Содержание статьи
ФАКСИМИЛЬНАЯ СВЯЗЬ , передача фотоснимков, рисунков, карт и рукописных или напечатанных текстов электрическими сигналами. (Впервые ее осуществил итальянский физик Дж.Казелли в 1855.) Свет, отраженный от изображения, преобразуется в электрические сигналы, которые передаются по проводам или по радио на удаленный приемник, где восстанавливаются на бумаге или пленке в виде копии оригинала. Факсимильная связь используется службами новостей для рассылки новостей и фотоснимков газетам и телецентрам, государственными службами, банками, авиакомпаниями и железными дорогами – для передачи содержания документов, а также многими другими предприятиями и организациями как вспомогательное средство при обработке данных, сборе и регистрации информации.
Последовательность работы факсимильной системы следующая: оптическое сканирование, кодирование сигналов, модуляция, передача сигналов, демодуляция, декодирование и изготовление копий.
Сканирование.
Сканирование в факсимильных системах выполняется аналогично тому, как это делается в телевидении. Оригинал, например фотоснимок, освещают и систематически последовательно считывают малыми соседними участками, которые называются пикселами (picture element – элемент изображения). Свет, отраженный от каждого пиксела, преобразуется в электрический ток каким-либо электронным устройством – фотоэлементом, фотодиодом либо прибором с зарядовой связью (ПЗС). ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ.) Одно такое устройство можно использовать для последовательного считывания по одному пикселу друг за другом, перемещаясь вдоль строки, строка за строкой, сверху вниз до тех пор, пока все изображение не будет преобразовано в электрические импульсы. Так осуществляется линейное сканирование. Возможно также выполнять сканирование целой строки сразу, используя для этого группу расположенных в строку воспринимающих приборов; такое сканирование называется матричным. При многоточечном сканировании вертикальный ряд фотодиодов движется поперек изображения, сканируя колонки пикселов одну за другой. Каждый фотоприбор в процессе сканирования дает набор токовых импульсов. Однако передача токовых импульсов на удаленный приемник производится последовательно по одной линии.
Чтобы обеспечить получение в репродуцируемом изображении мелких деталей, надо использовать пикселы очень малого размера. Согласно стандарту Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии (МККТТ), каждый пиксел должен иметь форму прямоугольника размером 0,12ґ 0,13 мм. По этому стандарту копия, изготовляемая с оригинала размером 20ґ 28 см, содержит 3,6 млн. пиксел (для сравнения укажем, что телевизионное изображение содержит ок. 200 тыс. пиксел). Пикселы, используемые в факсимильных системах связи высокого разрешения, имеют размер впятеро меньший, чем рекомендует упомянутый выше стандарт МККТТ, тогда как в системах низкого разрешения эти размеры могут быть вдвое больше стандартных.
Независимо от того, как освещается сканируемое изображение (последовательно, как это делается при линейном сканировании, или сравнительно большими площадями), фотоприбор, воспринимающий свет, отраженный от изображения через апертуру объектива, ограничивается в каждый данный момент всего одним пикселом.
В используемой для факсимильной связи системе сканирования, изобретенной Ф.Бейкуэллом в 1848, оригинал наворачивают на барабан. Остро сфокусированное световое пятно направляется на оригинал, и свет, отраженный от данного элемента изображения, воспринимается фотодиодом. Источник света, установленный на каретке, перемещается параллельно оси барабана, так что световое пятно описывает линию поперек оригинала, освещая поочередно каждый пиксел. Барабан поворачивается, и по мере вращения барабана сканируется вся поверхность оригинала. По меньшей мере один раз за оборот барабана сигнал, передаваемый на синтезирующее факсимильное устройство, контролирует синхронизацию последнего со сканером. При сканировании с барабана возможно освещение оригинала широким лучом и считывание фотоприбором с объективом.
Оригинал не всегда бывает удобно наворачивать на барабан. Плоский оригинал сканируют световым пятном, перемещаемым поперек оригинала подвижным зеркалом. Сканирование с помощью зеркала можно также использовать при работе с оригиналом, навернутым на барабан, или с оригиналом, вытягиваемым с ролика. Излучение лазера позволяет получить очень тонкий пучок, сканирующий оригинал в поперечном направлении строка за строкой, в то время как оригинал протягивается в продольном направлении. В одной из схем для перемещения луча поперек оригинала используется качающееся зеркало. В другой схеме сканирования применяется вращающееся многогранное зеркало с 18 плоскими зеркальными поверхностями, каждая из которых может сканировать ряд пикселов. Быстрое вращение зеркала в сочетании с соответствующим перемещением оригинала по вертикали позволяет получить высокую скорость сканирования. Электронное сканирование плоского оригинала можно также выполнять с помощью линейной матрицы фотодиодов или приборов с зарядовой связью. Когда надо получить скорости сканирования более 6 строк в секунду, предпочтительнее использовать лазер в сочетании с многогранными зеркалами и матрицами фотоприборов.
Кодирование сигнала.
В первых системах факсимильной связи импульсы тока (или аналоговые сигналы), получаемые в результате сканирования, посылались непосредственно по телеграфным или телефонным линиям. В наше время сигнальный ток преобразуют (кодируют) перед передачей. При этом используют две формы факсимильных сигналов в зависимости от типа оригинала и особенностей записывающей среды. Если оригинал черно-белый (как, например, газетная полоса), можно удовлетвориться двухуровневым кодированием сигналов, т.е. сигнал будет иметь одно значение тока для черного и другое – для белого. Если же оригинал содержит также промежуточные между белым и черным тона, называемые серыми, то требуется сигнал с многоуровневым кодированием. В таком случае сигнал, получаемый от сканера, может быть закодирован в виде двоичных цифр и «слов», используемых в вычислительной технике. При этом каждое слово представляет определенное значение на шкале серого в пределах от черного до белого.
Модуляция.
