0→01               1→10

Таким чином в комбінації 0110→ 0110101.

Приймальний пристрій в кожному такті, який складається із двох сусідніх елементів кореляційного коду повинен зафіксувати перехід із 0 в 1 або із 1 в 0. Коли прийнято два нулі чи дві одиниці, то зразу фіксується помилка.

Кореляційний код надає можливість виявляти помилки будь-якої кратності. Однак він не може виявити двокртатні зеркальні помилки.

4.1 Надмірність зображень

Термін «надмірність» носить статистичний характер. Він визначає середню кількість інформації (ентропію), що містить повідомлення. Якби всі можливі повідомлення, що підлягають передачі, були незалежні один від одного і рівноможливі, то вони мали би максимальну кількість інформації. Уявимо собі двохградаційне зображення, що складається з випадково розташованих незалежних один від одного чорних і білих елементів. Приймемо імовірності появи чорного Р1 і білого Р2 елементів рівними: Р1=Р2=0,5. Тоді середня кількість інформації, що міститься в одному елементі

Якби всі рівні яскравості квантованого на N рівнів напівтонового зображення були рівноможливі і незалежні, то кожен рівень яскравості містив би Н=log2N біт. При N=128 H=16 біт. Насправді реальні зображення містять набагато меншу кількість інформації, що пояснюється наявністю сильних зв'язків елементів у зображенні. Однак повний підрахунок цих зв'язків являє собою важко розв'язну задачу. Тому, обмежуються розглядом зв'язків найближчих декількох елементів. Це дає занижене значення ентропії. Так, для двоградаційного зображення «середнього» газетного і машинописного тексту була отримана оцінка 0,06<H<0,23 біт/елемент. Використовуємо величину Нтах/Н, називану коефіцієнтом стискання, що показує, у скільки разів можна зменшити число двійкових цифр для представлення повідомлень джерела з ентропією Н у порівнянні з тим, коли всі повідомлення рівноможливі. У розглянутому випадку Нмах/Н= 16,6÷4.

Оскільки пропускна здатність каналу (біт/с) без обліку перешкод З = H/τ0, де τ0 — тривалість двійкового сигналу, то

Тому пропускна здатність каналу для передачі факсимільного зображення у виді тексту може бути збільшена мінімум у 4 рази.

Надмірність зображення

Для розглянутого факсимільного зображення надмірність R= 0,94÷0,77.

Для збільшення пропускної здатності каналу необхідно усувати надмірність сигналу зображення. Як видно з попереднього, можна або в 4(16) разів збільшити пропускну здатність (розширивши смугу каналу), або, залишивши ту ж пропускну здатність, у стільки ж раз зменшити смугу частот.

4.2 Ефективне кодування зображень

Перш ніж розглянути деякі методи кодування для усунення надмірності, необхідно зазначити, що при вирішенні цієї задачі варто враховувати перешкоди в каналі зв'язку. У реальних зображеннях   між елементами є сильні зв'язки, саме тому зображення об'єктів можна виділити на тлі перешкод, оскільки перешкоди такими зв'язками не володіють.

Побудова ефективної системи зв'язку повинна задовольняти двом суперечливим вимогам — збільшенню пропускної здатності і збереженню при цьому заданої якості відтворення зображення.

Оптимізація системи передачі відразу по двох критеріях являє собою важку і дотепер невирішену задачу. На практиці поступають таким чином: спочатку усувають надмірність джерела повідомлень, а потім для підвищення вірності вносять надмірність штучним шляхом, наприклад застосовуючи завадостійке кодування. Нижче обговорюються деякі способи скорочення надмірності. Для простоти ці способи викладені для двохградаційних зображень, хоча усі вони застосовні і до напівтонових зображень.

