Качественные характеристики факс - аппаратов.

· Время передачи на одном листе формата А4 (как быстро этот лист можно передать)

· Разрешающая способность - точность, с которой факс - аппарат может воспроизводить изображение, количество точек на одном мм, которое факс - аппарат может сканировать при передаче и синтезе на приёме

· Искажения, которые вносит факс, могут быть переносы из - за нарушения синхронизации (расхождение по частоте); апертурные искажения (переход из чёрного в белое), размытость границ между чёрным и белым.

Существует 4 группы факсимильных аппаратов:

Group 1. предложена Ассоциацией электронной промышленности США в 1966 году, зарегистрирована ' рекомендация RS-328. Аналоговый факс - аппарат, работающий с аналоговыми сигналами. 4-6 минут на лист А4. Маленькая разрешающая способность: около 3 точек в 1 мм. Амплитудная модуляция.

Group 2. 1978 год. Предложена МСЭ (МККТ-Т). Аппарат для аналоговых телефонных линий. 3 минуты на лист А4. Разрешающая способность по горизонтали - 6 точек на 1 мм, по вертикали - 3,85 точек на 1 мм. Дискретные сигналы данных, применяется амплитудно-фазовая модуляция.

Group 3. МСЭ зарегистрировал её (3 группу) в 1980 году. Рекомендация Т.4. Увеличилась скорость передачи: 30 секунд на лист А4. Увеличилась разрешающая способность: по горизонтали - 8 точек на 1 мм, по вертикали -7,7 точек на 1мм. Таких терминалов больше всего. Они используются на обычных линиях аналоговых телефонных сетей. В аппаратах этой группы применяются более современные методы модуляции -многократные: 2 - кратные ОФМ: 2,4 Кбит/с, 3 - кратные ОФМ: 4,8 Кбит/с. Аппараты 3 группы должны быть совместимы с аппаратами 2 группы.

Group 4. Рекомендация Т.5. Передача листа А4 примерно за 10 секунд. Разрешающая способность может варьироваться по запросу пользователя: от 8 до 16 точек на 1мм (т.е. можно менять качество). Аппараты цифровые, их мало, т.к. они рассчитаны на использование в ISDN. Канал В = 64 Кбит/с - скорость передачи. За счёт сжатия увеличилась скорость.

Факс-модем - компьютер с факс-модемной платой, реализующий все функции факс - аппаратов. Начали использоваться с 1985 года, и применяются по сей день. Применение факс-модемов удобнее и выгоднее.

Ограниченный доступ - только для пользователя компьютера. Факс - сообщение поступает в виде файла на компьютер.

Долговечность - факс-терминал имеет электрические составляющие, электромеханические части. Все это ломается, срок службы меньше, в факс-модеме ничего этого нет.

Экономическая выгода - для факс-аппаратов требуется часто специальная бумага. Для факс-модема она не нужна, принятое сообщение отправляется на принтер.

11.4. Методы сжатия факсимильных сообщений.

Сжатие информации бывает особенно важным при передаче изображении по линиям связи, потому что получатель, обычно, ждет на приемном конце и желает поскорее увидеть результат. Документы, пересылаемые с помощью факс-машин, представляются в виде последовательности битов, поэтому сжатие было просто необходимо для популяризации этого метода сообщений. Несколько методов было развито и предложено для стандарта факсимильной связи организации.

ITU-T – это одно из подразделений Международного Союза Телекоммуникаций (International Telecommunications Union, ITU), которое располагается в Женеве (Швейцария) (http://itu.ch/). Эта организация издает рекомендации по стандартам, работающим в модемах. Несмотря на то, что у этой авторитетной организации нет никаких властных полномочий, ее рекомендации, обычно, принимаются и используются производителями по всему миру. До марта 1993 года, ITU-T была известна как Консультативный Комитет по Международной Телефонии и Телеграфии (Comitte Consultatif International Telegraphique et Telephonique, CCITT).

Первые разработанные в ITU эти стандарты называются T2 (известный также как Group 1) и T2 (Group 2). Теперь они устарели и заменены алгоритмами T4 (Group 3) и T6 (Group 4). В настоящее время Group 3 используется в факс-машинах, разработанных для сетей PSTN (Public Switched Telephone Network). Эти аппараты работают на скорости 9600 бод. Алгоритм Group 4 разработан для эксплуатации в цифровых сетях, таких как ISDN. Они обычно работают на скорости 64К бод. Оба метода обеспечивают фактор сжатия 10:1 и выше, сокращая время передачи страницы типичного документа до минуты в первом случае, и до нескольких секунд во втором.

