Факсимильная связь

ФАКСИМИЛЬНАЯ СВЯЗЬ

 

   

 

Содержание

 

  

Исторические сведения

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. 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 Д. Кассели. Его пантелеграф (Pantelegraph) обеспечивал передачу документов по линии, соединяющей Париж с Лондоном. Позднее к ним присоединились и многие другие города. Сконструированный Д. Кассели 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 Касселли 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

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

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 современных факсимильных аппаратах

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

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

Кроме фотографического, появились и др. 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"

Факсимильный аппарат

Факсимильный аппарат предназначен для передачи черно-белых графических изображений по аналоговым каналам электросвязи. Факсимильный аппарат неспособен передавать полутоновые изображения (например, фотографии), поэтому факсимильная связь используется в основном только при передаче изображений официальных документов с печатным и рукописным текстом

Принцип работы факсимильного аппарата

Изображение документа (рис.1) считывается построчно оптоэлектронным датчиком, который меняет силу тока в зависимости от яркости падающего на него света. Аналого-цифровой преобразователь преобразует ток в цифровой вид и запоминается в промежуточный буфер. При поступлении в буфер информация анализируется и упаковывается. Затем упакованная информация через модем передается в линию  

 

 

  

Рис.1. Структурная схема факсимильного аппарата  

 

На другом конце модем факса-приемника принимает информацию. Информация обратно распаковывается и также построчно выводится на бумагу, используя собственное печатающее устройство. Самый простой способ - использование термобумаги. Для того, чтобы бумага в данной точке стала черной это место достаточно нагреть до определенной температуры, используя полупроводниковый или световой нагреватели

Технические средства факсимильной связи

Тракт факсимильной связи включает передатчик, линию связи и приёмник. В передатчике факсимильного аппарата осуществляется анализ оригинала точечным световым пятном - развёртывающим элементом, который построчно обегает всю площадь оригинала, разбивая её на элементарные площадки, характеризующиеся способностью в разной степени отражать падающий на них световой поток. Отражённый от поверхности оригинала световой поток, модулированный по интенсивности в соответствии с отражательной способностью площадок, падает на фотоэлектрический преобразователь, где превращается в пропорциональный световому потоку электрический ток - видеосигнал. В качестве фотоэлектрических преобразователей в факсимильной аппаратуре используют фотоэлектронные умножители (ФЭУ) или (реже) фотоэлементы. Далее в передатчике производится модуляция ВЧ колебаний видеосигналом с целью преобразования последнего к форме, удобной для передачи по каналу связи. В факсимильной связи, как правило, применяется амплитудная или (реже) частотная модуляция. В качестве каналов факсимильной связи. используют стандартные телефонные каналы проводной связи или радиотелефонные каналы, характеризующиеся полосой пропускания от 0,3 до 3,4 кГц. Для быстрой передачи больших объёмов факсимильной информации (например, газетных полос) указанный диапазон частот становится недостаточным, в этом случае для передачи изображений необходимы более широкополосные каналы - первичный, с полосой 48 кГц, или вторичный - 240 кГц. В приёмнике факсимильного аппарата прежде всего осуществляется демодуляция принятого линейного сигнала, т. е. выделение из него видеосигнала. Далее производится преобразование видеосигнала в изображение (копию), записываемое на носитель. Копия синтезируется в приёмнике из всех элементарных площадок, располагаемых на носителе в той же последовательности, в которой соответствующие площадки располагались на оригинале. Эту операцию называют свёрткой изображения. В факсимилии нашли применение следующие способы записи принимаемого изображения: фотографический, при котором в качестве носителя используется фотобумага или фотоплёнка (запись ведётся точечным источником света, яркость которого изменяется в соответствии с изменением видеосигнала во времени); электрохимический, основанный на использования специальной бумаги, чернеющей при пропускании через неё электрического тока (записывающим элементом служат 2 точечных электрода, между которыми располагается бумага, и запись осуществляется непосредственно видеосигналом, усиленным до требуемой величины); штриховой, или чернильный, при котором носителем является обычная бумага, а записывающим элементом - ролик, смазанный специальной краской, или чернильное перо, приводимое в движение электромагнитом (модификацией этого способа является запись через копировальную бумагу). Фотографический способ - закрытый: фотобумага или плёнка помещается в светонепроницаемую кассету. Это не позволяет контролировать визуально качество копии до окончания приёма и последующей фотохимической обработки носителя. Открытые способы записи - электрохимический и штриховой - лишены этого недостатка и не требуют дополнительной обработки носителя после записи. Др. способы записи - электротермический и электростатический - не получили значительного распространения. При всех способах записи записывающий элемент перемещается по носителю вдоль строки, а затем переходит на следующую строку. Развёртывающий элемент передатчика также движется по строкам. Для обеспечения точного соответствия копии оригиналу необходимо, чтобы передатчик и приёмник работали синхронно и синфазно, т. е. движение развёртывающего элемента передатчика и записывающего элемента приёмника происходило с одинаковой скоростью и начиналось для каждой из строк в один и тот же момент времени. Несоблюдение этих условий приводит к появлению геометрических искажений принятого изображения или полной потере изображения. Синхронизация и фазирование в факсимильных аппаратах осуществляются вручную или автоматически, при помощи специальных устройств, управляющих перемещением развёртывающего и записывающего элементов. Все изображения, передаваемые средствами факсимильной связи (а также сами факсимильные аппараты), подразделяются на 2 группы: чёрно-белые, имеющие лишь две градации оптической плотности - чёрную и белую (к ним относят рукописи, чертежи, карты, изображения газетных полос и машинописный текст); полутоновые, имеющие несколько градаций плотности, например чёрную, тёмную, серую, светлую и белую (примером полутоновых изображений являются художественные фотографии, для высококачественного воспроизведения которых необходимо иметь возможность передавать не менее 8-12 градаций оптической плотности). Черно-белые изображения могут быть записаны в приёмнике любым из перечисленных способов записи. Полутоновые материалы хорошо воспроизводятся лишь фотографическим способом

