Fax, skrivare, kopiatorer

Transkript

1 Fax, skrivare, kopiatorer Innehåll Skrivartyper... 3 Skönskrivare... 3 Matrisskrivare... 6 Termoskrivare... 8 Termo transferskrivare... 8 Bläckstråleskrivare Laserskrivare Sublimeringsskrivare Datorgrafik i tryck Upplösning PPI DPI LPI Utskrifter i svart/vitt Amplitudmodulerat raster Frekvensmodulerat raster Vektorgrafik Bläckstråleskrivare Tre tekniker Skrivarhuvuden Bläcket Vanliga problem Laserskrivare Den Xerografiska processen Regelbundet underhåll Telefax och skanner Historia Faxpapper Skanner Datakomprimering Introduktion

2 Huffmans komprimeringsalgoritm Frekvenstabell Huffmanträdet Dekomprimering Effektivitet

3 Skrivartyper Under tidigt 1700-tal uppfanns den första versionen av skrivmaskinen, men de första som såldes kommersiellt kom under början av 1800-talet. Skrivmaskinen som vi känner igen den kom 1895, och den hade det QWERTY-tangentbord vi känner igen från våra datortangentbord. Alla tecken hade lika bredd i text från skrivmaskiner Under 1970-talet kom de elektriska skrivmaskinerna, som inom kort ersattes av datorer och ordbehandlingsprogram. En elektrisk skrivmaskin Skönskrivare De första skrivarna var automatiserade skrivmaskiner med ett gränsnitt mot en dator. De kallades skönskrivare och kunde bara skriva text och bara text med ett typsnitt och en storlek, eftersom texten skapades med hjälp av typer som slogs mot papperet med ett färgband mellan. 3

4 Typer kallas metall- eller plastplattor med spegelvända tecken i relief. Dessa typer satt på ett hjul som roterade fram till rätt tecken, s.k. Daisywheels. För att byta typsnitt var man tvungen att byta hjulet. Typer på ett Daisy-wheel Färgband för skrivmaskin eller matrisskrivare med två färger, rött och svart 4

5 På skrivmaskiner är typsnitten så kallade icke-proportionella typsnitt eller monospaced fonts. Det innebär att varje tecken tar lika mycket plats i bredd, oavsett tecknets egentliga bredd - I är ju till exempel mycket smalare än W. Detta efterliknas av bland andra Windowstypsnittet "New Courier". Skönskrivare kunde dock skriva sitt typsnitt med variabel bredd eller proportionell font som det också kallas. Skönskrivarna lät väldigt illa när de skrev. Exempel på skönskrift Typsnitt kallas en uppsättning bokstäver, siffror och ett antal tecken i samma stil. "Times New Roman" och "Arial" är exempel på typsnitt, eller fonts som de heter på engelska. 5

6 Matrisskrivare Efterhand uppstod behovet av att enkelt kunna ändra typsnitt och skriva ut grafik. För att uppnå detta behövdes något som kunde efterlikna pixlarna på skärmen. För mer information om pixlar, seavsnittet om bildskärmen. En av de tidigaste grafikkompetenta skrivarna kalladesmatrisskrivare efter den matris av nålar, sittande på ett rörligt skrivhuvud, som slogs mot ett färgband som i sin tur avgav punkter på papperet. Tekniken kom Matrisskrivare med skrivargränssnitt för Atari Med matrisskivare kunde man skriva ut typsnitt i olika storlekar och där tecknen har olika bredd, till exempel s.k. truetype-typsnitt. Typsnittet Arial, överst i icke-proportionell variant och underst i proportionell variant 6

7 De här bilderna var kantiga och hade få färger. Även de dyraste med fler färgband kunde inte variera kraften som nålarna slog mot färgbanden med, vilket gjorde att antalet färger var kraftigt begränsat. Även matrisskrivarna lät illa när de skrev. Svartvit matrisskrift Matrisskrivare är ganska ovanliga idag, eftersom de är dyrare att tillverka och långsammare än andra skrivare. Däremot kan de användas med karbonpapper för att göra kopior direkt av en utskrift. Karbonpapper är ett slags papper som har en sida som lämnar avtryck på ett andra ark vid tryck, lite grann som ett stort färgband. Karbonpapper skapar kopior vid tryck, till exempel pennskrift eller matris- eller skönskrift 7

