдов, фотографий, чертежей. В большинстве сканеров для преобразования изображения в цифровую форму применяются светочувствительные элементы на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС).

Сканеры различаются по механизму сканирования. Существуют системы с подвижным зеркалом, когда оригинал неподвижен, имеющие интегрированную сканирующую головку, и системы с подвижным оригиналодержателем, обладающие механически независимой сканирующей частью.

По способу перемещения считывающей головки и изображения относительно друг друга сканеры подразделяются на ручные, рулонные, планшетные и проекционные. Разновидностью проекционных сканеров являются слайдсканеры, предназначенные для сканирования фотопленок. В высококачественной полиграфии используются барабанные сканеры, в которых в качестве светочувствительного элемента используется фотоэлектронный умножитель.

Принцип работы наиболее распространенного однопроходного планшетного сканера состоит в том, что вдоль сканируемого изображения, расположенного на прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка с источником света. Отраженный свет через оптическую систему сканера, состоящую из объектива и зеркал или призмы, попадает на три расположенных параллельно друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС, каждый из которых принимает информацию о компонентах изображения.

Используемый в конструкции того или иного сканера источник света в немалой степени влияет на качество получаемого изображения. В настоящее время используются четыре типа источников света.

Ксеноновые газоразрядные лампы отличает чрезвычайно быстрое время включения, высокая стабильность излучения, небольшие размеры и долгий срок службы. Но, с другой стороны, они не очень эффективны с точки зрения соотношения количества потребляемой энергии и интенсивности светового потока, имеют неидеальный спектр, что может вызвать нарушение точности цветопередачи. Кроме того, они требуют высокого напряжения – порядка 2 кВ.

Люминесцентные лампы с горячим катодом обладают наибольшей эффективностью, очень ровным спектром (которым к тому же можно управлять в определенных пределах) и малым временем разогрева (порядка 3-5 секунд). К отрицательным сторонам можно отнести не очень стабильные характеристики, довольно большие габариты, относительно недолгий срок службы (порядка 1000 часов) и необходимость держать лампу постоянно включенной в процессе работы сканера.

Люминесцентные лампы с холодным катодом имеют очень большой срок службы (от 5 до 10 тысяч часов), низкую рабочую температуру, ровный спектр. Конструкция некоторых моделей ламп с холодным катодом оптимизирована для повышения интенсивности светового потока, что негативно отражается на спектральных характеристиках. За перечисленные достоинства приходится расплачиваться довольно большим временем прогрева от 30 секунд до нескольких минут. У этих ламп также более высокое, чем у ламп с горячим катодом, энергопотребление.

Светодиоды обладают очень малыми габаритами, небольшим энергопотреблением и не требуют времени для прогрева. Во многих случаях используются трехцветные светодиоды, с большой частотой меняющие цвет излучаемого света. Однако светодиоды имеют довольно низкую (по сравнению с лампами) интенсивность светового потока, что снижает скорость сканирования и увеличивает уровень шума на изображении. Весьма неравномерный и ограниченный спектр излучения влечет за собой неизбежное ухудшение цветопередачи.

Для сканирования непрозрачных оригиналов и прозрачных пленок, слайдов и негативов существуют планшетные сканеры со слайд-модулем. Еще три-четыре года назад подобные сканеры были довольно дорогими. Относительно высокие цены были оправданы конструктивной сложностью – ведь для сканирования в проходящем свете использовался дополнительный источник света, расположенный над планшетом в специальной крышке и перемещавшийся синхронно с кареткой.

В настоящее время появилось новое поколение недорогих «планшетников» со слайд-модулями, главной отличительной особенностью которых является использование неподвижного источника света для сканирования прозрачных оригиналов. Подобное решение позволяет отказаться от громоздкой и дорогой механической системы, а следовательно, значительно снизить стоимость и повысить надежность.

Конечно, подобное решение не лишено недостатков – для обеспечения необходимой интенсивности светового потока требуется лампа гораздо большей мощности, чем в случае использования подвижного источника света, что, в свою очередь, значительно увеличивает энергопотребление и количество выделяемого при работе тепла. Еще более сложной задачей является необходимость обеспечения стабильного и равномерного освещения области сканирования. Чтобы выполнить данные требования, сохранив при этом приемлемые цены на подобные изделия, необходимо было прийти к некоторому компромиссу.

Здраво рассудив, что подавляющее большинство сканируемых в домашних условиях прозрачных оригиналов составляют 35-миллиметровые негативы и диапозитивы, производители уменьшили максимальный размер сканируемой в проходящем свете области. Меньшую интенсивность светового потока скомпенсировали увеличенным временем экспозиции, принеся в жертву скорость сканирования.

 

Сотовая связь

Оказывается, на вопрос, сколько лет телефону, ответить не так-то просто. Судите сами: принцип трансформирования вибрации мембраны от звуковых волн в электрический сигнал, который подлежит в дальнейшем передаче по проводам на расстояние, открыл французский исследователь Шарль Бурсоль в 1854 году. Позже немецкий естествоиспытатель Иоганн Рейс научился передавать по проводам музыкальные звуки. Но передавать речь все не получалось. Наконец, в 1876 году удача улыбнулась американскому изобретателю Александру Беллу, который догадался, что для передачи речи нужен постоянный ток, и разработал примитивный (но работающий) телефонный аппарат.