На ранней стадии развития факсимильных систем связи получаемый от сканера сигнал использовали для изменения уровня несущей, но этот метод, известный под названием «амплитудная модуляция», при записи копии вызывал изменения в тенях (аналогично затуханиям, связанным с замираниями при радиопередачах). В современных системах используется плавное изменение частоты несущей (частотная модуляция).
Передача.
Демодуляция и декодирование.
После передачи закодированного и модулированного сигнала он демодулируется частотным детектором. При этом восстанавливается аналоговый сигнал или его закодированный вариант. Затем декодируются закодированные сигналы и восстанавливается аналоговая версия сигнала, полученного при сканировании. Далее этот сигнал подается на синтезирующее факсимильное устройство, которое маркирует среду записи (бумага или пленка) с той же самой последовательностью строк и колонок, какая использовалась при сканировании оригинала.
Факсимильной связью называется передача неподвижных изображений и по каналам связи. Принимаемые изображения воспроизводятся на твердом носителе (обычной или специальной бумаге), поэтому факсимильная связь относится к документальным видам связи – ДФС (документальная факсимильная связь). Передаваемый документ может быть напечатан, написан вручную, содержать рисунки, текст, быть черно-белым, цветным и т.д.
Основным элементом, осуществляющим фотоэлектрическое преобразование (ФЭП), является сканер на основе линейки миниатюрных приборов с зарядовой связью (ПЗС). Совокупность ПЗС «просматривает» расположенную под ними узкую полосу (строку) изображения передаваемого документа. Световой поток, отраженный от поверхности растр-элемента, т.е. участка строки, находящегося под соответствующим ПЗС, вызывает в нем зарядовый пакет электронов, величина которого пропорциональна силе отраженного от растр-элемента светового потока. При помощи 2-х сдвиговых транспортных ПЗС – регистров зарядовые пакеты переносятся вдоль линейки ПЗС в выходное устройство, где преобразуются в импульсы видеосигнала. После «просмотра» и формирования импульсов видеосигнала одной строки документ протягивается под линейкой ПЗС для «просмотра» и передачи сигналов строки и т.д.
Сканирование элементов строки передаваемого документа совместно с процессом переноса зарядов вдоль линейки ПЗС в выходное устройство называется строчной разверткой. Ее скорость определяется частотой тактовых импульсов, поступающих на сдвиговые транспортные ПЗС-регистры.
Минимальные размеры элементов строки, которые могут быть различимы сканирующей системой, определяют разрешающую способность фотоэлектрического преобразователя вдоль строки. По вертикали (кадру) разрешающая способность зависит не только от разрядов ПЗС, но и от величины протяжки документа после передачи очередной строки. Большее разрешение позволяет более качественно передавать документы, но время передачи возрастает пропорционально. Процессом сканирования документа по горизонтали и вертикали управляет устройство развертки.
Для сокращения полосы частот используется компрессия на передаче и декомпрессия на приеме. Затем при помощи модема осуществляется передача информации в линию.
На приеме импульсы видеосигнала поступают в синтезирующее устройство (устройство записи). В современных аппаратах широко используется термографический способ записи с помощью линейки микрорезисторов на термочувствительную бумагу. При локальном нагреве микрорезистором термочувствительного слоя бумаги, он меняет свой цвет в точке нагрева. В последнее время начал применяться струйный способ записи на обычную бумагу с помощью специальной краски.
Для воспроизведения копии документа без искажений, записывающее устройство на приеме должно работать согласованно с анализирующим устройством (ФЭП) аппарата передающей стороны. Для этого сканирование строки и ее запись должны осуществляться с одинаковой скоростью и начинаться с одинаковых положений на оригинале и копии. Оба этих условия обеспечивают устройства синхронизации, управляющие устройствами разверток.
Недостатки традиционных факсов:
а) подверженность значительному механическому износу. При частом использовании сканер забивается пылью и грязью, попадающими со считываемых документов. Пластиковые шестерни изнашиваются. Это приводит к перекосам и неравномерной подаче как считываемых документов в сканер, так и термобумаги в записывающее устройство.
б) сложность отправления документов большому числу адресатов.
г) неэффективное использование термобумаги. Большинство факсимильных аппаратов распечатывает все получаемые сообщения на дорогой термобумаге. Кроме высокой цены у бумаги есть еще один недостаток – изображение на ней со временем выцветает, и важные документы приходится копировать для хранения.
д) ограниченное, строго определенное число выполняемых функций.
Для устранения этих недостатков и в связи с постоянным ростом объемом передаваемой информации были созданы системы на базе персональных компьютеров. Специальные факсимильные платы устанавливаются в ПК вместе с программным обеспечением. Это позволило подключить телефонную линию непосредственно к ПК и превратить его во многофункциональный терминал. Данные системы имеют ряд достоинств:
а) удобство пользования. Позволяет получать, обрабатывать и отправлять факсимильные сообщения, не отрываясь от ПК. Позволяют автоматизировать процесс приема, обработки и рассылки факсов.
б) эффективное использование телефонных линий. Факсимильная система на базе ПК, обеспечивает эффективный обмен информацией по малому числу телефонных линий, заменяя собой множество автономных факсимильных аппаратов, для каждого из которых требуется своя телефонная линия.
в) стоимость факсимильной платы во много раз меньше стоимости автономного факсимильного аппарата, а функциональных возможностей много больше. Позволяет отказаться от дорогой термобумаги и производить распечатку сообщений на обычной бумаге или хранить документы в электронном виде.
г) высокое качество передаваемого изображения. Любой документ текстового или графического редактора может быть передан в виде факсимильного сообщения высокого качества. Для этого при помощи специального программного обеспечения он преобразуется в формат, используемый факсимильной платой. Качество изображения не может быть испорчено ни низким качеством печати, ни загрязнением сканера, ни неполадками в механизме подачи бумаги.