8 Termoskrivare En specialiserad variant av matrisskrivare som fortfarande är i bruk är termoskrivarna. De använder ett specialbehandlat papper som ändrar färg när det hettas upp, och istället för att trycka nålar mot ett färgband hettas små områden upp av små värmelement. På så vis behöver man inte byta färgband, som är dyrare än termopapperet och tar längre tid att byta. Den här typen av skrivare är väldigt vanlig i kvittoskrivare och nummerlappsskrivare i butiker. Under 1990-talet var tekniken även vanlig i faxar. Det enda som låter när en termoskrivare skriver ut är motorn som matar fram papperet. En nackdel med utskrifter av termoskrivare är att de bleknar ganska fort. Det här ser du om du har haft ett kvitto i plånboken ett par veckor och upptäcker att du knappt kan läsa det längre. Kvittoskrivare är oftast termoskrivare Termo transferskrivare En annan typ av skrivare som är vanlig i faxsammanhang idag och skrivare för streckkoder är termo-transferskrivare, även kallade vaxskrivare efter vaxblandningen i färgen. Ett skrivhuvud med värmeelement förs över papperet, metallfolien eller plastetiketten med ett färgband mellan (polyester med ett lager vaxfärg) och när värmepunkterna värms upp smälter färgen på färgbandet och fastnar på skrivmediet. 8

9 Fler färgband kan användas för att få flerfärgstryck. Resultatet blir ett högkvalitativt tryck med skarpa kanter, något som är en förutsättning för att streckkodsutskrift ska fungera. Termo-transferskrivare Eftersom man kan skriva på nästan vilket material som helst, brukar den här typen av skrivare användas till plast- eller metalletiketter med eller utan streckkod - titta till exempel på etiketten på batteriet i din mobiltelefon. Termo-transferskrivare kan skriva på nästan vilket material som helst 9

10 Bläckstråleskrivare Behovet av att kunna skriva ut med flera färger och högreupplösning - mindre bildpunkter och därigenom högre detaljrikedom - drev utvecklingen av bläckstråleskrivaren. Här pressas inga nålar mot ett färgband, utan ett skrivhuvud som består av ett munstycke far fram över papperet och "spottar" ut mikroskopiska bläckplumpar som fäster på papperet och bildar representationer av skärmens pixlar. Tekniken har funnits sedan 1970-talet. Bläckstråleskrivare skriver med mikroskopiska bläckplumpar Om man har en färgbläckstråleskrivare har man möjlighet att skriva ut färgbilder - eftersom flera bläckplumpar krävs för att bilda motsvarande en pixel på skärmen, kan man variera antalet bläckplumpar av de olika färgerna och därigenom bilda många färgnyanser. Det brukar krävas fyra olika färgpatroner för att kunna skriva ut färgbilder - cyan, magenta, gul och svart. Detta kallas CMYK på engelska (Cyan, Magenta, Yellow & Key black). 10

11 I följande färgfigur ser det ut som om cyan, magenta och gul tillsammans bildar svart, och de gör de också - i teorin. I verkligheten blir färgen mörkt brun. Bläckstråleskrivare skriver med mikroskopiska bläckplumpar En nackdel med bläckstråleskrivare är att de måste användas regelbundet, annars kan färgen torka in i munstycket och man får köpa en ny skrivare (eller bara munstyckena, men det är oftast billigast att bara skaffa en ny skrivare). Laserskrivare Laserskrivare bygger på en ganska gammal teknik som kallasxerografi (från grekiskans xeros - torr och grafos - skrift) som utvecklades på slutet av 1930-talet. Tekniken används i de flesta kopiatorer samt i laserskrivare. Den första laserskrivaren uppfanns 1969 och dem första kommersiella modellen (IBM 3800) kom 1976, men de var länge så dyra att det mest var större företag som hade råd med dem. Nu är de rätt billiga - de billigaste svartvita kostar lika mycket som bläckstråleskrivare - men vill man ha en färglaser får man räkna med ett par tusenlappar. Xerografi fungerar så att en bild "skrivs" på en negativt laddad överföringstrumma med ljus (laser eller som i de billigare modellerna, lysdioder, i laserskrivarfallet) som gör att trumman på de belysta ställena tappar laddning. Trumman rullar förbi en patron med finkornigt tonerpulver som fäster på de negativt laddade områden som lasern inte belyst. 11

12 Laserskrivare använder tonerpulver som oftast ligger i kassetter Tonern som används är kolpulver blandat med en polymer för att öka kvaliteten på utskriften. Färgtoner är färgpigment blandat med nämnda polymer. Papperet laddas med positiv laddning och passerar den negativt laddade trumman varvid pulvret överförs till papperet. Papperet passerar till sist två värmevalsar som pressar fast pulvret vid papperet. Bildöverföringstrumma För att kunna skriva ut med fler färger, krävs antingen att papperet passerar överföringstrumman fyra gånger (en för varje färgkomponent - Cyan, Magenta, Yellow & Key black) eller att skrivare har fyra separata trummor för de olika färgkomponenterna. En skrivare med fyra trummor tar förstås mer plats och kostar mer, men är också snabbare än en skrivare med en trumma. Fördelar med laserskrivare är att de är snabbare än bläckstråleskrivare, och eftersom pulvret håller länge, behöver de inte köras regelbundet. Laserskrivare är oftast billigare i längden. 12