Теорія інформації вказує на принципові можливості застосування статистичного кодування. Використання статистичних властивостей дозволяє зменшити загальну «довжину» повідомлень і, отже, необхідний час для їхньої передачі. У загальному виді задачу стиску дискретного сигналу методами статистичного кодування вирішують, скорочуючи середнє число елементів у кодових комбінаціях, що представляють вихідний сигнал. Чим більше імовірність появи даних елементів у вихідному повідомленні, тим менше повинна бути довжина відповідної кодової комбінації.

Алфавітом повідомлень називається безліч повідомлень, що підлягають передачі. Наприклад, при передачі телеграм алфавіт повідомлень складається з 32 букв, цифр і деяких службових знаків і є кінцевим алфавітом. У випадку передачі сигналів двохградаційного зображення елементами алфавіту служать різні реалізації сигналу, точніше «довжини» відрізків, що представляють білі і чорні полючи в зображенні. Безліч цих довжин — серій білого і чорного — складають алфавіт повідомлень.

Задачею ефективного кодування, яке дозволяє щонайкраще використовувати канал зв'язку, є представлення елементів алфавіту кодовими комбінаціями (словами), що складаються з мінімального числа розрядів (коду).               

У випадку рівномірного кодування, коли всі кодові комбінації однакової довжини, і мінімальна довжина кодової комбінації п, з кінцевим алфавітом повідомлень визначається зі співвідношення

тп=N,

де т — основа коду; N — число «букв» алфавіту; п — довжина кодової комбінації. Ефективним є такий код, при якому букви, які часто зустрічаються передаються більш короткими комбінаціями. Звідси випливає, що статистичне кодування повинне використовувати нерівномірні коди.

У випадку статистичного кодування сигналу двохградаційного зображення задача ускладнюється тим, що алфавіт даного джерела повідомлень дуже великий: «довжини» обмежені форматом переданого зображення і мінімальним розміром одиничного штриха. Оскільки всередині цього інтервалу довжина серій може змінюватися випадково, то має сенс говорити тільки про середні  характеристики цієї довжини.

Теоретично показано, що у випадку ефективного кодування мінімальна середня довжина кодової комбінації

де Н — ентропія повідомлення; т — основа коду.

Для двійкового коду

Відношення   до реально досягнутої в даному коді середньої довжини кодового слова називається ефективністю коду:

Загальне правило знаходження ефективного коду невідоме, однак запропоновані алгоритми кодування, у яких величина  близька до  Ці алгоритми задовольняють наступним умовам:

·     довжина даної кодової комбінації повинна бути зворотньо пропорційна ймовірності відповідного елемента алфавіту;

·     у довгій кодовій комбінації елементи коду повинні бути незалежні і рівноможливі.

Цим умовам відповідають, наприклад, відомі коди Хаффмена і Фано-Шеннона.

Труднощі практичної реалізації ефективного кодування зв'язані з нерівномірністю надходження в канал кодових комбінацій, тому що останні мають різну довжину. Для того щоб швидкість передачі була постійною, необхідно між кодером і передавачем установлювати узгоджуючий пристрій, що представляє собою блок пам'яті великої ємності.

На практиці використовують найбільш прості способи статистичного кодування. Серед них велике поширення для стискання факсимільних сигналів одержав спосіб кодування довжин серій (КДС).

Сигнал представляється серіями білого і чорного: білому полю відповідає серія нулів, а чорному — серія одиниць. Суть способу полягає в кодуванні довжин серій. У канал передається номер довжини даної серії.

Оскільки довжини серій різні, довжини кодових комбінацій будуть неоднаковими. Цей спосіб буде найбільш ефективним, якщо використовувати вищезгадані принципи кодування, але при цьому пристрій, що кодує, буде складним. Обмежити кількість довжин серій (кількість кодових комбінацій) можна, використовуючи статистичні властивості серій. Наприклад, для зображення метеокарт доцільно білі серії кодувати шестиелементними кодовими комбінаціями, а чорні серії — трьохелементними. За допомогою цих кодових комбінацій можна закодувати всі білі серії довжиною від 1 до 63 елементів (26=64), а всі чорні серії довжиною від 1 до 7 елементів (23=8). Якби за кожною білою серією випливала чорна, то послідовність кодових комбінацій представляла б собою регулярно змінюючі один одного шести- і трьохелементні кодові групи (рис. 3.1).

