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Was ist Multimedia?
Teil 3 von 7 - Eingabe- und Ausgabegeräte In dieser Folge werden die für multimediale Anwendungen gebräuchlichen Eingabe- und Ausgabegeräte vorgestellt. Von Klaus Eppele Eingabegeräte Die heute in den klassischen Computer-Einsatzgebieten üblichen Eingabegeräte, wie Tastatur, Maus, Joystick, Trackball oder Grafiktablett werden in diesem Beitrag
nicht besprochen. Vielmehr werden die Komponenten vorgestellt, deren Verkaufszahlen speziell durch Multimedia gepusht werden, wie Touchscreens und Scanner sowie Erweiterungskarten zur Digitalisierung und Darstellung von
Bildmaterial im Computer, die im weiteren Sinne auch als Eingabegeräte zu verstehen sind. Touchscreens Im ersten Teil dieser Serie wurde bereits gezeigt, dass nach Untersuchungen von Frost &
Sullivan 1996 der Bereich POS/POI den zweitstärksten Faktor im europäischen Markt der multimedialen Anwendungen ausmachen wird. Da am Point of Sales/Information nicht nur mit Computern vertraute Personen, sondern
Personen aller Alters- und Bildungsschichten angesprochen werden sollen, muss die Bedienung der POS/POI-Stationen möglichst attraktiv und einfach gestaltet sein. Der Kunde soll sich durch Eingabe einfacher Befehle,
möglichst durch Drücken weniger Tasten, durch die POS/POI-Anwendung manövrieren können. Dabei ist es von großem Vorteil, wenn die jeweils gültigen Eingabetasten am Bildschirm angezeigt und direkt über diesen aktiviert
werden können und der Bildschirm also nicht nur als Ausgabe- sondern auch als Eingabemedium genutzt wird (Touchscreen). Der ungeübte Benutzer braucht so nicht lange die richtige Taste der immerhin 102 Tasten einer
MF-Tastatur zu suchen. Die fehlende Tastatur vergrößert die Akzeptanz des Systems und vermindert die mögliche Angriffsfläche für Vandalismus.
Die derzeit genutzten Touchscreens arbeiten mit fünf verschiedenen Messtechniken: 1. Infrarotlicht Die einzige Touchscreen-Technologie, die zu keinem Helligkeitsverlust des Bildschirms führt, ist
der Lichtvorhang. Zwei Seiten des Bildschirms werden mit Sendern, die zwei gegenüberliegenden Seiten mit Empfängern für Infrarotlicht ausgestattet. Die Berührung des Bildschirms führt zu einer Unterbrechung oder
Abschwächung des Strahlengangs, die vom Controller registriert und als X/Y-Koordinaten an den Computer weitergegeben werden. Störungen durch Tageslicht sind bei der genutzten Wellenlänge ausgeschlossen. Da sich der
Lichtvorhang einige Millimeter vor der Bildschirmoberfläche befindet, ist diese Technik nicht sehr genau - die registrierten X/Y-Werte können etwas verfälscht werden, wenn der Benutzer schräg auf den Bildschirm zeigt. 2. Spannungsmessung Eine weitverbreitete und recht preiswerte Lösung stellt der Touchscreen auf Basis einer Widerstandsmembran dar. šber einer metallbeschichteten Glasplatte wird eine
Kunststoffplatte mit einer leitfähigen Schicht montiert. Beide Platten werden durch kleine Zwischenstücke auf einem konstanten Abstand von einigen Mikrometern gehalten. Ein Controller legt abwechselnd eine Spannung an
die Metallschicht der Glasplatte in X- und Y-Richtung an, die über der Metallschicht abfällt. Durch die Berührung des Bildschirms wird eine leitende Verbindung zwischen beiden Platten hergestellt, die Spannungswerte am
Berührpunkt abgegriffen und daraus die Position am Bildschirm errechnet. Beispiel: Werden sowohl in X- als auch in Y-Richtung 5 Volt angelegt, werden bei einer Berührung in der Mitte des Bildschirms für X und Y je 2,5
Volt gemessen. 3. Kapazitätsbestimmung Beim kapazitiven Touchscreen verwendet man eine Glasplatte, die sehr feinen Metallstaub enthält. Ein geringer Wechselstrom wird durch das Metall geleitet.
