5386

Факсимильная связь

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Развитие факсимильной связи и фототелеграфии уходит корнями в прошлое столетие и таким образом пронизывает практически всю историю электросвязи. Факсимильная связь в настоящее время является неотъемлемой составляющей современной деятельност...

Русский

2012-12-08

202 KB

41 чел.

Введение

Развитие факсимильной связи и фототелеграфии уходит корнями в прошлое столетие и таким образом пронизывает практически всю историю электросвязи. Факсимильная связь в настоящее время является неотъемлемой составляющей современной деятельности хозяйствующих субъектов, органов власти и простых граждан. Главное достоинство факсимильной связи конечно же, - это  возможность передачи документа в любую точку земли течении нескольких минут. Факсимильная связь в настоящее время проста, дешева и доступна.. В настоящей работе проводится обзор основных видов электросвязи и подробно исследуется принцип функционирования фототелеграфии и факсимильной связи. Описывается принцип передачи изображений, как в аналоговой форме так и в цифровой форме. Задачей работы ставилось описание истории развития факсимильной и фототелеграфной связи, освещение принципов, лежащих в основе передачи изображений.


Краткий обзор видов электросвязи

За более чем вековую  историю электросвязи возникло множество различных способов передачи сообщений. Начало истории электросвязи принято считать с момента появления телеграфной связи.

Телеграфная связь

Телеграфная связь не случайно является исторически первым появившимся видом электросвязи – нет ничего проще, чем что-то включать и выключать – воду, свет, электрический ток и т.д. Замыкание и размыкание электрической цепи, а следовательно включение и выключение электрического тока с регистрацией данных событий на другом конце линии передачи – основной принцип телеграфных аппаратов Шиллинга в России (1832г.), Гаусса-Вебера в Германии (1833г.), Кука-Уитстона в Великобритании (1837г.) и Морзе в США (1837г.). Но изобретение телеграфа было недостаточным для полноценной передачи сообщений. Текстовые сообщения человека состоят из букв алфавита, размер которого различен в зависимости от языка сообщения. Также в сообщении могут присутствовать цифры и знаки препинания. Телеграфные аппараты же оперируют ограниченным набором дискретных сигналов. Т.о. без определения правила преобразования между телеграфным и человеческим алфавитом сообщение передать затруднительно. Такое соответствие в 1838 г. предложил Морзе. Не смотря на то, что исходная таблица Морзе довольно сильно отличается от используемой в наши дни, «телеграфная азбука» все равно называется азбукой Морзе или в простонародье – Морзянкой.

Азбука Морзе представляет собой таблицу символов и сопоставленных им комбинаций точек и тире. Долгие годы в качестве сигнала бедствия в радиоэфире использовался сигнал SOS основанный на азбуке Морзе, но прогресс не стоит на месте и, в настоящее время появились другие способы экстренного сообщения о бедствии. Так, с 1 февраля 1999 года Международная морская организация приняла решение заменить сигнал SOS  на автоматизированную систему оповещения о бедствии, которая посредством спутниковой системы Inmarsat передает, например, не только сигнал бедствия, но и координаты терпящего бедствие судна.

Телеграф Шиллинга в России связал Зимний дворец и Министерство путей сообщения в 1832г., после чего, через 9 лет, уже пишущий телеграф связал Зимний дворец с Главным штабом. Таким образом, пусть и не самыми быстрыми темпами, в России началось строительство линий связи. Параллельно строительству линий связи, телеграфные аппараты совершенствовались,  повышалась скорость передачи информации – появились буквопечатающие телеграфные аппараты Бодо, Юза.

В 1935 Н.А.Волковым, Н.Г.Гагариным и С.И.Часовщиковым был разработан быстродействующий аппарат СТ-35 («Советский телетайп»), которому было суждено обеспечивать связь все военные и послевоенные году. Претерпев многочисленные модернизации этот аппарат почти дожил до наших дней.

С 60-х годов на узлах телеграфной сети начинает появляться оборудование автоматической системы прямых соединений, что было следующим шагом после ручной коммутации каналов.

В 90-х годах, с развитием вычислительной техники, в телеграфной сети России стали появляться центры коммутации сообщений на базе вычислительных комплексов ЕС. Это позволило перейти от коммутации прямых каналов к коммутации телеграфных сообщений.

Следующим качественным скачком в развитии телеграфной сети стала ее интеграция с сетью передачи данных, целью которой являлся уход от каналов ТЧ и передача всей информации поверх протокола TCP/IP. Одним из вариантов такого решения было использование телеграфной станции СТИН-Э разработанной в Новосибирском Научно-исследовательском институте электросвязи.

Телеграфная связь развивалась по всей стране и в настоящее время представляет собой развитую телеграфную сеть, состоящую из сетей общего пользования (ТгОП), абонентского телеграфирования (АТ) и международного абонентского телеграфирования «Телекс». Абонентский доступ к сети АТ в настоящий момент возможен разнообразными способами, позволяющими приспособиться к любой существующей у абонента среде передачи данных, как то – по 2-х/4-х проводным физическим цепям, с помощью аппаратуры типа ТТ (уплотнения ТГ в канал ТЧ), по аналоговой линии с помощью модемов для выделенных и коммутируемых линий, с выделением ресурсов сети SDH, с подключением по сети IP и т.д.

Телеграфная связь, открыв историю электросвязи, обнажила необходимость передачи не только сообщений но и голоса на большие расстояния, чем дала толчок к возникновению телефонной связи. И не смотря на свой древний возраст телеграф в России пока не умер, хотя все предпосылки для этого есть – поддержка старого телеграфного оборудования слишком затратна для предприятий связи. Отсутствие массового спроса на фоне постоянно снижающегося интереса к телеграфии со стороны населения и хозяйствующих субъектов, приводит к одним убыткам. Единственным вариантом спасения телеграфной связи является включение правительством РФ услуги «телеграмма» в пакет «универсальная услуга связи», что позволит осуществлять финансирование телеграфной связи из фонда универсального обслуживания, который формируется за счет отчислений всех операторов связи в размере 1.2%  выручки (исключая выручку от пропуска трафика).


Телефонная связь

Развитие телеграфа дало импульс к изобретению телефона – самому распространенному на сегодня виду электросвязи. Изобретателем телефона считается А.Белл, запатентовавший в 1876 г устройство передачи речи по проводам.

Первый телефонный аппарат работал с чудовищными искажениями звука, и разговаривать с его помощью можно было на расстоянии не далее 250 метров, так как он работал без батарей - силой одной лишь электромагнитной индукции, а его приемное и передающее устройства были примитивны. Телефонные аппараты изначально соединялись попарно, а для вызова абонента нужно было, например, постучать чем-либо по мембране. Первые телефонные станции начали действовать в 1882 году в Санкт-Петербурге, Москве, Одессе и Риге. Коммутация осуществлялась телефонистками на станции вручную, абонентская сигнализация была голосовой – абонент, найдя нужный номер в телефонном справочнике, сообщал его телефонистке, которая производила коммутацию, если номер не был занят. Ручная коммутация была не удобна, по-этому за рубежом вскоре она стала заменяться на автоматическую с использованием изобретенного в 1881 году А.Б. Строуджером декадно-шагового искателя. Задача автоматической телефонной станции (АТС) -  автоматически передавать сигнал вызова от одного телефонного аппарата к другому и обеспечивать установления и разрыв соединения между ними.

В Советском союзе же, первыми АТС были АТС машинного типа, производившимися на заводе «Красная заря» с 1927 года. В машинных АТС для группы искателей предусматривается общий машинный привод, состоящий из нескольких постоянно вращающихся валов. Подвижная часть искателя приводится в движение при ее временном сцеплении с вращающимся валом. Помимо привода характерными особенностями автоматических станций машинной системы являются не декадное построение контактного поля и обусловленное этим наличие регистра, то есть использование не прямого, а обходного принципа управления исканием. Своеобразны также конструкция искателя и принцип его работы. Как и подъемно-вращательный, машинный искатель совершает движение двух видов, но в нем имеется две подвижные части — базовый блок и размещенная на нем рейка со щетками. Базовый блок вращается (вынужденное движение), поворачиваясь на такой угол, чтобы рейка оказалась против того ряда струн контактного поля, в который включены линии направления, выбранного при вынужденном движении базового блока. Затем рейка начинает свободное поступательное движение вдоль струн ряда и останавливается, когда ее щетки соприкоснутся с той группой струн, в которую включена свободная в этот момент линия. Очень часто использовался такой вариант искания, когда рейка, не найдя свободного выхода, совершала обратное движение и могла двигаться взад-вперед, до тех пор пока какая-нибудь из линий не освободится. Этот вариант давал особенно упорным абонентам возможность получить соединение в сильно перегруженном направлении, не набирая многократно один и тот же номер, а лишь держа трубку возле уха и терпеливо дожидаясь момента, когда нужное соединение будет наконец установлено.

