12. Особенности построения факсимильной аппаратуры

Целью изучения данной темы является ознакомление с принципами работы факсимильной аппаратуры, работающей как по сетям электросвязи общего пользования, так и по вторичным групповым трактам, изучение основных характеристик факсимильных аппаратов различного назначения, знание особенностей функционирования цветной факсимильной аппаратуры.

12.1. Основные характеристики факсимильной аппаратуры, работающей по сетям электросвязи общего пользования

Факсимильной связью называется передача заранее подготовленных и нанесённых на бумагу неподвижных изображений по каналам связи, обеспечивающая визуальное восприятие информации. Термин факсимиле (лат. fag-simile - делай подобное) означает точное воспроизведение копии графического оригинала (рукописи, документа, подписи), например, фотографическим или штриховым способами.

В факсимильной технике используется принцип развёртки, т.е. разложения изображения на отдельные элементарные площадки (растровые элементы) и последовательной во времени передачи электрических сигналов, пропорциональных яркости элементов разложения.

Функциональная схема простейшей факсимильной системы с барабанной развёрткой представлена на рисунке 12.1. Система работает следующим образом. Оригинал с передаваемым изображением закрепляется на развёртывающем барабане 2. Объектив создает на поверхности барабана точечное изображение источника света. Развёртка осуществляется вращением барабана и одновременным поступательным перемещением его вдоль оси. Световое пятно описывает на цилиндрической поверхности барабана винтовую линию. На развёрнутом бланке оригинала эта винтовая линия образует строчный растр. Часть светового потока источника света, отражённого оригиналом, попадает в фотоэлемент. Количество света, попадающего в фотоэлемент, пропорционально средней яркости освещённого элемента. Сигнал, снимаемый с фотоэлемента, усиливается до уровня, достаточного для передачи по каналу связи. При равномерном перемещении светового потока с линейной скоростью V (мм/с) по изображению оригинала, состоящему из чередующихся чёрных и белых линий шириной d (мм), максимальная частота спектра факсимильного сигнала в Гц составит величину

f= V/2d.

1 – анализирующее устройство; 2 – развертывающий барабан; 3 – источник света; 4 – оптическая система; 5 – светочувствительный элемент; 6,14 – устройства синхронизации и фазирования; 7,8 – устройства преобразования сигнала; 9 – канал связи; 10 – синтезирующее устройство; 11 – модулятор с источником света; 12 – оптическая система; 13 – устройство свертки изображения

Рисунок 12.1. Функциональная схема факсимильной системы

Рисунок 12.1. Функциональная схема факсимильной системы

В приёмном устройстве принятый сигнал вновь усиливается и модулирует яркость свечения безынерционного источника света 11. Объектив 12 фокусирует на поверхность барабана, на котором закреплена светочувствительная бумага, световое пятно. Яркость этого пятна пропорциональна переданному сигналу, т.е. пропорциональна яркости анализируемого элемента изображения. Развёртывающие барабаны в приёмном и передающем устройствах вращаются синхронно и синфазно. После приёма фотобумага с записанным скрытым изображением обрабатывается обычными фотохимическими методами.

Факсимильная аппаратура, осуществляя передачу неподвижных изображений, всегда обеспечивает точное воспроизведение очертаний различных знаков. При этом воспроизведение всех градаций яркости (полутонов) может быть полным или условным. В последнем случае получаемая копия будет содержать элементы только двух градаций яркости (черное и белое).

Факсимильная аппаратура по назначению классифицируется на пять типов: 1) передача-прием газет в пункты децентрализованного печатания; 2) передача-приём фотофаксимильной информации; 3) передача-приём метеорологических карт; 4) передача-приём факсимильной документальной информации; 5) переприём факсимильной информации, представленной в цифровой форме.

В целях унификации и стандартизации факсимильная аппаратура, работающая по сетям электросвязи общего пользования (предназначена для передачи любой графической информации, кроме ИГП), по рекомендации МСЭ разделена на четыре группы (таблица 12.1). Данные факсимильные аппараты работают по телефонным линиям связи или по каналам передачи данных. На основании сравнения основных параметров современную факсимильную аппаратуру можно охарактеризовать следующим образом.

Таблица 12.1. Параметры факсимильной аппаратуры, классифицированной по группам МСЭ

Параметры систем Группа
1 2 3 4
Время передачи страницы А4, мин 6 (4) 3 (2)  1 и менее   1 и менее 
Способ модуляции факсимильного видеосигнала ЧМ АМ, ФМ цифровой цифровой
Канал связи ТЛФ ТЛФ Канал ПД  Канал ПД
Разрешающая способность по строке Аналоговый сигнал с поэлементной разбивкой Аналоговый сигнал с поэлемент-ной разбивкой 1728 точек в строке  8 точек/мм
Вертикальная разрешающая способность, лин/мм 3,85 3,85 3,85; 7,7; 2,57 3,85; 7,7; 2,57
Передача полутонов Возможна Возможна нет нет
Группа стандартизации по сопряжению 1 2

3

сопряже-ние высо-коскорост-ных аппаратов

4

система совместно-го исполь-зования цифровой аппаратуры и сетей

Рекомендации МСЭ Т.0; Т.2; Т.30 Т.0; Т.3; Т.30 Т.0; Т.4; Т.30  
Сигнализация Тональная Тональная Цифровая Цифровая
Сокращение избыточности нет нет С по-мощью модифици-рованного кода Хаф-фмана, кода READ С по-мощью модифици-рованного кода Хаф-фмана, кода READ

Наличие в спектре факсимильного сигнала постоянной составляющей и низких частот не позволяет непосредственно передавать его по каналам ТЧ. Перенос спектра частот факсимильного сигнала в область более высоких частот, совпадающую с полосой пропускания канала ТЧ, производится в процессе модуляции. Поэтому в факсимильной аппаратуре первой группы предусматривается передача модулированного сигнала с двумя боковыми полосами частот, а при уменьшении времени передачи до 3 мин допускается передача изображений формата А4 с пониженной разрешающей способностью. Для снижения стоимости факсимильных аппаратов первой группы используются простые технические решения, такие как совмещение передающего и приёмного устройств в одном аппарате, барабанная развёртка, контактная запись на обычную бумагу. В ряде моделей используются ксерографическая запись изображения с помощью гелий-неонового лазера, электротермическая запись на специальную бумагу, автоматическая, бесконтактная запись, наносимая чернильной струёй на рулон обыкновенной бумаги.

В факсимильных аппаратах второй группы для уменьшения времени передачи изображения формата А4 по 3 мин с плотностью не менее 3,85 строк/мм используются сигналы с трёхуровневой амплитудно-фазовой модуляцией (АМ-ФМ) и частично подавленной одной боковой полосой частот.

В факсимильных аппаратах третьей группы используются цифровое копирование разности видеосигналов двух соседних строк и трёхуровневая однополосная амплитудная модуляция (АМ).

Факсимильная аппаратура четвёртой группы представляет собой цифровые приёмо-передающие устройства. Время передачи изображения формата А4 составляет 10-30 с. В качестве анализатора изображения используются ПЗС (приборы с зарядовой связью) линейки, состоящие из 1782 элементов. Для воспроизведения копий применяется электростатический способ записи. Факсимильные аппараты четвёртой группы используются на сетях передачи данных общего пользования, включая сети с коммутацией каналов, с коммутацией пакетов, а также цифровые сети с интеграцией служб (ISDN). Данные факсимильные аппараты могут работать и по телефонным сетям, для чего необходимо применять соответствующие способы модуляции. Независимо от используемой сети электросвязи в факсимильные устройствах имеются средства снижения избыточности информации в передаваемых изображениях.