Dieser wird durch den natürlichen kapazitiven Widerstand des menschlichen Körpers an der Stelle verändert, an der der Bildschirm berührt wird. Diese Änderung wird wiederum vom Controller registriert und in
X/Y-Koordinaten umgerechnet. In stark elektromagnetisch verseuchter Umgebung müssen kapazitive Touchscreens öfter neu kalibriert werden. 4. Ultraschall Wenig störanfällig sind Piezo Touchscreens.
An den Ecken der Glasscheibe sitzen vier Piezowandler, die elektrische in akustische Impulse wandeln und umgekehrt. Zwei der Wandler fungieren als Sender und zwei als Empfänger. Durch Reflektoren an den Kanten der
Scheibe werden die Ultraschallsignale mehrmals gespiegelt. Bei Berührung des Bildschirms wird ein Teil der Schwingungen vom Finger absorbiert, was dem Controller ermöglicht, den Berührungspunkt zu errechnen.
5. Keramische Beschichtung Touchscreens mit fest vorgegebenen Berührungspunkten erhält man durch keramische Beschichtung. Die Glasscheibe wird hierzu mit einer Keramikschicht aus Indium-Zinnoxid
versehen, in die feste Berührungsfelder eingeäzt sind. Jedes Berührungsfeld ist mit dem Controller verbunden, der eine Kapazitätsänderung bei Berührung erkennt. Bild 1: Bankenterminal - Die Bedienerführung erfolgt
über den Touchscreen. Hier ist zusätzlich eine Tastatur zur Eingabe von Überweisungsaufträgen etc. vorgesehen (Quelle: Unisys) Je nach Technologie vermindert sich die Lichtdurchlässigkeit des Bildschirms durch die
zusätzlichen Folien oder Glasscheiben um bis zu 40 Prozent. Der Anschluss des Touchscreens an den Computer erfolgt entweder über eine RS232-Schnittstelle oder eine Steckkarte. Die Positionierungsgenauigkeit der
Bildschirmberührung liegt zwischen einem und fünf Millimetern. Bild 2: Wenn die Bedienungsführung auf wenige Tasten abgebildet werden kann, dann kann man anstelle eines Touchscreens auch einen Bildschirm mit einer
speziellen, ins Gehäuse integrierten Tastatur nutzen (Quelle: TV System Electronic) Eine interessante Alternative zu den bisher üblichen Touchscreens bietet das Produkt TouchMate von der Firma Perex. Ein beliebiger
Bildschirm wird einfach auf einen TouchMate gestellt, der über eine serielle Schnittstelle mit dem Rechner verbunden wird. Am Bildschirm selbst müssen keinerlei Sensoren angebracht werden. Der TouchMate besteht aus
einer Grundplatte und einer auf Federn gelagerten Deckplatte, die zusammen eine Art Waage bilden. Acht Sensoren im TouchMate erkennen die relative Position der Deckplatte zur Grundplatte. Eine Berührung des Bildschirms
führt zu einer minimalen Lageänderung der Grundplatte, aus der sich die Position des Fingers am Bildschirm errechnen lässt. In ersten Tests soll sich dieses Gerät durchaus als praktikabel und störunempfindlich erwiesen
haben. Bild 3: Mit dem TouchMate kann man jeden Bildschirm in einen Touchscreen verwandeln, ohne Sensoren am Bildschirm anbringen zu müssen (Quelle: c't) Grafikkarten Wer Multimedia-Anwendungen
auf seinem Rechner nutzen möchte, der ist vor allem auf dessen Grafikfähigkeit angewiesen. Die Tabelle in Bild 4 zeigt die wichtigsten Grafikstandards, die für PCs zur Verfügung stehen.
