14.1. Основы факсимильной связи

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

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

Спустя несколько лет некоторые идеи А. Бейна нашли свое приме-нение в различных сферах. В 1865 г. возможности факсимильной тех-ники впервые были использованы в коммерческих целях Дж. Кассели. Его пантелеграф (Pantelegraph) обеспечивал передачу документов по линии, соединяющей Париж с Лондоном. Позднее к ним присоедини-лись и многие другие города. К 30-м годам XX в. системы, исполь-зующие основные принципы, разработанные А. Бэйном и Дж. Кассе-ли, 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 стан-дартизованы и отличались большим многообразием как используе-мых для изготовления технологий, так и основных принципов, что за-трудняло или даже делало невозможным их совместное применение.

Требовалось разработать единые стандарты, которые позволя-ли бы любым пользователям обмениваться информацией незави-симо от того, кто является производителем используемого у них оборудования.

Принципы факсимильной передачи сообщений [2]. Переда-ваемое 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 по-следовательности преобразуются в соответствующие элементы изо-бражения на каком-либо носителе записи. В результате получается копия изображения (факсимиле).

Любое изображение можно рассматривать как совокупность боль-шого числа элементов, способных в различной степени отражать па-дающий на них свет. Образование элементарных площадок (растр-элементов) происходит за счет перемещения по поверхности изобра-жения светового луча, создаваемого светооптической системой. Про-цесс перемещения луча называется разверткой, в результате дейст-вия которой изображение разбивается на строки. Отраженный свето-вой поток попадает на фотоэлектрический преобразователь, выход-ной электрический сигнал которого повторяет форму входного свето-вого сигнала. Узлы передающей аппаратуры, обеспечивающие раз-вертку изображения и фотоэлектрическое преобразование, объеди-няются в группу анализирующих устройств.

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

Какое бы изображение не передавалось по каналу связи, сигнал на выходе фотоэлектрического преобразователя является анало-говым, 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 час-тот и непосредственно передается в линию связи. Структурная схема факсимильной связи представлена на рис. 14.1.

В цифровых факсимильных системах аналоговый сигнал подвер-гается квантованию, дискретизации по времени и кодированию. По-сле этих преобразований цифровой сигнал по своей структуре ничем не отличается от аналогичных сигналов систем передачи данных. Со-временные факсимильные аппараты - как правило, цифровые.

Цифровые факсимильные аппараты (стандарт группа 3). Ап-параты этой группы характеризуются плоскостной разверткой и электронным анализирующим устройством на приборах с зарядо-вой связью (ПЗС) [2]. Обычно используется однострочная линейка ПЗС на 2048 элементов. Запись изображения производится много-электродными головками на электростатическую или электротер-мическую бумагу.

Известно, что факсимильное сообщение обладает большой избы-точностью. Для сокращения этой избыточности применяется кодиро-вание источника с использованием различных кодов. Одним из часто используемых является модифицированный код Хаффмена (реко-мендация Т.4 МСЭ-Т). МКХ является неравномерным кодом, обеспе чивающим сжатие дискретных факсимильных сигналов путем кодиро­вания черных и белых элементов изображения.

Рис. 14.1. Структурная схема факсимильной связи

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.

Длины серий одинаковых элементов (0 ... 63) кодируются кодовой комбинацией так называемых оконечных кодовых слов (ОКС). Длины серий, содержащих более 64 элементов, кодируются комбинацией начального кодового слова (ИКС), которая соответствует требуемой длине серии, и комбинацией ОКС, которая определяет разницу между истинной длиной серии и длиной серии, закодированной ИКС. За каж­дой кодируемой строкой должна следовать специальная кодовая комбинация конца строки (КС) 000 ... 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, в основном, типом канала, для которого они предназначены (выде-ленный четырехпроводной). В настоящее время V.27 и V.27bis прак-тически не применяются.

V.29 - первый стандарт, в котором было предложено использовать QAM. В конце 70-х годов XX в. он нашел широкое применение в на-шей стране и за рубежом для скоростной (9,6 Кбит/с) передачи дан-ных по выделенным каналам с четырехпроводным окончанием. Позд-нее этот протокол был стандартизован для факсимильной связи в полудуплексном режиме и работал по обычным коммутируемым каналам. Частота несущего сигнала 1,7 кГц, модуляционная скорость 2400 Бод. Стандарт имеет режимы двухпозиционной однократной ОФМ, четырехпозиционной двухкратной ОФМ, восьмипозиционной трехкратной ОФМ, шестнадцатипозиционной QAM модуляции. Соот-ветственно информационная скорость может быть 2,4, 4,8, 7,2 и 9,6 Кбит/с (в некоторых модемах нижний предел 4,8 Кбит/с).

V.17 - по своим параметрам точный аналог V.32bis, но предна-значен только для полудуплексного режима работы. В нем исполь-зуется модуляция с решетчатым кодированием без алгоритмов эхокомпенсации. Частота несущего сигнала 1,8 кГц, модуляцион-ная скорость 2400 Бод. Имеет режимы 16-ТСМ, 32-ТСМ, 64-ТСМ и 128-ТСМ. Информационная скорость - 7,2, 9,6, 12,0 и 14,4 Кбит/с соответственно.