11.4.1. Одномерное кодирование.

Факс-машина сканирует документ по строчкам, одну за другой, переводя каждую строку в последовательность черных и белых точек, называемых пелами (от pel, Picture Element). Горизонтальное разрешение всегда составляет 8.5 дюймов конвертируется в 1728 пелов. Стандарт Т4, однако, предписывает сканирование строки длиной около 8.2 дюймов, что производит 1664 пела. (Все величины в этих и других параграфах приводятся с точностью +\- 1%).

Вертикальное разрешение составляет 3.85 линий на миллиметр (стандартная мода) или 7.7 линий на миллиметр (тонкая мода). Во многих факс-машинах имеется также сверх тонкая мода, при которой сканируется 15.4 линий на миллиметр. В табл. 11.2 приведен пример для страницы высотой в 10 дюймов (254 мм), и показано общее число пелов на страницу и типичное время передачи для всех трех мод без компрессии. Время очень большое, что показывает, насколько важно сжатии при пересылке факсов

Табл.11.2. Время передачи факсов

Табл.11.3. Восемь эталонных документов.

Для того чтобы сгенерировать коды Group 3, было сосчитано распределение последовательностей черных и белых пелов в восьми эталонных документах, которые содержали типичные тексты с изображениями, которые обычно посылают по факсу. Потом использовался алгоритм Хаффмана для построения префиксных кодов переменной длины, которые кодировали серии черных и белых пелов. (Эти 8 текстов описаны в табл.11.3). Было обнаружено , что чаще всего встречаются серии из 2,3 и 4 черных пелов, поэтому им были присвоены самые короткие коды (табл.11.4). Потом шли серии из 2-7 белых пелов, которыми были присвоены несколько более длинные коды. Большинство же остальных длин серий встречались реже, и им были назначены длинные, 12-битные коды. Таким образом, в стандарте Group 3 была использована комбинация кодирования RLE и метода Хаффмана.

Табл. 11.4(а). Коды Group 3 и 4 для факсов.

Интересно отметить, что строке из 1664 белых пелов был присвоен короткий код 011000. Дело в том , что при сканировании часто попадаются пустые строки, которым соответствует это число пелов.

Поскольку длина серии одинаковых пелов может быть большой, алгоритм Хаффмана был модифицирован. Сначала коды были приписаны остаткам – сериям длины от 1 до 63 пелов (они показаны в табл.11.4а). Другие коды были даны сериям, длины которых кратны 64 (они приведены в табл. 11.4б). Таким образом, Group 3 – модифицированные коды Хаффмана (коды МН). Каждый код соответствует либо короткой остаточной серии длины до 64, либо длинной серии, кратной 64. Вот некоторые примеры:

Табл. 11.4(б).Коды Group 3 и 4 для факсов

1.Серия из 12 белых пелов кодируется как 001000.

2.Серия из 76 белых пелов (=64+12) кодируется как 11011|001000 (без вертикальной черты).

3.Серия из 140 белых пелов (=128+12) получает код 1ОО1О|(01О00.

4.Код 64 черных пелов (=64+0) равен (000001111|00001111111. б. Код 2561 черных пелов (2560+1) - 000000011111|010.

Дотошный читатель заметит, что разные коды были также при­своены пустым сериям белых и черных пелов. Эти коды необходимы для того, чтобы обозначить серии, длины которых равны 64, 128 или любому числу, кратному 64. Он также может заметить, что серия длины 2561 быть не может, так как в строке длины 8.5 дюймов помещается только 1728 пелов, поэтому коды для более длинных серий не нужны. Однако, могут быть (или появиться в будущем) факс-машины для широкой бумаги, поэтому коды Group 3 были созданы с учетом этой возможности.

Каждая строка пелов кодируется отдельно, заканчиваясь специальным 12-битным EOL кодом 000000000001. К каждой строке так­же, добавляется слева один белый пел. Это делается для того, чтобы избежать неопределенности в декодировании при получении конца.