Bild 4: Grafikstandards und deren Eigenschaften (Quelle: Multikom) Bei der Wahl der Grafikkarte sollte man folgende Fragen klären:
Je höher die Auflösung, desto mehr Bildinformation bringt die Karte auf den Monitor. Auflösungen im Bereich 1.024 * 768 sind jedoch nur für große Monitore sinnvoll, weil die einzelnen Informationen auf
einem 14-Zoll-Monitor sonst zu klein werden.
Je höher die Frequenz, desto ruhiger wirkt das Bild. Während beim Fernsehen eine Bildwiederholfrequenz von 25 Hz (PAL) wegen der reinen Bewegtbilddarstellung ausreicht, sollte der Monitor am Arbeitsplatz
das Bild möglichst öfter als 70 mal in der Sekunde aufbauen. Ansonsten droht rasche Ermüdung, Kopfschmerz oder Konzentrationsschwäche. Welche Bildwiederholfrequenz erreicht werden kann, hängt ab von der Zeilenfrequenz.
Diese gibt an, wie viele Bildzeilen der Monitor pro Sekunde neu abbilden kann. Um 1.024 * 768 Bildpunkte 70 mal in der Minute wiederzugeben, muss die Zeilenfrequenz mindestens 56 KHz betragen.
Diese Zahl sollte nicht unter 256 liegen, sonst werden feine Farbabstufungen nur noch näherungsweise dargestellt. Für Grafikanwendungen sind mehr Farben, im Idealfall 16,7 Millionen, wünschenswert.
Das soll heißen: muss die Karte mittels Jumpern und DIP-Schaltern eingerichtet werden oder ist ein Konfigurationsprogramm verfügbar ?, werden die für eine gegebene Anwendung relevanten Treiber unterstützt ?, ist der
Bildspeicher groß genug und kann dieser erweitert werden ?, etc. Außerdem sollte man bedenken, dass sogar der Video Grafics Adapter (VGA - siehe Tabelle) von window-orientierten Grafikanwendungen schnell überfordert
wird. Die grossen Datenmengen der bunten Grafiken erfordern Grafikbeschleunigerkarten, die nicht alle Rechenarbeit von der Rechner-CPU durchführen lassen, sondern mittels spezieller Accelerator-Chips die Berechnung von
Linien oder Polygonen oder das Verschieben von Fenstern selbst erledigen. Sie bieten True Color Qualität (16,7 Mio. Farben), Auflösungen von mindestens 1.280 * 1.024 Bildpunkten, schnellen Bildaufbau durch zwei bis drei
MByte RAM und sollen sogar schon mit dem neuen 32-Bit-VESA-Local-Bus (Video Electronics Standards Association) erhältlich sein, der für raschen Datenaustausch zwischen Grafikkarte und Prozessor sorgt.
Selbstverständlich nutzt die beste Grafikkarte wenig, wenn der Monitor nicht dazu passt. Dieser muss ebenso leistungsfähig wie die Grafikkarte sein. Er sollte non-interlaced arbeiten, also den Bildschirm auf einmal und
nicht wie beim Fernsehen in Halbbildern aufbauen, und strahlungsarm nach MPR II (Amt für Mess- und Prüfwesen) oder gar nach TCO sein. In Video Veritas Est Der Höhepunkt jeder multimedialen
Anwendung ist sicher die Integration von Bewegtbild. Mit Video for Windows (VFW) kann man bereits heute ohne zusätzliche Hardware Videoclips mit geringer Auflösung (160 * 120 Bildpunkte) auf dem Computer-Monitor
betrachten. Die Runtime-Version von VFW ist von Microsoft zur kostenlosen Weitergabe freigegeben und somit für jeden verfügbar. Wenn man jedoch Bewegtbild bildschirmfüllend darstellen will, oder eigene Clips