В современных факсимильных аппаратах широко применяются плоскостные анализирующие устройства со светочувствительными линейными матрицами ПЗС. Анализирующие линейки на основе ПЗС отличаются конструктивной и технологической простотой, долговечностью, стабильностью параметров, надежностью, малыми габаритами. Явление самосканирования в линейной матрице ПЗС в сочетании с фотопреобразованием делает это устройство одним из наиболее перспективных преобразователей изображения в электрический сигнал в строчном направлении. Развёртка по кадру в таком анализирующем устройстве производится механическим перемещением оригинала перпендикулярно развёртке, осуществляемой линейкой ПЗС. Например, линейная матрица ПЗС с числом элементов 1000-2000 позволяет осуществлять электронную развёртку по строке со скоростями от 100 до десятков тысяч строк в минуту. Анализирующие устройства подобного типа называются оптико-электронными.

Рассмотрим пример реализации плоскостной строчной развёртки с использованием линейной фоточувствительной матрицы ПЗС, которая позволяет получить разрешающую способность по строке не менее 8...15 линий /мм (рисунок 12.2). Работу такого устройства во времени можно разделить на два этапа. Сначала отражённый от оригинала световой поток попадает на фоточувствительные элементы, т.е. осуществляется восприятие строки изображения. В этом случае на электроды ПЗС ячеек подаётся потенциал хранения, при котором происходит накопление фотогенерируемых носителей. Затем, по окончании цикла восприятия строки изображения, накопленные электрические заряды от каждой ячейки через канал переноса поступают в аналоговый регистр переноса, имеющий МОП-структуру, на который подаются тактовые импульсы сдвига. Образуемые на МОП-структуре зарядовые пакеты под действием тактовых импульсов сдвига перемешаются на выход, образуя на нагрузке выходного устройства видеосигнал строки изображения, который после обработки поступает в линию связи.

Рисунок 12.2. Устройство плоскостной строчной развертки на ПЗС элементах

1 – аналоговый регистр сдвига; 2 – выходное устройство; 3 – канал переноса; 4 – светочувствительные ПЗС ячейки

Рисунок 12.2. Устройство плоскостной строчной развертки на ПЗС элементах

Ряд фирм разрабатывает системы лазерного считывания графической информации, основанные на принципе фокусировки луча лазера и его последующего отклонения. Помимо высокой скорости считывания эти устройства имеют высокую разрешающую способность. Реализуется несколько способов считывания с использованием лазерного луча: развертка с помощью спирального зеркала с разрешающей способностью 5-6 точек/мм, развертка с помощью качающегося или вращающегося зеркала, обеспечивающая более высокую разрешающую способность, развертка с использованием акустического отклоняющего устройства, и самая последняя разработка – развертка с помощью вращающейся голографической сетки.

Основные технические показатели записывающих устройств факсимильных аппаратов – разрешающая способность и градационная характеристика. Требования к синтезирующим устройствам противоречивы, так как в факсимильных аппаратах необходимо одновременно обеспечить высокое качество записи, оперативность, простоту конструкции и технического обслуживания.

В современных факсимильных аппаратах применяются два вида записи - закрытый и открытый. При закрытом способе записи принятый электрический сигнал преобразуется в световой, и запись производится на светочувствительную бумагу или плёнку, а затем осуществляется проявление изображения на основе принципов электростатики. Подобный способ называется ксерографией или электрографией. Электростатическое изображение может регистрироваться либо на специальной бумаге, покрытой фотопроводящим слоем, либо на барабане с фотопроводящим покрытием с последующим переносом изображения на обычную бумагу. При открытом способе запись осуществляется на открытой для света бумаге с помощью электрохимических и других реакций, а также с помощью электрохимических устройств чернилами или через копировальную бумагу, В последнем случае принятый сигнал преобразуется в механические колебания.

В факсимильной аппаратуре в основном используются методы электрографии в сочетании с электронной строчной разверткой. При этом применение электрочувствительной, термочувствительной или простой бумаги более перспективно по сравнению с электролитической бумагой. Электротермическая бумага состоит из трёх слоев: нижнего металлизированного, среднего слоя бумаги, смешанного с графитом, и верхнего токопроводящего, с которым соприкасаются записывающие электроды. Преимущество электротермической (электроискровой) бумаги заключается в возможности получения полутоновых и мгновенных изображений, а также малое потребление энергии при записи. Однако она относительно хрупка. Записывающих электродов (ИГЛ), которые группируются вдоль всей линии строчной развёртки в соответствии с требуемым количеством воспроизводимых элементов в строке, хватает максимум на 200 копий. Точечные заряды, соответствующие воспроизводимой яркости документа, формируется на электрической поверхности бумаги рядом электродов печатающей головки. Цепи заряда электрически замыкаются контрэлектродами, которые находятся в плотном контакте с бумажной основой. Видеосигнал подводится непосредственно к контрэлектродам и к записывающим электродам. При наличии сигнала происходит обжигание верхнего, обнажение среднего слоя, смешанного с графитом, и, следовательно, окрашивание поверхности бумаги. При записи обеспечивается разрешающая способность около 4 линий/мм. Основной недостаток данного способа заключается в выделении вредных веществ при записи, поэтому требуется хорошая вентиляция помещения. Металлизированная бумага (с диэлектрической подложкой) имеет чувствительность в 10-20 раз более высокую, чем электротермическая бумага, меньшее электрическое напряжение, необходимое для записи, при этом воспроизводятся более тонкие линии, и обеспечивается больший срок службы записывающего электрода.

Несмотря на хорошую контрастность воспроизводимых изображений и малое потребление энергия при записи, злектрочувствительная бумага является достаточно дорогой. Требуются особые условия, для её хранения.

Термочувствительная бумага, изображение на которую переносится инфракрасным излучением, несмотря на сложность хранения, гораздо дешевле и представляет практический интерес с этой точки зрения. При локальном нагреве чувствительного слоя бумаги он изменяет свой цвет в месте нагрева. Пишущий элемент термографической записи выполнен в виде многоэлектродной термолинейки. По сравнению с электрографической записью время регистрации одного элемента изображения термоголовкой больше примерно в 10 раз, поэтому необходима параллельная запись, что требует введения дополнительных электронных устройств. В этом случае отсутствуют устройства, предназначенные для проявления и фиксации изображения. В стадии разработки находятся новые способы записи на простую бумагу с использованием проводящих и плавких чернил, что позволит снизить потребляемую энергию и обеспечить срок службы записывающей головки для получения порядка 100 тысяч копий.

Для примера на рисунке 12.3 представлена функциональная схема современного факсимильного аппарата третьей группы, а в таблице 12.2 приведены основные параметры факсимильных аппаратов общего назначения, выпускаемых ведущими фирмами различных стран.

Рисунок 12.3. Функциональная схема современного факсимильного аппарата третьей группы

1 – высокоскоростной модем; 2 – устройство управления сетью; 3 – устройство управления модемом; 4 – сканер; 5 – устройство управления сканером; 6 – кодирующее устройство; 7 – главное устройство управления; 8 – декодирующее устройство; 9 – электростатическая записывающая система; 10 – внутренняя управляющая шина; 11 – линза; 12 – устройство управления вводом-выводом; 13 – флуоресцентная лампа; 14 – преобразователь тока; 15 – устройство управления передатчиком; 16 – устройство управления приемником; 17 – панель управления

Рисунок 12.3. Функциональная схема современного факсимильного аппарата третьей группы

Таблица 12.2. Технические характеристики факсимильных аппаратов, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами

Таблица 12.2. Технические характеристики факсимильных аппаратов, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами

К отечественной цифровой факсимильной аппаратуре относится комплекс Луга для передачи и приёма метеокарт размером 480x700мм по каналам ТЧ со скоростью 9600 бит/с. В аппаратуре реализована кодированная передача с использованием планарного кода, что обеспечивает её работу по телефонным каналам с вероятностью ошибки не более 10.

Для обеспечения цифровой передачи документальной информации и фотографий создан отечественный комплекс факсимильной аппаратуры “Фант”, использующий выделенные телефонные каналы со скоростью передачи 2400, 4800, 9600 бит/с при вероятности ошибки не более . Время передачи машинописной страницы текста, напечатанного через полтора интервала, не более 1,5 мин. Запись осуществляется на электрохимическую бумагу. Высокая помехоустойчивость достигается применением кода с исправлением до двух ошибок в блоке. По сравнению с аналогичными зарубежными факсимильными аппаратами комплекс “Фант” имеет меньшую степень искажения тонких штрихов, способен работать в каналах связи с достаточно высокой вероятностью ошибок.