Декадно-шаговые АТС начинают производиться в Советском союзе после войны на том же заводе - «Красная заря». В основе декадно-шаговой АТС лежит декадно-шаговый искатель. Конструктивно шаговый искатель представляет собой набор контактов, которые по очереди замыкаются бегунком, который, в свою очередь управляется импульсами электрической энергии на шаговом электродвигателе, поворачиваюшем его на определенный угол. Точность позиционирования бегунка на определенной паре контактов обеспечивается подпружиненным храповым механизмом. В соответствии с поданным числом импульсов искатель позиционирует бегунок на определенной паре контактов, замыкая нужную цепь.

Дальнейшим развитием декадно-шаговых АТС стали координатные АТС. В качестве коммутационных устройств в координатных АТС  используются многократные координатные соединители (МКС), представляющие собой электро-магнитные приборы параллельного действия. Основным отличием от декадно-шаговых АТС является отсутствие индивидуальных управляющих устройств на каждом коммутационном приборе. Вместо них используются регистры (принимают и запоминают информацию) и маркёры (устанавливают соединение на отдельных ступенях искания по информации, получаемой от регистра). Причём маркёр обслуживает целую группу многократных координатных соединителей на данной ступени искания и занимается только на время установления соединения на данной ступени.

Развитие микропроцессорной техники привело к созданию квазиэлектронных и цифровых АТС. В квазиэлектронных АТС управление – электронное,  микропроцессорное, а коммутация – как у координатных АТС, либо с помощью герконов (например, АТС «Квант»). В цифровых АТС коммутация и управление - полностью цифровые. Аналоговый сигнал оцифровывается в абонентском комплекте и передаётся внутри АТС и между АТС в цифровом виде, что гарантирует отсутствие затухания и минимальное число помех независимо от длины пути между АТС. Используемый в России в последнее время термин «цифровизация» подразумевает замену АТС устаревших типов (декадно-шаговых, координатных и квазиэлектронных) на цифровые АТС. Цифровизация АТС – одна из первоочередных задач, стоящих перед правительством и операторами связи.

С развитием сетей пакетной коммутации и тенденцией конвергенции сетей, не так давно появился еще один тип АТС – IP АТС, в которых используется не коммутация каналов а коммутация пакетов, и транспортом является протокол IP.

Телефонная связь изначально создавалась для передачи речи человека. Высокое качество передачи телефонного сигнала характеризуется уровнем громкости, разборчивостью, естественным звучанием голоса, низким уровнем помех. Исходя из этих факторов и разрабатывались требования к телефонным каналам.

Основными параметрами телефонного сигнала являются:

  •  мощность телефонного сигнала PТЛФ. Cреднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт, т.е. средний уровень телефонного сигнала составляет pСР = 10 lg (32 мкВт/1мВт) = - 15 дБм0;
  •  коэффициент активности телефонного сообщения. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени, кроме того, отдельные слова и фразы отделяются паузами. Поэтому коэффициент активности составляет 0,25..0,35.
  •  динамический диапазон. Динамический диапазон телефонного сигнала составляет DС=35...40 дБ;
  •  энергетический спектр речевого сигнала - область частот, в которой сосредоточена основная энергия сигнала. Частотный спектр речи находится в диапазоне от 50..100 Гц до 8000..10000 Гц. Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300..3400 Гц. Эти частоты приняты МСЭ-Т в качестве границ эффективного спектра речи. При указанной полосе частот слоговая разборчивость составляет около 90%, разборчивость фраз - более 99% и сохраняется удовлетворительная натуральность звучания.

Канал, обладающий перечисленным характеристиками, принято называть каналом тональной частоты, или – каналом ТЧ.

Радиосвязь и звуковое вещание

Цепочка физических открытий привела к изобретению в 1895 г А.С. Поповым (и почти одновременно с ним итальянцем Гульельмо Маркони) радио. Радиосвязь добавила к проводам еще одну среду передачи, что в паре с развитием телефонной и телеграфной связи дало еще больший толчок в развитии средств связи. Появление в 1922 г в Москве первой в мире радиовещательной станции мощностью 12 кВт (РВ1) ознаменовало начало радиовещания в Советской России. Вещание велось с радиобашни на Шаболовке, построенной выдающимся инженером В.Г. Шуховым. РВ-1 стала самой мощной передающей станцией того времени. Она имела мощность 12 кВт. В 1922 году в Германии работала Кенигвустергаузенская станция мощностью 5 кВт, во Франции - Эйфелева башня мощностью 3 кВт, в Нью-Йорке - 1,5 кВт. Все они были радиотелеграфными.

Если передать телеграфный сигнал было довольно просто, то передать речь по радиоволнам было сложнее, т.к. через антенну эффективно излучаются только мощные колебания высокой частоты. Колебания же звуковой частоты возбуждают слабые электромагнитные волны, не позволяющие принимать их на большом расстоянии. В 1900 году Р. Фессенден разработал принцип "наложения вибрирующих волн звуковой частоты, на постоянную радиочастоту, чтобы модулировать амплитуду радиоволны в форму звуковой "волны". Принцип был назван амплитудной модуляцией (АМ). Провел первые эксперименты по передаче голоса по радио и осуществил в 1906 году первую официальную передачу голоса по радио. В 1933 году Э. Армстронг получил патенты на новую систему радиосвязи - частотную модуляцию (FM). При этом получаются модулированные высокочастотные электрические колебания с переменной частотой. Частотная модуляция позволила избавиться от помех, возникающих в эфире, и добиться гораздо более высокого качества радиопередачи, однако это требовало коренных изменений в радиопередающей и радиоприемной аппаратуре. Частотная модуляция получила признание только после окончания Второй мировой войны и является теперь основной в радиовещании, телевидении и космической связи, обеспечивающей высокое качество передачи и защиту от помех.

Отличие передачи голоса в телефонии от передачи звука на радиостанции в том, что телефония изначально не предполагала высококачественную передачу звука, оперируя речевым диапазоном 3003400 Гц. Для достаточно высокого качества (каналы вещания первого класса) эффективная полоса частот при звуковом вещании должна составлять 0,05..10 кГц, для безукоризненного воспроизведения программ (каналы высшего класса) 0,03...15 кГц.

Развитие радиосвязи в мире привело к созданию множества радиостанций. Это привело к усилению роли информации, вовлечению населения в происходящие политические и информационные процессы, проникновению культуры в массы. Стоит отметить что радиовещание в мире до сих пор остается аналоговым, хотя и с элементами цифровизации – на поднесущих частотах в настоящее время, параллельно с вещанием транслируется дополнительная информация, такая как название вещаемой в данный момент композиции, прогноз погоды, точное время и т.д. «Цифровое радио» в массе своей транслируется по спутниковым каналам и в сетях передачи данных.

Телевизионное  вещание

Преобразование изображения в электрические сигналы осуществляют с помощью передающей телевизионной трубки, а обратное преобразование электрического сигнала в изображение на экране телевизора - с помощью приемной телевизионной трубки - кинескопа.

В 1932 году Национальная Радиовещательная Корпорация (NBC), принадлежавшая RCA, начала экспериментальные телепередачи с самого высокого здания в Нью-Йорке - Эмпайр Стэйт Билдинг. Первое регулярное телевизионное вещание началось в Германии в 1935 году, а в Англии - в 1936 году. Тогда в Лондоне насчитывалось всего 400 телевизоров. К началу Второй мировой войны в Англии было уже около 2000 телевизоров, а в 1953 году их число увеличилось до 2 миллионов. Регулярное телевизионное вещание началось в США в 1939 года с показа церемонии открытия Нью-Йоркской Всемирной выставки. В этот день было показано выступление Д. Сарнова (см. выше) о перспективах телевидения, а Франклин Рузвельт стал первым президентом США, выступившим по телевидению.