abspeichern, bearbeiten und wieder auf Videorekorder ausgeben will, dann braucht man ein entsprechendes Videoboard im Computer. Die simultane Darstellung eines VGA- und eines externen Videosignals auf dem
Computer-Monitor geschieht mittels einer Overlay-Karte. Diese bietet die nötigen Anschlüsse, um externe Video-Quellen, wie Camcorder, Videorekorder, Bildplattenspieler, etc. an den Computer anzuschließen. Neuere Karten
unterstützen hierzu nicht nur FBAS-Ein- und Ausgänge (Farb-Bild-Austastimpuls-Synchronisierimpuls-Signal), sondern auch Anschlüsse für die moderneren S-Video-Optionen. Diese haben gegenüber FBAS den Vorteil, dass die
Helligkeits- und Farbinformationen des Videosignals getrennt übertragen werden und sich somit nicht gegenseitig beeinflussen. Die Overlay-Karte digitalisiert die eingehenden Videosignale in Echtzeit und legt die
digitalisierten Bilder in ihrem Video-RAM ab. Wenn die Overlay-Karte keine eigene VGA-Grafikfunktion besitzt, wird sie zwischen vorhandener VGA-Karte und Monitor eingeschleift. Die Signale von VGA-Karte und
Overlay-Board werden nun völlig unabhängig voneinander am Bildschirm dargestellt. Damit dies funktioniert, muss das VGA-Signal an der Stelle, an der das Videobild erscheinen soll, dunkel geschaltet werden. Bild 5: Da
Video- und VGA-Signal voneinander unabhängig am Bildschirm angezeigt werden, erscheint beim Hardcopy anstelle des Videosignals ein schwarzes Feld. Grund: beim Hardcopy wird nur der Speicherinhalt der VGA-Karte
ausgedruckt und nicht zusätzlich das Video-RAM der Overlay-Karte (Quelle: Data Becker) Die Overlay-Technik ermöglicht diverse Effekte. So kann man mittels der Colorkey-Funktion eine Bildschirmfarbe definieren, welche
das Videobild durch das VGA-Bild durchschimmern lässt. Oft wählt man die Farbe Blau als Colorkey (Blue-Box-Effekt). Wenn man nun beispielsweise eine Präsentation mit blauem Hintergrund erstellt hat, so erscheint nach
Aktivieren der Colorkey-Funktion beim Ablauf der Präsentation statt des blauen Hintergrunds das Videobild. Eine weitere Funktionssteigerung bietet das Genlock-Verfahren. Genlock ermöglicht die Synchronisation der sich
in Auflösung und Bildfrequenz völlig verschiedenen VGA- und Videosignale. Erst die Angleichung dieser Signale macht es möglich, das am Computermonitor erzeugte Bild wieder auf externe Geräte wie Fernseher oder
Videorekorder auszugeben. Manche Karten unterstützen auch Ein-/Ausgänge für Audio-Signale. Die akustischen Signale werden allerdings meist nur durchgeschleift und können nur dann abgespeichert oder modifiziert werden,
wenn auch eine Soundkarte im Rechner steckt. šblicherweise enthalten Overlay-Karten auch eine Framegrabber-Funktion. Diese erlaubt das Herausgreifen (Grabben) einzelner Bilder (Frames) aus einer laufenden
Videosequenz. Das Videobild wird in Echtzeit digitalisiert und im Video-RAM der Overlay-Karte abgelegt. Damit es als Computergrafik weiterverarbeitet werden kann, muss es vom Video-RAM der Overlay-Karte in den Speicher
der VGA-Karte übertragen werden. Da die VGA-Karte nur 256 Farben gleichzeitig darstellt, das Videobild aber in True-Color-Qualität vorliegt, muss die gesamte Bildinformation erst umgerechnet werden, damit das Bild mit