Выполнять функции телефаксного оборудования, т.е. принимать и передавать факсимильные сообщения, могут и ПЭВМ. Для этого в них достаточно ввести дополнительную факсимильную плату расширения. Эта плата содержит интерфейс с телефонной линией, модем на скорость передачи от 2400 до 9600 бит/с, процессор для сжатия сигнала изображения, устройство автонабора номера. Плата обеспечивает преобразование компьютерных файлов в стандартный факсимильный сигнал, обратное преобразование, приём и передачу сообщений.

ПЭВМ, выполняющий функции факсимильного аппарата, обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными факсимильными устройствами:

  • отказ от специальных типов бумаги;
  • наличие банка изображений на магнитных носителях;
  • возможность редактирования и компоновки изображений;
  • меньшая доступность изображений, накопленных в ПЭВМ, имеющей защиту от несанкционированного доступа.

12.2. Системы документальной факсимильной связи

В соответствии с рекомендацией МСЭ различают три вида систем документальной факсимильной связи: построенные по абонентскому принципу Телефакс (передача сигналов по телефонной сети общего применения) и Датафакс (передача сигналов по сетям передачи данных), а также построенную по клиентскому принципу Бюрофакс (рисунок 12.4).

Рисунок 12.4. Классификация систем документальной факсимильной связи

Рисунок 12.4. Классификация систем документальной факсимильной связи

При абонентском принципе построения терминальные устройства, включённые в сеть электросвязи, устанавливаются непосредственно у абонентов, они подключаются к телефонным аппаратам. В случае клиентского принципа обслуживания групповые терминальные факсимильные устройства устанавливаются непосредственно в городских отделениях связи и в районных узлах связи. Сбор оригиналов, изображения которых следует передать, осуществляется через почтовые ящики, как и в традиционной почте. В нашей стране данный вид факсимильной электросвязи получил развитие для передачи фототелеграмм. Кроме того, он позволяет значительно снизить затраты ручного труда в отделениях связи при передаче обычных телеграмм. Основной эффект документальной факсимильной связи заключается в резком уменьшении времени передачи сообщения. Поэтому он наиболее полно выражен при абонентском принципе, и значительно меньше при клиентском, где неизбежны большие затраты времени на доставку сообщений от отправителя в отделение связи и обратно. Во всех названных системах факсимильная информация кодируется в передатчике по каналам связи в цифровой форме.

Достоинством всех систем, использующих факсимильный метод, является возможность передачи не только буквенно-цифровой, но и графической информации. Основным недостатком факсимильных систем по сравнению с буквенно-цифровым является значительно больший объем кодовых комбинаций, необходимых для передачи оригинала, т.е. избыточность информации. Так для передачи буквенно-цифровой информации, расположенной на оригинале размером А4, методом Телетекс требуется бит, а позначным способом Телефакс и ему подобным - бит, т.е. в 100 раз больше.

Большая избыточность факсимильного метода существенно осложняет его применение на коммутируемых сетях связи, так как требует большой пропускной способности сетей. Поэтому при разработке систем документальной факсимильной связи особое внимание уделяется методам сокращения избыточности.

Факсимильный сигнал на выходе передатчика представляет собой последовательность случайных по длине серий импульсов, соответствующих последовательностям чёрно-белых растр-элементов (за единичный принят импульс, соответствующий одному растр-элементу). Для уменьшения имеющейся в рассматриваемой последовательности информационной избыточности за счёт статистических зависимостей между элементами изображений необходимо произвести декорреляцию. С этой целью используют два известных метода декорреляции : укрупнение и предсказание

Метод укрупнения заключается в том, что сообщение разбивают не на элементы, а на отрезки, каждый из которых содержит по нескольку элементов. Вероятностные связи между такими отрезками слабее, чем между элементами изображения, в результате чего уменьшается избыточность. Практическая реализация метода укрупнения состоит в передаче не самих серий импульсов, а только информации об их длине или о положении, элементов, на которых происходит изменение яркости.

Метод предсказания основывается на том, что характер вероятностных взаимосвязей между частями сообщений в ряде случаев позволяет, приняв некоторую часть сообщения, предсказать его недостающую часть. Если бы такое предсказание могло быть сделано точно, то в передаче остальной части сообщения необходимость отсутствовала бы и, следовательно, время передачи могло быть сокращено. В общем случае точное предсказание невозможно.

На практике кодирования факсимильных сигналов используется модифицированный код Хаффмана. Принцип построения кода Хаффмана состоит в том, что часто встречающимся группам символов сообщения соответствуют более короткие кодовые комбинация, тогда как редко встречающимся - более длинные. Такой неравномерный код сказывается более экономичным, чем равномерные коды, из-за меньшего числа элементарных сигналов, приходящихся на один символ. Практически достигнуты коэффициенты сжатия информация порядка 6 – 8.

Рекомендация МСЭ, кроме использования одновременного кодирования, допускает применение двухмерного, так называемого модифицированного кода выбора относительного адреса элемента (READ). В этом коде позиция каждого меняющегося элемента кодируемой строки кодируется с учётом либо предыдущего меняющегося элемента, либо позиции соответствующего меняющегося элемента опорной строки, расположенной непосредственно под кодируемой. Каждая строка после кодирования используется в качестве опорной для следующей кодируемой строки. Благодаря частичному учёту корреляции растр-элементов и в вертикальном направлении двумерный код позволяет получить достаточно большие коэффициенты сжатия по сравнению с одномерным..

В случае планарного кодирования, применяющегося в отечественной аппаратуре передачи метеокарт, изображение разбивается на отдельные фрагменты. Фрагменты, содержащие чёрные элементы, первоначально обозначаются единицами, а не содержащие черные элементы – нулями. Затем фрагменты, которые имеют в своём составе чёрные элементы, снова разбиваются на более мелкие фрагменты с аналогичной обработкой. В результате получается кодовое описание изображения. Короткие коды обеспечивают коэффициент сжатия информации до 4.

В целом современные методы кодирования факсимильных сообщений в 6-8 раз снижают объём передаваемой информации. Однако и в этом случае он остаётся в 12-15 раз больше, чем при буквенно-цифровых способах передачи. Одновременно способы эффективного кодирования приводят к снижению помехоустойчивости факсимильного метода передачи, и это снижение тем сильнее, чем больше коэффициент сжатия.

Поэтому при использовании эффективных кодов приходится принимать меры по повышению верности передачи, чтобы искажения отдельных разрядов кодовой комбинации не приводили к ошибкам, допускается только незначительное изменение контуров изображения. Для этой цели применяют как способы избыточного кодирования с использованием решающей обратной связи для повторной передачи искаженных элементов сообщения, так и методы, основанные на использовании собственной избыточности факсимильных сигналов и служащие для маскирования ошибок. К числу последних относятся: 1) замена всей искажённой строки белой строкой; 2) повторение предыдущей строки; 3) печатание искажённой строки; 4) использование корреляционного метода для регистрации. В большинстве практических случаев используются два первых метода.

Для передачи факсимильной информации в системах электронной почты наряду с сетями передачи данных широко используется телефонная сеть общего пользования. Это объясняется широкой разветвленностью телефонной сети, интенсивным её развитием, а также автоматизацией установления соединений.

Поскольку телефонная сеть при своём создании не предназначалась для передачи дискретных сигналов, некоторые ее характеристики (неравномерности амплитудно-частотной характеристики, группового времени запаздывания, кратковременные перерывы, импульсные помехи и др.), не оказывающие заметного влияния на качество передачи речи, значительно снижают верность передачи дискретной информации. Снижение верности вызывается в основном помехами, возникающими в электромеханическом оборудовании городских АТС. Внедрение квазиэлектронных, а затем и электронных АТС и МТС будет способствовать значительному повышению качества передачи дискретных сигналов по телефонной сети.