Сначала телевидение не было коммерческим - вся реклама передавалась по радио, но с 1 июля 1941 года в США было официально разрешено коммерческое телевидение.

Развитие телевидения в России, как и радио, было сопряжено с трудностями, из-за огромной территории. Именно поэтому для развития телевидения в России, как важнейшего средства массовой информации, была впервые использована спутниковая технология.

Передача телевизионного сигнала отличается от передачи телеграфных сообщений или звукового вещания тем, что сопряжена с передачей в разы большей информацией.

Принятый в киноиндустрии стандарт на 25 кадров в секунду был принят и для телевидения. Преобразование изображения в электрические сигналы происходит посредством электронно-лучевой трубки. Телевизионный сигнал является импульсным однополярным (так как он является функцией яркости, которая не может быть разнополярной) сигналом. Он имеет сложную форму, и его можно представить в виде суммы постоянной и гармонических составляющих колебаний различных частот.

С развитием телевидения появилась возможность передавать цветное изображение, которое получалось на основе смешения RGB-сигналов (красный, зеленый, синий). Кроме уровней сигналов RGB, для совместимости с черно-белыми приемниками приходилось еще передавать и черно-белый, т.н. Ey-сигнал. Он может быть получен при смешении в определенной пропорции сигналов основных цветов. При наличии сигнала яркости Еу нет необходимости передавать все три цветовых сигнала, так как один из них всегда можно получить, используя соотношение между яркостным сигналом и сигналами основных цветов. В телевидении принято не передавать зеленый Еg сигнал, так как он наиболее широкополосный - в яркостном сигнале содержится 59% зеленого.

Кроме того, во всех совместимых системах передаются не сигналы Еr и Eb, а так называемые цветоразностные сигналы Еr-y и Eb-y. Это связано с тем, что информация о яркости, которая содержится в цветовых сигналах Еr и Eb, излишняя, поскольку она содержится в яркостном сигнале Еy. На экране же черно-белого телевизора эти сигналы создавали бы помеху в виде мелкоструктурной сетки.

В России принят стандарт телевидения – SECAM, который подразумевает передачу в кадре 625 строк и 800 элементов изображения в строке. SECAM – это квазисмешанная совместимая система цветного ТВ. Поднесущие, расположенные в спектре яркостного сигнала, модулируются по частоте двумя чередующимися от строки к строке цветоразностными сигналами. В приемнике цветоразностные сигналы для каждой строки восстанавливаются сложением с использованием линии задержки.

В системе SECAM сигналы цветности чередуются с частотой строк, т.е. цветовая четкость хуже в 2 раза. Однако это не ухудшает цветовосприятия. Основные характеристики системы SECAM: число строк 625, частота полей 50 Гц, поднесущая цветности B-Y 4.25 МГц ± 230 кГц, R-Y 4.406 МГц ± 280 кГц, несущая звука 6.5 МГц.


Факсимильная связь

Факсимильная связь, фототелеграфная связь, фототелеграф, передача на расстояние плоских неподвижных изображений (графических, иллюстративных и буквенно-цифровых) с воспроизведением их в пункте приёма, осуществляемая электрическими сигналами, распространяющимися по проводам, или радиосигналами. Исторически факсимильная связь включают в состав телеграфной связи. По сравнению с последней она характеризуется большим разнообразием передаваемой документальной информации и более высокой помехоустойчивостью.

Факсимильной связью пользуются при передаче фототелеграмм и материалов полос центральных газет при их децентрализованной печати . Факсимильная связь служит также для оперативной передачи иллюстраций к печатным периодическим изданиям, визуальной информации с космических аппаратов, инженерной и технологической информации при внутрипроизводственной связи (на крупных предприятиях), для обмена гидрометеокартами между метеорологическими станциями и т.д.

Факсимильная связь включает следующие основные операции: разбиение всей поверхности объекта передачи (оригинала) в передатчике факсимильного аппарата на большое число достаточно малых элементов (элементарных площадок), различающихся по определённому физическому признаку (например, по оптической плотности), и последовательное – элемент за элементом – преобразование изображения объекта в серию электрических импульсов, несущих информацию об оригинале в соответствии с выбранным признаком; передача этих импульсов по линии связи, их обратное преобразование и запись в той же последовательности в приёмном устройстве, в результате чего получается копия передаваемого изображения.

Впервые передачу на расстояние неподвижного изображения осуществил итал. физик Дж. Казелли в 1855. Сконструированный им электромеханический аппарат мог передавать изображение текста, чертежа или рисунка, предварительно нанесённого на свинцовую фольгу специальным изолирующим лаком так, что оригинал представлял собой совокупность перемежающихся элементов с большой (фольга) и ничтожно малой (лак) электропроводностью. Передающее устройство посредством контактного штифта, скользящего по оригиналу, "считывало" элементы изображения, передавая в линию связи токовые и бестоковые сигналы. Принятое изображение записывалось электрохимическим способом на увлажнённой бумаге, пропитанной раствором железосинеродистого калия (феррицианида калия). Аппараты Казелли использовались на линиях связи Москва – Петербург (1866–68), Париж – Марсель, Париж – Лион. Однако несовершенство таких аппаратов и главным образом необходимость переноса передаваемого изображения на фольгу ограничили область их применения.

В 1868 нем. изобретатель Б. Мейер предложил способ записи принимаемого изображения с помощью одновитковой спирали, покрытой слоем типографской краски. На обычной бумаге, прижимаемой в определённые моменты времени к вращающейся спирали, оставались мелкие штрихи, из которых и складывалось изображение. Этот способ применяется в усовершенствованном виде и в современном оборудовании факсимильной связи.

Качественно новые способы и технические средства факсимильной связи начали развиваться с 20-х гг. 20 в. после открытия фотоэффекта, изобретения электронных ламп, усилителей электрических колебаний и создания разветвленной сети линий и каналов связи, по которым осуществляется факсимильная передача. В 30-х гг. в СССР были разработаны и получили распространение фототелеграфные аппараты (например, ЗФТ-А4, ФТ-37, ФТ-38), основанные на использовании при записи изображения фотографических методов и материалов. В Германии подобная аппаратура носила название бильдтелеграф, в США – телефакс, телеавтограф. С 50-х – 60-х гг. факсимильная связь применяется для передачи не только фототелеграмм, но и изображений картографических материалов и газетных полос. Кроме фотографического, появились и другие методы записи изображения, поэтому ранее использовавшийся термин "фототелеграфная связь" по рекомендации Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ) в 1953 был заменен более общим – «факсимильная связь».

Если рассмотреть исходное изображение на листе бумаги, то нужно понимать что оно состоит из огромного количество молекул разных веществ, эти разные вещества по-разному отражают свет и очень малы. Т.о. чтобы получить идентичное изображение после передачи, нам нужно передать информацию о каждой молекуле,  принадлежности ее определенному веществу и местонахождении в исходном изображении. Это огромная информация и передать такой объем информации невозможно, да и не нужно. Дело в том, что в фототелеграфной аппаратуре и канале связи неизбежны всякого рода искажения, и кроме того, если задаться целью передать все бесконечно большое число точек оригинала, то на это потребовалось бы весьма большое время. Практически же идеально точная передача яркостей точек оригинала не нужна, так как конечный результат работы фототелеграфной системы — поле яркостей репродукции — воспринимается не идеальным неискажающим прибором, а человеческим глазом, который, во-первых, не может различать очень мелкие детали и, во-вторых, не отличает достаточно малые различия яркостей полей на изображении.

Следовательно, задача фототелеграфией техники состоит не в том, чтобы создать равенство яркостей соответствующих точек оригинала и репродукции, а в том, чтобы достигнуть подобия зрительного впечатления  от обоих изображений.

Учитывая, что человеческий глаз не воспринимает очень мелких деталей, в фототелеграфии передача точек изображения заменяется последовательной передачей яркостей конечных площадок (рис. 1-1), на которые оригинал разбивается тем или иным способом. При такой разбивке изображения на площадки конечных размеров яркость в пределах каждой элементарной площадки будет соответствовать некоторой средней величине, и различия яркостей точек внутри площадки уже не могут быть переданными на приемную станцию. Стремясь точнее передать все тонкости оригинала, элементарную площадку следует брать возможно меньшей. Однако это уменьшение должно быть произведено в разумных пределах, так как в противном случае время передачи изображения может оказаться очень большим.