д) сохранение конфиденциальности принимаемых сообщений. В отличии от обычных телефаксов, распечатывающих все поступающие сообщения на едином рулоне бумаги, здесь все принимаемые факсы сохраняются в персональных директориях пользователей, доступ к которым ограничен паролями.
Факсимильная связь (facsimile communication) -- процесс дистанционной передачи неподвижных изображений и текста. Основной ее функцией является передача документов с бумажных листов отправителей на бумажные листы получателей. В качестве таких документов могут быть использованы тексты, чертежи, рисунки, схемы, фотоснимки и т. п. По существу, факсимильный способ передачи информации заключается в дистанционном копировании документов.
Для организации факсимильной связи используют факсимильные аппараты -телефаксы. В качестве каналов связи чаще всего используются телефонные каналы, реже цифровые и радиоканалы. В основе использования факсимильного метода лежит тот факт, что различные участки поверхности изображения имеют разные коэффициенты отражения света. Принцип работы и взаимодействия элементов системы факсимильной связи рассмотрим по структурной схеме, приведенной на рис. 1.
Рис. 1.
В состав передатчика входят: анализирующее устройство, устройство преобразования сигналов передатчика, устройство синхронизации и фазирования.
В состав приемника входят: устройство преобразования сигналов приемника; синтезирующее устройство; устройство синхронизации и фазирования.
Оригинал (рис. 2.), подлежащий передаче, разбивается на элементарные площадки а 0 , каждая из которых характеризуется однородной функцией оптической плотности D (x, y).
Рис. 2.
Анализирующее устройство передатчика преобразует плотности отдельных площадок в пропорциональные по величине электрические сигналы I(t) - видеосигналы. Очередность выделения электрических площадок обеспечивается развертывающим устройством, которое формирует растровую развертку (рис. 3.).
Рис. 3.
Его работа задается устройством синхронизации и фазирования (УСФ). На выходе анализирующего устройства формируется последовательность факсимильных видеосигналов I(t). Эти сигналы в устройстве преобразования сигналов (УПС) приводятся к виду удобному для передачи по каналу связи - U (t).
Для согласованной работы передающего и приемного устройств факсовых аппаратов осуществляется их синхронизация и фазирование. Операция фазирования, то есть начальной установки исходного положения элементарных площадок развертки производится фазирующими устройствами передающего и приемного аппаратов непосредственно перед началом передачи бланка.
Информация о фазе передается специальными сигналами в течении фиксированного времени. Эти сигналы «замешиваются» в общий сигнал, а на приемной стороне выделяются из него для обеспечения согласованной работы УСФ приемника.
На приемной стороне осуществляется обратное преобразование. Подобие копии D" (x, y) оригиналу D (x, y) обеспечивается работой УСФ приемника, поддерживающего постоянное равенство координат в течение всего времени передачи бланка (рис.11): (Хпер., Хпр) = (Упер., Упр.)
Факсимильные аппараты
Выпускаемые в настоящее время факсимильные аппараты отличаются способом воспроизведения изображения, видом развертки и разрешающей способностью.
По способу воспроизведения изображения факсимильные аппараты делятся на: термографические, струйные лазерные, электрографические, фотографические, электрохимические, электромеханические.
Большинство современных факсимильных аппаратов термографического типа. Они не дорогие и имеют достаточно хорошие характеристики. Разрешающая способность таких аппаратов 7-10 точек/мм. Они могут передавать от 16 до 32 уровней серого цвета.
Примерно того же класса электрографические и струйные факсимильные аппараты, но их важной особенностью является использование обычной бумаги. Они несколько дороже.
Лучшие характеристики с разрешением до 16 точек/мм и 64 уровней серого имеют лазерные факсимильные аппараты, но они существенно дороже.
Фотографические факсимильные аппараты лучше других передают полутона и имеют высокую разрешающую способность - до 16 точек/мм, но используют дорогую фотографическую бумагу.
Разрешающая способность электрохимических и электромеханических аппаратов примерно одинаковая и находится в пределах 4-6 точек/мм, но электромеханические аппараты не передают полутонов, поэтому их часто называют штриховыми аппаратами. Электрохимические аппараты используют специальную электрохимическую бумагу. Достоинства электромеханических аппаратов в использовании обычной бумаги и просты по конструкции.
По виду развертки факсимильные аппараты делятся на плоскостные и барабанные. В плоскостных аппаратах передаваемые документы ограничиваются размером только по ширине, так как может передаваться рулонный документ. В барабанных аппаратах передаваемые документы ограничиваются размером и по ширине и по длине.
Факсимильный аппарат барабанного типа
Принцип осуществления факсимильной связи рассмотрим на примере использования аппарата барабанного типа (рис. 4).
В анализирующем устройстве элементарные площадки поочередно освещаются источником света ИС через специальные линзы Л1. Отраженный световой поток собирается с помощью объектива Л2 и направляется на фотокатод фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).
Рис. 4.
В цепи ФЭП будет протекать ток, пропорциональный оптической плотности площадки D (x, y). Последовательность «обхода» площадок обеспечивается с помощью специальных развертывающих устройств. Развертывающее устройство барабанного типа, совершает 2 движения: вращательное - вокруг оси и поступательное - вдоль оси. В результате формируется развертка изображения, а в цепи фотоэлектрического преобразователя возникает изменяющийся во времени сигнал U (t).
Синтезирующее устройство состоит из модулятора света (МС), объектива (Лз) и развертывающего устройства барабанного типа.
Модулятор света излучает световой поток, яркость которого пропорциональна величине проходящего через него потока (сигнала). Световой поток собирается и фокусируется объективом на участке светочувствительного материала, закрепленного на поверхности барабана, совершающего движения синхронно и синфазно с движением барабана анализирующего устройства.
В результате на светочувствительном материале воспроизводится копия оригинала.
Каналы факсимильной связи.