Параметры факсимильной связи

1. Размер передаваемого изображения.

Стандартный формат изображения - 220 х 290 мм, при передаче газетных полос он составляет 422 х 600 мм.  
2) Скорость факсимильной передачи, измеряемая количеством строк, передаваемых в минуту

При передаче изображений по телефонным и радиотелефонным каналам стандартизованы скорости 60, 120 и 250 строк в мин. Передача газетных полос ведётся со скоростями 178, 1500 или 2250 строк в мин  

  

 

2. Время передачи изображения.

Оно составляет (в зависимости от скорости передачи): для формата 220 Х 290 мм - от 6 до 25 мин, для газетной полосы - от 2,8 до 50 мин.  
4) Чёткость, или разрешающая способность, характеризующая качество воспроизведения мелких деталей изображения.  
Измеряется максимальным количеством линий, приходящихся на 1 мм 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

5) Количество градаций оптической плотности, раздельно воспроизводимых на принятой копии (только для полутоновых аппаратов)

Принципы факсимильной передачи сообщений

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 ни 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 высоких частот и непосредственно передается в линию связи

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) . Обычно используется однострочная линейка ПЗС на 2048 элементов. Запись изображения производится многоэлектродными головками на электростатическую или электротермическую бумагу

Способы сканирования документов  

 

Документ, подлежащий передаче, сканируется по горизонтали построчно. Следовательно, близость соседних строк определяет разрешение по вертикали (для разрешения с удовлетворительным качеством достаточно от 3,5 до 4 строк на миллиметр). Вертикальное смещение для разнесения строк -- относительно медленное и обеспечивается механическим продвижением бумаги или сканирующей головки. В процессе горизонтального сканирования создается аналоговый или цифровой сигнал, соответствующий интенсивности отраженного света вдоль строки. Сканирование обеспечивается механически за счет горизонтального смещения сканирующей головки вдоль каждой строки и поперечного по странице, но в этом случае требуется очень быстрый возврат головки при переходе с одной строки на другую

В другом варианте механического сканирования бумага наматывается на барабан и за время одного оборота барабана сканируется одна строка, а сканирующая головка смещается на расстояние разнесения соседних строк. Механическое устройство сканирования оказывается простым и надежным, но в нем нельзя использовать бумажные рулоны. В системах с механическим сканированием для получения электрического сигнала применяются фотоэлектрические преобразователи, сфокусированные на бумагу, а для обеспечения горизонтального сканирования предложены различные оптические системы, например вращающийся зеркальный многогранник. Каждое зеркало поочередно обеспечивает оптический путь между точкой на бумаге и фотоэлектрическим преобразователем, и при вращении зеркала точка перемещается по бумаге