Отражательные свойства элементарных площадок оригинала различны, вследствие чего площадки при их освещении различаются яркостью отражаемых ими лучей. На репродукции поле яркостей может несколько отличаться от поля яркостей на оригинале. Однако распределение яркостей по полю репродукции должно быть близким к распределению яркостей по полю оригинала и, во всяком случае, таким, чтобы зрительное впечатление от распределения яркостей на репродукции и оригинале было подобным.

Чтобы осуществить передачу некоторого оригинала на расстояние электрическими средствами, очевидно, необходимо:

  1.  преобразовать яркости каждой элементарной площадки оригинала во временною последовательность электрических сигналов;
  2.  передать электрические сигналы по электрическим каналам связи на приемную станцию;
  3.  преобразовать временную последовательность электрических сигналов в яркости элементарных площадок репродукции, координаты которых соответствовали бы координатам площадок переданного оригинала.

Указанные процессы последовательного преобразования яркостей площадок оригинала в электрические сигналы и обратного преобразования временной последовательности электрических сигналов в яркости соответствующих площадок поля репродукции составляют сущность фототелеграфного метода передачи изображений.

Разложение оригинала на элементарные площадки в различных фототелеграфных системах производится различными способами. В первых фототелеграфных аппаратах разбивка оригинала на площадки производилась с помощью металлического электрода, острие которого, естественно, имело конечные размеры, В современной фототелеграфной системе, разложение оригинала на элементарные площадки и воспроизведение репродукции производится с помощью светового пятна конечных размеров.

Световое пятно образуется специальной светооптической системой, состоящей из источника света и оптического устройства. Это пятно последовательно перемещается по поверхности оригинала с помощью так называемого развертывающего устройства. В простейшем случае развертывающее устройство представляет собой вращательно и поступательно двигающийся барабан, вследствие чего световое пятно, перемещаясь по винтовой линии, последовательно освещает все элементарные площадки оригинала.

Яркости точек оригинала для передачи по каналу связи должны быть преобразованы в электрические сигналы, В современной фототелеграфии с этой целью используется фотоэлектрический преобразователь (фотоэлемент, фотоэлектронный умножитель или фотосопротивление), на светочувствительную поверхность которого падает отраженный от освещенной площадки световой поток, а на выходе образуется соответствующий этому потоку электрический сигнал.

Совокупность процессов разложения поверхности оригинала на элементарные площадки и преобразования яркостей элементарных площадок в соответствующие этим яркостям электрические сигналы называется электрооптическим анализом изображений.

На выходе фотоэлемента электрический сигнал, как правило, оказывается очень слабым, во всяком случае, недостаточным как для непосредственной передачи этих сигналов в линию связи, так и для модуляции обычных  типов   модуляторов.

Поэтому в передающих фототелеграфных аппаратах вслед за фотоэлементом ставится или усилитель постоянного тока, или применяется фотоэлектронный умножитель. В некоторых случаях обходятся без предварительного усиления» осуществляя модуляцию фототелеграфным сигналом вспомогательной несущей частоты fo в специальных типах модуляторов и проводя основное усиление по модулированному колебанию.

Современные фототелеграфные системы ориентируются на один из наиболее массовых каналов связи — телефонный канал, полоса пропускания которого, как известно, лежит в пределах от 300 до 3400 Гц. Спектр фототелеграфного сигнала на нагрузке фотоэлемента весьма широк (теоретически бесконечен) и содержит:

  1.  постоянную составляющую — нулевую частоту;
  2.  низкие частоты порядка единиц герц, весьма важные для передачи крупных деталей;
  3.  высокочастотные составляющие.

Из всего состава спектра необходимо передать узкий участок от нулевой частоты до некоторой максимальной частоты Рмакс. Из-за наличия постоянной  составляющей  и  очень низких частот нельзя  осуществить фототелеграфную передачу в ограниченном снизу телефонном канале. Выход из положения состоит в том, что в телефонном канале размещается низкая вспомогательная несущая частота f0 модулируемая спектром фототелеграфного сигнала. С этой целью в передающем аппарате имеется модулятор и генератор вспомогательной несущей частоты. Далее сигнал усиливается линейным усилителем низкой частоты и передается в линию связи.

На приемной станции модулированный сигнал должен быть усилен и, как правило, продетектирован или выпрямлен для выделения спектра фототелеграфного сигнала. Для этого в приемном аппарате должен стоять детектор или выпрямитель. После него обычно стоит мощный усилительный каскад, развивающий необходимую на нагрузке мощность и называемый записывающей ступенью. Совокупность элементов от входных зажимов приемника до записывающей ступени включительно составляет электрическое   устройство   приемника.

Для правильной передачи и приема изображений необходимо синфазное и синхронное движение устройств, выделяющих на поверхностях передаваемого оригинала и принимаемого бланка элементарные площадки. Этой цели служат специальные синхронизирующие и фазирующие устройства, имеющиеся в передатчике и приемнике.

Фототелеграфной системе присущи следующие основные параметры.

Шаг развертки, которым называется расстояние между осями двух соседних строк на изображении..

Выбор шага развертки определяется характером передаваемого документа и величиной наименьшей детали dмин на оригинале, которую необходимо передать. Очевидно, чем меньше размер детали dмин, тем меньше должен быть шаг развертки. Теоретически и экспериментально установлено, что оптимальное значение соотношения между шагом развертки  и размером наименьшей детали dмин определяется неравенством:

Увеличение  при больших dмин следует считать целесообразным, так как при этом возникает возможность повышения скорости передачи.

При передаче машинописных текстов (dмин = 0,35 мм) отчетливое воспроизведение документов может быть обеспечено при  = 0,32..0,35 мм. При передаче более тонких штриховых и рукописных материалов (dмин = 0,20..0,25 мм) шаг развертки может быть взят равным 0,20..0,25 мм. Для отчетливого воспроизведения очень тонких материалов шаг развертки необходимо уменьшать до 0,14—0,18 мм.

Развертывающим элементом называется средство (световое пятно, острие контактирующего электрода), при помощи которого производится выделение на поверхности изображения элементарной площадки, называемой растровым элементом (или, сокращенно, растрэлементом).

Качество воспроизведения документов фототелеграфной системой зависит от формы и размеров развертывающего элемента. Конечные размеры развертывающих элементов как на передаче, так и на приеме вносят искажения, выражающиеся в том, что в пределах площади элемента происходит усреднение яркостей отдельных точек в некоторую среднюю яркость, отличающуюся от яркости каждой отдельной точки. Следовательно, размеры развертывающего элемента должны быть взяты достаточно малыми, чтобы не внести заметных для глаз искажений. Однако они должны быть настолько большими, чтобы не вызывать увеличения времени передачи документов, возрастающего по мере роста числа элементов разложения. В фототелеграфии применяются следующие две конфигурации развертывающих элементов:

  1.  прямоугольная,   соответствующая прямоугольному отверстию шириной   ap и высотой bp в диафрагме, образующей световой развертывающий элемент;
  2.  круглая,   соответствующая круглому   отверстию   диаметра dp   в диафрагме.

Выбор высоты развертывающего элемента зависит от величины шага развертки. Если bp или dp меньше , между строками остаются неосвещенные узкие полосы, вследствие чего на приеме становится заметной для глаза строчная структура изображения.

Во избежание появления строчного фона высота прямоугольного развертывающего элемента bp берется равной шагу развертки.

По поводу выбора ширины ap прямоугольного развертывающего элемента можно отметить, что ширина развертывающего элемента должна быть:

  1.  возможно   меньшей,   чтобы   устранить   или   существенна
    уменьшить заметные искажения за счет конечных размеров развертывающего элемента, и
  2.  настолько большой, чтобы обеспечить необходимую величину светового потока, попадающего на фотоэлемент, т. е. величину светового потока, достаточную для получения на нагрузке
    фотоэлемента необходимого напряжения.

Использование современных светосильных светооптичееких систем позволило уменьшить ширину развертывающего элемента до величины 0,05—0,10 мм, т. е. сделать ширину ap существенно-меньше высоты bp. В старых системах аппаратов этот размер брался равным 0,20—0,25 мм.