На данном этапе развития телефонной сети считается целесообразным осуществлять передачу дискретных сигналов со скоростью до 2400 бит/с. Исследования показали, что передача дискретной информации на более высоких скоростях приводит к снижению верности. Например, при скорости 4800 бит/с вероятность ошибок увеличивается в 4-6 раз. Такое снижение верности может быть скомпенсировано использованием модемов с адаптивной корреляцией сигналов.

Для уменьшения загрузки телефонной сети применяется двухпроводная схема включения факсимильных аппаратов в четырёхпроводный канал ТЧ (рисунок 12.5). В этом случае сигналы, вырабатываемые передатчиком факсимильного аппарата, отделяются от сигналов, поступавших из канала связи в приемное устройство с помощью дифференциальной системы.

Рисунок 12.5. Организация факсимильной связи по двухпроводной схеме включения факсимильных аппаратов

1 – приемно-передающий факсимильный аппарат; 2 – АТС; 3 – дифференциальная система; 4 – четырехпроводный канал ТЧ; 5,9 – индивидуальное оборудование передачи-приема; 6,8 – групповое оборудование передачи-приема; 7 – двухпроводная линия связи

Рисунок 12.5. Организация факсимильной связи по двухпроводной схеме включения факсимильных аппаратов

По мнению специалистов, предполагается, что в ближайшем будущем факсимильная связь займет второе место после телефона. Например, исследования, проведенные в США, показали, что уже в настоящее время факсимильная связь в 42% случаев заменяет почту, в 19% - Телекс, в 17% - телефон, в 22% - используется для передачи информации на подвижные объекты. Многие специалисты считают, что факсимильные системы с наибольшим правом претендуют на роль электронной почты будущего. К настоящему времени в разных странах мира эксплуатируется более 15 млн факсимильных аппаратов.

12.3. Особенности передачи изображений газетных полос факсимильным способом

Несвоевременная доставка газет приводит к частичной потере ценности информации, поэтому вопросам улучшения распространения и доставки газет уделяется большое внимание. Идея передачи газет с помощью факсимильной техники возникла ещё в тридцатые годы нашего столетия. Начало современным способам передачи ИГП положено в Японии в 1959 г. передачей изображений газеты Асахи из Токио в Саппоро. Регулярная факсимильная передача ИГП и децентрализованное печатание газет в нашей стране началось с 1964 г. Внедрение факсимильной передачи ИГП позволило существенно сократить, а в ряде случаев и полностью устранить разрыв во времени между выходом центральных газет в Москве и другими пунктами страны. В настоящее время в нашей стране создана разветвленная сеть передачи ИГП по кабельным, радиорелейным (РРЛ), и спутниковым линиям связи. Кроме России, передача ИГП по наземным и спутниковым каналам связи осуществляется ещё в 25 странах мира наиболее крупными издательствами газет. Причём вся современная зарубежная аппаратура передачи ИГП является цифровой.

В нашей стране наибольшее распространение получил комплекс аналогового оборудования факсимильной передачи ИГП по каналам связи “Газета-2”, который состоит из передающего и приемного факсимильных аппаратов, канального оборудования и установки автоматизированной обработки фотонегативов.

В передающем аппарате осуществляется преобразование распределения оптической плотности в факсимильный сигнал. Канальное оборудование обеспечивает создание каналов связи большой протяженности для циркулярной высокоскоростной передачи факсимильных сигналов от передающего аппарата к приемным, передачу сигналов сигнализации по обычному каналу ТЧ от приемных аппаратов к передающему, служебную связь и контрольно-эксплуатационные измерения.

В аналоговых системах передачи основной стандартной группой каналов связи является первичная группа, состоящая из 12 стандартных каналов и занимающая спектр частот 60-108 кГц. Дальнейшая унификация каналообразующего оборудования обеспечивается формированием 60 канальной стандартной группы, которая называется вторичной и размещается в спектре частот 312-552 кГц. Вторичная группа образуется из пяти первичных групп. Применение стандартных групп каналов позволяет максимально унифицировать, а, следовательно, удешевить связное оборудование, что приводит к повышению экономичности системы передачи в целом.

Аппаратура Газета-2 рассчитана на передачу сигналов изображений по вторичному групповому тракту. Сигналы ИГП по наземным линиям связи передаются по стандартным вторичным групповым трактам путём АМ несущей частоты 500 кГц с частичным подавлением одной боковой полосы частот. В результате несимметричного ограничения боковых полос по вторичному тракту удаётся передать сигналы изображения с f = 180 кГц. Скорость передачи в этом случае достигает 3000 строк/мин. Такие тракты образуются с помощью аппаратуры многоканальных систем передачи по магистральным и внутризоновым кабельным линиям связи и РРЛ.

Объектом передачи служит специально подготовленный оттиск газетной полосы размером 558x392 мм. Направление развёртки в большинстве случаев выбирают перпендикулярным к строкам текста. Плотность развёртки Q оценивается числом развёртываемых линий на 1мм, должна обеспечить необходимую чёткость воспроизводимых изображений (воспроизведение мелких деталей, точность обрисовки контуров букв) и требуемую градационную характеристику растровых изображений. Выбор этого параметра, наряду с другими, влияющими на качество изображения, считается правильным, если в итоге достигается равенство визуального воспроизведения газет, отпечатанных в центральной и местных типографиях. Для передачи газетного текста и растровых изображений с линиатурой 25 линий/см достаточна плотность развертки 15 линий/мм. Окончательный номинал плотности развёртки для газетных факсимильных аппаратов согласуется с линиатурой полиграфического растра (линиатура - число растровых линий на 1 см), исходя изусловия незаметности муара. Явление муара возникает в результате интерференции пространственных частот растровых структур. Условие, при котором период муара минимален, выражается следующей формулой:

Q = mL/,

где m - нечетное число; L – линиатура полиграфического растра. Подбор плотности развертки к линиатуре растра не устраняет муара, а сводит его к минимуму. Соответственно шаг развертки равен 0,04 или 0,06 мм. Время развертки одной газетной полосы T при аналоговом способе передачи определяется выражением:

T= ABQ/N,

где A и B – размеры передаваемого бланка, мм. Время передачи одной газетной полосы при шаге развертке 0,04 мм составит 3,5 мин, а при шаге развёртки 0,06 мм - 2,3 мин.

Линейная скорость перемещения развёртывающего элемента определяет точность передачи текста в направлении строчной развёртки и обусловлена полосой пропускания канала связи.

В факсимильной аппаратуре Газета-2 для анализа и синтеза изображений применяется устройство круговой развертки. В передающей аппаратуре (рисунок 12.6) оригинал газетной полосы пневматически прижимается к внутренней цилиндрической поверхности камеры 1. Светооптическая система неподвижна за исключением вращающейся оптической головки 2. Вращение осуществляется электрическим двигателем 3. За один оборот оптической головки анализируется одна сторона изображения. За это время камера с оригиналок перемещается в горизонтальном направлении на величину шага развёртки (ширину строки). Развёртка по кадру обеспечивается медленным перемещением камеры I справа налево вдоль образующей.

Рисунок 12.6. Конструкция анализирующего устройства факсимильной аппаратуры “Газета-2”

Рисунок 12.6. Конструкция анализирующего устройства факсимильной аппаратуры “Газета-2”

В светооптической системе световой поток от осветительной лампы 12 проходит через конденсатор 11, последовательно отражается от зеркал 10, 5, 4 и с помощью объектива 9 формируется в виде светового пятна малых размеров на поверхности оригинала. Затем световой поток, отражённый соответствующим элементом оригинала, проецируется в плоскость диафрагмы 7 с помощью оптических элементов: объективов 9, 6, зеркала 4 и отверстия в зеркале 5. В данном случае развёртывающим элементом является проекция диафрагмы 7 на плоскость оригинала. Через эту диафрагму на ФЗУ 8 поступает световой поток, соответствующий одному элементу разложения.