Выглядел он ужасно: в центре «натюрморта» находился подковообразный магнит с намотанной на него проволокой – никакой эстетики. Оговоримся, что приоритет Белла – это американская версия истории, но некоторые исследователи ее оспаривают, находя в изобретении «русский след». Впрочем, запатентована технология была именно Беллом, да и словом «телефон» мы обязаны ему. С тех пор телефон начал стремительно меняться и внешне и изнутри. В 1920-е годы это был «колокольчик» со съемным громкоговорителем. В 1937 году телефон обзавелся привычной ныне трубкой и вращающимся диском для набора номера. И прожил в таком виде в СССР и в странах Восточной Европы до конца 1980-х. Советская промышленность никогда не выпускала беспроводные телефоны. Мобильность в пределах собственной квартиры решалась установкой длинного, более десяти метров, витого шнура, позволяющего унести телефон в соседнюю комнату.

В начале 1990-х годов появились беспроводные телефоны с кнопочным набором. Постепенно домашние и офисные аппараты, работающие в диапазоне 50 МГц с радиусом действия в несколько десятков метров, были вытеснены 900-мегагерцевыми аппаратами. Последние обеспечивали более высокую помехозащищенность, некоторую защиту от аппаратов-двойников и радиус действия – до нескольких сот метров от базовой станции. Реальный радиус действия сильно зависел от типа помещения, числа бетонных переборок и прочих препятствий. Однако современные 900-мегагерцевые аппараты позволяют комфортно работать в крупном офисе и многоэтажном здании.

По сути, предками сотовой подвижной связи были радиотелефонные удлинители и различные автономные сети радиосвязи. Кстати, широко известная еще в советские времена радиально-зоновая сеть спецсвязи «Алтай», которой пользовалась тогдашняя государственная элита, обеспечивала подвижность в пределах сот внушительного размера. Поскольку абонентов у этой сети было немного, вопрос об экономии радиочастотного ресурса тогда не стоял. Аналогичные системы связи имелись и в других странах, но это была лишь прелюдия к будущей сотовой связи. Внедрение настоящих сотовых сетей началось лишь после того, как была решена проблема экономии спектра радиочастот и найдены способы определения текущего местоположения подвижных абонентов. Это было необходимо для оптимального направления к ним вызовов и обеспечения непрерывности связи при перемещении абонента из одной соты в другую.

Рождение сотовой связи относят к 1971 году. Именно тогда компания «Bell System» представила в Федеральную комиссию США по связи (FCC) описание архитектуры радиотелефонной связи, которая впоследствии и стала называться сотовой. Но путь от идеи до реального проекта занял довольно долгий срок – коммерческие сотовые сети заработали лишь через десять лет.

Разработка в 1970-х годах сотовых систем и их последующее внедрение в 1980-х годах потребовали решения разнообразных и весьма непростых технических проблем. Одной из серьезнейших было создание небольших по размерам и весу переносных абонентских терминалов. На рубеже 1970-х годов даже передовые по техническим решениям автомобильные терминалы весили немногим менее 15 килограммов. И такое же по назначению устройство надо было реализовать в размерах и весе, приемлемых для удержания одной рукой возле уха. Первыми успехами удалось блеснуть специалистам компании «Motorola» (США).

Один из родоначальников новых направлений телекоммуникаций – Мартин Купер, занимавший в начале 1970-х годов пост вице-президента компании «Motorola». Он первым предложил пути кардинального уменьшения размеров радиотелефона. И вот в 1973 году появился первый сравнительно небольшой радиотелефон, который успешно прошел лабораторные испытания. Мартин Купер сделал с него первый звонок коллеге-конкуренту из «Bell Laboratories». Как свидетельствует сам Купер, он произнес следующие слова: «Представь себе, Джоэл, что я звоню тебе с первого в мире сотового телефона. Он у меня в руках, а я иду по нью-йоркской улице».

В середине 1980-х годов имя Мартина Купера было помещено в Зале Славы беспроводной связи.

Первые системы сотовой связи были аналоговыми и обладали одним серьезным недостатком – несовместимостью систем различных производителей. Это существенно ограничивало возможности перемещения абонентов между странами и даже городами, в которых были развернуты разнотипные системы.

Столь привычные современному пользователю аналоговые сотовые сети начали создаваться в начале 1980-х годов во многих странах Европы на базе унифицированного оборудования стандарта MMT-450 и в США – на базе стандарта AMPS. Именно им в ту пору суждено было принять на себя основную часть подвижных абонентов во всем мире.

В результате европейской инициативы в 1982 году возникла группа экспертов подвижной связи GSM (Group Special Mobile) из 17 европейских администраций связи, которая приступила к разработке нового цифрового стандарта сотовой связи. Многолетние усилия GSM увенчались успехом, и сегодня мы имеем еще одну широко распространенную расшифровку аббревиатуры GSM. Global System for Mobile Communications (глобальная система подвижной связи).

Для решения проблем внедрения и эксплуатации нового стандарта в 1987 году была основана европейская рабочая группа MoU – меморандум понимания сущности совместных соглашений по использованию. Это сообщество партнеров насчитывает к настоящему моменту не одну сотню операторов из почти 100 стран мира. Серьезный подход европейцев к созданию нового стандарта привел к успеху – появлению нынешнего лидера европейской сотовой связи – стандарту GSM, работающего в диапазоне 900 МГц.

«В 1988 году были приняты основные документы и началось освоение производства оборудования для сервисных систем этого стандарта, – пишет в журнале «Радио» А. Голышев. – А в 1991 году первые сети GSM уже стали практически эксплуатироваться. До сих пор процесс создания этого стандарта может считаться образцом совместного решения сложных технических и организационных задач большой группой стран. Разработанные в рамках GSM системные и технические решения широко используются в настоящее время при создании перспективных цифровых систем сотовой связи, в том числе и на базе других технологий. В первую очередь, к таким решениям относится построение сетей GSM на принципах интеллектуальных сетей, применение модели открытых систем, внедрение новых эффективных моделей повторного использования частот и т п.».