Прочитав код EOL для предыдущей строки, приемник знает, что новая строка начнется с одного белого пела и игнорирует первого из них. Примеры:

1.Строка из 14 пелов кодируется сериями lw 3b 2w 2b 7w EOL, и ей присваивается следующий двоич­ный код: 000111|10|0111|11| 11111000000000001. Декодер игнорирует одиночный белый пел в начале.

2. Строке ставится в соответствие серия 3w 5Ь 5w 2b EOL, и она получает следующий двоичный код: 1000|0011|1100|11 |000000000001.

Заметим, что коды из табл. 11.4 должны удовлетворять свойству префикса только в каждом столбце. Дело в том, что каждая отсканированная строка начинается белым пелом, и декодер знает, какого цвета будет следующая серия. Примером нарушения свой­ства префикса служит код для пяти черных пелов (ООП), которым начинаются коды белых серий длины 61, 62 и 63.

Коды Group 3 не могут исправлять ошибки, но они могут обна­ружить многие из них. Дело в том, что по природе кодов Хаффмана, даже один плохо переданный бит вынудит приемник потерять синхронизацию и породить последовательность не правильных пелов. Поэтому последовательные строки следует кодировать независимо друг от друга. Если декодер обнаруживает ошибку, он пропускает биты, разыскивая EOL.

При таком методе одиночная ошибка мо­жет испортить не более одной строки. Если декодер не может долгое время обнаружить EOL, он предполагает высокую зашумленность канала и прерывает процесс, сообщая об этом передатчику. Поскольку длины кодов лежат в диапазоне от 2 до 12, то приемник обнаруживает ошибку, если он не в состоянии выявить правильный ход, прочитав 12 бит.

В начале каждой страницы передается код EOL, а в конце стра­ницы ставится 6 кодов EOL. Поскольку все строки кодируются не­зависимо, эта схема называется схемой одномерного кодирования. Коэффициент сжатия зависит от передаваемого изображения.

Если оно состоит из крупных соприкасающихся белых и черных областей (текст, таблицы или графики), то он будет сильно сжат. А изображения, в которых присутствует много коротких серий могут вызвать отрицательное сжатие. Это может случиться при переда­че полутоновых изображений, например, фотографий. Такие изображения при сканировании порождают множество коротких пелов длины 1 или 2.

Поскольку стандарт Т4 основан на длинных сериях, он может давать плохое сжатие, если все серии будут короткими. Экстремальный случай - это, когда все пелы имеют длину 1. Белый пел имеет код 000111, а черный - 010. Поэтому при кодировании двух последовательных разноцветных пелов требуется 9 бит, тогда как , без кодирования можно обойтись двумя битами (01 или 10). Значит, коэффициент сжатия равен 9/2=4.5 (сжатый файл будет в 4.5 раза длиннее исходного).

Стандарт Т4 допускает добавление нулевых бит между кодом данных и кодом EOL. Это делается, если необходимо сделать паузу, например, в связи с тем, что число передаваемых битов кодирующих целую строку должно делиться на 8.

Пример: Двоичная строка 000111|10|0111|11|1111| 000000000001 становится немного длиннее 000111|10|О111|11|1111|00|000000000001 после добавления 2 нулей, чтобы общая длина строки была 32 бит (= 8 х 4). Декодер обнаружит это добавление перед одиннадцатью нулями кода EOL.

11.4.2. Двумерное кодирование.

Двумерное кодирование было разработано, чтобы преодолеть недо­статки одномерного кодирования при сжатии изображений, содержащих серые области. Этот метод является опционным дополнением к Group 3 и используется только при работе в цифровых сетях. Если факс-машина поддерживает двумерное кодирование, то за ко­дом EOL следует еще один бит, указывающий на метод кодирования следующей строки. Если он равен 1, то будет использоваться одно­мерное кодирование, а 0 указывает на двумерную схему.

Метод двумерного кодирования также называется MMR (modified modified READ, то есть, дважды модифицированный READ, a READ расшифровывается как relative element adress designate обозначение относительного адреса элемента). Такое странное словосочетание объясняется тем, что этот алгоритм является модификацией одномерной схемы, которая, в свою очередь, получена модификацией оригинального метода Хаффмана. Метод работает, срав­нивая текущую отсканированную строку, называемую кодируемой, со строкой, отсканированной на предыдущем проходе, которая называется справочной строкой. При этом будет сжиматься разность этих строк. Алгоритм исходит из логичного предположения, что две соседние строки обычно отличаются всего несколькими пелами. При этом предполагается, что документ начинается строкой белых пелов, которая служит начальной справочной строкой. После коди­рования первая строка становится справочной, а вторая строка -кодируемой. Как и при одномерном кодировании предполагается, что строка начинается белым пелом, который игнорируется прием­ником.

