ОСНОВИ ФАКСИМІЛЬНОГО ЗВ'ЯЗКУ
Вступ
Факсимільнийзв'язок є видом документального зв'язку, призначеного для передачі тавідтворення на відстані нерухомих зображень (текст, фотографія та ін.).Зображення, що передається, називається оригіналом. Зображення, отримане впункті прийому, називається копією (факсиміле).
Оригіналі копія виконуються тим або іншим способом на папері або фотоплівці, томуфізичною основою факсимільного зв'язку поряд з радіотехнікою є оптика, щовивчає природу світла.
Околюдини сприймає світлове випромінювання з різною довжиною хвилі (0,4-0,76 мкм),внаслідок чого виникає відчуття того або іншого кольору. Зміна інтенсивностівипромінювання при постійній довжині хвилі сприймається як зміна яскравостіджерела світла. Світлооптичні системи характеризуються такими параметрами яксила світла, яскравість, освітленість, контраст, коефіцієнт відображення,роздільна здатність тощо.
Роздільназдатність n виражається максимальною кількістю окремих штрихів, які можнарозрізнити на 1 мм довжини зображення. Розрізнюють роздільну здатність погоризонталі та вертикалі, які в загальному випадку можуть не збігатися.
Кількістьградацій оптичної щільності m – кількість окремих значень оптичної щільності,що розрізнюються на зображенні (характеризує міру почорніння окремих ділянокзображення). Існують системи факсимільного зв'язку з максимально можливим m (усучасних факсимільних апаратах m = 16, 32, 64), і системи без точноговідновлення півтонів (m = 2).
Копіявважається доброю, якщо візуально її не можна відрізнити від оригіналу.
1. Структурна схема системи факсимільного зв'язку
Сутьфаксимільного методу передачі полягає в тому, що оригінал розбивається наокремі елементарні площинки, які скануються зі швидкістю розгортки 60, 90, 120,180 або 240 рядків/хв. Сигнал яскравості, пропорційний коефіцієнту відображенняелементарних площинок, перетворюється в цифровий вид і передається по каналузв'язку з використанням певного способу модуляції. На приймальній стороні цісигнали перетворюються в елементи зображення і відтворюються на приймальномубланку у вигляді копії.
Структурнасхема системи факсимільного зв'язку показана на рис.1.
Оригіналсканується світловою плямою необхідних розмірів. Пляма формуєтьсясвітлооптичною системою, яка містить джерело світла і оптичний пристрій.
Переміщенняплями поверхнею оригіналу здійснюється розгортувальним пристроєм (РП). Частинасвітлового потоку, що падає на елементарну площинку оригіналу, відбивається інадходить на фотоелектричний перетворювач (ФП), де перетворюється в електричнийвідеосигнал. Амплітуда відеосигналу на виході ФП пропорційна величині відбитогосвітлового потоку. Далі відеосигнал надходить на вхід АЦП, де перетворюється вцифровий код. З виходу АЦП цифровий код надходить на вхід пристрою перетвореннясигналів (ППС) – модема, де за допомогою одного з протоколів модуляції спектрцифрового відеосигналу переноситься в область частот каналу зв'язку, щовикористовується.
/>
Наприймальній стороні модульований сигнал з каналу зв'язку послідовно надходить умодем і ЦАП для демодуляції та цифроаналогового перетворення. Далі сигналнадходить у відтворюючий пристрій (ВП), де внаслідок дії РП на бланкувідтворюється копія переданого зображення. Процес, зворотний процесусканування, називається реплікацією. Щоб забезпечити синхронність і синфазністьрозгорток, на передавальній і приймальній сторонах використовують пристроїсинхронізації (ПС).
Сучасніфакс-модеми містять всі складові частини факсимільних апаратів (ФА) за виняткоманалізуючого пристрою (АП) і синтезуючого пристрою (СП). Вони можутьобмінюватися даними з ФА, при цьому інформація про прийняте зображення,видається на комп'ютер, де програмою передачі факсимільних повідомленьперетворюється в один з графічних форматів.
2. Аналіз зображень у факсимільних апаратах
Длясучасних ФА характерні такі загальні принципи аналізу зображень.
1.Елементарна площинка факсимільного зображення виділяється на поверхні оригіналусвітловою плямою високої яскравості, сфокусованою до розмірів, що визначаютьсязаданою роздільною здатністю.
2.Переміщення елементарної площинки по оригіналу здійснюється полінійно: світловапляма переміщується вздовж бланка, а потім переходить на наступний рядок.
3.Для оптико-електричного перетворення використовується світловий потік,відображений від поверхні паперу в межах площинки.
4.Як ФП застосовуються прилади з внутрішнім або зовнішнім фотоефектом:фотоелементи, фотоелектронні помножувачі, фоторезистори.
Отже,до складу аналізуючого пристрою входять оптична система, РП і ФП.
Оптичнісистеми факсів – це високоточні пристрої, що складаються з декількох оптичнихелементів: лінз, призм, дзеркал, діафрагм, а також освітлювача. Крімтрадиційних оптичних систем в ФА як провідник світла використовується волоконнаоптика.
