Общие сведения о системах факсимильной связи

Факсимильная связь это вид электросвязи, обеспечивающий передачу и воспроизведение неподвижных изображений, в частности различных текстовых документов, чертежей, фотографий, метеокарт, газетных полос и т.д.

Сущность факсимильного метода передачи состоит в том, что передаваемое изображение (оригинал) разбивается на отдельные элементарные площадки, которые сканируются с определенной скоростью развертки. Сигнал яркости пропорциональный коэффициенту отражения таких элементарных площадок преобразуется в зависимости от способа модуляции и передается по каналу связи. На приемной стороне эти сигналы преобразуются в элементы изображения и воспроизводятся на специальной или обычной бумаге.

В зависимости от характера оригинала во многом зависят принципы построения соответствующей факсимильной аппаратуры. Например, факсимильные системы для передачи цветных и черно-белых изображений, последние бывают многоградационные (полутоновые) и двухградационные. К многоградационным относятся фотографии, иллюстрации и т.п. К двухградационным - буквенно-цифровой текст, чертежи и т.п.

Факсимильная система связи включает в себя передающий и приемный факсимильный аппараты, устройства сопряжения (например, модем) и линию связи. Линия связи строится на базе радиоканалов, спутниковых каналов; используются линии коммутируемой телефонной сети общего пользования, выделенные каналы, либо каналы цифровой сети с интеграцией служб (ISDN).

Первая факсимильная техника появилась в конце 20-х годов XX века. В аппаратах в основном использовалась барабанная развертка изображения. Эти системы были полностью аналоговыми и имели низкую скорость передачи. Первый факсимильный стандарт обеспечивал скорость передачи страницы текста за 6 минут. Последующие стандарты и их модификации совершенствовали технологию в направлении увеличения скорости передачи и степени разрешения.

В настоящее время широко используются стандарты факсимильных аппаратов группы 3 и группы 4. Основное отличие их от более ранних заключается в полностью цифровом методе передачи со скоростью до 14,4 Кбит/с, а в каналах ISDN и выше; применяется сжатие данных, благодаря чему факсимильные аппараты группы 3 передают страницу текста формата А4 за 30-60 секунд. Разрешающая способность цифровых факсимильных аппаратов колеблется в широких пределах и достигает 8 лин./мм, а для передачи газет до 25 лин./мм (с использованием лазерных излучателей).

Особую группу среди современной факсимильной техники составляют факс-модемы. С помощью специального интерфейса они стыкуются с компьютером и содержат все основные части обычных факс-аппаратов, за исключением сканирующего и воспроизводящего устройств (благодаря чему снижается их стоимость). Через компьютерные программы сканирования и печати они могут взаимодействовать с периферийными устройствами ПК: сканером и принтером. Факс-модемы имеют протоколы взаимодействия с обычными факсимильными аппаратами; их удобство заключается в выводе информации прямо на дисплей ПК и передаче уже обработанной на компьютере информации.

Цифровые факсимильные системы имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с аналоговыми. Например, возможность регенерации сигнала на промежуточных пунктах; универсальность способа передачи (можно передавать факсимильную информацию наряду с другими видами сообщений по единым цифровым трактам); сокращение времени передачи за счет оптимального кодирования факсимильного сигнала; применение хорошо развитой цифровой элементной базы (микросхем, микропроцессоров) при создании новых образцов цифровой факсимильной аппаратуры; возможность сопряжения цифровых факс-аппаратов с ЭВМ и ПК в целях обработки факсимильной информации.

Цифровые факсимильные аппараты создавались на базе аналоговых аппаратов. Сначала появились аналого-цифровые факсимильные аппараты, затем полностью факсимильные цифровые аппараты. В аналого-цифровых аппаратах блоки электрооптического анализа и синтеза изображения оставались аналоговыми, а устройства преобразования сигналов были цифровые. В полностью цифровых факсимильных аппаратах блоки электрооптического анализа и синтеза - дискретные.

Структура системы цифровой факсимильной связи

использующая аналого-цифровые аппараты

Передающий комплект включает в себя анализирующее устройство (АУ) и устройство преобразования сигналов (УПС пер.). Приемный комплект состоит из устройства преобразования принятого сигнала (УПС пр.) и воспроизводящего устройства (ВУ). Кроме того, в системе предусматривается автономная, либо принудительная синхронизация. В первом случае два высокостабильных опорных генератора, управляющих развертками передающего и приемного аппаратов, работают независимо друг от друга. В современных цифровых системах наиболее часто применяется принудительная синхронизация от ведущего генератора, расположенного в передающем аппарате. В передаваемый поток данных вводится специальный синхросигнал, который однозначно определяется (селектируется) на приемной стороне и служит для синхронизации ведомого генератора, управляющего разверткой воспроизведения.

