14.1. Основы факсимильной связи

Краткая историческая справка. Область электросвязи, которая занимается передачей неподвижных изображений по каналам электрической связи, называется факсимильной связью.

Первый телефакс был запатентован в 1843 г. шотландским изобретателем А. Бейном [1]. Его записывающий телеграф работал на телеграфных линиях и был способен передавать только черные и белые изображения, без полутонов. Однако для того времени это было огромным достижением.

Спустя несколько лет некоторые идеи А. Бейна нашли свое применение в различных сферах. В 1865 г. возможности факсимильной техники впервые были использованы в коммерческих целях Дж. Кассели. Его пантелеграф (Pantelegraph) обеспечивал передачу документов по линии, соединяющей Париж с Лондоном. Позднее к ним присоединились и многие другие города. К 30-м годам XX в. системы, использующие основные принципы, разработанные А. Бэйном и Дж. Кассели, уже широко применялись в офисах издательств (для передачи свежих выпусков газет), служб защиты правопорядка (для передачи фотографий и других графических материалов).

Используемые в те годы факсимильные аппараты не были стандартизованы и отличались большим многообразием как используемых для изготовления технологий, так и основных принципов, что затрудняло или даже делало невозможным их совместное применение.

Требовалось разработать единые стандарты, которые позволяли бы любым пользователям обмениваться информацией независимо от того, кто является производителем используемого у них оборудования.

Принципы факсимильной передачи сообщений [2]. Передаваемое изображение - оригинал - разбивается на элементарные площадки. Яркость этих площадок при отражении (или пропускании) падающего на них светового потока преобразуется в электрические импульсы, которые в определенной последовательности передаются по каналу связи. На приеме эти электрические сигналы в той же последовательности преобразуются в соответствующие элементы изображения на каком-либо носителе записи. В результате получается копия изображения (факсимиле).

Любое изображение можно рассматривать как совокупность большого числа элементов, способных в различной степени отражать падающий на них свет. Образование элементарных площадок (растр-элементов) происходит за счет перемещения по поверхности изображения светового луча, создаваемого светооптической системой. Процесс перемещения луча называется разверткой, в результате действия которой изображение разбивается на строки. Отраженный световой поток попадает на фотоэлектрический преобразователь, выходной электрический сигнал которого повторяет форму входного светового сигнала. Узлы передающей аппаратуры, обеспечивающие развертку изображения и фотоэлектрическое преобразование, объединяются в группу анализирующих устройств.

В приемном аппарате осуществляется обратное преобразование переданных электрических сигналов в той же последовательности, что и на передаче. Соответствующие электрические (или преобразованные световые) сигналы вызывают окрашивание элементарных площадок на поверхности носителя записи. В результате записанное построчно изображение - копия переданного. Совокупность устройств, осуществляющих эти преобразования, объединяется в группу синтезирующих устройств.

Какое бы изображение не передавалось по каналу связи, сигнал на выходе фотоэлектрического преобразователя является аналоговым, т.е. непрерывным по уровню и времени видеосигналом. В аналоговых аппаратах факсимильной связи (аппараты группы 1 и 2) этот сигнал после усиления переносится в область вьюоких частот и непосредственно передается в линию связи. Структурная схема факсимильной связи представлена на рис. 14.1.

В цифровых факсимильных системах аналоговый сигнал подвергается квантованию, дискретизации по времени и кодированию. После этих преобразований цифровой сигнал по своей структуре ничем не отличается от аналогичных сигналов систем передачи данных. Современные факсимильные аппараты - как правило, цифровые.

Цифровые факсимильные аппараты (стандарт группа 3). Аппараты этой группы характеризуются плоскостной разверткой и электронным анализирующим устройством на приборах с зарядовой связью (ПЗС) [2]. Обычно используется однострочная линейка ПЗС на 2048 элементов. Запись изображения производится многоэлектродными головками на электростатическую или электротермическую бумагу.

Известно, что факсимильное сообщение обладает большой избыточностью. Для сокращения этой избыточности применяется кодирование источника с использованием различных кодов. Одним из часто используемых является модифицированный код Хаффмена (рекомендация T.4 МСЭ-Т). МКХ является неравномерным кодом, обеспе-

о. о

Анализирующее устройство

1°

О) га 5: г

о. о га

<и о. m о

о О)

Канал связи

Синтезирующее устройство

2 m га U I

3 о J

°- о . т

о CI

Рис. 14.1. Структурная схема факсимильной связи

чивающим сжатие дискретных факсимильных сигналов путем кодирования черных и белых элементов изображения. Каждая серия элементов изображения, длина которой больше 64, разбивается на две серии - основную длиной Л/ х 64 (где N - целое число) и завершающую длиной О... 63.

Длины серий одинаковых элементов (О ... 63) кодируются кодовой комбинацией так называемых оконечных кодовых слов (ОКС). Длины серий, содержащих более 64 элементов, кодируются комбинацией начального кодового слова (НКС), которая соответствует требуемой длине серии, и комбинацией ОКС, которая определяет разницу между истинной длиной серии и длиной серии, закодированной НКС. За каждой кодируемой строкой должна следовать специальная кодовая комбинация конца строки (КС) ООО ... 01 (12 бит), которая не встречается в кодах длин серий.

Устранение избыточности при помощи кода МКХ обеспечивает реализацию коэффициента сжатия по битам более 4,7.

В модемах факсимильных аппаратов наиболее часто используются следующие протоколы:

V.27ter - полудуплексный протокол, в котором применяется трехкратная ОФМ с частотой несущего колебания 1,8 кГц. Существуют два режима с разными информационными скоростями: 2,4 и 4,8 Кбит/с. Линейная скорость 2,4 Кбит/с достигается при использовании двухкратной ОФМ со скоростью модуляции 1200 Бод, а 4,8 Кбит/с -трехкратной ОФМ со скоростью модуляции 1600 Бод.

Следует заметить, что существуют еще два модемных протокола данного семейства - V.27 и V.27bis, которые отличаются от V.27ter,