Якосвітлювачі використовуються спеціальні лампи розжарювання з вольфрамовою аботанталовою ниткою розміром 2-4 мм.
РПфаксів переміщують елементарну площинку по рядках. Розгортка може здійснюватисямеханічним, електронно-механічним і електронними шляхами. Найпоширенішими є АП,які поєднують функції оптико-електричного перетворення і електронної розгорткив одному приладі. Це пристрої на основі фотодіодних лінійок і лінійок приладівіз зарядовим зв'язком (ПЗЗ).
Фотодіодналінійка є діелектричною лінійкою, на якій змонтований ряд безкорпуснихфотодіодів, кількість яких дорівнює кількості елементів розкладання одногорядка (наприклад, 1728). Зображення оригіналу проектується на таку лінійку задопомогою фотооб'єктиву. Розгортка здійснюється електронною схемою, показаноюна рис.2.
/>
Катодифотодіодів увімкнені до дешифратора ДШ, а аноди з’єднуються з виходомпідсилювача. Імпульси від тактового генератора Г надходять на вхід лічильникаСч, який керує дешифратором. В результаті на виходах ДШ почергово з'являютьсяпозитивні імпульси, які надходять на відповідні фотодіоди лінійки.
Якщофотодіод, на який надійшов імпульс, освітлений відбитим світлом від оригіналу,то через нього протікає фотострум і створює падіння напруги на резисторі R, якепідсилюється і надходить на пороговий елемент, що дискретизує сигнал за рівнем.
Отже,механічна розгортка по рядку не потрібна. Розгортка по кадрах здійснюється задопомогою крокових двигунів і найпростішого редуктора.
ЛінійкаПЗЗ – це спеціальна мікросхема з прозорим вікном у корпусі, на підкладці якоїсформована лінійка елементів ПЗЗ, здатних перетворювати енергію світла велектричні заряди і накопичувати останні. По суті лінійка ПЗЗ є регістромзсуву. При подачі на нього тактових імпульсів на виході регістра з'являєтьсяамплітудно-модульована імпульсна послідовність, яка містить інформацію проступінь освітленості елементів лінійки. Вітчизняні лінійки ПЗЗ мають 2048елементів і забезпечують розгортку рядка довжиною 256 мм з роздільною здатністю 8 лін/мм.
Існуютьлінійки ПЗЗ, що мають вбудовані схеми зчитування і формування сигналу. Весь АП,за винятком об'єктиву, розміщується в корпусі однієї мікросхеми.
3. Синтез зображень у факсимільних апаратах
Синтеззображення полягає в електрооптичному перетворенні напруги відеосигналу впропорційну за величиною оптичну густину елементарної площинки та отриманнізображення з окремих площинок.
Існують чотириспособи друку: термографічний, з донарною плівкою, струменевий і лазерний. Уфаксимільних апаратах з термографічним друком застосовують спеціальний папір, вінших моделях зображення роздруковують на звичайному папері.
Синтеззображень на термочутливому папері здійснюється електромеханічною головкою зпересувною голкою, що нагрівається, або термодрукувальною лінійкою.
1.Термодрукувальна лінійка містить точкові елементи, що нагріваються електричнимструмом, кількість яких дорівнює кількості елементів рядка розгортки. Вонапритискається до термопаперу, що просувається мимо, і нагріває його окреміділянки, що спричиняє їх потемніння. Розгортка зображення вздовж рядказдійснюється електронною схемою, що перемикає елементи лінійки. В результаті напапері синтезується факсимільне зображення.
Термопапір має тонке, чутливедо нагріву покриття з двома безбарвними окремими компонентами. При локальномунагріванні перший компонент – кольороформувач, змішуючись із заздалегідьзнебарвленим барвником (другий компонент), утворює помітну на папері точку.Можливий друк будь-якими кольорами, але практично використовують чорний ісиній. Копія не підлягає тривалому зберіганню, оскільки термопапір втрачає своївластивості під дією світла і підвищеної температури.
В 1982 р.з'явився вид термодруку, що дозволяє використовувати звичайний папір, такзваний друк з донарною плівкою, або друк методом термоперенесення. За цієютехнологією використовують особливу плівку з термопластичним фарбувальнимшаром, який переноситься на звичайний папір під дією температури (біля 80°С),що створюється термоголовкою. Основна перевага – малі габарити ФА.
2. Струменевийспосіб друку вперше застосувала фірма IBM в 1978 р. У струминних ФА друкувальнаголовка має декілька десятків сопел-розпилювачів (форсунок), через які принагріванні або внаслідок п’єзоелектричного ефекту виштовхуються крапелькичорнила.
Струменеві ФАвимогливі до якості паперу. Вартість копії висока, оскільки потрібна періодичназаміна чорнила, яке зазвичай об'єднане в одному блоці з друкувальною головкою,так званому картриджі. Існує технологія фірми Olivetti, яка передбачає рознімнуконструкцію друкувальної головки зі змінним картриджем: щоб заправитифаксимільний апарат, не треба нового картриджу – досить тільки замінити балон зчорнилом.