13 Sublimeringsskrivare En sublimeringsskrivare (sublimering betyder att gå från fast form till gasform utan att egentligen passera flytande form) har ett plastark med färg som vid utskrift hettas upp, så att färgen förångas och omedelbart kondenseras på papperet. Att färgen aldrig är flytande, utan förångas och kondenseras, ger skarpare konturer och dessutom en möjlighet att blanda färger med större precision än med bläckplumpar. Sublimeringsskrivarnas upplösning ligger på runt 300 dpi, men de behöver å andra sidan inte blanda färgerna i så kallade subpixlar (enheter mindre än de utskrivna pixlarna, där antalet plumpar i olika färg kan varieras för att få olika nyanser). De brukar ofta användas för att skriva ut foton i fotobutiker och när man tillverkar passfoton. Förstoring av detalj i en sublimeringsutskrift, observera jämnheten i färgblandningen Plastfilmen läggs över papperet och mycket små värmeelement på en rulle förångar en mängd färg på filmen, som landar på papperet och kondenseras där. När hela ytan är belagd med ett färglager, byts plastfilm till nästa färgkomponent. De flesta sublimeringsskrivare använder sig av en färgblandning kallad CMYO (Cyan, Magenta, Yellow & Overcoating) som förutom Cyan, Magenta, Gul har ett skyddslager. Skyddslagret ska skydda utskriften från blekning av kontakt med luft eller UV-strålning. Skyddslagret gör också utskriften vattentät. Det här skyddslagret i kombination med den relativt exakta färgblandningstekniken gör sublimeringstekniken extra användbar i fotoutskriftsammanhang. Nackdelar med sublimeringstekniken är att de kräver specialbehandlat papper för utskrift, och att de tillverkas för bara en pappersstorlek per skrivare. De är också ganska dyra i förhållande till exempelvis bläckstråleskrivare. 13

14 Datorgrafik i tryck Allt som ska visa på en dators bildskärm är som bekant uppbyggt av små grafiska element, kallade pixlar. När grafik ska skrivas ut på en skrivare måste dessa pixlar representeras på något sätt. Upplösning Ett mått på hur detaljerad en grafisk bild kan vara är upplösning. I bildskärmssammanhang brukar man tala om antal pixlar i bredd gånger antal pixlar i höjd. Detta anger egentligen bara hur mycket grafik som kan visas på skärmen, men för att vi ska få en uppfattning om hur små bildelementen är i förhållande till detta, måste vi också veta hur många som får plats på en viss yta. PPI DPI LPI En bildskärm har förhållandevis låg upplösning jämfört med en skrivare. En bildskärm har oftast en pixeltäthet på PPI(Pixel Per Inch eller bildpunkter per tum - ett mått på pixeltäthet hos skärmar och inläsningsupplösningen hos skannrar). Vid låga upplösningar, blir pixlarna alltså större och antalet pixlar i bredd och höjd minskar. Bitmappade bilder förlorar i detaljrikedom vid lägre upplösningar. Lägre upplösning betyder lägre detaljrikedom Upplösningen hos en matrisskrivares utskift begränsas av storleken på nålarna som slår mot färgbandet. Upplösningen brukar ligga på DPI (Dots Per Inch eller punkter per tum - ett mått på punkttätheten i tryck), hos bläckstråleskrivare är upplösningen DPI och hos laserskrivare mellan DPI. Tätheten på det raster som bygger upp utskrifter, kallas LPI (ellerlines Per Inch, linjer per tum på svenska). Ju högre LPI, desto högre detaljrikedom medger rastertekniken. En vanlig dagstidning trycker bilder med 85 lpi och en vanlig laserskrivare skriver bilder med 100 lpi. Raster förklaras nedan. 14

15 Utskrifter i svart/vitt Har bilden lägre upplösning än skrivaren (vilket oftast är fallet), måste bilden behandlas på något sätt för att få den faktiska storlek vi vill har på papperet. Detta görs med speciell hård- eller mjukvara kallad RIP (Raster Image Processing). I RIP-processen skalas pixlar om till skrivarpunkter med utjämnande och interpolation, allt för att optimera utskriftens kvalitet. Innehåller utskriften grafik med gråtoner, måste dessahalvtonsrastreras på något sätt. Halvtonsrastrering innebär att med små (subpixlar eller utskriftpunkter mindre än pixlar) utskriftpunkter bygga ett mönster som uppfattas som grått på läsavstånd. Det finns flera tekniker för halvtonsrastrering, en som du säkert har sett kallas amplitudmodulation (eller tidningsraster) och är vanlig i tidningstryck och i böcker. Laserskrivare använder sig av amplitudmodulerad rastrering. Svart amplitudmodulation i förstoring - observera rutmönstret hos rasterpunkterna 15