При выборе диаметра dp круглого развертывающего элемента исходят из того, что провал освещенностей между строками не должен превышать некоторых заданных величин, при которых строчная структура изображения не воспринимается глазом. Более целесообразным является выбор не круглой, а эллипсоидальной или прямоугольной формы развертывающего элемента, с меньшим размером в продольном относительно строк направлении.

Строкой развертки L называется узкая полоса, прочерченная развертывающим элементом от одного края изображения до другого. Совокупность строк, покрывающих изображение, образует растр. Длина строки L берется несколько большей, чем величина поперечного размера заданного для передачи наибольшего по площади документа. В настоящее время в качестве такого формата принимается лист бумаги размера А-4 (203 X 288 мм). Длина строки берется с небольшим запасом и составляет в распространенных типах аппаратов величину 220 или 276 мм. Для малогабаритных аппаратов длина строки иногда принимается равной половинному значению, т. е. 110 мм. В аппаратуре, предназначенной для передачи карт и газет, длина строки составляет 440 мм и более.

В качестве основного формата обычно принимается бланк размером 219X300 мм, обеспечивающий с небольшим запасом передачу листа формата А-4.

Скорость фототелеграфирования характеризуется числом строк N (или, более точно, площадью бланка S), передаваемых в одну минуту.

Число строк N, передаваемых в одну минуту, для барабанных разверток равно числу оборотов барабана в минуту. Скорости фототелеграфирования при работе в ограниченном по полосе частот канале связи устанавливаются в зависимости от характера передаваемого материала (машинопись, рукопись, фотографии). При работе в телефонном канале проводных линий связи в СССР типовыми скоростями при длине строки 220 мм являются: 75; 90; 112,5; 150 и 225 стр/мин. При работе в радиокоротковолновых каналах и при той же длине строки скорости устанавливаются равными 60, 75, но не более 90 стр/мин.

В настоящее время при передаче фототелеграфных сигналов по телефонным каналам связи применяется,   как   правило, метод амплитудной модуляции (AM) вспомогательной несущей частоты fo. Возможна также передача методом частотной модуляции (ЧМ). При работе по радио достаточно устойчивая работа достигается при применении метода AM несущей радиопередатчика и ЧМ вспомогательной несущей частоты (метод AM—ЧМ). Возможна передача по радио методом ЧМ несущей радиопередатчика непосредственно спектром частот рисунка.

Выбор вспомогательной несущей частоты f0 должен быть произведен так, чтобы оказалось возможным войти в телефонный канал. Обычно частота fo выбирается ближе к верхнему срезу телефонного канала, что объясняется необходимостью обеспечить лучшее соотношение между величиной максимальной модулирующей частоты и вспомогательной несущей.

Следует отметить, что до 1920 г. в фототелеграфной технике не было общепринятых стандартов. Однако с 1920 г., когда применение фототелеграфных связей стало достаточно распространенным, возникла необходимость в стандартизации параметров рабочих характеристик, обеспечивающих взаимную работу аппаратов. Такими параметрами являются: скорость передачи, модуль развертки, точность синхронизации, метод фазирования и др.

Международной комиссией по телеграфной связи в 1930 г. были выработаны пять условий, которых необходимо придерживаться при установлении международных фототелеграфных связей. Эти условия распространяются на;

  1.  точность синхронизации между передающими и приемными аппаратами, которая должна быть не ниже 0,001%;
  2.  регулировку синхронизма, которая должна лежать в пределах 0,007%;
  3.  предварительную фазировку, которая может быть ручной или автоматической;
  4.  скорость развертки, устанавливаемую равной 30 и 60 оборотам (строкам) в минуту;
  5.  модуль аппарата, принимаемый равным 352 при работе по проводным каналам связи.

В течение многих лет факсимильная связь не находила широкого применения из-за отсутствия эффективных коммуникационных инфраструктур. В начале нашего столетия факсимильная связь преимущественно использовалась службами новостей для передачи фотографий (фототелеграф). Факсимильная связь по-прежнему является предпочтительным методом передачи карт погоды в отдаленные места и на суда в море. Техника факсимильной связи, используемая для этих целей сегодня, осталась практически в неизменном виде.

Старые факсимильные аппараты были неудобны в работе и довольно дороги. За последнее десятилетие снижение стоимости и усовершенствование аппаратных средств выдвинули факсимильную связь в ряд основных коммерческих средств связи. А дальнейшие упрощения факсимильных аппаратов за последние несколько лет сделали их предметами потребления, которые можно встретить почти в каждом учреждении и даже в бьпу. В настоящее время возможности факсимильной связи почти универсальны, и она может быть реализована даже с помощью простых PC-модемов.

Современные коммерческие факсимильные аппараты обычно используют один из двух методов печати. В первом методе используется специально обработанная бумага, которая изменяет цвет при локальном нагреве. Изображение переносится на бумагу, когда она проходит через линейку элементов, по одному элементу на один элемент изображения (определяющий разрешение). Хотя эта система довольно дешева, создаваемые ей изображения весьма нестойки и деградируют со временем.

Во второй системе получения факсимильных копий используются те же методы, которые применяются в копировальных машинах и лазерных принтерах. Входящий сигнал управляет переносом электростатического заряда на барабан. Тонер наносится на этот барабан и затем вжигается в обычную необработанную бумагу. В диэлектрических системах электростатический заряд создается на самой бумаге с тем же результатом.

В 1966 г. EIA (Ассоциация электронных отраслей промышленности) объявила о создании первого стандарта для факсимильной связи - EIA Standard RS-328. Впоследствии, в 1968 г., этот стандарт также был принят МККТТ (Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии)  как стандарт Т.2. Факсимильные аппараты, соответствующие требованиям этого стандарта, стали относить к так называемой Группе 1.

Аппараты группы 1 кодируют и передают аналоговые сигналы. В стандарте Т.1 определена стандартная частота сканирования линий — 180 линий в минуту, хотя отмечается, что другие значения скорости (например, 240 линий в минуту) могут быть установлены вручную, исходя из характеристик канала связи. Факсимильные аппараты группы 1 работают с разрешением приблизительно 100 линий на дюйм (3,85 линий на 1 мм) и затрачивают приблизительно 6 минут  на передачу документа формата А4.

Только на выделенных линиях аппараты группы 1 могут использовать амплитудную модуляцию. Частота несущей должна находиться в интервале  1300-1900 Гц. Во время передачи самый высокий уровень сигнала соответствует черному цвету, самый низкий — белому.

Как на выделенных, так и на коммутируемых линиях, аппараты группы 1 могут использовать частотную модуляцию. Для коммутируемых линий частота несущей f0 выбирается равной 1700 Гц. Для выделенных линий частота несущей должна находиться в интервале 1300-1900 Гц. Частота f0 +400 Гц задает уровень черного, а частота f0 -400 Гц — уровень белого. Стандарты США определяют частоту 1800 Гц для несущей и частоты 1500 Гц и 2300 Гц для белого и черного цветов соответственно.

Перед передачей изображения сначала передается сигнал фазирования длительностью 15 с. Во время фазирования передатчик посылает серию линий, содержащих приблизительно 95% черного и 5% белого. Приемник подстраивается таким образом, чтобы центр белой области (фазирующий импульс) был установлен приблизительно в центре мертвого сектора.

Качество передаваемых документов, вследствие малой разрешающей способности аппаратов группы 1, было очень низким. Вдобавок ко всему североамериканские производители продолжали выпускать телефаксы, не соответствовавшие стандарту T.1. Таким образом, обмен информацией в документальном виде между Америкой и остальным миром оставался невозможным. Производители всего мира работали над улучшением качества и скорости передачи документов, стремясь сократить время до трех минут. Однако крупнейшие производители факсимильного оборудования в Северной Америке не только продолжали выпускать оборудование, не соответствовавшее спецификациям Группы 1, но и использовали для обмена информацией разные схемы модуляции сигнала.

Ситуация коренным образом изменилась в 1976 г., когда МККТТ объявил о новой спецификации, которая была принята всеми компаниями. Это был стандарт Т.3, описывающий требования к факсимильным аппаратам группы 2. Достигнутое "взаимопонимание" всех выпускаемых в мире факсимильных аппаратов и снижение цен вследствие развития технологии позволили многим коммерческим и государственным организациям начать активно использовать возможности этих аппаратов в своей работе.