Воспроизводящее устройство приёмной аппаратуры, в котором применена фотозапись на плёнку, имеет аналогичную кинематическую схему (рисунок 12.7). Свётовой поток от дуговой лампы 8 через диафрагму 6 и оптическую головку 2 падает на поверхность фотоплёнки, прижатой к внутренней поверхности камеры I. Перед диафрагмой располагается конденсор 7, а за ней - объектив 5, причём диафрагма находится в фокальной плоскости этого объектива. Поэтому после объектива пучок света является параллельным. Здесь развёртывающим элементом является сфокусированное световое пятно. Поскольку быстроврашающейся деталью под действием электродвигателя в этом устройстве является лишь лёгкая оптическая головка, то вся механическая часть аппаратуры практически не имеет качаний и вибраций. В состав светооптической системы устройства входит также зеркало 4 и объектив 9.

Рисунок 12.7. Конструкция воспроизводящего устройства факсимильной аппаратуры “Газета-2”

Рисунок 12.7. Конструкция воспроизводящего устройства факсимильной аппаратуры “Газета-2”

Основной недостаток устройства круговой развёртки заключается в сложности крепления оригинала и фотопленки в камерах, что исключает возможность автоматизации процесса подготовки оригинала для анализа и осуществления непрерывной передачи и приёма.

Структурная схема передающего факсимильного аппарата Газета-2 представлена на рисунке 12.8 . Цилиндрическая камера с оригиналом 8, внутри которой располагается оптическая головка 14 и световой датчик строчной развёртки 9, приводится в движение с помощью гистерезисного синхронного двигателя кадровой развёртки 4 через редуктор 5. Фотодатчик представляет собой стеклянный диск с 250 рисками. Диск освещается от отдельного осветителя. При вращении диска в фотодиоде образуются импульсы фототока, усиливаемые усилителем фотодатчика б. Фотодатчик и оптическая головка насажены на ось электродвигателя строчной развёртки 7. Электродвигатель кадровой развёртки получает питание от усилителя 3, на вход которого поступает переменное напряжение от делителя частоты 2. Делитель частоты делит частоту камертонных генераторов (I) 1200 Гц (для плотности развёртки 15,5 лин/мм) и 1400 Гц (для плотности развёртки 24,5 лин/мм) и обеспечивает питание электродвигателя соответственно наряжением частоты 150 и 180 Гц. Для пуска двигателя используются элементы цепи управления, непосредственно связанные с блоком управления 23.

Рисунок 12.8. Структурная схема передающего факсимильного аппарата “Газета-2”

Рисунок 12.8. Структурная схема передающего факсимильного аппарата “Газета-2”

Камертонные генераторы являются автогенераторами (усилитель, в цепи положительной обратной связи которого включён камертонный резонатор). Камертонный генератор обеспечивает стабильность частоты не хуже . В факсимильной аппаратуре частоты 1200 и 1400 Гц используются также для формирования сигнала автоматического пуска приемных устройств.

Питание электродвигателя, осуществляющего строчную развёртку, производится усилителем мощности 15, на вход которого подаётся напряжение с частотой 250 Гц, получаемой от деления частоты синхронизации 100 кГц, поступающей от блока опорных частот комплекса аппаратуры Газета-2.

Делитель частоты 22 делит исходную частоту 100 кГц до значения 12,5 кГц, а делитель 21 – частоту 12,5 кГц до значения 250 Гц, при которой электродвигатель 7 получает скорость 3000 об/мин.

Устройство автоматической регулировки скорости 20 обеспечивает стабилизацию оборотов двигателя строчной развертки. В устройство 20 поступают сигналы с частотой 12,5 кГц от делителя частоты 22 и напряжение с частотой 12,5 кГц от усилителя светового датчика 6 цепи обратной связи, в фазе сигнала которого содержится информация о мгновенной угловой скорости ротора электродвигателя. При отклонении угловой скорости от номинальной величины образуется фазовый сдвиг, в результате чего регулировочное устройство 20 смещает фазу выходного напряжения, чем обеспечивается компенсация возникшего изменения скорости электродвигателя 7.

Тракт преобразования видеосигнала содержит блок ФЭУ 11. Отражённый от изображения газетной полосы световой луч проходит через неподвижную светооптическую систему, попадает на фотокатод ФЭУ. Формирование видеосигнала производится в блоке 12. Видеосигнал усиливается, а затем дискретизируется по амплитуде так, что многоуровневый сигнал преобразуется в двухуровневый, и все импульсы от чёрных и белых элементов изображения длительностью менее 2,6 мкс расширяются до 3,1 или 3,4 мкс. При этом максимальная частота видеосигнала ограничивается до 170 кГц. Фильтр ограничения спектра видеосигнала имеет также частоту среза f = 170 кГц. Данное преобразование называется искусственным расширением тонких штрихов. Истинное значение длительности импульсов восстанавливается в приёмном аппарате.

Амплитудная модуляция видеосигнала производится балансным модулятором 17, при этом несущая частота 500 Гц генерируется автономным кварцевым генератором 16. На выходе модулятора получается спектр частот, содержащий две боковые полосы частот видеосигнала с наивысшей частотой 170 кГц. Однополосный модулированный сигнал формируется в блоке 18 с помощью фильтра, срезающего верхнюю с боковую полосу частот. Линейный усилитель 13 усиливает сигнал, а полосовой фильтр 14 ограничивает спектр АМ сигнала. Устройство развёртки сигналов 19 обеспечивает передачу факсимильных видеосигналов по двум магистралям и согласование нагрузок.

Блок управления 23 обеспечивает взаимодействие всех функциональных узлов передающего аппарата.

В приемном факсимильном аппарате (рисунок 12.9) имеются узлы, аналогичные по назначению и конструкции однополосным устройствам передающего аппарата. Это относится к конструкции цилиндрической пневматической приёмной камеры 12 с оптической головкой 13, с помощью которых производится электронно-оптический синтез изображения на фотоплёнке, к узлам кадровой и строчной развёртки, к системе синхронизации.

Рисунок 12.9. Структурная схема приемного факсимильного аппарата “Газета-2”

Рисунок 12.9. Структурная схема приемного факсимильного аппарата “Газета-2”

Камера 12 перемещается по цилиндрическим направляющим вращением двигателя кадровой развёртки 4, через редуктор 3. Питание к электродвигателю 4 поступает от электронных узлов кадровой развёртки (усилитель двигателя кадровой развёртки 5, делитель частоты 6 и камертонные генераторы 7).

Внутри пневмокамеры расположены вращающаяся головка 13 с магнитным датчиком положения и световой датчик скорости развёртки 14. Сигнал светового датчика воспринимается фотодиодом и усиливается усилителем 16. Используемая в качестве модулятора точечная лампа дугового разряда оптической системы включена в цепь узла записи 11. Яркость её свечения определяется сигналом, поступающим на узел записи. За один оборот оптической головки образуется одна синтезируемая строка, цилиндрическая камера за это время с помощью устройства кадровой развёртки смещается на шаг развёртки.

Преобразование АМ сигнала - выделение его огибающей, т.е. видеосигнала, происходит в тракте демодуляции. Поступающий с канала связи АМ сигнал проходит согласующее устройство 18 и линейный усилитель 8. В цепи второго каскада усилителя 8 включен узел автоматической установки уровня I, обеспечивающий сохранение режима записи при изменении уровня на входе в пределах 0,45 дБ. Уровень устанавливается перед началом записи очередной газетной полосы.

Демодуляция осуществляется с помощью синхронного детектора 9, в котором из АМ сигнала выделяется несущая частота 500 кГц. Напряжение несущей ограничивается и усиливается резонансным усилителем. Затем несущая частота поступает на фазовращатель 19, в котором обеспечивается совпадение фаз несущей и основного сигнала. После синхронного детектора демодулированный сигнал ограничивается по спектру ФНЧ 2 с частотой среза 190 кГц и затем поступает в формирователь 10, где производится двустороннее ограничение по амплитуде и длительность коротких импульсов, соответствующих черным штрихам, искусственно расширенных по длительности в передатчике, снова сужается с помощью узла восстановления 20. После поступления сформированного видеосигнала на устройство записи 11 меняется яркость свечения газоразрядной лампы в соответствии с характером изображения газетной полосы.