16 Amplitudmodulerat raster Vid amplitudmodulering är avståndet mellan rasterpunkterna konstant, medan storleken varierar. Varje matrispunkts svart/vita proportion motsvarar ett områdes gråton, ju mörkare nyans, desto större rasterpunkt. Vid utskrift delas bilden upp i ett rutnät (storleken på rutorna är beroende på utskriftsstorleken). Varje ruta analyseras och översätts till en rasterpunktsstorlek. Amplitudmodulerat raster 16

17 Frekvensmodulerat raster En annan teknik för att skapa illusionen av gråtoner ärfrekvensmodulerat, eller stokastiskt raster. Detta innebär att punkternas storlek är konstant, medan avståndet mellan dem varierar. Ju mörkare nyans, desto fler punkter. Det finns en mängd olika tekniker inom frekvensmodulering, och olika typer av bilder gynnas i olika grad av olika rastreringstekniker. Bläckstråleskrivare använder sig av frekvensmodulerad rastrering. Frekvensmodulerat raster 17

18 Utskrifter i färg För att kunna skriva ut bitmappar i flera färgnyanser (till exempel foton), rastreras de fyra färgkomponenterna (CMYK) på liknande sätt som grått rastreras från svart färg. Fyrfärgs amplitudmodulering i förstoring - observera hur de olika färgernas rasternät är en smula vridna i förhållande till varandra Vid amplitudmodulering måste man vidta åtgärder för att en färgs matrismönster inte ska bli alltför uppenbart i kombination med andra färgers matrismönster (i så kallade moaré-effekter) - man brukar vrida de olika färgernas raster ett antal grader i förhållande till varandra. Sådant här brukar fotoredigeringsprogramvaran och RIP lösa självt, men det kan vara bra att känna till. Vid färgtryck med frekvensmodulerad rastrering är moaréeffekter inget problem. 18

19 För att undvika moaré-effekter vrider man oftast de olika färgrastren med 15 mot varandra Moaré-effekter är inte ett fenomen bundet till tryckvärlden, utan något man kan se hos alla möjliga typer av mönster som råkar hamna i flera lager, till exempel hos flera lager gardintyg i motljus. Ibland kan de till och med dyka upp i vissa typer av mönster hos datorgrafik. Tre exempel på moaré-effekter 19

20 Det är väldigt svårt att skala om eller skanna in en gång rastrerade bilder med någon bra kvalitet, eftersom pixlarna som blidar den nya bitmappen kommer att skapa moaré-effekter med bildens tidigare rastermönster. Vissa funktioner för att åtgärda detta finns dock i de flesta fotoredigeringsprogram, men med en viss förlust av detaljrikedom. Exempel på moaré-effekt på en inskannad rastrerad bild Vektorgrafik Vektorgrafik kallas grafik som innan det har rastrerats (givits pixelfärgvärden i grafikminnet) bara finns som matematiska geometriska former i datorns minne. Detta för att de ska gå att skala om till vilken rastrerad storlek som helst. Fonter, clipart och vissa typer av logotyper kan vara vektorgrafik, och ser ofta bra ut i vilken storlek som helst. Det här kan utnyttjas för att få bästa möjliga kvalitet på sin utskrift. RIPchipet (eller mjukvaran) omsätter dessa matematiska former till skrivarens upplösning och kan på så sätt skriva ut optimalt rastrerade texter (eller vad det nu är) i upplösningar som inte skärmen klarar av att visa. Vektorgrafrik är uppbyggt av matematiska geometriska former 20

21 När ett text-dokument från någon ordbehandlare eller desktop publishingprogramvara ska ska skrivas ut, konverteras de virtuella sidorna (som bara existerar i datorns minne och eventuellt på hårddisken) till något lämpligt page desciption language (som på svenska brukar kallas skrivarkontrollspråk). Detta språk beskriver vilka texten som ska sitta vart på sidorna, i vilket typsnitt och i vilken storlek. Detta skickas till skrivaren som i sin hårdvara konverterar detta till en högupplöst rastrerad bild som i sin tur skrivs ut. Vanliga sådana här språk är PCL, Diablo, EPL, PostScript, SVG och PDF. I skrivarens RIP-hårdvara blir vektorerna skrivarpunkter PDF innehar en särställning i det att det i första hand läses med speciell programvara istället för att skickas till skrivare. Processen att skapa PDF är att skapa en skrivarkontrollspråks-fil av sidor och spara resultatet. PDFdokument är alltså virtuella utskrifter. 21