Аппараты группы 2 кодируют и передают аналоговые сигналы, как и аппараты группы 1, но используют более эффективные методы модуляции. Это позволяет реализовать стандартную скорость сканирования 360 линий в минуту (300 линий в минуту определяется как альтернативная скорость). Аипараты группы 2 обеспечивают то же самое разрешение — 100 линий на дюйм (3,85 линии на миллиметр), что и аппараты группы 1, но затрачивают от 2 до 3 минут на передачу того же самого изображения.

При модуляции, по обе стороны от несущей образуются частотные полосы, называемые боковыми полосами. Амплитудная модуляции приводит к образованию двух боковых полос, которые являются зеркальным отображением друг друге и несут одинаковую информацию. Факсимильные аппараты группы 2 предназначены для работ в сетях телефонного типа, использующих амплитудную модуляцию с частично подавленной боковой полосой. Модуляционная система такого типа подавляет одну из избыточных боковых полос, уменьшая полную ширину полосы частот сигнала и обеспечивая тем самым возможность расширения информационной полосы частот. Аппараты группы 2 используют несущую с частотой 2100 Гц, Уровень белого соответствует максимальной амплитуде сигнала, а уровень черного — минимальной амплитуде (не менее чем на 26 дБ ниже уровня белого) или вообще отсутствию сигнала.

Перед передачей изображения аппараты группы 2 посылают сигнал фазирования. Этот сигнал состоит из серии линий сканирования, передаваемых с 94-96% белого и 4-6% черного. Сигнал фазирования передается в течение 6±0.5с, что эквивалентно 36±3 линиям. Фаза несущей может изменяться на обратную в чередующихся линиях. Сигналу фазирования может предшествовать необязательный сигнал согласования оконечных устройств линии связи.

В 1980 году появился новый стандарт Т.4, введенный МККТТ. Он описывал новую группу факсимильных аппаратов - группу 3.

Этот стандарт был дважды переиздан – первый раз в 1984 г. и затем в 1988 г. В модификации этого стандарта, датировавшей 1990 г., были одобрены схемы кодирования, разработанные для факсимильных аппаратов группы 4, а также более высокие скорости передачи, определяемые стандартами V.17, V.29 и V.33. Факсимильные аппараты группы 3 знаменуют переход от аналоговых к цифровым методам передачи факсимильных сообщений и существенно отличаются от аппаратов групп 1 и 2.

Цифровые факсимильные аппараты рассматривают изображение, как набор дискретных элементов (пикселов). Каждый пиксель может быть или черным (ему соответствует двоичная 1), или белым (двоичный 0) — промежуточные полутома не допускаются. Последовательность двоичных цифр, вырабатываемая при оцифровке изображения, может быть сжата, передана по каналу связи и проконтролирована на наличие ошибок с использованием любых методов, применяемых в модемах.

Все аппараты группы 3 должны обеспечивать стандартное вертикальное разрешение 3,86 линии на миллиметр. Возможна установка более высокого разрешении — 7,7 Ливии на миллиметр, В обоих случаях разрешение по горизонтали устанавливается на уровне 1728 пикселов для стандартной линии сканирования длиной 215 мм, что эквивалентно 8 пикселам на миллиметр. В модификации стандарта Т.4, датированной 1992 г., добавляются новые режимы кодирования с более высоким разрешением: 15,4 линии на миллиметр по вертикали и 18 пикселов на миллиметр по горизонтали.

В указанном варианте стандарта Т.4 подтверждается также возможность использования английских единиц длины (дюймы вместо миллиметров) при определении разрешения. На практике, передача факсимильных сообщений между двумя устройствами, использующими различные единицы, приводит к некоторым искажениям и изменении размеров передаваемых изображений.

Факсимильные аппараты группы 3 могут работать при скоростях передачи 2400 бит/с и 4800 бит/с, используя методы модуляции, определяемые стандартом МККТТ V.27ter. Допустимы режимы работы со скоростями 7200 бит/с и 9600 бит/с, определяемые стандартом МККТТ V.29. Модификация стандарта Т.4, датированная 1990 г., добавляет полудуплексные режимы стандарта V.17 (прежнее название - V.FAX) для скоростей передачи 7200, 9600, 12000 и 14400 бит/с, а также дуплексные режимы стандарта V.33 для скоростей передачи 12000 бит/с и 14400 бит/с. Передача более детального изображения занимает больше времени, но при стандартном разрешении на передачу изображения размером А4 затрачивается от 30 секунд до 1 минуты.

Цифровое кодирование, используемое в факсимильных аппаратах группы 3, не связано с движением вращающегося барабана. К тому же цифровые данные, формирующие каждую линию сканирования, уплотняются перед передачей. Поэтому время, затрачиваемое на передачу одной линии сканирования, может изменяться от линии к линии внутри некоторого произвольно определяемого интервала. Стандарт Т.4 рекомендует затрачивать на, передачу каждой линии сканирования не менее 20 мс, хотя допустимо изменение этого параметра в пределах от 0 до 40 мс. Максимальное время передачи линии сканирования не должно превышать 5 с.

Стандарт Т.4 описывает схему одномерного группового кодирования, используемую для сжатия данных, которые формируют линию сканирования. Каждая линия сканирования кодируется в виде последовательности кодовых слов переменной длины, причем каждое кодовое слово представляет совокупность смежных пикселов одного цвета — или черных или белых. Для одной 8,5-дюймовой (215 мм) линии сканирования кодируется полный набор из 1728 пикселов.

Внутри линии сканирования группы смежных черных и белых пикселов чередуются. Для обеспечения синхронизации цветов воспроизводимого и передаваемого изображений все линии должны начинаться с группы белых пикселов. Если линия в действительности начинается с черного пиксела, передается цепочка белых символов нулевой длины. Существуют два типа кодовых слов: завершающие кодовые слова (слова-окончания) и формирующие кодовые слова (корневые слова). Группы (последовательности), включающие от 0 до 63 смежных одноцветных пикселов, представляются с помощью завершающих кодовых слов. Группы, включающие от 64 до 1728 пикселов, кодируются в виде комбинации формирующего кодового слова и следующего за ним завершающего кодового слова. Формирующие кодовые слова для выделенных «одноцветных» групп с числом пикселов, кратным 64 и отличающимся (в меньшую сторону) от числа пикселов в кодируемой последовательности не более чем на 63 пиксела, можно определить по таблице соответствий, так же как и завершающее кодовое слово, представляющее разницу между числом пикселов в кодируемой последовательности и числом пикселов.

Рассматриваемая схема группового кодирования наиболее эффективно уплотняет очень короткие последовательности черных пикселов, последовательности белых пикселов малой и средней длины и очень длинные последовательности как черных, так и белых пикселов. Такая смесь характерна для графического представления типичного печатного документа. При передаче изображения, содержащего области серого цвета (кодируемые в виде чередующихся черных и белых пикселов), использование кодовых слов приводи к расширению числа битов, необходимых для передачи изображения. Это объясняет, почему на передачу таких изображений затрачивается большее время.

Передачу каждой линии изображения (соответствующей строки данных) завершает передача кодового слова конца линии (end-of-line или EOL). Стоит заметить что 12 разрядное кодовое слово EOL (000000000001) никогда не может появиться внутри действительной строки данных. Это свойство можно использовать для восстановления синхронизации после возникновения ошибки на линии связи. Кодовое слово EOL передается также перед началом передачи первой строки данных на странице.

В некоторых случаях возникает необходимость вставки периода отсутствия данных в передаваемый поток. Например, если полная длительность закодированных данных и символа EOL меньше, чем установленное минимальное время передачи закодированной линии сканирования, необходимо какое-то заполнение потока данных для увеличения времени передачи этой линии. Заполнение, состоящее из последовательностей двоичных 0 переменной длины, можно вставлять только между закодированными данными и кодовым словом EQL. Заполнение не может появляться внутри строки данных.

В заключение, для указания конца передачи документа, посылаются шесть последовательных EOL-символов. Эта последовательность известная как возвратно-управляющая последовательность. После посылки этой последовательности обычно имеет место дополнительное квитирование установления связи.