einem Grafikprogramm bearbeitet werden kann. Alle diejenigen, die auch bei laufendem Fernseher noch konzentriert arbeiten können, können nach Einbau der entsprechenden Karte (z.B. Win/TV), parallel zu anderen
Anwendungen ein skalierbares Fenster mit dem aktuellen Fernsehprogramm öffnen. Das laufende Fernsehbild kann über Tastendruck eingefroren und im Computer weiterverarbeitet werden. Auch der Zugriff auf Videotext-Seiten
ist möglich. Diese stehen als computerlesbare Daten zur Verfügung und können mittels Textverarbeitung bearbeitet und ausgedruckt werden. Somit ist die TV-Erweiterung für jeden Geschäftsmann zu rechtfertigen, der auf die
neuesten Nachrichten oder Fluginformationen angewiesen ist. Scanner Wenn nur gelegentlich Bildmaterial in den Computer einzulesen ist, das auch noch als Vorlage auf Papier zur Verfügung steht, dann
empfiehlt sich anstatt des Video-Equipments die Anschaffung eines Scanners. Ein Scanner beleuchtet die Bildvorlage und registriert über eine lichtempfindliche Einheit (Photodioden) die unterschiedlichen Reflexionen, die
sich aufgrund verschiedener Farben bzw. Grauwerte ergeben. Kontrast, Helligkeitsstufe und Auflösung können über Software oder am Scanner eingestellt werden. šbliche Scanner bieten eine Auflösung von 100 bis 400 DPI
(Dots per Inch) und reichen für den Normalbedarf vollkommen aus. Da ein Monitor nur eine Auflösung von etwa 100 DPI bietet und ein gängiger Laserdrucker nur 300 Punkte pro Inch darstellen kann, wären höhere Auflösungen
auch nicht sinnvoll. Dies gilt auch im Hinblick auf die benötigte Speicherkapazität. Ein mit 400 DPI in True-Color-Qualität gescanntes Bild von einem Quadratinch (etwa Passbildgrösse) belegt bereits einen Speicherplatz
von 480.000 Byte. Außerdem kann die Wahl einer zu hohen Auflösung dazu führen, dass sogar die einzelnen Rasterpunkte der Vorlage aufgelöst werden, was zu einem unschönen Moir‚-Effekt führen kann.
Bild 6: Flachbettscanner (Quelle: Actebis) Angeboten werden Flachbettscanner die ähnlich einem Kopiergerät ganze DIN-A4-Seiten zum Scannen aufnehmen können, und Handyscanner, die eine Scanbreite von bis zu 13 cm
bieten. Wenn man eine ruhige Hand hat, kann man mit dem Handyscanner aber auch komplette DIN-A4-Seiten einlesen indem man mehrmals über die Vorlage fährt und die Einzelteile von der mitgelieferten Scannersoftware
zusammensetzten lässt. Bild 7: Handyscanner (Quelle: Logitech) Für manchen Scanner wird auch eine Texterkennungssoftware (OCR = Optical Character Recognition) angeboten. Diese sorgt dafür, dass ein als Grafik
gescannter Text nachträglich in einen solchen zurückverwandelt und mittels eines Textverarbeitungsprogramms weiterverarbeitet werden kann. Wenn hauptsächlich Fotos gescannt werden sollen, kann man sich auch einen
speziellen Fotoapparat, wie beispielsweise den Fotoman von Logitech, kaufen. Mittels CCD-Sensoren (Charged Coupled Device) werden die Aufnahmen vom Fotoman sofort digitalisiert. Über eine serielle Verbindung können die
aufgenommenen Bilder in den Computer eingelesen und dort bearbeitet werden. Allerdings bietet diese Technik nur eine Auflösung von 75 DPI und ist teurer als ein üblicher Scanner.