В передающей части применяются развертывающие устройства (РУ) механического или электронного сканирования строк изображения. Отраженный от элементарной площадки оригинала световой поток через оптическую систему попадает на фотопреобразователь (ФП), представляющий собой фотоэлемент, например фотоэлектронный умножитель. Механическая развертка строк может осуществляться с помощью барабана, качающегося зеркала, либо спирального диска и т.д. Сигнал на выходе ФП - аналоговый. Электронная развертка на основе ФПЗС-линейки (фотополупроводники с зарядовой связью) обладает наилучшими показателями по скорости преобразования. Сигнал на выходе ФПЗС-линейки - дискретный, величина дискрета пропорциональна световому потоку, отраженному от элементарной площадки строки оригинала (АИМ-сигнал).

Далее в цифровом факсимильном аппарате сигнал преобразуется в цифровой код. Эту задачу решает аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Аналоговый сигнал подвергается дискретизации с частотой, которая обеспечивает заданную величину разрешения лин./мм, в зависимости от скорости развертки. Таким образом, формируются дискретные отсчёты сканируемого изображения - АИМ-сигнал. При использовании ФПЗС-линейки такое преобразование происходит непосредственно в ней.

Следующие процессы АЦП - квантование и кодирование, при которых каждому значению отсчета присваивается ближайшее к нему значение квантованного уровня и выдача этого уровня двоичным кодом. Число уровней квантования зависит от характера оригинала. Для удовлетворительной передачи и воспроизведения полутоновых черно-белых изображений необходимо иметь не менее 7 градаций яркости (полутонов). Соответственно число уровней квантования должно быть не меньше. Для двухградационных изображений задача значительно упрощается, т.к. передавать две позиции яркости «белое» и «черное» можно одноразрядным кодовым словом: либо «0», либо «1».

На следующем этапе преобразования необходимо устранить избыточность, которая в большом количестве присутствует в изображениях, поскольку имеются значительные корреляционные связи как межстрочные, так и любых соседних элементов вдоль строки. Данный вид преобразования осуществляется в устройстве сжатия (компрессоре). В результате «сжатия» (сокращения избыточности) уменьшается время на передачу изображения при одинаковой пропускной способности канала связи.

Далее сигнал поступает в устройство согласования, представляющее собой промежуточную память. Это необходимо для согласования скорости сигнала на выходе компрессора и в канале связи. «Сжатые» кодовые комбинации могут иметь как различную длину, так и различную скорость поступления. В канале связи сигнал имеет определенный стандарт скорости. Таким образом «сжатые» данные накапливаются в памяти устройства согласования, а оттуда уже с равномерной скоростью поступают в модулятор и, в зависимости от способа модуляции, сигнал передается по каналу связи.

Аналогичные функции устройство согласования выполняет и на приемной стороне. Считывание данных из накопителя происходит неравномерно, в соответствии с алгоритмом работы декомпрессора. Декомпрессор восстанавливает сжатый сигнал, внося в него избыточность, при этом должно быть четкое соответствие алгоритмов процедур сжатия и восстановления. Декомпрессированный сигнал поступает в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), в котором декодируется и, с помощью фильтра ФНЧ, восстанавливается. Восстановленный сигнал - аналоговый, подается на устройство воспроизведения (синтеза). В состав синтезирующего (воспроизводящего) устройства входят: устройство, формирующее развертывающий элемент (апертуру); развертка и материал, на котором осуществляется запись изображения. Синтезирующие устройства бывают различных типов, например: электрооптические (запись на фотопленку или фотобумагу); электрохимические (запись на ЭХБ); электротермические (запись на ЭТБ); электростатические (запись на ЭСБ).

Для последнего типа существует запись и на обычную бумагу: электростатический барабан с бумагой наэлектризовывается лазерным лучом. К местам наибольшего электростатического потенциала притягивается специальная порошковая краска, которая при нагревании спекается и образует высококачественное изображение. Существуют так же типы синтезирующих устройств с электронной строчной разверткой, например, термопечатающая линейка.

Таким образом, переданное изображение оригинала на приемной стороне восстанавливается в копию.

Характеристики факс-аппаратов (на примере некоторых моделей)

Canon FAX-L800