В приемном аппарате предусмотрено получение как негативной, так и позитивной фотокопий. Инвертирование режима свечении производится элементами узла записи 11 под действием специального блока управления 21. С целью проверки исправности приемного аппарата осуществляется контроль работоспособности приемного тракта путем записи импульсов частот 10 и 100 кГц, поступающих с блока опорных частот. Для этого предусмотрены аналогичный с передатчиком кварцевый генератор 31 и модулятор 32. Контрольный АМ сигнал через цепи управления 35 поступает на линейный усилитель 8 и далее проходит те же узлы, как и модулированный сигнал, приходящий с канала связи. На фотопленке контролируемые сигналы записываются в виде черно-белых штрихов. По записи частоты 100 кГц имеется возможность также контролировать качество фокусировки оптики.

Автоматическое фазирование электродвигателя приёмного аппарата 15, осуществляющего строчную развёртку, производится приёмником фазовых импульсов 23 по фазирующим импульсам передающего аппарата. Фазовые импульсы с магнитного датчика положения усиливаются усилителем 17. При скорости 3000 стр/мин фазовые посылки имеют частоту следования 50 Гц. На приёмник фазовых импульсов 25 через устройство цепей управления 35 поступают демодулированные и сформированные фазовые посылки (тест - сигнал) с передающего аппарата и посылки с усилителя магнитного датчика положения 17 приёмного аппарата. Расположение магнитного датчика соответствует зоне стыка фотоплёнки в камере (местные фазовые посылки).

Приходящие от передатчика фазовые посылки имеют произвольное временное положение по отношению к местным фазовым посылкам. Поэтому необходимо изменить скорость двигателя 15, для чего в цепи делителя частоты 34 вводятся корректирующие импульсы так, что частота 100 кГц получает либо приращение, либо уменьшение номинального значения на величину f. В момент совпадения фаз приёмник фазовых импульсов 23 автоматически выключается, и на вход делителя частоты 34 поступает напряжение частоты синхронизации 100 кГц, а электродвигатель приёмного аппарата начинает вращаться с номинальной скоростью и в фазе с двигателем передающего аппарата. Фазирование приёмного аппарата производится один раз перец началом сеанса приёма.

Системой телесигнализации приёмного аппарата предусматривается передача в сторону передающей станции сигналов состояний камеры, готовности к приёму, осуществления записи, аварийного состояния. Эти сигналы вырабатываются камертонными генераторами 33, которые через цепь управления 35 поступают на модулятор субканала 26. Несущие частоты вырабатываются генератором гармоник 30, на вход которого через узел 35 поступает частота 10 кГц. Генератор гармоник представляет собой нелинейный элемент, образующий большое количество частот, выделяемых узкополосным фильтром: 340, 360, 380, 480, 500 и 520 кГц. Несущая заданного субканала усиливается усилителем 29 и является несущей частотой модулятора 28. На данный модулятор через узел 35 последовательно поступают сформированные частоты камертонных генераторов состояний 33. На выходе канала телесигнализации установлен полосовой фильтр 27, имеющий ширину полосы пропускания 10 кГц относительно центральной частоты (несущей). Для каждого пункта приёма магистрали устанавливается одна из вышеназванных шести несущих частот. Номинал частоты ПФ, как и сама (одна из указанных шести) несущая субканала, задаётся пункту приёма при проектировании магистрали.

Система автоматической стабилизации скорости вращения двигателя приёмного аппарата включает аналогичные с передатчиком блоки 16, 22, 24, 25, 26, 34 за исключением связи делителя частоты 34 с узлом фазирования 23.

В общем случае канал связи факсимильной аппаратуры “Газета-2 состоит из соединительной линии между типографией, где печатается центральное издание, и МТС, междугороднего канала между МТС в пунктах передачи и приема и соединительной линии между МТС и типографией децентрализованного печатания газет в пункте приёма.

Одним из кардинальных методов решения проблемы поставки газет в самые отдаленные районы нашей страны явилась одновременная передача сигнала ИГП и ТВ сигналов по спутниковым линиям связи на приемные станции распределительных ТВ систем “Орбита-2”, “Москва” (рисунок 12.10). Следует отметить, что фактически сеть приемных станций “Орбита-2”, “Москва” совпадает с сетью типографий для децентрализованной печати газет в отдаленных районах страны, что облегчает передачу сигналов ИГП непосредственно в типографии. Для примера на рисунке 12.11 показана структурная схема линии связи по спутниковому каналу с использованием аппаратуры Газета-2 по системе Орбита- 2. Однополосный АМ факсимильный сигнал с передатчика 1 поступает на стойку соединительных линий 2 типографии пункта передачи, а затем по коаксиальному кабелю на стойку соединительных линий 3 аппаратной междугородной связи. В аппаратуре многоканальной связи 4 выделяется вторичный канал, по которому сигнал передаётся на передающую станцию системы Орбита.

Рисунок 12.10. Спектр частот сигналов в спутниковой системе связи “Орбита-2”

Рисунок 12.10. Спектр частот сигналов в спутниковой системе связи “Орбита-2”

Рисунок 12.11. Структурная схема системы связи через ИСЗ с помощью факсимильной аппаратуры “Газета-2”

Рисунок 12.11. Структурная схема системы связи через ИСЗ с помощью факсимильной аппаратуры “Газета-2”

Для согласования спектров ТВ и факсимильной передач спектр АМ сигнала полосой частот 312…552 кГц преобразуется в устройстве 5 в спектр частот 12...252 кГц путем модуляции несущей частоты 50 кГц и выделения нижней боковой полосы частот. Далее полоса частот модулированного сигнала ИГП ограничивается в пределах 20—180 кГц. Затем преобразованный по частоте факсимильный сигнал ИГП в полосе частот 20-180 кГц модулирует по частоте поднесущую 8,2 МГц частотного модулятора и поступает в блок сложения, где он объединяется с ТВ сигналом. Это необходимо для сужения полосы частот ЧМ сигнала ИГП, занимаемой в общем спектре сверхвысокочастотного сигнала, и соответственно для снижения влияния сигнала ИГП на качество передачи ТВ сигнала и обеспечения требуемой помехозащищенности сигнала ИГП (отношение сигнал-помеха не менее 22 дБ). Вследствие перекрестных искажений при передаче объединенного сигнала в спутниковом канале связи влияние сигналов ИГП на помехозащищённость ТВ сигнала не превышает 1 дБ, т.е. ухудшение отношения сигнал-помеха в канале телевидения не превышает 1 дБ. После аппаратуры сопряжения 6 объединённый сигнал поступает на радиопередатчик 7, антенна которого направлена на связной искусственный спутник Земли (ИСЗ) 8. В пунктах приёма антенны радиоприёмников 9 станций Орбита следят за движениями ИСЗ. Сигнал ИГП после аппаратуры сопряжения 10 и устройства преобразования спектра 12... 252 кГц в спектр 312... 552 кГц 11 поступает в аппаратуру наземной связи 12 приемной станции. Далее сигнал через стойку соединительных линий МТС 13 пункта приёма, соединительную линию типографии 14 поступает в приемный факсимильный аппарат 15.

Для телесигнализации в обратном направлении используется типовой наземный телеграфный канал. Передача сигналов телесигнализации осуществляется через аппаратуру тонального телеграфирования 15, 17.

Передача сигналов ИГП по системам спутниковой связи Экран”, Москва осуществляется аналогично.