Факсимильный аппараты подключаются к АТС с помощью абонентской линии городской телефонной сети. Спектр сигнала переносится в полосу частот телефонных каналов (0,3-3,4) кГц. Для повышения помехоустойчивости осуществляется частотная модуляция несущей частоты 1900 Гц. Максимальная девиация частоты Df принята равной 400 Гц. Отсюда нижняя частота, соответствующая белому полю изображения равна 1500 Гц, а верхняя, соответствующая черному полю - 2300 Гц. Сигналы фазирования передаются на частоте 1500Гц.
Развитие факсимильной связи долгое время сдерживалось низкими скоростями передачи и большой избыточностью факсимильных сообщений, а также несовершенством оконечной аппаратуры. Например, при передаче текста факсимильное сообщение примерно в 100 раз длиннее, чем текст, закодированный телеграфным кодом.
В последнее время созданы факсимильные аппараты, позволившие преодолеть отмеченные недостатки. В целом время, затрачиваемое на передачу одного листа документа, зависит от размеров этого листа, характера изображения на нем, скорости передачи и режима разрешающей способности. Скорости передачи факсимильной информации по телефонным каналам связи лежат в пределах 4800-28800 бит/с, а при использовании цифровых каналов доходят до 64 000 бит/с. Факсимильные аппараты могут автоматически устанавливать скорость передачи данных в случае, если принимающий телефакс или канал связи не достаточно качественны. В этих случаях первоначально установленная, обычно максимально возможная, скорость передачи снижается до тех пор, пока не будет достигнут уверенный прием сообщений, подтвержденный принимающим телефаксом. Для этого в начале сеанса передающий телефакс посылает специальный сигнал. Принимающий аппарат, распознав этот сигнал, посылает сообщение, подтверждающее прием.
Например, время передачи текстового документа формата А4 при скорости передачи 9600 бит/с составляет около 20 с, но если из-за низкого качества канала связи телефакс снизит скорость передачи до 4800 бит/с, время передачи документа удвоится, а при скорости 2400 бит/с -- увеличится в 4 раза, то есть документ будет передаваться уже более одной минуты.
С улучшением технических параметров, ростом скорости считывания изображения и его передачи факсимильный способ передачи начинает вытеснять телеграфный.
Факсимильная связь может использоваться для автоматического ввода передаваемой информации в компьютер, если последний оборудован факс-модемом.
Вопросы
Лекция 13. Информационное обслуживание
1. Факсимильная передача информации.
2. Электронная почта
Факсимильные средства передачи документов получили широкое распространение лишь в последние десятилетия. Ранее, в силу своей дороговизны и специфических особенностей, они использовались в очень ограниченной сфере деятельности.
Факси́мильная связь - телекоммуникационная технология передачи изображений электрическими сигналами. Исторически включалась в состав телеграфной связи и является разновидностью электросвязи.
Факсимильная связь включает в себя основные операции:
· деление всей площади предназначенного для передачи оригинала на большое количество элементов малого размера, отличающихся друг от друга по какому-либо определённому физическому параметру. Типично для изображений - по оптической плотности;
· последовательное измерение для каждого такого элемента этого физического параметра, преобразование в величину электрического тока или в набор электрических импульсов, в соответствии с предусмотренным протоколом связи;
· трансляция сигнала по линии связи;
· преобразование полученного сигнала, как правило, синхронное и синфазное процессу передачи, запись в приёмном устройстве полученной информации.
Факсимильной связью называется передача заранее подготовленных и нанесённых на бумагу неподвижных изображений по каналам связи, обеспечивающая визуальное восприятие информации. Термин факсимиле (лат. fag-simile - делай подобное) означает точное воспроизведение копии графического оригинала (рукописи, документа, подписи), например, фотографическим или штриховым способами.
В факсимильной технике используется принцип развёртки, т.е. разложения изображения на отдельные элементарные площадки (растровые элементы) и последовательной во времени передачи электрических сигналов, пропорциональных яркости элементов разложения.
Функциональная схема простейшей факсимильной системы с барабанной развёрткой представлена на рисунке 1. Система работает следующим образом. Оригинал с передаваемым изображением закрепляется на развёртывающем барабане 2. Объектив создает на поверхности барабана точечное изображение источника света. Развёртка осуществляется вращением барабана и одновременным поступательным перемещением его вдоль оси. Световое пятно описывает на цилиндрической поверхности барабана винтовую линию. На развёрнутом бланке оригинала эта винтовая линия образует строчный растр. Часть светового потока источника света, отражённого оригиналом, попадает в фотоэлемент. Количество света, попадающего в фотоэлемент, пропорционально средней яркости освещённого элемента. Сигнал, снимаемый с фотоэлемента, усиливается до уровня, достаточного для передачи по каналу связи. При равномерном перемещении светового потока с линейной скоростью V (мм/с) по изображению оригинала, состоящему из чередующихся чёрных и белых линий шириной d (мм), максимальная частота спектра факсимильного сигнала в Гц составит величину
1 – высокоскоростной модем; 2 – устройство управления сетью; 3 – устройство управления модемом; 4 – сканер; 5 – устройство управления сканером; 6 – кодирующее устройство; 7 – главное устройство управления; 8 – декодирующее устройство; 9 – электростатическая записывающая система; 10 – внутренняя управляющая шина; 11 – линза; 12 – устройство управления вводом-выводом; 13 – флуоресцентная лампа; 14 – преобразователь тока; 15 – устройство управления передатчиком; 16 – устройство управления приемником; 17 – панель управления
Рисунок 1 – Функциональная схема современного факсимильного аппарата третьей группы
В приёмном устройстве принятый сигнал вновь усиливается и модулирует яркость свечения безынерционного источника света 11. Объектив 12 фокусирует на поверхность барабана, на котором закреплена светочувствительная бумага, световое пятно. Яркость этого пятна пропорциональна переданному сигналу, т.е. пропорциональна яркости анализируемого элемента изображения. Развёртывающие барабаны в приёмном и передающем устройствах вращаются синхронно и синфазно. После приёма фотобумага с записанным скрытым изображением обрабатывается обычными фотохимическими методами.