Якщо ж у зображенні зустрічаються довжини, більші чим 63 чи 7 елементів (для чорних серій), то регулярність чергування кодових комбінацій порушується і для правильного прийому необхідно використовувати службові кодові комбінації, що розділяли б відповідні кодові слова (рис. 3.2). При передачі метеокарт подібний спосіб кодування практично дозволив одержати коефіцієнт стискання до 80%, тобто приблизно на 80% зменшується загальна кількість переданих двійкових чисел.

У розглянутому способі КДС використані статистичні властивості сигналу, що відповідає рядку розгортки зображення. Врахування міжрядкових зв'язків у зображенні може ще більше підвищити ефективність кодування. Дійсно, з огляду на високу роздільну здатність передавальної апаратури і властивості зображення (сусідні рядки «дуже схожі» один на одного), сигнали можна кодувати одночасно. Спочатку один рядок зображення віднімається з іншого (сусіднього), і далі кодується різницевий сигнал

                         Рис. 3.1. Приклад кодування довжин серій

Рис. 3.2. Введення службових кодових слів

Оскільки при відніманні фактично здійснюється декореляція зображення (руйнуються статистичні зв'язки), то при цьому усувається надмірність. Ентропія перетвореного сигналу зростає, отже, зростає ефективність кодування.

Розглянуті методи стискання мають низьку завадостійкість. Неправильно прийнятий знак про номер довжини серії приводить до так званого треку помилок, оскільки декодер відтворить серію не тієї довжини (і не тієї градації яскравості). Таким чином, навіть одинична помилка за рахунок перешкоди в каналі може викликати потік помилок при декодуванні сигналу. Методи КДС і його різновиду можуть працювати лише при імовірності помилки в каналі не гірше 10-6. Реальні канали мають імовірність помилки на кілька порядків більше (10-3—10-4). Тому без спеціальних заходів для підвищення завадостійкості методи КДС застосовувати не можна.

Останнім часом у зв'язку із широким застосуванням ЕОМ у задачах обробки зображень практичний інтерес викликали методи кодування за допомогою різних лінійних і нелінійних перетворень. Найбільш перспективними з погляду стискання обсягу сигналу (а саме смуги частот) і завадостійкості є перетворення Фур'є, Адамара, Карунена-Лоева. Поява алгоритмів швидкого перетворення Фур'є привело до вивчення методів кодування, при яких замість самого вихідного зображення в канал передається його перетворення Фур'є. Можливість скорочення смуги частот пояснюється тим, що кореляція, яка властива вихідним зображенням, між сусідніми елементами викликає концентрацію енергії в області нульових просторових частот перетворення зображення. Саме ця властивість і дозволяє скоротити смугу частот.

Завадостійкість кодування за допомогою перетворень пояснюється тим, що при перетворенні виконується операція усереднення. Кожен елемент відновленого зображення є зваженою сумою усіх вихідних елементів. Тому одиночна помилка розподілена рівномірно по всіх елементах відновленого зображення і мало помітна для ока. Експерименти показали, що при імовірності помилки 10-4 якість відновленого зображення цілком задовільна. Таким чином, у деяких випадках не потрібно застосовувати спеціальні заходи для підвищення завадостійкості.

Як уже відзначалося, можливість скорочення смуги частот ґрунтується на використанні визначеної структури розподілу енергії зображення в площині перетворення. Представлені на рис.3.3 графіки характеризують частку енергії у відсотках, що міститься в просторових частотах перетворення Фур'є  трьох різних зображень {1, 2, 3). Для них близько 95% енергії міститься менш ніж у 1 % вибірок просторових частот. При такому розподілі енергії очевидний спосіб скорочення смуги частот полягає в тому, щоб не передавати інформацію про верхні просторові частоти. Ця операція еквівалентна пропущенню зображення через низькочастотний просторовий фільтр.