В стандарте используется многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA), функционирующий в диапазоне частот 890…915 МГц (по линии «вверх») и 935…960 МГц (по линии «вниз») с шириной полосы канала 200 кГц. Помимо каналов трафика присутствуют также каналы управления. Таким образом, в одном физическом радиоканале в GSM реализовано восемь логических каналов связи, каждым из которых может пользоваться отдельный абонент.

Одна базовая станция может поддерживать максимально 16-20 радиоканалов. Максимальная скорость передачи данных в системе – 9,6 Кбит в секунду.

В стандарте GSM применяется так называемая спектрально-эффективная гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом. Для защиты от ошибок в радиоканалах системы GSM используется сверточное и блочное кодирование с перемежением.

Сверточное кодирование борется с одиночными ошибками, перемежение позволяет преобразовать групповые ошибки в одиночные, а блочное кодирование освобождает от оставшихся нескорректированных ошибок. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения абонентских терминалов достигается медленным переключением рабочих частот в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду.

Для высокой степени безопасности передачи сообщений осуществляется их дополнительное шифрование по алгоритму с открытым ключом.

«Функциональный состав системы вполне традиционный, – отмечает А. Голышев, – она состоит из центра коммутации, центра управления и обслуживания, базовых станций и абонентских терминалов.

Центр коммутации обслуживает группу ячеек (сот), в каждой из которых находится базовая станция (отдельные группы базовых станций управляются специализированным контроллером), обеспечивая все виды соединений, в которых нуждается абонентская подвижная станция, а также "эстафетную передачу" при движении абонента (из соты в соту) и переключение радиоканалов при появлении помех или неисправностей. Центр коммутации непрерывно отслеживает местонахождение подвижных станций, сохраняя эту информацию в специальных защищенных базах данных. Это позволяет осуществлять обслуживание (роуминг) пользователей других сетей данного стандарта (принадлежащих другим операторам)…

…Разработчики позаботились о том, чтобы система GSM обладала собственным внутренним механизмом определения местоположения абонентов и маршрутизации вызовов, не зависящим от конкретной телефонной сети, к которой подключена, и соответственно могла бы достаточно просто сделать то же самое в любой части каждой страны. Все это облегчает организацию автоматического роуминга, что ныне широко используется во всем мире».

Для исключения несанкционированного доступа в сеть GSM производится аутентификация абонента. При этом каждый получает на время пользования сетью стандартный модуль подлинности абонента, который содержит международный идентификационный номер, свой индивидуальный ключ и алгоритм аутентификации. Вставив свою карту в терминал, абонент превращает последний в свой индивидуальный аппарат. Чтобы обеспечить дополнительную защиту своего терминала, абонент может установить такой режим работы, при котором необходимо дополнительно набрать на клавиатуре pin-код.

Еще один важный узел сети GSM, отвечающий за ее надежность, – это центр эксплуатации и технического обслуживания (OMC). Он обеспечивает контроль и управление всеми компонентами сети, а также контролирует качество ее работы. В зависимости от характера неисправности OMC позволяет устранить ее автоматически или с помощью экстренного вмешательства технического персонала.

Сеть GSM имеет центр управления, предназначенный для эксплуатации и технического обслуживания всей сети, которая может содержать несколько региональных OMC.

Система предоставляет своим абонентам широкий спектр услуг передачу вызова, оповещение о тарифных расходах, включение в закрытую группу пользователей. Применение в сети различного оборудования позволяет, кроме осуществления голосовой связи, передавать данные, короткие сообщения, сигналы экстренных служб, в том числе аварийной информации, сигналов охраны квартир, бедствия.

 

«Умный дом»

Как ни удивительно звучит – автоматизировать свое жилище намного дешевле, чем провести евроремонт. Для этого не требуется никаких видимых изменений: не надо отрывать обои, долбить бетонные стены и т п. – все управление происходит по обычным электрическим проводам. Достаточно, чтобы в вашем доме было электричество.

Самый простой набор для автоматизации состоит из устройств трех основных типов. Это контроллер – «мозг» системы, устройство для включения и выключения чего-либо и устройство для плавного включения-выключения света. Каждое устройство включается в обычную розетку. Контроллер так и остается в ней, а к двум другим типам устройств подключаются настольные лампы, кофеварки, чайники, кондиционеры и т п. В случае с устройствами для управления лампами можно использовать и специальные переходники, вкручиваемые в цоколь лампы.

Достаточно на контроллере задать код дома или квартиры, код устройства, команды для включения-выключения и можно наслаждаться жизнью. Для управления настольными лампами также существуют более «интеллектуальные» устройства, запоминающие уровень освещенности в момент выключения и восстанавливающие его при включении.

Одной из распространенных сегодня технологий автоматизации дома является X10. «Естественно, мы можем подключить музыкальный центр или видеомагнитофон к контроллеру X10, – пишет в журнале «Компьютер-пресс» Алексей Федоров, – только проку от этого будет мало, так как отключенный от сети видеомагнитофон сразу же (или через некоторое время) «забудет» о номерах каналов, а музыкальный центр потеряет настройки на радиостанции. Решение этой проблемы кроется в приобретении устройств, которые могут преобразовывать сигналы X10 в инфракрасные сигналы, схожие с теми, которые посылает обычный пульт дистанционного управления. Таким образом, с обычного контроллера можно будет управлять более «чувствительными» устройствами.

