Факсимильная связь

Электронное вертикальное сканирование строк не дает какого-либо преимущества; действительно, для подачи бумаги (в листах и в рулоне) требуется ее механически перемещать. Однако электронное горизонтальное сканирование, которое устраняет ограничения по скорости, налагаемые механической системой, обеспечивает очень быстрый возврат к началу строки, а также допускает очень быстрое сканирование по строке, что уменьшает время передачи и печати

Электронное сканирование выполняется либо путем отклонения электронного луча (чтобы сканировать оптический образ строки), либо с помощью матрицы пьезоэлектрических элементов, контролирующей всю строку сразу, причем сигнал с элементов матрицы снимается последовательно

Разрешение по горизонтали определяется числом элементов изображения (пикселов), приходящихся на 1 мм. Элемент изображения -- это минимальное расстояние, на котором может быть достигнут переход от уровня белого к уровню черного, что в цифровой системе соответствует расстоянию, представляемому одним битом. Следовательно, для равного разрешения по вертикали и горизонтали ширина элемента изображения, или “ширина” бита, должна быть равна разнесению между соседними строками. Например, при этом условии разнесение строк 4 стр/мм потребовало бы 16 пикселов на 1 мм ² , а для передачи потребовалось бы 1600 бит на каждый квадратный сантиметр документа

Типы факсимильных аппаратов

Необходимо проводить различие между факсимильной аппаратурой, в которой требуется только воспроизведение белого и черного, и аппаратурой, которая может воспроизводить градации “серого”. Для воспроизведения большинства документов, включая подписи и чертежи, вполне достаточно черно-белой печати, причем от запачканного оригинала будет получена чистая копия, если запачканный фон воспринимается аппаратом как уровень белого. Принтер, способный воспроизводить градации серого (иногда называемые полутонами), необходим, если требуется фотографическое или художественное воспроизведение. На рис. 2 показана связь между интенсивностью света от элемента изображения и передаваемым сигналом; чтобы получать градации серого, передаваемый сигнал либо должен быть аналоговым, либо содержать более одного бита на элемент изображения  

Оборудование для подключения к линиям телефонной сети общего пользования соответствует рекомендациям ITU-T для факсимильных аппаратов групп 1-3, технические характеристики которых представлены в табл. 1

Имеется еще одна группа (группа 4), предназначенная для высокоскоростной (64 кбит/с) передачи, правда, пригодная для использования только на частных каналах, в сетях ISDN и LAN, способных принимать цифровые сигналы со скоростью передачи 64 кбит/с. Для таких сетей аппаратура группы 4 обеспечивает очень высокую скорость передачи документов: передача копии формата А4 занимает лишь 2-4 с

Аппаратура группы 1 уже устарела, а группы 2 применяется очень редко. Аппаратура группы 3 работает быстрее (частично благодаря тому, что в ней предусматриваются пропуски белых зон), обеспечивает более качественное воспроизведение и является цифровой. Поэтому при необходимости она присоединяется к другому цифровому оборудованию и к PSTN через модем. Метод многоуровневой фазовой манипуляции MPSK (Multilevel Phase-Shift Keying), применяемый в таком модеме, подобен методу 4-уровневой фазовой манипуляции QPSK (Quaternary Phase-Shift Keying), но в нем используется большее число фазовых сдвигов

Факсимильные аппараты группы 3 обладают большими скоростными возможностями за счет применения более высокоскоростных модемов. Вначале в них использовались модемы стандарта V.27 ter, которые передавали сигналы со скоростью 2,4 или 4,8 кбит/с. Аппараты группы 3, выпускавшиеся в начале 90-х гг., использовали модемы стандарта V.29, которые могли передавать сигналы со скоростью 7,2 или 9,6 кбит/с. В середине 90-х гг., чтобы повысить скорость передачи до 12 или 14,4 кбит/с, использовались модемы стандарта V.17. Наконец, в конце 90-х гг. были введены модемы V.34, скорость передачи которых достигала 28,8 кбит/с

Факсимильные аппараты группы 4 сопрягаются с терминалами ISDN, но могут также работать с факсимильными аппаратами

группы 3

Методы печати

Принтер факсимильного аппарата работает как сканер и обычно содержит те же механические элементы. Существует много альтернативных методов печати, выбор которых зависит от используемого типа сканирования. К ним относятся:

Струйная печать

Используется управляемая струя распыленной краски. Требуется механическое горизонтальное сканирование. Воспроизведение градаций серого регулируется с трудом  

Таблица 7.1. Характеристики факсимильных аппаратов групп 1-4

   Термопечать

Вощеная поверхность бумаги прожигается, и формируется оттиск. Для этого используются нагревательные элементы с низким сопротивлением, каждый из которых “печатает” один элемент изображения. Они образуют матрицу вдоль горизонтальной строки и подключаются к источнику питания группами, чтобы каждый элемент мог разогреться и начать печатать. В такой системе устраняется механическое горизонтальное сканирование. Этот метод печати широко распространен для факсимильных аппаратов группы 3. К сожалению, в этом случае для печати требуется специальная бумага