22 Bläckstråleskrivare Tre tekniker En bläckstråleskrivare skriver med hjälp av mikroskopiska bläckplumpar som sprutas från munstycken på papperet. Hur färgen skjuts ut från munstyckena skiljer sig mellan tre huvudsakliga tekniker: Kontinuerliga bläckstråleskrivare, som är den första bläckstråletekniken som utvecklades (1951 av Siemens), har en jämn ström av mikroskopiska bläckplumpar som skickas mot papperet. Vid utskrift leds bläckdropparna från sin bana till att - istället för att träffa en bläcksköld - med hjälp av elektrostatisk laddning träffa papperet. De flesta bläckdropparna träffar inte papperet utan leds tillbaka till patronen. En av fördelarna med den här tekniken är att bläcket inte kan torka i munstycket, eftersom det hela tiden kommer nytt bläck. En annan fördel är att det går snabbt, vilket gör att den används i industrisammanhang. De övriga två teknikerna brukar kallas Drop-On-Demand (droppe-vid-behov på svenska). Schematisk skiss över kontinuerlig bläckstråleteknik Termiska (grekiskans thermo betyder värme) bläckstråleskrivare har små kammare med bläck som hettas upp med elektricitet och av ångtrycket pressas ut ur munstycket på papperet. Bland andra HP, Lexmark och Canon använder sig av den här tekniken. Schematisk skiss över termisk bläckstråleteknik 22

23 Piezoelektriska (grekiskans piezo betyder tryck) bläckstråleskrivare består av en kammare med bläck med ett piezoelektrisk material bakom. Piezoelektriska element ändrar form när elektricitet leds in i dem. När elementet tar plötsligt upp mer plats i kammaren tvingas bläcket ut mot papperet. Epson med flera använder sig av den här tekniken. Schematisk skiss över piezoelektrisk bläckstråleteknik Skrivarhuvuden Alla bläckstråleskrivare behöver ett skrivarhuvud per färg. I de flesta kan man byta ut en färg åt gången, vilket sänker kostnaden. I andra varianter måste man byta en stor patron med alla färgerna i. Om man måste byta alla färger när till exempel svart är slut, blir det dyrt i längden. I skrivare från en del tillverkare är utskriftsmekanismen, inklusive elektroniken, inbyggd med munstrycket i bläckpatronen vilket gör blackpatronerna dyra. Å andra sidan behöver man inte bekymra sig nämnvärt om intorkat bläck - det är ju bara att köpa nya bläckpatroner. Andra tillverkare tillverkar skrivare med skrivarhuvuden som är avsedda att fungera under skrivarens hela livslängd. Billigast i längden är att ha en bläckpatron per färgelement 23

24 Bläckpatronerna fästs i en hållare som drivs fram och tillbaka över arket med en stegmotor. När en rad är färdigskriven, drivs papperet framåt till nästa rad med en vals. Bläckpatronhållare Bläcket Bläcktypen som används i de flesta hemmabläckstråleskrivare är lösningsbaserad, som inte brukar vara särskilt motståndskraftig mot solljus utan bleknar ganska fort samt är är mer ömtåligt när det är vått. Dyrare, pigmentbaserat bläck är tåligare, både mot solljus och fukt. Nackdelar med pigmentbaserat bläck är atttonomfånget inte är lika bra som i lösningsbaserade dito. Tonomfång är hur många nyanser skrivaren kan återge. Eftersom tekniken ständigt går framåt, har skillnaderna mellan de infärgande lösningsbaserade bläcken och de pigmentbaserade bläcken minskat - de lösningsbaserade blir allt motståndskraftigare och de pigmentbaserade får allt större tonomfång. För att motverka intorkning på skrivarhuvudena, har de flesta bläckstråleskrivare en funktion för att återfukta dem. När den sätts igång försöker skrivaren pressa ut bläck från alla skrivarhuvuden på en gång. Ett gummiblad dras över skrivarhuvudena och bläck pressas ut på nytt för att rensa ut de (förhoppningsvis) uppmjukade bläckplumparna. 24

25 Bläckpatron 1. munstyckena är mycket små 2. kontakter med vilka skrivaren styr munstyckena 25

26 Bläckstråle Vanliga problem När ett eller flera munstycken i skrivarhuvudet har torkat igen, uppstår ett fenomen som kallas randning. Det bildas horisontella vita (eller ljusa) ränder med jämna mellanrum där munstyckena inte lyckats få ur sig färg. Skrivarhuvudet kan ha dålig kontakt med skrivarhuvudhållaren, då att bläckmunstycket inte får signal att skicka ut bläck. Skrivarhuvudet kan sitta i ordentligt, men ändå uppstår konstiga randfenomen i utskriften. Det kan bero på att munstyckena inte är riktigt justerade i förhållande till varandra. Det brukar följa med programvara till skrivaren, eller finnas integrerat i skrivarens drivrutin. 26