Не менее интересна и возможность управления всеми устройствами с единого дистанционного пульта. Например, вместо того чтобы идти на кухню и выключать свет или включать кофеварку, можно просто нажать пару кнопок. Такая возможность, например, есть в наборе IBM Home Director (HD), позволяющем управлять шестью аудио– или видеоустройствами и десятью устройствами, подключенными к контроллеру X10.

Понятно, что можно добавить к нашему базовому набору датчики освещения, движения, миниатюрные видеокамеры, датчик приближения автомобиля (актуально на даче, но не в городе!) и т п. Это позволит узнавать о том, не подслушивают ли соседи по коммуналке под дверью, не стоит ли кто-то у входной двери, не решаясь нажать на кнопку звонка, и т п.».

Новые возможности открываются, если у вас есть персональный компьютер.

С помощью набора HD можно задавать сценарии включения-выключения освещения и различных устройств, находящихся в доме, автоматически следить за изменением освещенности, создавать последовательности команд X10 и записывать их в виде макросов, управлять устройствами непосредственно с компьютера. При этом команды могут либо посылаться компьютером, либо их можно занести в память контроллера и выключить компьютер – HD будет работать автономно.

Функции, предоставляемые HD, аналогичны функциям X10 ActiveHome и позволяют использовать программное обеспечение и аксессуары, разработанные для ActiveHome. Набор дополнительных модулей может быть расширен практически любым X10-совместимым устройством.

Для расширения функциональности HD можно использовать набор, включающий пять дополнительных модулей X10. Одним из наиболее популярных на сегодняшний день является набор Home Vision, состоящий из блока управления и средств для контроля за устройствами. Этот набор позволяет управлять устройствами как с компьютера, так и с экрана телевизора. Все программирование осуществляется с помощью компьютера, который затем может использоваться для мониторинга и управления в реальном времени. Он может запоминать до 256 команд и позволяет передавать их по полученному сигналу. Управление осуществляется как непосредственно командами X10, так и инфракрасными командами. К устройству могут быть подключены различные сенсоры, активизация которых может приводить к возникновению различных программных «событий». Что должно происходить в результате таких «событий» – решать пользователю.

При помощи устройства HouseLink можно создать план квартиры, этажа или всего дома. Надо указать устройства, которыми необходимо управлять, и местоположение контроллеров Программное обеспечение позволяет получать в реальном времени информацию о состоянии того или иного устройства.

Все управление осуществляется инфракрасными сигналами, которые посылаются как с компьютера, так и с самого блока устройства. HouseLink можно задать различные условия: время года, время суток, состояние определенных устройств. Блок сам решает, должна ли быть выполнена та или иная команда. Допустим, при включении домашнего кинотеатра может быть автоматически выбран различный уровень освещенности в зависимости от времени суток.

Можно сказать, классическим устройством для управления домом является ActiveHome Automation Kit. Оно позволяет с помощью компьютера или пульта дистанционного управления выполнять все операции по управлению X10-совместимыми устройствами.

В состав устройства входит пульт дистанционного управления и модуль для управления светом. Основной его модуль подключается к персональному компьютеру через последовательный порт.

Можно управлять X10-совместимыми устройствами с помощью голоса. Для этого используют, например, пакет HomeVoice.

«В нем используются новейшие технологии распознавания речи, с помощью которых можно просто произносить команды, – пишет Алексей Федоров. – Используя HomeVoice MultiRoom Kit, можно управлять целым домом или квартирой, находясь в любой комнате. Работая с HomeVoice, вы выбираете командные фразы и ассоциируете их с действиями, которые необходимо выполнить. Таким действием может быть команда X10, команда, посылаемая по ИК-каналу, макрос и т п. – все зависит от возможностей конкретного контроллера. HomeVoice подтверждает получение команды и даже отвечает на них. Например, в ответ на команду "Я дома" HomeVoice воспроизводит "Добро пожаловать. Как прошел день?" или любую другую фразу по выбору.

HomeVoice обладает возможностью по-разному реагировать на команды, произносимые разными людьми. Это может быть полезно в тех случаях, когда какие-то действия могут быть инициированы, например, только отцом семейства.

Как мы отмечали выше, HomeVoice MultiRoom Kit дает возможность управлять контроллером из любой комнаты. В состав этого пакета входят микшер MixMax, позволяющий сбалансировать сигналы с восьми различных микрофонов, компрессор сигналов и программное обеспечение».

Те, кто не боятся переделок в своем жилище, могут установить вместо обычных комбинированные выключатели. Они объединяют в себе функции обычных выключателей и контроллеров X10. Оригинально выглядят монтируемые в стены контроллеры, отображающие текущее состояние на жидкокристаллических панелях. Вместо компьютерных контроллеров можно использовать и специальные панели с подсветкой, которые успешно выполняют функции «диспетчера».

В самом простом случае для управления аудио– и видеоаппаратурой в виде музыкального центра, набора соединенных блоков или целого домашнего кинотеатра можно использовать передатчики ИК-сигналов. Значительно сложнее система Whole-House Audio/Video. В основе этой системы лежит централизованный источник аудио– и видеосигналов и распределенные по комнатам динамики и экраны. Контроль над такой системой осуществляется как с панели, так и с обычного пульта дистанционного управления. Существует несколько способов реализации подобной системы.

Самый простой из них базируется на едином усилителе/ресивере. Именно он распределяет сигналы по разным комнатам. В каждой комнате находится собственный регулятор громкости. При выборе источника сигнала используется система распределения ИК-сигналов.

Более комплексной является система разделения комнат на «зоны» – в этом случае в каждой зоне могут воспроизводиться сигналы с различных источников. В данном случае можно использовать специальные многозонные усилители.