Факсимильная аппаратура, осуществляя передачу неподвижных изображений, всегда обеспечивает точное воспроизведение очертаний различных знаков. При этом воспроизведение всех градаций яркости (полутонов) может быть полным или условным. В последнем случае получаемая копия будет содержать элементы только двух градаций яркости (черное и белое).
Факсимильная аппаратура по назначению классифицируется на пять типов: 1) передача-прием газет в пункты децентрализованного печатания; 2) передача-приём фотофаксимильной информации; 3) передача-приём метеорологических карт; 4) передача-приём факсимильной документальной информации; 5) переприём факсимильной информации, представленной в цифровой форме.
В целях унификации и стандартизации факсимильная аппаратура, работающая по сетям электросвязи общего пользования (предназначена для передачи любой графической информации, кроме ИГП), по рекомендации МСЭ разделена на четыре группы (таблица 12.1). Данные факсимильные аппараты работают по телефонным линиям связи или по каналам передачи данных. На основании сравнения основных параметров современную факсимильную аппаратуру можно охарактеризовать следующим образом.
Таблица 12.1 – Параметры факсимильной аппаратуры, классифицированной по группам МСЭ
Наличие в спектре факсимильного сигнала постоянной составляющей и низких частот не позволяет непосредственно передавать его по каналам ТЧ. Перенос спектра частот факсимильного сигнала в область более высоких частот, совпадающую с полосой пропускания канала ТЧ, производится в процессе модуляции. Поэтому в факсимильной аппаратуре первой группы предусматривается передача модулированного сигнала с двумя боковыми полосами частот, а при уменьшении времени передачи до 3 мин допускается передача изображений формата А4 с пониженной разрешающей способностью. Для снижения стоимости факсимильных аппаратов первой группы используются простые технические решения, такие как совмещение передающего и приёмного устройств в одном аппарате, барабанная развёртка, контактная запись на обычную бумагу. В ряде моделей используются ксерографическая запись изображения с помощью гелий-неонового лазера, электротермическая запись на специальную бумагу, автоматическая, бесконтактная запись, наносимая чернильной струёй на рулон обыкновенной бумаги.
В факсимильных аппаратах второй группы для уменьшения времени передачи изображения формата А4 по 3 мин с плотностью не менее 3,85 строк/мм используются сигналы с трёхуровневой амплитудно-фазовой модуляцией (АМ-ФМ) и частично подавленной одной боковой полосой частот.
В факсимильных аппаратах третьей группы используются цифровое копирование разности видеосигналов двух соседних строк и трёхуровневая однополосная амплитудная модуляция (АМ).
Факсимильная аппаратура четвёртой группы представляет собой цифровые приёмо-передающие устройства. Время передачи изображения формата А4 составляет 10-30 с. В качестве анализатора изображения используются ПЗС (приборы с зарядовой связью) линейки, состоящие из 1782 элементов. Для воспроизведения копий применяется электростатический способ записи. Факсимильные аппараты четвёртой группы используются на сетях передачи данных общего пользования, включая сети с коммутацией каналов, с коммутацией пакетов, а также цифровые сети с интеграцией служб (ISDN). Данные факсимильные аппараты могут работать и по телефонным сетям, для чего необходимо применять соответствующие способы модуляции. Независимо от используемой сети электросвязи в факсимильные устройствах имеются средства снижения избыточности информации в передаваемых изображениях.
В современных факсимильных аппаратах широко применяются плоскостные анализирующие устройства со светочувствительными линейными матрицами ПЗС. Анализирующие линейки на основе ПЗС отличаются конструктивной и технологической простотой, долговечностью, стабильностью параметров, надежностью, малыми габаритами. Явление самосканирования в линейной матрице ПЗС в сочетании с фотопреобразованием делает это устройство одним из наиболее перспективных преобразователей изображения в электрический сигнал в строчном направлении. Развёртка по кадру в таком анализирующем устройстве производится механическим перемещением оригинала перпендикулярно развёртке, осуществляемой линейкой ПЗС. Например, линейная матрица ПЗС с числом элементов 1000-2000 позволяет осуществлять электронную развёртку по строке со скоростями от 100 до десятков тысяч строк в минуту. Анализирующие устройства подобного типа называются оптико-электронными.
Рассмотрим пример реализации плоскостной строчной развёртки с использованием линейной фоточувствительной матрицы ПЗС, которая позволяет получить разрешающую способность по строке не менее 8...15 линий /мм (рисунок 12.2). Работу такого устройства во времени можно разделить на два этапа. Сначала отражённый от оригинала световой поток попадает на фоточувствительные элементы, т.е. осуществляется восприятие строки изображения. В этом случае на электроды ПЗС ячеек подаётся потенциал хранения, при котором происходит накопление фотогенерируемых носителей. Затем, по окончании цикла восприятия строки изображения, накопленные электрические заряды от каждой ячейки через канал переноса поступают в аналоговый регистр переноса, имеющий МОП-структуру, на который подаются тактовые импульсы сдвига. Образуемые на МОП-структуре зарядовые пакеты под действием тактовых импульсов сдвига перемешаются на выход, образуя на нагрузке выходного устройства видеосигнал строки изображения, который после обработки поступает в линию связи.
1 – аналоговый регистр сдвига; 2 – выходное устройство; 3 – канал переноса; 4 – светочувствительные ПЗС ячейки
Рисунок 2 – Устройство плоскостной строчной развертки на ПЗС
элементах
Ряд фирм разрабатывает системы лазерного считывания графической информации, основанные на принципе фокусировки луча лазера и его последующего отклонения. Помимо высокой скорости считывания эти устройства имеют высокую разрешающую способность. Реализуется несколько способов считывания с использованием лазерного луча: развертка с помощью спирального зеркала с разрешающей способностью 5-6 точек/мм, развертка с помощью качающегося или вращающегося зеркала, обеспечивающая более высокую разрешающую способность, развертка с использованием акустического отклоняющего устройства, и самая последняя разработка – развертка с помощью вращающейся голографической сетки.