27 Laserskrivare Den Xerografiska processen Laserskrivare utnyttjar en xerografisk process för utskrift på papper. Xerografi kommer från grekiskans xeros (torr) och grafos(skriva). Den kallas så, därför att inga vätskor ingår i processen, vilket ingick i alla andra reproduktionsprocesser på 1930-talet, då processen utvecklades. 1. Processen inleds med att en trumma med en fotoelektrisk yta (fotoreceptorn) laddas med statisk elektricitet med hjälp av en laddningstrumma. Laddningen ligger på runt 600 V. Fotoreceptorn laddas med statisk elektricitet 2. I dyrare skrivare riktas en laserstråle mot en roterande spegel som skickar strålen genom ett system av linser och speglar mot fotoreceptorn. Strålen sveper horisontellt över den roterande trumman. Strömmen av rastererade data slår på och stänger av strålen för att forma punkter på trumman. Punkterna där strålen träffar trumman laddas ur. Rad med lysdioder 27

28 I billigare skrivare ersätts systemet av speglar, linser och laserstrålen av en rad lysdioder som slås på och av i sekvenser när trumman roterar under den. Punkterna där trumman belyses laddas ur. I båda fallen har fotoreceptorn en negativt laddad negativ bild efter belysningen. Belysningen laddar ur områden på fotoreceptorn 3. Fotoreceptorn roterar under en behållare med tonerpulver. Pulvret laddas negativt (samma laddning som den obelysta fotoreceptorn) innan det lämnar behållaren. När pulvret landar på fotoreceptorn, stöter den negativa statiska laddningen på trumman bort tonerpulvret, medan det fastnar på de områden där laserstrålen (eller lysdioderna) belyst. Schematisk skiss över xerografiprocessen 28

29 4.Ett pappersark pressas mot fotoreceptorn (i dyrare skrivarmodeller laddas papperet positivt innan, något som underlätar överföringen) och tonerpulvret förs över. Tonerpulvret fäster på ett pappersark 5. Papperet passerar två värmevalsar som smälter och pressar fast tonerpulvret på pappersarket. Papperets väg genom laserskrivaren 29

30 Tonerkassetten I en modern laserskrivare sitter både laddningstrumman och fotoreceptorn i tonerkassetten. Det är en av orsakerna till att det är dyrt att köpa tonerkassetter. Tonerkassett med fotoreceptor och laddningstrumma 30

31 Regelbundet underhåll En laserskrivares livslängd förbättras avsevärt vid regelbundet underhåll. Tekniken i en laserskrivare kräver att vissa delar är väldigt varma eller kan ge kraftiga (om än inte dödliga) elektriska stötar. Det är därför viktigt att låta skrivarens strömkabel vara urdragen en stund innan man öppnar den - vanligtvis 15 minuter, men konsultera skrivarmanualen för säkerhets skull. Med regelbundet underhåll ökar skrivarens livslängd När du väntat ut värmevalsarna och kondensatorerna (som håller spänningen), öppna skrivaren och ta ut tonerkassetten. Torka ur överbliven toner från de delar av skrivarens insida du kan komma åt med en fuktig trasa. Värmevalsarna har ofta en dyna som är till för att skrapa av överflödig toner. Byt ut den om den är smutsig. Om skrivaren är utrustad med ett ozonfilter, byt ut det. Skaka om tonerkassetten så att tonern fördelas i kassetten och sätt tillbaka den i skrivaren Slå på skrivaren igen och skriv ut en testsida. 31

32 Telefax och skanner Historia Telefax är en sammanslagning av orden tele (efter grekiskans tele - från avstånd) och faksimil (efter latinets fac simile - göra lika). Inget kontor var komplett utan en fax för några år sedan Tekniken uppfanns 1846 av skotten Alexander Bain, men eftersom han inte lyckades riktigt bra med synkroniseringen mellan sändarapparat och mottagarapparat (man var tvungen att starta två pendlar samtidigt) blev resultatet dåligt. Tekniken förfinades av italienaren Giovanni Caselli som 1861 lyckades göra en användbar maskin. 32

33 1865 fanns möjligheten att sända fax mellan Paris och Lyon. Detta var dock en tidskrävande process som krävde att man skrev dokumentet på ett specialark som fästes vid sändarmaskinen. Alexander Bains modell Den första faxmaskinen där man kunde skanna in vilket tvådimensionellt dokument som helst för sändning uppfanns 1881 av engelsmannen Shelford Bidwell. Runt 1900 utvecklades tekniken ytterligare av tysken Arthur Korn, som lyckades skicka ett efterlyst foto som gick att använda med sin Bildtelegraph. Den tyska Bildtelegraph som kunde överföra foton 33