И, конечно же, всей аудио– и видеоаппаратурой можно управлять и при помощи компьютера. Для этого вполне подходят уже рассмотренные системы, причем оснащенные средствами распознавания речи типа HomeVoice. Все это позволяет, например, каждому члену семьи смотреть и слушать то, что ему хочется и, самое главное, где ему хочется.

Можно сделать так, чтобы любимая музыка сопровождала вас по всему дому. Секрет достаточно прост. Надо лишь правильно расположить датчики движения и настроить их так, чтобы они включали и выключали соответствующий источник.

 

Карманный компьютер

Наиболее перспективным направлением компьютерной промышленности последних лет считается рынок компактных компьютеров, умещающихся в кармане пиджака и при этом не уступающих по мощности и удобству своему настольно-напольному собрату.

Сейчас все более популярным становится симбиоз компьютера и мобильного телефона, называемый «мобильным офисом», который неизбежно станет нашим постоянным спутником жизни.

В его состав может входить много компонентов, но самые главные – ноутбук или карманный компьютер, мобильный телефон с инфракрасным портом и переносной принтер. Вкупе они весят меньше килограмма и позволяют получить доступ к Интернету и электронной почте, редактировать и печатать документы, а также отсылать факсы и фотографии.

Сердце мобильного офиса – карманный компьютер Windows CE, Psion, Palm. Размер его памяти принципиально не важен – большая часть наиболее часто используемых приложений (почта, текстовый редактор) будет работать и в минимальной конфигурации. В компьютер входят последовательный и инфракрасный порты, в ряде моделей – встроенный факс-модем. Вес карманного компьютера очень мал – от 100 до 500 граммов.

Компьютеры Psion могут работать на одних и тех же батареях много дней подряд, и это их самое большое и немаловажное для мобильного офиса достоинство. Palm и Psion не понимают форматов документов Microsoft Office – придется дополнительно покупать пакет программ.

Модели на Windows CE (их выпускают фирмы «Casio», «Hewlett-Packard», «Compaq») наиболее приближены к настольному компьютеру, обладают привычным интерфейсом Windows и понимают форматы документов Office как «родные». Они обладают цветным дисплеем, за что приходится расплачиваться уменьшенным временем работы от батарей (7-10 часов) и высокой ценой.

Фирма «Palm» выпускает карманные компьютеры наименьшего размера, правда, это достигается ценой отказа от пускай маленькой, но клавиатуры. Но после некоторой тренировки писания стилусом (пластиковой палочкой) текст можно вводить даже быстрее, чем с клавиатуры. Для Palm выпускаются дополнительные модули-насадки (например, превращающий Palm в MP3-плейер).

Первый же карманный компьютер фирмы «Сони» – Sony CLIE PEG-S300 составил серьезную конкуренцию одновременно лидерам платформы Palm OS. Ему не оказалось равных по дизайну и размерам. У Sony CLIE имеется дополнительный козырь – слот для флэш-карт Memory Stick с перспективой переноса на эту технологию различных устройств типа цифровых камер и GPS-приемников. Инженеры «Сони» выбрали все лучшее, что присутствует в карманных компьютерах платформы Palm OS, да еще добавили свои оригинальные разработки.

Sony CLIE PEG-S300 – карманный компьютер на базе платформы Palm OS версии 3.5 с монохромным (16 градаций серого) экраном. Модель с цветным экраном продается только в Японии. Внутри CLIE PEG-S300 встроены 8 Мбайт оперативной памяти и литий-ионные аккумуляторы. Процессор – Motorola Dragon Ball с тактовой частотой 20 МГц.

Компьютер имеет компактный USB-крэдл и универсальный адаптер питания. Синхронизирующая подставка (крэдл) подсоединяется к USB-порту, что обеспечивает намного большую скорость синхронизации, чем по COM-порту. Адаптер питания можно подсоединить как к крэдлу для зарядки в нем «Сони», так и непосредственно к самому органайзеру. Это смогут оценить те, кто часто ездит в командировки, – с собой достаточно будет брать только адаптер питания без подставки синхронизации.

Специально для своего карманного компьютера компания «Сони» разработала несколько оригинальных программ. Во-первых, приложение MS Gate, которое позволяет работать с карточкой памяти Memory Stick. Все основные функции этой программы можно разглядеть на публикуемом экранном снимке. Во-вторых, установлено два специальных приложения от «Сони», которые позволяют просматривать картинки и проигрывать видеоролики. Точнее, на настольный компьютер устанавливается специальное приложение, с помощью которого обрабатываются картинки или видеофайлы и загружаются в память карманного компьютера.

В будущем с помощью слота расширения Memory Stick этот карманный компьютер можно расширить множеством периферийных устройств. Сегодня для него уже существуют цифровые фотокамеры, спутниковые GPS-при-емники, даже сканеры отпечатков пальцев, причем все эти устройства весят около 20-30 граммов.

Другой вариант мобильного компьютера – «носимый компьютер» – Wearable PC. Чтобы компьютер под управлением Windows 9x/2000 был всегда под рукой, его можно носить на себе, а не в сумке. В нем даже спать можно. Грубо говоря, персональный компьютер делится на функциональные блоки и распределяется по всему телу. К примеру, на рукав прикрепляется сенсорный дисплей диагональю 3-6 дюймов или устройство ввода, а ЖК-дисплей помещается в «виртуальные» очки. Информацию о внешнем мире можно получать через цифровую видеокамеру, но это уже крайность. Существенно похудевший «системный блок» можно повесить, как рюкзак, на спину или на пояс, к примеру.