В дополнение к схеме одномерного кодирования, стандарт Т.4 описывает возможную схему двумерного кодирования. В этой схеме одна линия сканирования кодируется по одномерной схеме, как описано выше. Однако следующие линии кодируются относительно этой исходной линии. Смежные линии сканирования, которые слабо «сличаются друг от друга, кодируются с помощью этого метода более эффективно.

Естественно, что большая зависимость схемы двумерного кодирования от корреляции данных в разных линиях приводит к увеличению вероятности распространения возникающей ошибки на большое число линий. Для ограничения области влияния ошибки устанавливается ограничение на число К совместно кодируемых линий. Иначе говоря, после передачи линии, кодируемой по одномерной схеме, может бьпь передано самое большее К-1 последующих линий, кодируемых по двумерной схеме. Рекомендуемое максимальное значение, К=2 для стандартного разрешения по вертикали (3,85 линии на миллиметр) и К=4 для более высокого разрешения (7,7 линии на миллиметр).

Процесс двумерного кодирования начинается с одномерного кодирования первой линии в группе связанных между собой линий. Эта линия называется эталонной (опорной) линией. Следующая передаваемая линия называется кодирующей линией. Эталонная и кодируемая линии сравниваются между собой, и при этом определяются несколько ключевых пикселов.

Ключевые пикселы называются переходными пикселами. Это пикселы, цвет которых отличается от цвета предшествующих им пикселов на той же линии. Предполагается, что все кодируемые линии начинаются с одного мнимого пиксела, расположенного перед самым первым реальным пикселом на линии.

Стандарт Т.4 включает пять дополнений, детализирующих те усовершенствования, которые могут быть введены в факсимильные аппараты группы 3. Дополнение отличается от приложения тем, что дополнение является составной частью стандарта, тогда как приложение просто содержит некоторую дополнительную информацию. В каждом из этих дополнений изложены необязательные процедуры, которые могут быть использованы двумя совместимыми модемами. Ниже представлены краткие описания каждого дополнения.

Дополнение А. Режим коррекции ошибок. Дополнение А определяет формат пакетов, необходимый для осуществления контроля ошибок во время передачи факсимильных сообщений. Формат высокоуровнего протокола управления каналом (HDLC) с 16-разрядной контрольной последовательностью пакета (HDLC-кадра) используется для кодирования двоичных данных, представляющих пикселы.

Дополнение В. Режим ограничения ошибок. Дополнение В описывает процедуру, позволяющую уменьшить влияние процесса передачи на появление ошибок в реплицируемом изображения. Линии сканирования разбиваются на небольшие отрезки, каждый из которых кодируется отдельно. На приемном конце канала связи каждый из отрезков проверяется на отсутствие ошибок и при наличии искажений заменяется на соответствующий отрезок предыдущей линии сканирования.

Дополнение С. Передача файлов. Дополнение С описывает схему метода, в котором высокое быстродействие факсимильных аппаратов и применяемый в них эффективный контроль ошибок могут быть использованы для передачи файлов данных.  Необходимым условием для передачи файлов является использование режима коррекции ошибок описанного в Дополнении А. Дополнение С описывает четыре режима передачи файлов:

  •  Основной режим передачи.  Файлы любого типа передаются без какой-либо дополнительной информации;
  •  Режим передачи документов. Файлы любого типа передаются точно также, как в основном режиме, но к ним добавляется информационный заголовок. Этот заголовок может включать информацию о типе файла, имени файла и т.п.;
  •  Передача двоичных файлов.  Файлы любого типа передаются с информационным заголовком, как в режиме передачи документов. Однако в данном случае информация, включаемая в заголовок, используется для автоматической обработки файла на приемной стороне канала. Более подробная информация об этом режиме содержится в стандартах Т.434 и Т.30.
  •  Передача Edifact-файлов. Дает возможность пользователям факсимильных аппаратов группы 3 обмениваться Edifactфайлами, кодируемыми в соответствии с правилами ISO/IEC 9735.

Дополнение D. Символьный (текстовый) режим для аппаратов группы 3. Дополнение D определяет технические требования необязательного режима работы факсимильных аппаратов группы 3, который позволяет осуществлять передачу символов с помощью протокола Т.30. Необходимым условием реализации символьного режима работы является использование режима коррекции ошибок, описанного в Дополнении А.

Дополнение Е. Смешанный режим для аппаратов группы 3. Дополнение E определяет технические требования необязательного режима работы факсимильных аппаратов группы 3, который позволяет обмениваться страницами, содержащими как символьные, так и факсимильные данные. Необходимым условием реализации смешанного режима работы является использование режима коррекции ошибок, описанного в Дополнении А. В смешанном режиме страница разбивается на отдельные зоны по горизонтали. Каждая зона содержит или данные (символы), или изображение (факсимильную информацию) — смешивание этих двух типов информации в одной зоне недопустимо.

Усовершенствования, отличающие факсимильные аппараты группы 4 от аппаратов группы 3, являются скорее количественными, чем качественными и радикальными. Кроме того, введение режимов высокого разрешения аппаратов группы 4 в качестве опций в спецификации группы 3 в еще большей степени сгладило различия между этими двумя группами факсимильных аппаратов. Применение аппаратов группы 4 в основном концентрируется на интеграции службы факсимильной связи с другими службами связи и передачи сообщений. Для описания группы G4 необходимо привлекать довольно большее число стандартов. Эти стандарты перечислены ниже:.

Т.6 Схемы факсимильного кодирования и функции управления кодированием для факсимильных аппаратов группы 4.

Т.60 Оконечное оборудование для использования в службе телексной связи.

Т.61 Наборы символов и их кодовых представлений для международной службы телексной связи.

T.62 Процедуры управления для служб телексной и факсимильной связи с использованием аппаратов группы 4.

T.62bis Процедуры управление для служб телексной и факсимильной связи с использованием аппаратов группы 4, на основе стандартов Х.215/Х.225.

Т.70 Базовые    средства     передачи    для     телематических служб, не зависящие от сети передачи данных.

Т.72 Возможности терминального управления смешанным режимом работы.

Т.73 Протокол обмена для телематических служб.

Т.503 Пользовательский профиль (набор параметров) для обмена факсимильными документами с использованием аппаратов группы 4.

Т.521 Коммуникационный пользовательский профиль для передачи документов большого объема на основе сеансовых средств.

Т.563 Характеристики терминалов для факсимильных аппаратов группы 4

F.161 Международная служба факсимильной связи с использованием аппаратов группы 4.

Служба факсимильной связи с использованием аппаратов группы 4 добавляет некоторые полезные усовершенствования в передачу факсимильных сообщений, не отказываясь при этом от концепции растровой графики. Определены, например, базовые величины разрешения: 200, 300 и 400 точек на дюйм. Добавлен режим передачи без сжатия данных, позволяющий осуществлять передачу изображения, не применяя обычные алгоритмы сжатия. Новый режим, называемый смешанным режимом, обеспечивает пересылку текста как данных и передачу графических изображений в растровой форме. Дополнительные (необязательные) схемы кодирования для изображений с градацией серого цвета и цветных изображений также отмечаются в стандарте Т.6, но только как предмет для дальнейшего изучения.

Стандарты для аппаратов группы 4 ввели три класса факсимильных терминалов в соответствии с их рабочими характеристиками. Терминалы, которые просто посылают и принимают факсимильные сообщения, определяются как терминалы класса 1. Терминалы класса 2 могут получать как телексы (текстовые сообщения, пересылаемые между факсимильными аппаратами), так и смешанные сообщения. И наконец, терминалы, формирующие группу 3, могут создавать, передавать и принимать сообщения в любой форме.

Если не рассматривать фототелеграфные аппараты, а брать во внимание современные факсимильные аппараты, то структурно они представляют собой сканер, модем и принтер, соединенные в единое устройство.

Структурно факсимильный аппарат можно представить так:

В модуле сканирования происходит построчный анализ изображения оптоэлектронным способом. Т.е. происходит сведение графического  изображения к электрическому сигналу. Прижимные ролики перемещают бумагу с определенной скоростью мимо сканирующего механизма, чем обеспечивается сканирование по вертикали. Для горизонтального сканирования используется линейка фотодетекторов, вырабатывающая серию сигналов отражающих интенсивность света полученного каждым фотодетектором. В итоге получается электронный сигнал определенного вида.