34 Under 1960-talet faxades den första bilden via satellit i U.S.A. En Western Union Desk-Fax från 1952 Under 1970-talet var faxar fortfarande väldigt dyra i inköp. De bestod av en roterande trumma, där originalet fästes. En ljuskälla belyste dokumentet och det reflekterande ljuset påverkade en ljuskänslig cell, som i sin tur påverkade styrkan hos en elektrisk signal. Denna omvandlades till ljud (modulerades) och sändes med telefonnätet till mottagaren. I mottagaränden översattes ljudet till elektriska signaler igen (demodulerades). Den elekriska signalen fick ett slags ritstift att tryckas mot ett blankt ark på en motsvarande roterande trumma och på så sätt reproducera bilden från originalet. Exempel på 1980-tals-faxkvalitet 34

35 Under senare delen av 1980-talet fram till senare delen av 1990-talet hade faxen sin storhetsperiod. Numera är sändning av skannade bilder via internet inga problem, och faxen är mer eller mindre historia. Den "moderna" faxmaskinen Faxpapper Det finns idag huvudsakligen tre typer av faxmaskiner: De som använder termoskrivarteknik, de som användertermotransferskrivarteknik och de som använder den idag vanligalaserskrivartekniken (för mer information om olika skrivartekniker,se avsnittet om Skrivartyper). Överföringen går numera till så att originalet skannas in och sänds via telefonnätet eller internet till mottagaren som skriver ut det överförda dokumentet. Skanner En skanner är en blidläsare för tvådimensionella original. Det finns även så kallade 3D-skannrar, men de är inte inom området för den här lektionen. 35

36 De första skannrarna var av trumtyp. Det innebär att bilden fästs på en trumma (rulle) som rullas förbi de ljuskänsliga elementen. Den här tekniken uppfanns av Russell Krisch De första skannrarna var svart/vita. Den första skannade bilden (1957, skaparen Russell Kirschs son Walden) 36

37 Den vanligaste typen av skannrar för hemmabruk är flatbäddsskannern. Den har en glasruta ovanför en rörlig läsarm med en kraftig ljuskälla och tre rader av ljuskänsliga CCD-element. Varje rad har ett filter, ett för Rött ljus, ett för Grönt ljus och ett för Blått ljus. Flatbäddskanner Ett CCD-element är en typ av elektronisk halvledarbricka som mäter ljusstyrkan som faller på den. De återfinns i skannrar och digitalkameror. När armen förs under glasskivan belyses originalet och CCD-elementen läser av ljusstyrkan för de färgkomponenter de är gjorda för. Om skannern är kopplad till en dator skickas bilden som en bitmapp till skannerprogramvaran. I faxsammanhanget brukar en specialiserad trumvariant av skanner användas och bilden ska istället skickas via telenätet. För att minimera tiden för överförningen, packas bilden ihop med en modifierad Huffmankomprimering. Huffmans komprimeringsalgoritm reducerar redundansen (minskar förekomster av redundant data, såsom tomtum och dubbletter) i data för att snabba upp dataöverföringen. Den används (i olika former) i nästan all form av dataöverföring, och i någon form i de flesta komprimeringsprogram (till exempel WinZip och WinRar). 37

38 Datakomprimering Introduktion Datakomprimering innebär att minska lagringsstorleken på en datamängd. Två huvudvarianter finns: lossless (icke destruktiv - icke förstörande) och lossy (destruktiv - förstörande) komprimering. Det är ofta önskvärt att minska lagringsstorleken på en datamängd Lossless komprimering kräver att det data som komprimerats kandekomprimeras (återskapas) exakt ner till varje enskild bit. Exempel på detta är ZIP-, RAR-, PNG-, TIFF-, GIF- och FLAC-komprimering. Lossy komprimering tillåter att data går förlorat vid komprimeringen, främst data som inte innehåller någon uppfattbar information. Exempel på detta är MP3- MPEG- och JPG-komprimering samt i olika former av telefoni. Det går alltså inte att få tillbaka exakt samma data som innan. Lossy komprimering ligger utanför den här kursens område, så vi får ta det en annan gång. Vid så gott som all datakomprimering används någon variant av Huffmans algoritm, en komprimeringsteknik uppkallad efter skaparen David A. Huffman. Algoritmen uppfanns