В связи с растущими требованиями к качеству принятых ИГП при переходе на прогрессивные методы офсетной печати аналоговые системы передачи перестали быть эффективными. Перспективным способом следует считать передачу сигналов ИГП в цифровой форме. С этой целью создана специальная спутниковая система связи Орбита-РВ, предназначенная для одновременной передачи сигналов 25 программ радиовещания и до 4 сигналов ИГП в различные точки страны. Передача сообщений ведётся через отдельный ствол связного ИСЗ (раздельно от ТВ ствола). На передающем конце аналоговые сигналы с выхода передатчиков “Газета-2 подвергаются цифровому преобразованию. Цифровой поток со скоростью 2048 кбит/с по Соединительной линии поступает на сетевой узел связи, где объединяется с цифровыми потоками сигналов радиовещания. Объединённый цифровой поток со скоростью 8446 кбит/с подаётся на фазовый модулятор передающего оборудования системы Орбита-РВ, где осуществляется четырёхпозиционная фазовая модуляция промежуточной частоты 70 МГц.

На приёмной станции Орбита-РВ используется демодулятор фазомодулированных сигналов. Выделенный цифровой поток со скоростью 8448 кбит/с поступает затем на устройство временного разделения и далее со скоростью 2048 кбит/с на цифро-аналоговые преобразователи приемной аппаратуре “Газета-2.

Дальнейшее развитие цифровой сети передачи ИГП будет осуществляться на базе факсимильной аппаратуры третьего поколения цифровой аппаратуры Газета-3 с заменой наземных каналов спутниковыми каналами систем Орбита-РВ со скоростью передачи 2048 кбит/с, Орбита и Москва со скоростью передачи 480 кбит/с, а также с использованием цифровых каналов первичной сети со скоростью 2048 кбит/с.

В комплекс цифрового оборудования Газета-3 входят цифровое оконечное и каналообразующее оборудование, а также оборудование цифрового спутникового канала. За 2,5 мин последний осуществляет некодированную цифровую передачу ИГП размером 420x630 мм с линиатурой растра до 36 лин/см при скорости развёртки 6000 строк/мин и плотности развёртки 33 строки/мин по цифровому каналу спутниковой системы Орбита-РВ со скоростью 2046 кбит/с.

При работе со спутниковыми системами Орбита” и Москве' для обеспечения скорости 480 кбит/с в комплексе предусмотрены устройства кодирования с коэффициентом сжатия до 4.

В аппаратуре Газета-3 используются обладающие высокой помехоустойчивостью искажающие алгоритмы сжатия. Один из алгоритмов применяется для передачи изображения текста, а другой для растровых иллюстраций. Сущность алгоритмов заключается в том, что передаваемое изображение делится на одинаковые площадки. Последние кодируются кодовыми словами одинаковой длины, что создаёт равномерность сжатия. Высокое качество копии достигается за счёт специальной предобработки сигнала изображения на передающей стороне и восстановления видеосигнала путем логической его обработки на приемной стороне.

При офсетном способе печатания газет в значительной степени повышаются требования к качеству передачи иллюстраций как а отношении градационной характеристики, так и разрешающей способности. Для анализа и синтеза иллюстраций с линиатурой растра 36 лин/см необходимо более, чем в два раза повысить разрешающую способность, как по строке, так и по кадру анализирующих и синтезирующих устройств. Когерентная лазерная светооптическая система позволяет преодолеть трудности как энергетического характера, обеспечивая требуемую экспозицию, так и геометрического, формируя практически любую малую апертуру вплоть до размеров, соизмеримых с длиной волны светового излучения. В аппаратуре “Газета-3 используется гелий-неоновый лазер, работающий в красной области спектрального диапазона.

Для уменьшения влияния механических качаний развертывающего устройства на параметры сигнала ИГП применяется так называемая адресно-позиционная развертка. От классического оптико-механического способа развёртки этот способ отличается тем, что не требует соблюдения условий одинаковой скорости перемещения элементов развёртки в передающем и приёмном устройствах. Для этого устройства развёртки передатчика и приёмника согласуются не друг с другом, а с местным промежуточным регистром, в который сигнал записывается на тактовой частоте собственного датчика, синхронно с развёрткой. Технически это реализуется путём жёсткой кинематической связи датчика с развёртывающей оптической головкой. Датчик представляет собой стробоскопический диск с 4800 рисками, который совместно с осветителем и фотопреобразователем создаёт импульсную последовательность сигналов, имевших одинаковую фазовременную мгновенную погрешность со считываемым в данный момент сигналом. Полученный таким образом дискретный сигнал считывается из регистра импульсами тактовой частоты цифрового канала связи. Аналогично, но в обратной последовательности производится регистрация дискретного сигнала в приёмном устройстве.

В аппаратуре Газета-3” повышена степень автоматизации процессов передачи и приёма, улучшена система телесигнализации и телеконтроля. В комплексе реализованы современные технологические достижения: межстоечные соединения выполняются на светодиодах, используются сверхбольшие интегральные схемы.

12.4. Цветная факсимильная аппаратура

Цветные иллюстрации публикуются на страницах многих журналов. Для организации сети децентрализованного печатания цветных журналов в первую очередь необходима цветная факсимильная аппаратура. Примером может являться отечественный факсимильный аппарат Изотоп-1”, в котором осуществляется последовательное воспроизведение цветного оригинала путём поочередной записи цветоделенных изображений на чёрно-белые фотографические носители информации (фотоплёнка или фотобумага), последовательно закрепляемые на один и тот же развёртывающий барабан. Изотоп-1 является приёмо-передающей цветной фототелеграфной аппаратурой барабанного типа, одновременно он может передавать и чёрно-белые оригиналы. Необходимая точность совмещения цветоделенных изображений при последующем полиграфическом синтезе обеспечивается высокой стабильностью генераторов факсимильных аппаратов (на порядок более высокой по сравнению с аппаратурой передачи ИГП Газета-2), вырабатывающих сигналы синхронизации (, где - допустимое отклонение частоты синхронизирующих колебаний; f- частота синхронизирующих колебаний).

Схема цветоделительного устройства факсимильного аппарата Изотоп-1 представлена на рисунке 12.12, на котором приняты следующие обозначения: 1 - осветитель; 2 - проецирующий объектив; 3 - цветной оригинал; 4 - развёртывающий барабан; 5 - объектив; 5 - диафрагма; 7 - конденсор; 8 - корректирующие светофильтры; 9 - дихроические зеркала; 10 - фотоэлектронные умножителя (ФЭУ).

Рисунок 12.12. Схема анализирующего устройства цветного фототелеграфного аппарата

Рисунок 12.12. Схема анализирующего устройства цветного фототелеграфного аппарата

В процессе цветоделительного анализа цветных оригиналов отражённый от поверхности оригинала световой поток через объектив попадает в цветоделительную систему с дихроическими зеркалами. Затем три световых потока через красный (R), синий (B) и зелёный (G) корректирующие светофильтры направляется на ФЭУ, на выходе которых представлены три цветоделённых сигнала UR, UB, UG.

Функциональная схема передатчика факсимильной аппаратуры Изотоп-1 изображена на рисунке 12.13, в котором 1 - развёртывающий барабан; 2 - цветоделительное анализирующее устройство; 3 - устройство формирования сигналов цвета; 4 - устройство формирования сигнала чёрной краски; 5 - электронный коммутатор; 6 - градационный корректор оригинала; 7 - частотный модулятор; 8 - делитель частоты; 9 - амплитудный модулятор; 10 - ФНЧ амплитудно- или частотно-модулированного сигнала; 11 - фильтр помехозащиты частотно-модулированного сигнала; 12 - усилитель передачи; 13 - первая ступень деления частоты; 14 - генератор задающей частоты; 15 - редуктор подачи; 16 - двигатель подачи; 17 - редуктор вращения; 18 - двигатель вращения; 19 - блок развёртки, синхронизации и фазирования; S1а, б -переключатель режима модуляции.