Основные технические показатели записывающих устройств факсимильных аппаратов – разрешающая способность и градационная характеристика. Требования к синтезирующим устройствам противоречивы, так как в факсимильных аппаратах необходимо одновременно обеспечить высокое качество записи, оперативность, простоту конструкции и технического обслуживания.
В современных факсимильных аппаратах применяются два вида записи - закрытый и открытый. При закрытом способе записи принятый электрический сигнал преобразуется в световой, и запись производится на светочувствительную бумагу или плёнку, а затем осуществляется проявление изображения на основе принципов электростатики. Подобный способ называется ксерографией или электрографией. Электростатическое изображение может регистрироваться либо на специальной бумаге, покрытой фотопроводящим слоем, либо на барабане с фотопроводящим покрытием с последующим переносом изображения на обычную бумагу. При открытом способе запись осуществляется на открытой для света бумаге с помощью электрохимических и других реакций, а также с помощью электрохимических устройств чернилами или через копировальную бумагу, В последнем случае принятый сигнал преобразуется в механические колебания.
В факсимильной аппаратуре в основном используются методы электрографии в сочетании с электронной строчной разверткой. При этом применение электрочувствительной, термочувствительной или простой бумаги более перспективно по сравнению с электролитической бумагой. Электротермическая бумага состоит из трёх слоев: нижнего металлизированного, среднего слоя бумаги, смешанного с графитом, и верхнего токопроводящего, с которым соприкасаются записывающие электроды. Преимущество электротермической (электроискровой) бумаги заключается в возможности получения полутоновых и мгновенных изображений, а также малое потребление энергии при записи. Однако она относительно хрупка. Записывающих электродов (ИГЛ), которые группируются вдоль всей линии строчной развёртки в соответствии с требуемым количеством воспроизводимых элементов в строке, хватает максимум на 200 копий. Точечные заряды, соответствующие воспроизводимой яркости документа, формируется на электрической поверхности бумаги рядом электродов печатающей головки. Цепи заряда электрически замыкаются контрэлектродами, которые находятся в плотном контакте с бумажной основой. Видеосигнал подводится непосредственно к контрэлектродам и к записывающим электродам. При наличии сигнала происходит обжигание верхнего, обнажение среднего слоя, смешанного с графитом, и, следовательно, окрашивание поверхности бумаги. При записи обеспечивается разрешающая способность около 4 линий/мм. Основной недостаток данного способа заключается в выделении вредных веществ при записи, поэтому требуется хорошая вентиляция помещения. Металлизированная бумага (с диэлектрической подложкой) имеет чувствительность в 10-20 раз более высокую, чем электротермическая бумага, меньшее электрическое напряжение, необходимое для записи, при этом воспроизводятся более тонкие линии, и обеспечивается больший срок службы записывающего электрода.
Несмотря на хорошую контрастность воспроизводимых изображений и малое потребление энергия при записи, злектрочувствительная бумага является достаточно дорогой. Требуются особые условия, для её хранения.
Термочувствительная бумага, изображение на которую переносится инфракрасным излучением, несмотря на сложность хранения, гораздо дешевле и представляет практический интерес с этой точки зрения. При локальном нагреве чувствительного слоя бумаги он изменяет свой цвет в месте нагрева. Пишущий элемент термографической записи выполнен в виде многоэлектродной термолинейки. По сравнению с электрографической записью время регистрации одного элемента изображения термоголовкой больше примерно в 10 раз, поэтому необходима параллельная запись, что требует введения дополнительных электронных устройств. В этом случае отсутствуют устройства, предназначенные для проявления и фиксации изображения. В стадии разработки находятся новые способы записи на простую бумагу с использованием проводящих и плавких чернил, что позволит снизить потребляемую энергию и обеспечить срок службы записывающей головки для получения порядка 100 тысяч копий.
Таблица 2 – Технические характеристики факсимильных аппаратов, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами
К отечественной цифровой факсимильной аппаратуре относится комплекс Луга для передачи и приёма метеокарт размером 480x700мм по каналам ТЧ со скоростью 9600 бит/с. В аппаратуре реализована кодированная передача с использованием планарного кода, что обеспечивает её работу по телефонным каналам с вероятностью ошибки не более 10.
Для обеспечения цифровой передачи документальной информации и фотографий создан отечественный комплекс факсимильной аппаратуры “Фант”, использующий выделенные телефонные каналы со скоростью передачи 2400, 4800, 9600 бит/с при вероятности ошибки не более . Время передачи машинописной страницы текста, напечатанного через полтора интервала, не более 1,5 мин. Запись осуществляется на электрохимическую бумагу. Высокая помехоустойчивость достигается применением кода с исправлением до двух ошибок в блоке. По сравнению с аналогичными зарубежными факсимильными аппаратами комплекс “Фант” имеет меньшую степень искажения тонких штрихов, способен работать в каналах связи с достаточно высокой вероятностью ошибок.
Выполнять функции телефаксного оборудования, т.е. принимать и передавать факсимильные сообщения, могут и ПЭВМ. Для этого в них достаточно ввести дополнительную факсимильную плату расширения. Эта плата содержит интерфейс с телефонной линией, модем на скорость передачи от 2400 до 9600 бит/с, процессор для сжатия сигнала изображения, устройство автонабора номера. Плата обеспечивает преобразование компьютерных файлов в стандартный факсимильный сигнал, обратное преобразование, приём и передачу сообщений.
ПЭВМ, выполняющий функции факсимильного аппарата, обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными факсимильными устройствами:
· отказ от специальных типов бумаги;
· наличие банка изображений на магнитных носителях;
· возможность редактирования и компоновки изображений;
· меньшая доступность изображений, накопленных в ПЭВМ,
имеющей защиту от несанкционированного доступа
Для сравнения традиционных систем факсимильной связи используются следующие параметры:
· Размер передаваемого изображения . Существует два основных стандарта:
· 220×290 мм - размер, близкий формату A4 и используемый в делопроизводстве;
· 422×600 мм - размер для передачи газетных полос.