Струменеві ФА мають істотнийнедолік. Якщо таким пристроєм довго не користуватися, зображення друкуєтьсянерівномірно. Пов'язане це з тим, що чорнила в соплах друкувальної головкипідсихають, а прочищення сопел відбувається нерівномірно.
3. Лазернийспосіб друку є удосконаленням електрофотографічного, який вперше застосувалафірма Rank Xerox в 1973 р. Пізніше лідером лазерного способу друку стала фірмаHewlett-Packard. Ідея лазерного способу друку проста. Електростатичний зарядвміщується на фотоприймальний барабан або стрічку. Промінь лазера,інтенсивністю якого керує мікропроцесор, виділяє області, на які не требананосити барвник, залишаючи зарядженими ділянки, що підлягають забарвленню.Сухий барвник (тонер) утримується на заряджених ділянках і потім переноситьсяпід дією електростатичного заряду на папір, що має протилежний заряд. Щобзакріпити зображення, папір нагрівають – тонер розплавляється і приклеюється допаперу.
Різновидомлазерного способу друку є світлодіодний, коли замість лазера і пристроюрозгортки його променя застосовують лінійку світлодіодів (LED – Light EmittingDiode) на всю довжину рядка зображення.
4. Синхронізація і фазування факсимільних апаратів
Синхронізаціяі фазування пристроїв розгортки факсимільного передавача і приймача єобов'язковими умовами для передачі зображення, невиконання яких приводить доспотворення зображення.
Синхронізаціярозгортки факсимільного зображення – це встановлення рівності швидкостейрозгортки передавального і приймального апаратів.
Фазування– це встановлення однакового положення розгортувальних елементів передавальногоі приймального апаратів відносно країв бланка в процесі розгортки.
Уфаксимільному зв'язку застосовують такі способи синхронізації:
1)автономна, коли задавальні генератори двигунів передавача і приймача працюютьнезалежно, але їх частоти високостабільні та однакові;
2)примусова синхронізація частоти генератора приймача коливаннями генератора, щопередаються по спеціальному синхроканалу.
Частішевикористовується автономна синхронізація. Оскільки частота генераторіввідрізнятиметься від номінального значення, то з часом фазові розузгодженняпередавача і приймача зростатимуть. Тому потрібне періодичне підстроюванняфази.
Інформаціяпро фазу передавального апарату передається у приймач спеціальними сигналамипротягом певного часу, явно достатнього для встановлення синфазності, післячого передавальний апарат перемикається на передачу бланка.
Сигналифазування є періодичною послідовністю імпульсів з рівнем білого поля зчастотою, котра чисельно дорівнює швидкості передачі (рядків за секунду) іщілинністю 0,05. Як приклад на рис.3а показана структурна схема пристроюфазування ФА, що має барабанну розгортку.
/>
Післяувімкнення двигунів барабани передавального і приймального апаратів обертаютьсяз випадковою фазою і різними частотами обертання: для передавача 400 Гц, априймача – 380 Гц. За рахунок різниці частот обертання взаємне положеннябарабанів змінюється доти, поки не встановиться синфазність. Порівняння фазвиконується в приймальному апараті схемою І1. Приймач фазних імпульсів ПФІвиділяє з прийнятих сигналів фазні імпульси і усереднює їх у часі, щобвиключити вплив завад. Спрацювавши, схема І1 вмикає схему електронного ключа,який дозволяє проходження високостабільного керуючого сигналу відсинхрогенератора (СГ) для синхронізації генератора (Г). Починаючи з цьогомоменту, двигуни обох ФА обертатимуться з синхронною частотою 400 Гц (рис.3б).
5. Принципи побудови цифрових факсимільних апаратів
Розглянемопринцип побудови цифрового апарату. ФА, побудований за модульнимапаратно-програмним принципом (рис.4), може складатися з таких, пов'язанихзагальною шиною блоків: мікропроцесора (МП), ЗДД, ЗТЧ, аналізуючого пристрою(сканера) АП, синтезуючого пристрою (принтера) СП, клавіатури КЛВ, пристроювідображення (дисплея) ПВ, пристрою вводу-виводу (наприклад, НГМД).
ОсобливістюАП є застосування світлочутливих лінійок на приладах ПЗЗ, які поєднують процесирозгортки і зчитування зображень.
/>
Нинішироко використовуються електростатичний і термографічний метод запису. Вонибазуються на електронній рядковій розгортці, основним елементом якої єбагатоелектродні лінійки, що виготовлюються методами фотолітографії тавакуумного напилювання. При цьому забезпечується необхідна роздільна здатністьі швидкодія. Для синтезу зображень може також застосовуватися струменевий іматричний друк.
Клавіатуранеобхідна для вводу інформації та керування ФА.
Пристрійвідображення дозволяє контролювати інформацію, що вводиться, а також відображаєстан і режим роботи апаратури.
ЗДДзберігає зчитану з оригіналу інформацію, а також оброблене і закодованефаксимільне повідомлення. У ЗТЧ зберігаються програми керування пристроєм.