Рис. 3.3. Розподіл енергії по вибірках  просторових звітів

Однак у результаті фільтрації зменшується різкість зображення. Це підтверджує необхідність передачі високочастотних компонентів, навіть якщо енергія на цих частотах незначна. У тих випадках, коли припустима деяка втрата роздільної здатності, низькочастотна просторова фільтрація призводить до значного скорочення смуги частот.

Розглянуті цифрові методи усунення надмірності не вичерпують великої розмаїтості існуючих напрямків і способів підвищення пропускної здатності каналів.

5. Стандарти факсимільного зв'язку

  У 1966 р. EIA (Асоціація електронних галузей промисловості) оголосила про створення першого стандарту для факсимільного зв'язку - EIA Standard RS-328. Факсимільні апарати, що відповідають вимогам цього стандарту, сталі відносити до так називаної Групи 1. Однак північноамериканські виробники продовжували випускати факси, що не відповідали даному стандарту. Таким чином, обмін інформацією в документальному вигляді між Америкою й іншим світом залишався неможливим.

Апарати Групи 1, використовували аналогові сигнали для обміну інформацією, забезпечували передачу однієї сторінки за 4-6 хвилин. Якість переданих документів, внаслідок малої роздільної здатності апаратів, була дуже низькою. Виробники усього світу працювали над поліпшенням якості і швидкості передачі документів, прагнучи скоротити час до трьох хвилин. Однак найбільші виробники факсимільного облажнання в Північній Америці не тільки продовжували випускати устаткування, що не відповідало специфікаціям Групи 1, але і використовували для обміну інформацією різні схеми модуляції сигналу.

 Ситуація докорінно змінилася в 1978 р., коли CCITT (Міжнародний консультативний комітет з телеграфії і телефонії) оголосив про нову специфікацію (Група 2), що була прийнята всіма компаніями. Досягнуте "взаєморозуміння" усіх факсимільних апаратів, що випускаються у світі, і зниження цін унаслідок розвитку технології дозволили багатьом комерційним і державним організаціям почати активно використовувати можливості цих апаратів у своїй роботі.

 У 1980 році з'явився новий стандарт - Група 3, що остаточно визначило шлях розвитку такого напрямку індустрії телекомунікацій, як факсимільний зв'язок. Використання цифрових сигналів для обміну інформацією дозволило значно збільшити якість і швидкість передачі інформації за допомогою звичайних телефонних ліній. Нові вимоги до роздільної здатності  203x98 і 203x196 крапок на дюйм відповідно в режимах Standard і Fine надають можливість передачі чорно-білих документів самого різного виду - починаючи зі звичайних текстових і закінчуючи повноцінними графічними. Сторінка документа передається протягом 30 с.  чи більше, в залежності від швидкості передачі, на яку апарати Групи 3 налаштовуються автоматично, відповідно до технічного стану телефонної лінії.

Спочатку стандарт на факси групи 3 був визначений рекомендацією ITU-Т Т. 4  в 1980 році. Цей стандарт був двічі перевиданий - перший раз у 1984 р. і потім у 1988 р. У модифікації цього стандарту від 1990 р. були схвалені схеми кодування, розроблені для факсимільних апаратів групи 4, а також більш високі швидкості передачі, обумовлені стандартами V.I7, V.29 і V.33. Радикальна відмінність факс апаратів групи 3 від більш ранніх полягає в повністю цифровому методі передачі зі швидкостями до 14400 біт/с. У результаті, застосовуючи стискання даних, факс групи 3 передає сторінку за 30-60 с. При погіршенні якості зв'язку факси групи 3 переходять в аварійний режим, сповільнюючи швидкість передачі. Відповідно до стандарту групи 3 можливі два ступені роздільної здатності: стандартна, що забезпечує 1728 крапок по горизонталі і 100 крапок/дюйм по вертикалі; і висока, що подвоює кількість крапок по вертикалі, що дає роздільну здатність 200х200 крапок/дюйм і вдвічі зменшує швидкість.