Рисунок 12.13. Функциональная схема передатчика факсимильной аппаратуры “Изотоп-1”

Рисунок 12.13. Функциональная схема передатчика факсимильной аппаратуры “Изотоп-1”

Передатчик работает следующим образом. Три цветоделённых сигнала с нагрузок ФЭУ поступают в устройство формирования сигналов цвета 3. В этом наиболее сложном функциональном блоке факсимильной аппаратуры осуществляется цветокоррекция и градационная коррекция цветоделенных сигналов. На выходе данного устройства имеем скорректированные цветоделенные сигналы голубого (UГ), пурпурного (UП) и желтого (UЖ) цветов (пурпурный, голубой, желтый – основные цвета печатных красок в полиграфии). Из-за неидеальности спектральных характеристик реальных печатных красок особую проблему для полиграфического репродукционного процесса представляет воспроизведение ахроматических цветов (градаций черного, белого). На практике как бы хорошо цветоделенные изображения не были сбалансированы, серые тона при воспроизведении имеют цветовой оттенок. Чтобы избежать этого, для получения ахроматических цветов в полиграфии используется четвертая краска – черная, которая дополнительно расширяет интервал оптических плотностей и увеличивает максимальный и детальный контрасты изображения в воспроизводимой цветной иллюстрации. С этой целью в передающем устройстве цветной факсимильной аппаратуры из трех одновременно присутствующих цветоделенных сигналов, взятых в одинаковых количествах, формируют специальный видеосигнал черной краски UЧ, дополнительно передаваемый по каналу связи. Сигнал черной краски UЧ должен быть передан в полной полосе частот, определяющей чёткость воспроизводимых изображений, а цветоделённые сигналы основных печатных красок могут передаваться в сокращённой полосе частот. С помощью электронного коммутатора 5 обеспечивается последовательная передача по каналу связи сформированных сигналов UГ, UП, UЖ, UЧ.

В качестве ФНЧ 10 на практике используются три различных сменных фильтра. ФНЧ с частотой среза f = 3,4 кГц применяется при передаче сигналов в режиме амплитудной модуляции (АМ) на несущей частоте 1900 Гц или в режиме частотной модуляции (ЧМ) с девиацией 1500-2300 Гц. ФНЧ с f = 2,4 кГц используется при передаче в режиме АМ на несущей частоте 2400 Гц или ЧМ с девиацией 2200 -2600 Гц, а также для формирования АМ сигнала с одной боковой полосой частот. ФНЧ с f = 15 кГц применяется при передаче сигналов в режиме АМ на несущей частоте 9600 Гц.

Сформированные в передатчике цветоделённые сигналы и сигнал черной краски после модуляции одним из названных методов последовательно передаются по каналу связи в приемный аппарат (рисунок 12.14), где осуществляются обратные преобразования. На рисунке 12.14 используются следующие обозначения: 1 – устройство согласования с каналом связи; 2 – устройство автоматической регулировки уровня сигнала; 3 - усилитель; 4 – амплитудный детектор; 5 – гамма-корректор; 6 – ФНЧ; 7 – инвертор сигналов; 8 – усилитель записи; 9 – фильтр помехозашиты; 10 – дискриминатор; 11 - полосовой фильтр; 12 - ограничитель уровня сигнала; 13 - дифференцирующая цепь; 14 - формирователь широтно-импульсного сигнала; 16 - амплитудный модулятор; 17 - синтезирующее устройство фотографического типа; 18 - развёртывающий барабан; 19 - редуктор подачи; 20 - двигатель подачи; 21 - редуктор вращения; 22 - устройство управления приёмником; 23 - устройство развёртки, синхронизации и фазирования; 24 - двигатель вращения.

Рисунок 12.14. Функциональная схема приемника факсимильной аппаратуры “Изотоп-1”

Рисунок 12.14. Функциональная схема приемника факсимильной аппаратуры “Изотоп-1”

В аппаратуре “Изотоп-1” за счет использования последовательного способа передачи цветоделённых сигналов и сигнала черной краски упрощено синтезирующее устройство, что дало возможность унифицировать его с синтезирующими устройствами чёрно-белой факсимильной аппаратуры. На воспроизводимой репродукции совмещаются четыре изображения, одно из которых - ахроматическое и три цветоделённых.

Цветные факсимильные аппараты Изотоп-1 могут работать с каналами ТЧ, с коротковолновыми радиоканалами и со спутниковыми каналами связи. Метод ЧМ, обеспечивающий гораздо большую помехоустойчивость, для факсимильной передачи полутоновых изображений первоначально применялся лишь при работе по коротковолновому радиоканалу. В настоящее время частотно-модулированные факсимильные сигналы передаются и по каналам ТЧ. В этом случае для сокращения полосы частот передаваемых факсимильных сигналов применяется частотное подавление боковой полосы частотно-модулированного сигнала и введение в передаваемый сигнал предыскажений. Для этого частотно-модулированный сигнал подвергается дополнительной АМ, которая сужает спектр сигнала до полосы частот канала ТЧ. Дополнительная АМ устраняется в приёмном аппарате амплитудным ограничителем.

Для формирования анализирующей и синтезирующей сканирующих апертур соответственно в передающем и приёмном факсимильных устройствах используются одни и те же источники света. Причём в приёмном устройстве кроме поэлементной развёртки изображения необходимо обеспечить модуляцию сканирующего элемента по яркости. Световое излучение источников должно перекрывать всю видимую область спектра и не быть прерывистым (линейчатым). Для этой цели применимы газоразрядные лампы тлеющего разряда. Интенсивность свечения газоразрядных ламп пропорциональна протекающему через них току.

Вопросы для самоконтроля

12.1. Назовите принцип построения систем факсимильной связи.

12.2. Перечислите основные характеристики факсимильной аппаратуры, работающей по сетям электросвязи общего пользования.

12.3. Какими способами осуществляется передача факсимильных сообщений по сетям электросвязи общего пользования?

12.4. Приведите классификацию факсимильной аппаратуры, работающей по сетям электросвязи общего пользования.

12.5. Поясните особенности плоскостной строчной развертки на ПЗС элементах.

12.6. В чем заключаются конструктивные особенности устройств записи факсимильных изображений?

12.7. Дайте общую характеристику функциональной схемы современного факсимильного аппарата третьей группы.

12.8. Какими способами производится подключение факсимильных аппаратов к сетям электросвязи общего пользования?

12.9. Охарактеризуйте особенности передачи изображений газетных полос факсимильным способом.

12.10. В чем заключаются конструктивные особенности анализирующего устройства факсимильной аппаратуры “Газета-2”?

12.11. Поясните принцип работы воспроизводящего устройства факсимильной аппаратуры “Газета-2”.

12.12. Каким способом осуществляется передача изображений газетных полос по спутниковым системам связи?

12.13. Поясните основные принципы получения цветных факсимильных изображений.

12.14. Приведите обобщенную функциональную схему цветного факсимильного аппарата.

Список рекомендуемой литературы

1. Бобков В.А., Венскаускас И.С. Тенденции развития аппаратуры факсимильной связи в капиталистических странах // Зарубежная радиоэлектроника.- 1984.- №7.- с.76-82.

2. Передача дискретных сообщений / В.П.Шувалов, Н.В.Захарченко, В.О.Шварцман и др. Под ред. В.П.Шувалова.- М.: Радио и связь, 1990.- 464с.

3. Иванов Г.Н., Нефедов А.Е. Электронная почта: современное состояние, тенденции, перспективы // Зарубежная электроника.- 1984.- №7.- с.47-58.

4. Мельник С.О. Техника передачи газет по наземным и спутниковым каналам связи.- М.: Радио и связь, 1987.- 136с.

5. Кириллов В.И., Ткаченко А.П. Телевидение и передача изображений.- Минск: Вышэйшая школа, 1988 – 317с.

6. Кудрявцев Р.А., Комкова А.С., Козаченко Ю.М. и др. Современные системы передачи газет по каналам связи // Электросвязь.- 1987.- №8.- с.36-39.

7. Узилевский Б.А. Электроника, телевидение и связь в полиграфии.- Л.: Лениздат, 1981.- 312с.

Основы радиосвязи и телевидения


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.