· Скорость , измеряемая числом строк, передаваемых в минуту. Для телефонных и радиотелефонных линий связи установлены стандартные скорости 60, 120 и 250 строк в мин. Передача газетных полос ведётся со скоростями 178, 1500 или 2250 строк в мин.
· Время передачи изображения зависит от скорости передачи и составляет: для формата 220×290 мм - от 6 до 25 мин; для газетной полосы - от 2,8 до 50 мин.
· Чёткость , или разрешающая способность (в инструкциях к оборудованию иногда употребляется термин линеатура, однако это употребление неточно) - определяет качество воспроизведения мелких деталей изображения. Измеряется как максимальное количество линий, приходящихся на 1 мм (в Европе - на дюйм) длины строки, которые раздельно, не сливаясь, воспроизводятся приёмником. Значение чёткости в обычных факсимильных аппаратах - 5 линий на мм, а в аппаратуре для передачи газетных полос - от 13 до 16 линий на мм. В англоязычной литературе единица измерения - lpi (англ. lines per inch ).
· Число градаций - для полутоновых аппаратов: сколько градаций оптической плотности раздельно воспроизводятся на принятой копии.
[править] Настоящее время
Считается, что факсимильная связь вытесняется электронной почтой и иными средствами передачи файлов, однако ее роль в современном бизнесе уменьшается достаточно медленными темпами. Помимо удобства и простоты этого вида связи, значительную роль играет распространенность факсимильных аппаратов, возможность передачи цветных изображений, а также нежелание некоторых организаций переходить на иные методы связи, поскольку это потребует капитальных затрат и усилий на переподготовку персонала. Кроме того, современные факсы имеют возможность использовать обычную писчую бумагу взамен использовавшейся ранее специальной термобумаги.
[править] Основные производители
Факсимильная (ф аксимиле - от лат. «делай подобное») связь - это вид электросвязи, при которой осуществляется передача и воспроизведение на расстоянии неподвижных изображений, сообщением, подлежащим передаче может быть текстовой, графический или фотографический материал.
Рис. 2. Схема устройства факсимильной связи
Существуют фотофаксимильная, документальная факсимильная и цветная факсимильная системы связи. При фотофаксимильной связи обеспечивается передача и воспроизведение изображений в черно-белом виде, но с максимально возможной точностью восстановления всех градаций полутонов оригинала. При документальной факсимильной связи не требуется точного восстановления градаций факсимиле. Цветная факсимильная связь должна обеспечить передачу цветных изображений с максимально возможной точностью воспроизведения всех градаций оттенков цвета на копии.
Факсимильное изображение, подлежащее передаче, наносится на специальный бланк определенного размера. Факсимильный бланк закрепляется на барабане анализирующего устройства.
С помощью оптической системы 2 (рис.2) на поверхность бланка фокусируется световое пятно, которое выполняет роль развертывающего элемента, выделяющего на факсимильном изображении элементарные площадки. Развертывающий элемент перемещается по поверхности изображения от одного его края до другого. Линия, которую при этом проведет световое пятно на поверхности изображения, называется строкой развертки. Благодаря одновременному вращению барабана развертывающий элемент осветит последовательно все элементарные площадки поверхности бланка, осуществив таким образом его развертку. Часть светового потока, падающего на каждую элементарную площадку, отразится от поверхности бланка и попадет на фотоэлектрический преобразователь 3. Если на факсимильном бланке имеется изображение, то яркости элементарных площадок будут меняться. Следовательно, будет меняться и ток фотоэлектрического преобразователя: чем больше яркость элемента изображения, тем больше от него отразится света, тем больше будет электрический ток преобразователя и, наоборот, меньшая яркость вызывает уменьшение отраженного светового потока, а следовательно, и уменьшение тока. В результате произойдет преобразование яркостей элементарных площадок оригинала изображения в факсимильный видеосигнал.
Спектр видеосигнала, т.е. совокупность его частотных гармонических составляющих, в зависимости от характера факсимильного изображения и скорости развертки занимает полосу от нескольких герц до нескольких килогерц. Чем большее число мелких деталей имеет оригинал изображения, тем выше частота спектра видеосигнала.
Сформированный анализатором факсимильный видеосигнал подается на передатчик аппарата, с помощью которого преобразуется в вид, удобный для передачи по каналу связи. Для этой цели используются амплитудная или частотная модуляции, в результате которых формируется сигнал факсимильной информации.
В ряде типов факсимильной аппаратуры для формирования сигнала факсимильной информации используют амплитудно-частотную (АЧМ) или однополосную модуляции. В последнем случае передается одна боковая полоса (ОБП).
В тракте приемника осуществляется демодуляция сигнала факсимильной информации. Спектр сигнала факсимильной информации переносится в полосу, которую занимал факсимильный видео сигнал.
Далее видеосигнал с помощью, например, точечной газосветной лампы 4 преобразуется в световой поток, который оптической системой 5 синтезирующего факсимильного устройства фокусируется на поверхность факсимильного бланка, закрепленного на таком же барабане 6, что и в анализаторе.
В результате развертки на бланке воспроизводится - синтезируется - факсимильная копия переданного оригинала изображения (факсимиле). Воспроизведение изображения называется записью. Применяют открытые и закрытые способы записи.
При закрытом фотографическом способе используются светочувствительные материалы, например фотобумага и фотопленка. К закрытому способу записи относится также и электрографический, при котором копия изображения сначала формируется в виде скрытого потенциального рельефа, образованного на фотополупроводниковом или изоляционном слое.
К открытым способам записи относятся электрохимический, электротермический и запись на обычную писчую бумагу с помощью чернил.