 Факсимільні апарати перших трьох груп орієнтовані на використання аналогових телефонних каналів КТСОП. У 1984 році ITU-T прийняв стандарт групи 4, що передбачає роздільну здатність до 400х400 крапок/дюйм і підвищення швидкості при більш низькій роздільній здатності. Факси групи 4 дають зображення дуже високої якості. Однак, вони працюють лише на високошвидкісних каналах зв'язку, які можуть забезпечити мережі ISDN, і не можуть працювати через канали КТСОП.

 Практично всі факси, що продаються в даний час,  побудовані на стандарті групи 3.  Сьогодні в усьому світі нараховується більш 80 млн телефаксів і факсів-модемів Групи 3. Автономні факсимільні апарати мають багато незаперечних переваг, але в них є і деякі недоліки, зумовлені в значній мірі їх конструктивними особливостями.

6. Нова апаратура факсимільного зв’язку

Обсяг інформації, переданої по звичайних телефонних лініях, постійно збільшується. У першу чергу це стосується факсимільних повідомлень. Тому сьогодні багато користувачів зацікавлені в придбанні не простих автономних телефаксів, що виконують строго визначені функції, а більш досконалих систем, що дозволяють автоматизувати процес прийому, обробки і розсилання факсимільних повідомлень.

Ідея використвувати персональний комп'ютер для створення таких інтегрованих систем,  уперше була реалізована в 1985 р., коли фірма GammaLink випустила першу комп'ютерну факсимільну плату. Це дозволило підключити телефонну лінію безпосередньо до комп'ютера і перетворити його в потужний і багатофункціональний телефакс. Сьогодні комп'ютерні факсимільні плати випускає величезна кількість виробників. Їхня продукція, що розрізняється по деяких функціональних можливостях, служить для однієї мети - автоматизації процесу передачі, прийому і розподілу факсимільних повідомлень, обмін якими відбувається по звичайних телефонних лініях.

Комп’ютерно-телефонні факсимільні плати є невід'ємною частиною індустрії комп'ютерної телефонії (КТ). Системи, що будуються на базі ПК із застосуванням таких плат, мають істотні переваги у порівнянні зі звичайними факсимільними апаратами.

-  Зручність використання. Інтеграція ПК із телефонною мережею і наділення його можливостями телефаксу дозволяє користувачам одержувати, обробляти і відправляти факсимільні повідомлення, не відриваючись від своїх комп'ютерів.

-  Ефективне використання телефонних ліній. Факсимільна система, що будується на базі ПК, забезпечує ефективний обмін інформацією з малого числа телефонних ліній, заміняючи собою безліч автономних телефаксів, для кожного з який потрібно окрема лінія.

-  Висока якість переданого зображення. Будь-який документ текстового чи графічного редактора може бути переданий у виді факсимільного повідомлення високої якості. Для цього за допомогою спеціального програмного забезпечення він перетвориться у формат, що використовується факсимільною платою для передачі повідомлень. Таким чином, гарантується висока якість зображення, оскільки документ не може бути "зіпсований" ні низькою якістю друку принтера, ні забрудненням сканера телефаксу, ні неполадками в механізмі подачі паперу.

- Збереження конфіденційності прийнятих повідомлень. На відміну від звичайних телефаксів, що роздруковують усі повідомлення, що надходять, на єдиному рулоні паперу, системи КТ приймають і зберігають їх у персональних директоріях користувачів, доступ до яких обмежується паролем. Таким чином, цілком виключається перегляд важливих документів сторонніми людьми.