39 David A. Huffman ( ) Huffmans komprimeringsalgoritm Huffmans algoritm är en i grunden lossless komprimering som bygger på att vissa Byte förekommer oftare än andra i en datamängd. Det kan man utnyttja för att komprimera datats filstorlek med Huffmankomprimering. Man börjar med att frekvensanalysera datat (räkna de förekommande Byten och hur ofta de förekommer). För att förenkla resonemanget använder jag här bokstäver för att representera Byte. Algoritmen fungerar förstås på alla typer av data. Frekvensanalysen görs genom att räkna hur ofta ett tecken (ett visst Byte) förekommer i datat. Varje gång ett Byte förekommer räknas en räknare för Byten upp. Som exempel tar vi texten "go go gophers", som är kort och bra till syftet att förklara Huffmans algoritm. I normala fall skulle den datalagringsmässigt bestå av 8 bitar per tecken gånger 13 tecken = 104 bitar:

40 Frekvenstabell Textsträngen innehåller de olika tecknen "g","o",mellanslag, "p","h","e","r" samt "s". Efter frekvensanalys skulle vi få en frekvenstabell som ser ut så här: Tecken Antal g 3 o 3 2 p 1 h 1 e 1 r 1 s 1 Huffmanträdet Vi tänker oss att vi skapar ett träd av trädnoder. Trädnoderna kan innehålla ett tecken (eller vilken Byte som helst) en frekvens (antalet gånger Bytet finns i datat). Trädnoden kan dessutom ha ett "vänsterbarn" och/eller ett "högerbarn" som isåfall också består av trädnoder. Trädnoder skapas som innehåller våra tecken och deras frekvens. Dessa läggs i en sorterad kö, en så kallad prioritetskö. Jag visar för tydlighetens skull kön som en grå linje, minsta talet till vänster och större tal åt höger. Ur prioritetskön plockas de två minsta noderna (de med lägst frekvens) och fogas samman som barn till en ny nod, som får barnens sammanlagda frekvens. Denna nod läggs tillsammans med sina barnnoder tillbaka på sin nya plats i kön (finns fler noder med samma frekvens som den nya nodens läggs den nya noden sist av dem): 'e' + 'h' blir en ny nod med frekvensen (1 + 1 =) 2 och placeras sist av de noder som har 40

41 frekvensen 2 Detta förfarande upprepas till dess att kön bara innehåller en nod (Huffman-trädet): 41

42 Bara två noder kvar i kön, som tillsammans blir... det färdiga huffmanträdet! Genom att traversera (vandra genom) trädet och genom att låta varje väg till ett vänster underträd representeras av 0 och vägen till höger underträd av 1, får vi en bitrepresentation av varje löv(noder utan barn). 42

43 Den observante ser snart att de tecken som återkommer oftast hamnar högt upp i trädet, och får därmed kortare bitrepresentationer, medan de mer sällan förekommande hamnar längre ner och får längre bitrepresentationer. Inget tecken kan dock få längre bitrepresentation än 8 bitar. Tecken Bitrep. g 01 o p 0010 h 1101 e 1100 r 0011 s 000 När vi använder oss av de nya bitrepresentationerna istället för originalbitströmmen får vi: Alltså 37 bitar istället för de 104 okomprimerade bitarna (35,5% av originalstorleken). Om vi vill kunna återskapa datat blir vi dock tvungna att spara undan Huffmanträdet också, annars vet vi ju inte vad de olika bitrepresentationerna betyder... Skulle vi öppna en sådan här fil i en texteditor blir det bara rappakalja, eftersom datat inte längre är uppdelat i Byte. 43

44 Dekomprimering Hur får vi nu tillbaka vår text från det komprimerade datat? Jo, genom att med hjälp av den komprimerade bitströmmen traversera trädet (0 vänster underträd, 1 höger underträd) tills ett löv påträffas. Detta upprepas till dess bitströmmen är slut. Klart! Exempelvis bokstaven "r" Effektivitet När är Huffmans komprimering effektivast? Algoritmen bygger på att mönster som förekommer ofta representeras av kortare bitsekvenser än mönster som förekommer mer sällan. Alltså fungerar den bäst på till exempel texter, där det är sannolikt att en del tecken förekommer oftare än andra, eller rena grafikbitmappar, där färger förekommer i olika omfattning. Mindre lämpliga data att komprimera är redan komprimerad data (JPG, MPEG, ZIP, RAR och så vidare), eftersom de redundanta(återkommande) mönster som eventuellt har funnits redan förbrukats för att få ner storleken en gång. 44

45 Krypterad data går inte heller att komprimera speciellt framgångsrikt, eftersom krypteringsalgoritmerna försöker minska mönster som kan hjälpa obehöriga att forcera kryptot. I krypterad text är mönstren minimerade av krypteringsalgoritmen 45