Законодателем мод в области высокотехнологичной ПК-одежды являются компании «Xybernaut» и IBM. Наибольшую известность получил одежный компьютер Xybernaut Mobile Assistant IV. Deluxe-версия этого компьютера оборудована процессором Intel Pentium-MMX 233 МГц, памятью в 160 Мбайт и жестким диском 4,3 Гбайт. К рукаву крепится сенсорная активноматричная ЖК-панель диагональю 6 дюймов. При желании на голову надевается шлем с рефлекторными экранами для каждого глаза. Несмотря на то что диагональ матрицы мини-дисплея для глаза – всего 1,1 дюйма, специальная оптическая система вытягивает изображение до размеров, сопоставимых с «картинкой» 15-дюймового монитора. Дополнительная «функция» весом в 154 грамма – видеокамера с разрешением матрицы 512x492, монтируемая в шлем, – для самых виртуальных пользователей.

На Wearable PC предустановлены. ОС Windows Via Voice по выбору, программа голосового управления IBM Via Voice и софт для оформления электронной интерактивной библиотеки изображений Link Assist. Питание – от литий-ионной батареи, которая закрепляется на поясе. Системный блок можно носить и на поясе, и на спине. Компьютер Mobil Assistant весит 795 грамм. Wearable PC рассчитан на активную работу в температурном диапазоне от 5 до 35 градусов при относительной влажности 30-90 процентов.

Компьютер IBM Wearable PC весит меньше 300 грамм. Он поддерживает голосовое управление через программу распознавания голоса IBM Via Voice Speech. На борту расположены жесткий диск 340 Мбайт, 65 Мбайт оперативной памяти EDO и процессор с тактовой частотой 233 МГц. На «глазном» дисплее можно даже видео смотреть – мощности вполне хватит.

Вполне вероятно, что через несколько лет системные администраторы, операторы машинных залов и даже ревизоры в приличных компаниях будут щеголять в «ПК-одежде».

 

Мобильный интернет

С момента зарождения глобальной компьютерной сети Интернет прошло более сорока лет. Идея возникла в конце 1950-х годов, когда в США была поставлена задача создать сеть телекоммуникации. И в 1968 году был составлен план развития сети электронно связанных компьютеров АРПАНЕТ (прообраз Интернета) для оповещения о возможной ядерной атаке, а спустя год вступил в действие первый компьютер, предоставляющий клиентам услуги по телекоммуникации. Через три года сеть охватила уже 34 компьютера, размещенных в разных концах страны, а к 1983 году через АРПАНЕТ были соединены более 400 больших компьютеров. Вскоре АРПАНЕТ разделилась на две сети: несекретную военно-промышленную и научно-исследовательскую. Вместе они назывались АРПАИНТЕРНЕТ и включали несколько тысяч серверов.

В начале 1990-х годов Интернет превратился в самую разветвленную и мощную планетарную компьютерную сеть (ее называют информационной супермагистралью) и стал основным каналом международного общения, универсальным средством передачи научной и учебной информации. Тысячи компьютеров образуют локальные сети, они соединяются в региональные, а те, в свою очередь, составляют сегменты глобальной сети, к которой можно подключить каждый компьютер.

С помощью Интернета сегодня широко реализуются услуги электронной почты, обеспечивается доступ к массивам цифровой информации, расположенной в самых дальних точках планеты, к научным документам, в том числе картам, аэро– и космическим снимкам, к электронным каталогам, учебникам и библиотекам. Хотя Интернет – это средство безбумажной передачи информации, о нем написаны уже сотни статей, монографий и учебников на многих языках мира.

Физически базовая сеть представляет собой огромное количество компьютеров, связанных между собой кабелями и способных обмениваться данными. Линии передачи информации могут быть самыми разными: это волоконно-оптические и телефонные кабели, микроволновые или спутниковые системы связи. Как правило, персональные компьютеры отдельных пользователей не выходят прямо в базовую сеть, а присоединяются к специальному узловому компьютеру, который принадлежит организации или частной компании и называется файловым сервером. Он выполняет три функции: на нем хранятся часто используемые программы, а также другая интересная информация, которую можно получить; он играет роль диспетчера – принимает информацию, которую отдельные пользователи желают передать своему адресату, и пересылает ее к нему; он служит как бы шлюзом к другим компьютерным сетям. Таким узловым компьютером может стать, например, компьютер колледжа, подсоединяющий к Интернету компьютеры факультетов, преподавателей или студентов. Каждый узловой компьютер и персональный компьютер пользователя получают в Интернете свой адрес. Адрес включает не менее двух частей: собственный адрес пользователя и адрес узлового компьютера.

Доступ в Интернет с помощью мобильных устройств обещает стать в новом тысячелетии одним из магистральных направлений. Через несколько лет количество мобильных телефонов превысит число стационарных, и большинство из них станут интеллектуальными – они смогут получать почту и позволят своим владельцам посещать Web-сайты, заказывать товары и пользоваться другими услугами.

Вполне очевидно, что огромное количество компаний во всем мире видят в Интернете возможность перевода своего бизнеса на качественно новый уровень, а также выхода на новую аудиторию покупателей.

Электронный бизнес вовлекает все большее количество продавцов и покупателей. Обороты онлайновой торговли исчисляются миллиардами долларов. Руководитель компании «Intel» Энди Гроув оценивает обороты электронной коммерции в 2004 году в 7 триллионов долларов.

В 2001 году начался настоящий бум Web-планшетов. Типичный Web-планшет представляет собой плоский, легкий (до 2 килограммов) компьютер на базе процессора с пониженным энергопотреблением и интегрированными видео-, аудио– и сетевой подсистемами. Ввод данных у Web-планшетов осуществляется обычно при помощи виртуальной клавиатуры: программки, в которой пользователь выбирает нарисованные на экране буквы. Однако возможен и перьевой ввод, когда буквы пишутся на экране указкой, а потом обрабатываются программой распознавания символов. Обычно разработчики оставляют и возможность подключения традиционной физической клавиатуры.