Крім того, застосування ПК для керування роботою факсимільних карт дозволяє реалізовувати безліч корисних і зручних алгоритмів - додатків КТ. Більшість із них надають можливість цілком автоматизувати процес обміну факсимільними повідомленнями. До таких додатків КТ, що отримали найбільше розповсюдження, відносяться ФАКС-СЕРВЕР, ФАКС НА ЗАПИТ І ФАКС-РОЗСИЛКА. Застосування факс-сервера зводить до мінімуму часовіі і матеріальні витрати при прийомі і передачі факсимільних повідомлень. Факс на запит дозволяє автоматизувати процес надання абонентам часто замовлюваних документів. Факс-розсилка значно спрощує роботу персоналу при розсиланні великої кількості різних документів для великого числа адресатів.

Незважаючи на стрімкий розвиток альтернативних способів документообігу, включаючи нову апаратуру факсимільного зв'язку, звичайні факсимільні апарати все ще не втратили своєї практичної цінності й успішно використовуються в різних сферах праці.

7. Висновки

1. Факсимільний зв'язок на сьогоднішній день є найбільш дешевим, швидким і доступним із усіх сучасних видів засобів електронної передачі інформації. Це забезпечує його стійке положення на світовому телекомунікаційному ринку. Потужні багатофункціональні факсимільні системи, що базуються на ПК, дозволяють запропонувати користувачам факсимільного зв'язку новий, раніше недоступний рівень сервісу.

 2. Нові стандарти (Група 4) визначають вимоги до передачі кольорових документів, а активна підтримка з боку виробників апаратного і програмного забезпечення і розвиток цифрових телефонних мереж гарантують факсимільним системам стійкий і зростаючий попит як з боку організацій, так і з боку одиничних користувачів.

3. В даній роботі проаналізовано і побудовано блок-схему факсимільного апарату, яка включає в себе основні вузли факсимільної системи.

4. Розроблена і побудована принципова схема фотоелектричного перетворювача (ФЕП) — одного із блоків факсимільного апарату.

5. Для принципової схеми зроблено всі необхідні розрахунки.

6. Розроблено і розраховано принципову схему блоку живлення для фотоелектричного перетворювача.

7. Для всіх розроблених схем спроектовано друковані плати з розведенням компонентів.

8. Незважаючи на повсюдну комп'ютеризацію, стрімкий розвиток мережі Інтернет і систем електронної пошти, факсимільні апарати все таки залишаються потрібними й актуальними. За прогнозами фахівців вони ще довгий час будуть успішно витримувати конкуренцію з іншими системами для здійснення документообігу.

8.  Список літератури

1.  Орловский Е.Л. Передача факсимильных изображений. — М.: Связь, 1980. — 216 с.

2.  Зубарев Ю.Б., Глориозов Г.Л. Передача изображений: Учебник для вузов связи. — М.: Радио и связь, 1982. — 224 с., ил.

3.  Мельник С.О. Оксман М.И. Фототелеграфные аппараты — М.: Связь, 1966. — 165 с.

4.  Копничев Л.Н. Документальная электросвязь — М., 1978.

5.  Копничев Л.Н., Коган В.С. Телеграфные аппараты и аппаратура передачи данных. — М., 1975 — 246 с.

6.  Альтергот А.В., Панфилов Д.И., Факсимильная связь на базе компьютерной телефонии  — Журнал «Сети» №1/1997.

7.  Майоров С.В. Фотоэлектронные и термоэлектронные приборы и их применение. М., «Машиностроение», 1972, 160 с.

8.  Кайдалов С.А. Фоточувствительные приборы и их применение: Справочник. — М.: Радио и связь, 1995 —120 с.

9.  Векслер Г.С. Электропитание спецаппаратуры. — К.: Издательское объединение “Выща школа”, 1975 — 376 с.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5