Лазерная печать

Лазерный луч сканирует по покрытой селеном поверхности барабана, который электростатически заряжается в точках, освещаемых лазерным лучом. Заряженная поверхность притягивает угольный порошок, который наносится на бумагу, когда барабан вращается. Затем бумага нагревается так, что клеящее вещество (адгезив), прикрепленное к частицам угольного порошка, плавится и фиксирует их на поверхности бумаги, создавая, таким образом, четкое изображение. Лазерная печать наиболее часто применяется в факсимильных аппаратах, выпущенных во второй половине 90-х гг. Это связано с тем, что можно использовать обычную бумагу, к тому же резко подешевели лазерные принтеры, поскольку они используются во многих компьютерных системах

Факсимильная передача более устойчива к ошибкам в передаваемых битах, чем телекс, поскольку одна ошибка поражает только один элемент изображения, а это может исказить символ, но не изменить его. Поэтому при факсимильной цифровой передаче не нужны биты проверки четности. Чтобы установить совместимость между передающим и принимающим оборудованием, до начала передачи выполняется специальная процедура обмена сигналами

Компьютерный способ передачи факсимильных сообщений

Кроме возможности передачи документов по схеме факс-факс существует возможность передачи по схеме факс-компьютер и компьютер-факс. Последние модели модемов (факс-модемы) могут полностью дублировать функции факсимильного аппарата, при этом в компьютере создается электронное изображение переданного документа. Абонент может просмотреть его, удалить или напечатать и при этом количество копий неограниченно. При передаче факсимильного сообщения удобно использовать компьютер как при создании документа , так и при рассылке факсимильных сообщений множеству адресатов. Рассылка может выполняться в автоматически в указанное время, при этом присутствие человека необязательно. Например рассылка может производится ночью, когда телефонные линии разгружены и вторая сторона не занимает телефон. При приеме факсимильных сообщений компьютером, сообщения могут быть записаны в электронные абонентские ящики внутри предприятия, разделяя при этом доступ к принятым документам. То есть документы могут читать только те, кому предназначается данное факсимильное сообщение

Сжатие данных

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 (МКХ) (рекомендация Т.4 МСЭ-Т). МКХ является неравномерным кодом, обеспечивающим 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 N х 64 (где N-целое число) и завершающую длиной 0...63

Быстродействие факсимильных аппаратов групп 3 и 4 значительно выше, чем аппаратов групп 1 и 2, благодаря сжатию данных. Зная источник данных (а это чаще всего белый лист бумаги с черными отметками), можно уменьшить объем данных для передачи, если подсчитывать число соседних белых или черных элементов изображения и передавать двоичный код этого числа

Чтобы уменьшить число передаваемых битов, кодовые слова, представляющие число белых и черных элементов изображения, должны формироваться очень аккуратно. Структура кодового слова должна быть уникальной, чтобы слово могло быть безошибочно распознано на приемном конце и не принято за другой код. Для уменьшения объема данных кодовые слова выбираются разной длины, причем наиболее часто встречающимся сериям элементов изображения для белого и черного соответствуют наиболее короткие коды. Это похоже на код Морзе, в котором наиболее часто встречающейся букве Е соответствует короткая тональная посылка (“точка”), тогда как букве О -- три длинные посылки (три “тире”),

В факсимильных аппаратах группы 3 используется модифицированный код Хаффмена. В каждой сканируемой строке насчитывается не менее 1728 точек. Кодированные данные всегда начинаются с числа точек белого поля; это может быть 0, если первый элемент изображения черный. Если число соседних белых или черных элементов изображения равно 63 и меньше, то посылается так называемое завершающее кодовое слово длиной до 12 бит. Если длина серии элементов изображения одного цвета превышает 63, то кодовое слово образуется из так называемого кода приближения, за которым следует завершающий код. Завершающие кодовые слова имеются для чисел от 0 до 63. Кодовые слова приближения соответствуют числам, кратным 64, вплоть до числа 1728. Предположим, что обнаружена серия из 153 черных точек. В этом случае используется кодовое слово приближения для 128 точек (000011001000) и завершающее кодовое слово для остальных 25 точек (00000011000). Таким образом, передается код 00001100100000000011000

Каждая строка завершается кодом конца строки EOL (end of line), который представляет собой 11 нулей, за которыми следует единица (000000000001). Если принимающему аппарату требуется время на восстановление печатающего устройства, то в сообщениях при начальном установлении соединения производится обмен информацией об этом обстоятельстве. Передающий аппарат будет создавать паузу, вводя нули в передаваемые данные перед сообщением EOL

Примеры завершающих кодов даны в табл. 2. Некоторые коды приближения приведены в табл. 3

Факсимильные аппараты группы 3 имеют опцию, предусматривающую кодирование по модифицированному методу READ (MR, modified READ). Этот метод основан на том факте, что на соседних строках черные и белые элементы изображения с большой

Таблица 2. Завершающие коды

Таблица 3. Коды приближения