Современные Web-планшеты имеют беспроводной радиоинтерфейс. Принцип использования прост. На Web-планшете имеется радиоинтерфейс, по которому он общается с базовой станцией, как у домашнего беспроводного телефона. А уж эта станция подключена к телефонной линии. В этом случае с планшетом можно запросто перемещаться на разумные расстояния от нескольких десятков до нескольких сотен метров, оставаясь при этом «на линии».

И все-таки большинство поставщиков мобильных устройств возлагает надежды на мобильные телефоны с протоколом WAP для подключения к Сети. WAP (Wireless Application Protocol, протокол беспроводных приложений) – протокол для обеспечения пользователей мобильных средств связи доступом к ресурсам Интернета, оптимизированный для просмотра с небольших дисплеев. Комплексное решение в области WAP включает портативные устройства с поддержкой протокола WAP, WAP-шлюзы, создание WAP-приложений и информационного наполнения. WAP-шлюзы обеспечивают обмен данными между мобильным телефоном абонента и удаленным Интернет-сервером, содержащим WAP-страницы или услуги.

WAP-сайты написаны на языке описания страниц VML – «диалекте» HTML/XML, на котором написаны традиционные Web-странички. WAP-сайт внешне напоминает сильно урезанный Web-сайт. С дисплеем сотового телефона и неудобной для ввода текстов клавиатурой особо не разбежишься. Поэтому интерфейс WAP-ресурса представляет собой столбец гипертекстовых меню с редкими вкраплениями черно-белой псевдографики.

WAP-сервер вообще не требует от пользователя что-либо вводить. Достаточно просто перемещаться по пунктам меню и нажатием кнопки выбирать с сотового аппарата один из предложенных вариантов. Примечательно, что WAP-браузеры разработаны практически для всех платформ карманных компьютеров. Это означает, что вы можете установить связь карманного компьютера с любым сотовым телефоном по инфракрасному порту и выходить в WAP-приспособленный Интернет с карманного компьютера. Впрочем, если нужно, то WAP-сайты можно просматривать и с настольного компьютера, подключенного к Интернету. Для этого разработаны специальные программы – эмуляторы сотовых телефонов.

WAP-Интернет – довольно перспективный сервис, который, вероятно, обретет «второе дыхание» сразу после распространения высокоскоростного GPRS-доступа в сотовых сетях.

GPRS – общая служба пакетной передачи данных по радиоканалу – усовершенствованная архитектура базовой сети с пакетной передачей данных. Эта технология является одним из ключевых этапов эволюции современных сетей связи к третьему поколению. Операторы уже в 2001 году планируют предоставлять услуги, основанные на GPRS. С ее внедрением абоненты мобильных сетей получат возможность не просто передавать данные со скоростью 115 Кбит/с, но и пользоваться Интернетом, оплачивая объем пересылаемых данных, а не время, проведенное в Сети.

Ожидается, что после введения наземных и спутниковых сегментов (до 2010 года) в сетях третьего поколения будет достигнута производительность до 64 Кбит/с – без ограничения подвижности абонентов, до 384 Кбит/с – при ограниченной скорости перемещения (например, у пешеходов) и до 2 Мбит/с – при использовании стационарных сотовых телефонов.

В этом случае прямо с «мобильника» можно будет заказывать «в карман» любимый фильм и смотреть его в цветном изображении на том же дисплее, на котором обычно высвечивается номер телефона.

Новые рубежи ожидают тележурналистов в 2007 году. К этому времени станет возможным транслировать через Интернет фото– и видеоизображения. Отпадет необходимость в громоздких ретрансляционных установках и спутниковых «тарелках», которые вынуждены таскать за собой бригады телерепортеров, повысится оперативность репортажей. Практически каждый обладатель видеокамеры получит возможность обогащать библиотеку видеороликов мировой сети.

 

MP3-плейер

MP3 далеко не единственный аудиоформат, используемый в Web. Однако MP3 стал стандартом де-факто благодаря тому, что легко доступен и не имеет встроенных механизмов защиты.

Купив компакт-диск, не надо получать разрешение выпустившей его фирмы на то, чтобы переписать содержимое на кассету для магнитофона в машине. И никого не волнует, где и на каких устройствах будет прослушана копия той или иной песни. MP3, продолжатель подобной традиции, позволяет свободно переписывать музыкальные файлы с компьютера на любые устройства их воспроизведения.

Изобретенный в 1992 году в институте Фраунгофера (Германия) формат под названием Moving Pictures Experts Group, Layer 3 (экспертная группа по движущимся изображениям, уровень 3), сокращенно MPEG-1, Layer 3, а еще короче – MP3, не казался тогда актуальным и обсуждался лишь в узком кругу специалистов. Главным достоинством MP3 было то, что он обеспечивал более высокую степень сжатия звуковой информации, чем предыдущая версия MPEG, – исходный размер файла удавалось уменьшить приблизительно в восемь раз.

Вскоре после публикации метода кодирования другие люди поняли, что он идеален для сжатия и распространения музыкальных произведений. Качество звучания приближалось к достигаемому на компакт-дисках, а средняя четырехминутная песня сжималась в файл длиной около 4 Мбайт, то есть достаточно короткий для передачи через Интернет или с одного ПК на другой.