Метод двумерного кодирования менее надежен, чем одномер­ный метод, поскольку ошибка в декодировании некоторой строки вызовет ошибки при декодировании последующих строк, и эта вол­на ошибок может распространиться до конца по всему документу. Вот почему стандарт Т4 (Group 3) включает требование, что по­сле строки, закодированной одномерным методом, следует не более К - 1 строк, закодированных двумерной схемой. Для стандартного разрешения К = 2, а для тонкого К = 4. Стандарт Тб не содержит этого требования и использует только двумерное кодирование.

Сканирование кодируемой строки и ее сравнение со справоч­ной строкой делается в трех случаях или модах. Мода определяется при сравнении очередной серии пелов справочной строки [(b1b2) на рис. 11.1 с текущей серией (a0a1), а также со следующей серией (а1а₂) кодируемой строки. Каждая из этих серий может быть белой или черной. Опишем эти три моды.

1. Проходная мода. Это случай, когда (b1b2) находится слева от (а1а2), а b2 - слева от а1 (рис. 1.11а). Эта мода не включает случай, когда b2 находится над а\. Когда эта мода установлена, то блок (b1b2) кодируется с помощью кодов табл. 11.5 и передается. Указатель а0 устанавливается под b2, а четыре величины b1, b2, a1 и а2 обновляются.

2. Вертикальная мода. В этом случае (b1b2) частично перекрывается с (a1a2), но не более чем тремя пелами (рис. 1.11(b1) и 1.11(b2)). Если предположить, что соседние строки отличаются не сильно, то это будет самый частый случай. При обнаружении этой моды гене­рируется один из семи кодов (табл. 11.5) и посылается. Производительность двумерной схемы зависит от того, насколько часто имеет место эта мода.

Табл.11.5. Двумерные коды для метода Group 4.

Примечания

1. а₀ - первый пел нового кода; он может быть черным или белым.

2. а₁ - первый пел другого цвета справа от а₀.

3. а₂ - первый пел другого цвета справа от а₁.

4. b₁ - первый пел справочной строки другого цвета справа от а₀.

5. b₂ - первый пел справочной строки другого цвета справа от b₁.

Рис.11.1. Пять конфигураций мод.

3. Горизонтальная мода. Серия (b₁b₂) порок рыпается с (a₁a₂) более чем по трем пелам (рис.11.1с1 и 11.1с2). При обнаружении этой моды серии (a₀a₁) и (a₁a₂) кодируются с помощью табл. 11.5 и передаются. Указатели обновляются как в случаях 1 и 2. В начале сканирования указатель a₀ устанавливается на вообра­жаемый белый пел слева от кодируемой строки, а указатель a₁ ука­зывает на первый черный пел. (Поскольку а₀ указывает на воображаемый пел, то длина первой белой серии равна |а₀а₁ |-1.) Указатель а₂ устанавливается на следующий первый белый пол. Указатели b₁ и b₂ указывают на начало первой и второй серии справочной строки, соответственно.

Рис.11.2. Пример двумерного кодирования.

После идентификации текущей моды и передачи кода в соответствии с табл. 11.5 указатель а₀ обновляется как показано на блок, а остальные указатели обновляются в соответствии с новым положением а₀. Процесс продолжается до тех пор, пока не достигнет конец кодируемой строки. Кодер предполагает дополнительный пел справа от строки, цвет которого противоположен цвету последнего пела.

Расширенный код в табл.11.5 используется для преждевременного обрывания процесса кодирования до достижения конца страницы. Это необходимо сделать, если оставшаяся часть страницы будет передаваться другими кодами или в несжатой форме.

Пример: Рис.11.2 изображает, какие моды и какие коды соответствуют двум соседним строкам пелов.

Контрольные вопросы

1. Перечислите виды служб электросвязи и их свойства.

2. Классификация вызовов от пользователей национальной сети Телекс.

3. Общая характеристика телематических служб.

4. Какими качественными показателями обладает факс-оборудование?

5. В чем заключается необходимость сжатия факсимильных сообщений?

6. Основные принципы одномерного и двумерного кодирования.