Bild 8: Digital-Camera für Computer (Quelle: Logitech) Druckverfahren „Was man schwarz (oder bunt) auf weiss hat, kann man getrost nach Hause tragen“ - so denken noch viele Anwender, die erst dann
glücklich sind, wenn sie ihr auf dem Computer erstelltes Werk auf Papier ausgedruckt sehen. Doch spätestens hierbei werden wohl die ersten enttäuschten Gesichter zu finden sein, denn es stellt sich die Frage: Wie
bekommt man sein hochaufgelöstes True-Color-Bild in guter Qualität auf Papier ? Verschiedene Drucktechniken werden hier angeboten: Laserdrucker Herkömmliche Laserdrucker bieten eine Auflösung von
300 DPI und damit eine gute Qualität beim Ausdruck von Schriftstücken. Zum Ausdruck von Bildern sind sie jedoch wenig geeignet. Sie bieten keine Farbe und können auch keine Graustufen drucken sondern simulieren diese
durch unterschiedliche Dichten von Bildpunkten. Mit den 300 DPI erreicht ein Laserdrucker nicht einmal die Bildqualität einer Tageszeitung. Tintenstrahldrucker Um preiswert Farbe ins Spiel zu
bringen, bietet sich ein Tintenstrahldrucker an. Mit dieser Drucktechnik gibt es bereits recht preiswerte Geräte, die auch Farbausdrucke liefern können. Für den täglichen Bedarf, wie Erstellen von bunten Vortragsfolien,
ist die Qualität ausreichend. Je nach Drucker muss man allerdings geduldig sein - ein Farbdruck in bestmöglicher Qualität kann, abhängig vom Drucker, schon einmal zehn Minuten dauern. Bild 9: Aufgrund des
Preis-/Leistungsverhältnisses derzeit stark gefragt: der Color-Tintenstrahler HP 550 C Bild 10: Druckqualität eines Tintenstrahlers in der Preisklasse 1.600,- DM (HP 550 C). Thermotransferdrucker
Im Bereich des Farbdrucks ist das Thermotransfer-Verfahren weit verbreitet. Thermoelemente im Druckkopf sorgen dafür, dass die Farbe vom Farbband auf das Papier übertragen wird. Dabei wird jeweils eine komplette Zeile
auf einmal gedruckt. Vier Druckdurchgänge sind nötig, um das Farbbild aus den Grundfarben zusammenzusetzen. Thermosublimationsdrucker Diese Drucker dampfen die Grundfarben in verschiedener
Intensität auf das Papier auf. Ein Thermokopf trägt durch Erhitzung unterschiedliche Mengen Wachs von einer Farbfolie auf das Papier auf, wodurch unterschiedliche Farbabstufungen entstehen. Da sich die Wachsfarben gut
mischen lassen, können bis zu 16,7 Millionen Farben gedruckt und damit das beste Druckergebnis im Vergleich zu anderen Drucktechniken erzielt werden. Bild 11: Druckqualität eines Thermosublimationsdruckers.
Videoprinter Mit einem Videoprinter kann man Sofortbilder der Größe 10 * 8 cm in einer Auflösung von 800 * 576 Bildpunkten drucken. Durch eine Kombination von Thermotransfer- und Sublimationsverfahren
liefert auch der Videoprinter True-Color Qualität. Belichter Ein Belichter schafft Auflösungen von bis zu 3.500 DPI. Die Bildinformation muss im PostScript-Format vorliegen. PostScript ist eine
Seitenbeschreibungssprache, mit der die Gestaltung einer Druckseite beschrieben werden kann. Ein Raster Image Processor (RIP) interpretiert die PostScript-Datei, bereitet diese auf und sorgt für die Belichtung des
Filmes. Belichter sind für den professionellen Einsatz gedacht. Sie kosten über 50.000 DM. Die nächste Folge In den ersten drei Folgen dieser Serie wurden die Grundlagen und die notwendigen
Hardware-Komponenten für Multimedia besprochen. Einige Themengebiete, wie zum Beispiel das Thema Druckverfahren, wurden der Vollständigkeit halber aufgenommen und konnten in diesem Rahmen nur kurz angerissen werden. Im
nächsten Teil dieser Serie werden die Plattformen für multimediale Anwendungen (QuickTime, CD-I, DVI,...) vorgestellt. - Fortsetzung folgt - Literatur
Autor Der Autor Dipl. Inform. Klaus Eppele
ist Inhaber der Firma improve marketing-training-consulting, Karlsruhe, www.improve-mtc.de. improve Erschienen in Datacom 09/93, Seite 112 - 118
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