Поначалу распространению Интернет-музыки очень мешало отсутствие портативности: никто не хотел быть привязанным к компьютеру, когда слушал записи. В открывшуюся брешь хлынуло множество поставщиков и таких матерых, как «Sony», и совсем еще желторотых, вроде «HanGo», – с предложениями устройств воспроизведения цифровой музыки.

Первой выступила компания «Diamond Multimedia» со своим плейером Rio 300. Rio произвел подлинную революцию в общественном сознании. Он прорубил мощную брешь в глухой стене скепсиса по поводу качества звука в формате MP3. В последующие несколько месяцев звукозаписывающие компании развернули настоящую «охоту на ведьм» в стремлении защитить свои сверхприбыли. Маркетологи из крупных рекорд-лейблов стали шельмовать Rio (и другие аппаратные плейеры) не менее яростно, чем пишущие CD-дисководы. Гиганты музыкальной индустрии быстро смекнули, что MP3 – это серьезная причина для экстренной смены столь удобной до сих пор модели ведения бизнеса. А за этим стоят деньги, и деньги колоссальные…

Вскоре после объявления о выпуске Rio ассоциация звукозаписывающих компаний США обвинила «Diamond» в нарушении изданного в 1992 года Акта о домашней звукозаписи – закона, согласно которому устройства воспроизведения цифровых записей должны снабжаться «антипиратской» системой контроля легальности копий.

В конце 1998 года суд вынес по данному делу решение в пользу «Diamond». Поскольку Diamond Rio не записывает звук, судьи постановили считать его «устройством для сдвига в пространстве» (space shifter), функционально эквивалентным плейеру-кассетнику, через который владелец воспроизводит песни, переписанные с имеющегося у него компакт-диска. Благодаря этому Rio и аналогичные плейеры смогли конкурировать на рынке с другими портативными звуковоспроизводящими устройствами.

Итак, наступление звукозаписывающих лейблов на MP3 в общем-то захлебнулось, но без жертв не обошлось. В частности, большинство программ, поставляемых с MP3-плейерами, не позволяет выгружать из их памяти файлы формата MP3 на подсоединенный компьютер. Все остальные файлы – можно, а MP3 – нет. При попытке перемещения «проклятых» файлов MP3 из плейера на ПК выдается сообщение о том, что эта операция, возможно, нарушает закон об авторском праве и поэтому не может быть разрешена.

Почему же покупатели так полюбили MP3-плейеры? Все очень просто: с точки зрения аппаратной части MP3-плейер – это идеальный портативный проигрыватель. Во-первых, в отличие от портативных плейеров, проигрывающих кассеты и компакт-диски, MP3-плейер не имеет движущихся частей, так что при толчках и падениях музыка не прерывается и ее звучание не меняется – очень удобно для тех, кто занимается гимнастикой. Поэтому же во много раз повышается надежность устройства. Во-вторых, отсутствие механических приводов позволяет MP3-плейеру быть крайне экономичным. Заряда двух батареек формата ААА хватает MP3-проигрывателю на 10 часов (что в 3-5 раз выше соответствующего показателя даже кассетных плейеров). В третьих, MP3-плейер легок и компактен, что позволяет обращать на него даже меньше внимания, чем на пейджер. И, наконец, MP3-плейер имеет низкую совокупную стоимость владения – теоретически, все, что вам нужно для того, чтобы быть в курсе последних музыкальных новинок, – это доступ в Интернет. По крайней мере в России и странах СНГ это так.

Но плейер, конечно, не лишен недостатков. Цена большинства современных MP3-плейеров остается относительно высокой. Существенную долю в цене занимает флэш-память, и такое положение не скоро изменится. Кроме того, сменные карточки – также дорогое удовольствие, не сопоставимое по затратам с CD-R, компакт-кассетой.

Любителей хорошей аппаратуры часто не удовлетворяет и обеспечиваемое MP3 качество звука. Стандартная скорость канала для MP3 составляет 128 Кбит в секунду, а для компакт-дисков – минимум 256 Кбит в секунду. Увеличение скорости приведет к разрастанию MP3-файла, в результате чего он займет больше места на жестком диске и в памяти плейера. А при прослушивании на ПК потокового аудио даже незначительные ошибки, такие как пропуски продолжительностью в какую-то долю секунды, могут вызвать заметные перерывы звучания.

Тем не менее конкуренция принесла ощутимую выгоду потребителям. Первая модель Rio 300, стоившая около 300 долларов, имела 32 Мбайт памяти, что обеспечивало около 32 минут звучания. У большинства современных моделей емкость вдвое выше. Многие из них снабжены встроенным микрофоном, радиоприемником и т д.

Первый Rio не обладал даже возможностью вывода названий композиций на собственный ЖК-дисплей. Пользователям приходилось довольствоваться лишь указанием номера трека. Сегодня прогресс налицо. MP3 может не только проигрывать предварительно занесенные в память файлы, но и работать в качестве полноценного цифрового диктофона; исполнять роль электронной телефонной книги. Подвластна ему и транспортная функция – хранение и перенос файлов различных форматов.

Цифровые диктофоны MP3-плейеров сейчас позволяют вести запись голоса в формате ADPCM со скоростью потока 32 Кбит в секунду. Они дают возможность записать до 128 минут голосовых заметок и интервью. Встроенные цифровые диктофоны хорошо подходят для хранения структурированной звуковой информации (например, многочисленных кратких голосовых заметок). Навигация и поиск нужной записи занимают считанные секунды любую запись можно прослушать и непосредственно через звуковую подсистему ПК. Для голосовых заметок ведется сквозная нумерация.

Кстати, качество записи на цифровой диктофон – более чем приемлемое благодаря низкому уровню «аналоговых» помех и хорошей чувствительности встроенного микрофона.