В модуле АЦП, происходит аналогово-цифровое преобразование, т.е. перевод полученного аналогового сигнала в цифровую форму. Это справедливо для аппаратов группы – которых сейчас больше всего.

В блоке преобразования данных происходит перевод цифрового сигнала в формат, соответствующий стандарту, по которому работает аппарат. Например на данном этапе происходит упаковка цифрового потока, после чего поток готов к передачи на удаленный аппарат.

Модем производит модуляцию цифрового сигнала для передачи ее по каналу ТЧ, и производит собственно обмен данными по определенному протоколу, который был согласован с удаленным устройством во время процедуры «рукопожатия».

На принимающей стороне происходит обратный процесс, а именно – данные распаковываются для  подачи на вход ЦАП.

ЦАП – формирует аналоговый сигнал для печатающего устройства.

Завершающий этап печати формирует графическое изображение в соответствии с полученным аналоговым сигналом.

В конце 90-х технологии «голос поверх IP» (VoIP) начали делать успехи в качестве альтернативы обычной ТФОП. Однако, вследствие того, что большинство VoIP систем оптимизировалось для голоса, а не для данных, обычные факсимильные машины не работали, или работали плохо из-за особенностей сети типа задержек, флуктуации, потерь пакетов, и т. д. Таким образом был необходим надёжный способ передачи факсов по IP. Да и с развитием передачи данных поверх сетей с пакетной коммутацией, сам собой напрашивался способ передачи потока данных (уже и так цифрового в стандарте Т.4) по сетям передачи данных, минуя каналы ТЧ. Отвечая новым требованиям. МККТТ в 1998 году был разработан стандарт Т.38, описывающий передачу факсимильных сообщений в реальном времени по сетям IP.

На практике посылка факса Т.38 проходит хотя бы частично через ТФОП, которая не регулируется стандартом Т.38, однако, существуют устройства публичного доступа Internet-Aware Fax (IAF), которые могут пересылать факсы друг другу полностью по IP сетям и не используя линии ТФОП. Типичный сценарий посылки факса стандартным факсимильным аппаратом Т.30 через голосовой VoIP шлюз с поддержкой Т.38, который инкапсулирует факсовый протокол Т.30 в поток данных Т.38. Далее данные маршрутизируются обычным способом, используя обычно транспортный протокол UDP, к месту назначения — факс серверу или другому голосовому VoIP шлюзу или терминалу с поддержкой Т.38, к которому подключен обычный Т.30 факс аппарат.

Рекомендации Т.38 описывают использование обоих протоколов транспортного уровня — TCP и UDP, на практике же, однако, в подавляющих случаях используется UDP ввиду усложнённой избыточности требований протокола TCP в случае потери пакетов и перепосылки. При использовании UDP чувствительность к потерям пакетов компенсируется посылкой пакетов с избыточными данными. Протокол Т.38 не затрагивает сигнализацию, и, таким образом, встраивается в стек других VoIP протоколов: H.323, SIP, MGCP и IAX.

Существует два основных пути, по которым факсимильные сообщения передаются через IP сети. Стандарт T.37 определяет использование электронной почты, по которой факсимильное изображение передаётся в виде вложенного объекта, и, таким образом, доставляется получателю. Понятно, что при этом используются процессы с промежуточным накоплением (например — очередь на отправку/приём почтового сервера). T.38, однако, определяет протокол, который оговаривает использование протокола T.30 и в терминалах отправителя и в получателя. T.38 позволяет каждому передавать факс через IP сети в режиме реального времени, так же, как оригинальные стандарты факса G3 сделали это возможным для традиционной телефонной сети.

Специальный протокол потребовался для факса в реальном времени при передаче по IP, так как существующие факсимильные терминалы поддерживали только подключения к ТФОП, где сигнал был в общем то гладок и непрерывен, в противоположность неровной отправке и прибытию пакетов IP. Способ передачи протокола должен был уничтожить эти несоответствия и сделать IP сеть «невидимой» для конечных факс терминалов, то есть пользователь так называемого обычного факс аппарата не должен знать, что факсимильный запрос передавался через IP сеть.

При голосовой сессии шлюз получает пакеты со стороны IP, накапливает несколько пакетов в буфер, чтобы гарантировать непрерывность потока данных TDM перед их отправкой, и далее, до конечного телефона или терминала, где их в конечном счете слышит человек или они сохраняются на компьютере для последующего воспроизведения. Шлюз использует методы управления пакетами, чтобы улучшить качество речи при наличии сетевых ошибок, используя естественную способность человека к неслышимым случайно пропавшим или повторенным пакетам. Но факсимильные данные передаются модемами, которые более чувствительны к ошибкам. Современные факс протоколы имеют встроенные механизмы коррекции ошибок Error Correction Mode (ECM), но для их работы также требуется защита от потерь.

Недостающие пакеты будут в худшем случае терминировать факсимильный сеанс или создавать одну или более линий изображения при ошибке в лучшем случае. Таким образом работа T.38 должна «вводить в заблуждение» факс терминалы таким образом, что они общается непосредственно с другим терминалом T.30. Это также может восполнить сетевые задержки и так называемые методы фальсификации, а также средства борьбы с пропавшими пакетами или пакетами с большой задержкой с тем, чтобы организовать отправку и приём факсов методом полной буферизации данных. Имитация работы Т.30 использует логику, осуществленную в механизме протокола реле T.38, который изменяет команды протокола и ответы на стороне TDM, чтобы даже при наличии сетевых задержек на стороне IP не прерывать факсимильную передачу. Это делается, например, путём дублирования линий изображения или преднамеренно посылая сообщение с запросом повторной передачи, чтобы в итоге сделать прозрачной посылку и получение для факс терминалов. Сети, которые не имеют потерь пакетов или чрезмерных задержек, могут показать приемлемую факсимильную работу без T.38, если внутренний тайминг Импульсно-кодовой модуляции во всех шлюзах имеет очень высокую точность. T.38 не только удаляет эффект зависимости от Импульсно-кодовой модуляции в соединених, которые обычно требуют синхронизации, но также уменьшает необходимую сетевую пропускную способность примерно в 10 раз, и в то же время исправляет потери и задержки пакетов.

Факс при VoIP-соединении отправляется следующим способом - во время голосового разговора факсовый аппарат (факс-модем или иное факсовое устройство) инициирует передачу факса путём посыла специальных тонов, которые обнаруживаются и с помощью сигнализации H.245 (в случае протокола H.323) или стандартной сигнализации SIP голосовой логический канал передачи (по протоколам G.729, G.723 и т. п.) закрывается, и открывается логический канал передачи по протоколу T.38.

После завершения передачи факса (при потере управляющих тонов факсового аппарата) в свою очередь закрывается логический канал для T.38 и открывается голосовой логический канал для продолжения разговора.

Практически все продаваемые в настоящее время факсы основаны на стандарте группы 3.  Сегодня во всем мире насчитывается более 80 млн телефаксов и факс-модемов Группы 3.


Заключение

Фототелеграфная связь по мере развития технологий трансформировалась в факсимильную связь, но не потеряла своей актуальности и по сей день. В процессе развития фототелеграфии, инфраструктуры связи и систем передачи -  повышались скорости передачи изображений. А с приходом цифровых технологий и пакетных сетей, факсимильная связь только улучшила качественные характеристики. В какой-то степени больше количество факсимильных аппаратов и необходимость их совместной работы тормозит развитие факсимильной связи, но не смотря на это – скачек в развитии факсимильной связи за последние 20 лет был ощутимый. А появление стандарта T.38 показало, что факсимильная связь еще не списана со счетов, а наоборот – получила второе дыхание.


Список использованной литературы и источников.

  1.  Системы и сети передачи информации, Москва, «Радио и Связь», 2001
  2.  Берлин А.Н., Телекоммуникационные сети и устройства. Учебное пособие для ВУЗов, Бином, 2008
  3.  Хаммел Р.Л., Последовательная передача данных: Руководство для программиста: Пер. с англ. – М.: Мир, 1996
  4.  Бергман П.Я., Современная фототелеграфная аппаратура, Ленинград, Типография №4 УПП Ленсовнархоза, 1952
  5.  Фототелеграфия. Техника молодежи, №5, 1952


Печать

ЦАП

Распаковка принятых данных

Модем

Преобразование данных

АЦП

Сканирование

  1.