При электрохимическом способе запись осуществляется на электрохимической бумаге, к поверхности которой записывающий ток подводится специальной иглой, контактирующей с малой площадью бумаги. Электрохимическая бумага (ЭХБ) пропитана раствором, в котором под действием электрического тока происходит химическая реакция, и в результате бумага окрашивается.
При электротермическом способе применяется электротермическая бумага, состоящая из трех слоев. Под влиянием подводимого электрического тока сгорает верхний слой, в результате обнажается средний слой бумаги, пропитанный графитом. Для записи требуется напряжение в несколько сотен вольт.
В аппаратах с чернильной записью поступающие с линии сигналы воздействуют на электромагнитное устройство, которое с помощью специального пера-рекордера - воспроизводит изображение чернилами на обычной писчей бумаге.
Синхронизация работы анализирующего и синтезирующего устройств. Приемный факсимильный бланк закрепляется на таком же барабане, как и на передаче. Вращение передающего и приемного барабанов должно быть синхронным и синфазным. Для этого используют различные способы синхронизации и фазирования.
Синхронизация скорости вращения барабана может быть автономной и принудительной. При автономной синхронизации барабаны вращаются при помощи электродвигателей с высокой степенью постоянства их скорости. Для этого обмотки электродвигателей питаются от источников переменного тока со стабильной частотой. В качестве источника тока применяют, например, кварцевые или камертонные генераторы, относительная нестабильность частоты которых порядка 10~ 6 .
Способ принудительной синхронизации заключается в том, что для поддержания скорости вращения приемного барабана, равной скорости вращения передающего, по линии связи с передатчика поступают специальные синхронизирующие сигналы. На приемной стороне эти сигналы управляют работой местного генератора, питающего обмотки электродвигателя барабана.
Для получения копии изображения высокого качества недостаточно постоянства и равенства скоростей вращения барабанов передающего и приемного аппаратов. Необходимо также, чтобы барабаны находились в одинаковых фазах вращения. Для этого в системе факсимильной связи используют различные способы фазирования. Перед началом передачи с передатчика посылается сигнал фазирования, по которому развертывающий элемент синтезирующего устройства занимает такое же положение, какое занимает в данный момент развертывающий элемент анализатора.
Фазирование может быть автоматическим или ручным.
Развертка изображения может быть барабанной (рис. 3, а) и плоскостной (рис. 3, б).
При барабанной развертке используется вращение барабана 2 и поступательное движение анализирующего или синтезирующего устройств 1.
Для факсимильных аппаратов с барабанной разверткой время передачи, мин, бланка с изображением определяется из выражения
где l - длина барабана, мм; d - шаг развертки, мм; N -скорость развертки, об/мин. При плоскостной развертке строки «просматриваются» при помощи системы из двух зеркал 3 и 5, одно из которых 3 качается и перемещает по поверхности изображения луч света, падающий от осветителя 4. Кроме того, само изображение перемещается в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка.
Направление развертки может быть правое и левое. При правом направлении развертывающий элемент перемещается справа налево и сверху вниз или снизу вверх. Направление развертки, при котором развертывающий элемент движется слева направо и сверху вниз или снизу вверх, называется левым.
Как режим передачи, так и приема могут быть позитивным или негативным. При позитивном режиме факсимильной передачи максимальной оптической плотности оригинала соответствует максимальное значение частоты, фазы или амплитуды несущего колебания на выходе тракта передачи. Если максимальные значения тех же параметров несущего колебания соответствуют минимальным значениям оптической плотности, то режим передачи называют негативным. Позитивный и негативный режимы факсимильного приема характеризуются теми же соотношениями значений параметров несущего колебания и оптической плотности, но факсимильной копии. При любом способе передачи и воспроизведения степень соответствия оптических плотностей оригинала и копии должна быть достаточно высокой. Она оценивается полутоновой характеристикой.
Система REX400
REX400 - это система обработки и передачи сообщений, разработанная на основе рекомендаций X.400 ITU-T, который ранее назывался Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (МККТТ).
Абоненты системы REX400 могут (рис. 6) посылать сообщения по электронной почте (ЭП), на факсимильные аппараты, на телетайпные и телексные терминалы, электронные сообщения по обычному почтовому адресу в виде бумажного письма, телеграммы по почтовому адресу. При этом можно обмениваться сообщениями со 100 миллионами абонентов различных систем ЭП во всем мире, включая 400 тысяч абонентов в России и СНГ. Для абонентов сети REX400 в настоящее время обеспечивается обмен сообщениями по ЭП X.400 с абонентами в 122 странах.
Для работы с электронным почтамтом REX400 можно использовать различные средства связи. К станции можно подключиться по телефонной сети общего пользования, по сетям пакетной коммутации X.25 и TCP/IP, из локальной сети, с телексного и телеграфного терминала, а также с факсимильного аппарата.
При взаимодействии с системой REX400 можно работать в режиме реального времени (online) с помощью стандартных телекоммуникационных программ, таких как HyperTerminal, PROCOMM, TELIX, TELEMATE, TELNET и др. Однако удобнее работать с системой с помощью специализированной программы - удаленного АП.
АП предназначен для подготовки, отправки, получения, хранения и печати сообщений. Соединение со станцией REX400 устанавливается только на время отсылки заранее подготовленных средствами АП сообщений и приема сообщений, поступивших в электронный почтовый ящик на станции REX400.
АП ускоряет и облегчает работу по подготовке ЭП, а также сокращает время работы с системой REX400, что при активной работе с системой существенно уменьшит расходы.
АП позволяет использовать следующие типы соединения со станцией REX400:
По телефонной сети общего пользования или сети “Искра” с помощью модема;
По локальной сети, используя протоколы IPX/SPX или TCP/IP;
Через терминальный концентратор (PAD) сети пакетной коммутации X.25;
По каналам TCP/IP;
По нуль-модемному кабелю.
Рис. 6. Сервис системы REX400
