Факсимильная связь

Факсимильной связью именуют технологии передачи печатных изображений телефонной линией. Сегодня повсеместно стали применять компьютерные сети, преследуя аналогичные цели. Обозначать первый вариант приняли термин телефакс, второй – датафакс. Учитывая рост сегмента цифровой телефонии, сложно однозначно определить характер среды передачи. Чаще встречаются комбинированные ситуации.

Современный факс

История

Основоположником историки единогласно признают шотландского изобретателя Александра Бэйна. Лабораторное устройство 1846 года использовало химический метод печати тестовых символов. Изобретатель взял британский патент 9745 (27 мая 1843 года), обозначив устройство ёмким словосочетанием: электрический печатающий телеграф.

Позже Фредерик Бэйквелл внёс улучшения, продемонстрировав новинку публике. Практическое использование устройству найти медлили. 10 лет спустя (1856), Джиованни Казелли, учитель физики Университета Флоренции, разработал пантелеграф. Специфичность инновации заставила авторов Википедии выделить механизму отдельную страничку.

Пантелеграф

Пан и бог смог решить проблему синхронизации связки приёмник-передатчик. Казелли дополнил тандем. Синхронизирующий аппарат оставил позади Бэйна-Бэйквелла. Работы 1856 года привлекли внимание Леопольда II, великого герцога тосканского. Следующие 12 месяцев, заручившись помощью порекомендованного Леоном Фуко инженера Пола Густава Фромента, изобретатель творил, явив научным кругам первую модель устройства. В 1958 году улучшенную – Французской академии наук продемонстрировал Александр-Эдмонд Беккерель.

Физик А.Э. Беккерель
Физик А.Э. Беккерель

10 мая 1860 года Наполен II выразил желание лицезреть демонстрацию пантелеграфа. Восхищение вельможи дало дальнейший толчок развитию идеи. Поздней осенью первая линия Париж-Амьен длиной 140 км передала сигнатуру-подпись композитора Джоаккини Россини. 10 февраля 1962 года прошло тестирование связи Лион-Париж, после чего изобретатель получил добро на создание рабочих вариантов. Февраль 1863 года принёс почтенной публике новое развлечение, год спустя французское законодательство официально признало пантелеграф. В 1965 дистанция Лион-Париж стала полностью работоспособной, два года спустя ветка достигла Марселя. Цена пересылки составила 20 сантимов/кв. см. Сервис проработал до 1870.

Николай I повелел установить аналог, соединив две столицы (1864-1865 г.г.). С 1961 года рабочий экземпляр пантелеграфа украшает зал Музея национальной техники (Париж). На столетнем юбилее продемонстрировали работоспособность допотопной машины, изображение вновь преодолело путь Париж-Марсель. Другие сохранившиеся экземпляры:

  • Музей почты (Риквир) продемонстрировал процесс передачи (1982 год) изображения двумя устройствами.
  • Оригинальный комплект украшает витрину неапольского Института делла Порта.
  • Один раритет хранит Немецкий музей (Мюнхен), не выставляя.

Сканирующий факс

Англичанин Шелфорд Бидвелл сконструировал фототелеграф считывания двумерного изображения. Прежде требовался ручной труд оператора. Исследователи склонны считать именно эту модель прямым предшественником современного факса. Эксперименты с селеновыми фотоячейками окончились созданием дубликата фотофона (оригинальная конструкция Александра Белла). Тогда Бидвелл поместил селеновый преобразователь внутрь вращающегося цилиндра, снабжённого крошечным отверстием. Прибор выдавал электрический ток пропорциональный яркости текущего пикселя изображения, подсвеченного лампочкой.

Фототелеграф Шелфорда Бидвелла
Фототелеграф Шелфорда Бидвелла

Второй синхронизированный цилиндр изобретатель покрыл бумагой, пропитанной йодидом калия. Ток, стекающий с платинового контакта, окрашивал темным выбранный участок. Фототелеграфный экспонат Бидвелла лишён устройств синхронизации. Два цилиндра, раскрученные единой осью, неподвижны друг относительно друга. Учёный обнародовал достижения 10 февраля 1881 года в журнале Природа под заметкой Теле-Фотография. Устройство хранит лондонский Музей науки.

4 июня 1908 года Бидвелл порывается обсудить свежие эксперименты научных кругов. Заметка Телеграфная фотография и электрическое изображение обсуждает очевидные проблемы синхронизации, попутно упоминая сложности передачи значительных объёмов данных. Для отсылки изображения размером 16-150 тыс. пикселов минимально необходимая скорость чтения составляет 10 Гц. Бидвелл выдвинул идею параллельного сканирования столбцов с целью достичь желаемый результат. Заметка, затронувшая развивающееся телевидение, ценна тем, что привлекла исследователя Алана Арчибальда Кэмпбелла-Свинтона, высказавшего революционную идею:

«Следует использовать вакуумные трубки взамен механических проекторов».

Так появились электронно-лучевые трубки.

Телеавтограф

31 июля 1888 года Элиша Грей запатентовал устройство ручного ввода изображения. Оператор двигал рукоятку, модулируя потенциометром амплитуду протекающего тока. Приёмная сторона, снабжённая самописцем, воспроизводила потуги начинающего художника. Положение стилуса контролировалось двумя взаимно перпендикулярными рамами. Первая публичная демонстрация проведена Всемирной выставкой Колумбии (Чикаго, 1893 год). Изобретатель комментировал газетам новинку:

«Можете просиживать штаны, пользуясь стулом чикагского офиса, одновременно ручкой набрасывая послание мне. Сообразно движениям пера лабораторная установка отработает сигналы электричества, формируя буквы, слова. Послание мгновенно достигает адресата. Безразличны язык, код, способ представления информации…»

Телеавтограф модифицирован Фостером Ричи (рубеж XX века). Автор назвал аппарат, позволяющий разговаривать, передавая рисунки, телеписателем. Телеавтограф снискал немалую популярность банкиров, госпиталей, железнодорожных станций. Работники офисов передавали подписи, врачи выставляли диагнозы, выписывали рецепты. Система передачи помогала служащим постов электрической централизации оповещать персонал железных дорог. Комплект чикагской станции по-прежнему эксплуатировался в 70-е годы XX века.

Телеавтограф Элиша Грэй
Телеавтограф Элиша Грэй

Телеавтограф помог оповестить 25 марта 1911 год 10 этаж о пожаре на фабрике Трайангл, охватившем восьмой уровень. Впрочем, швеям это мало помогло. В 1999 году компанию Телеавтограф перекупил Ксерокс.

Внимание, розыск!

Немецкий физик Артур Корн изобрёл картинотелеграф (1901-1907 г.г.), снискавший популярность полиции континентальной Европы, пересылавшей изображения преступников. Исходным толчком послужил прецедент Париж-Лондон 1908 года. Новинка продержалась вплоть до внедрения радиофакса. Главным конкурентом считается белинограф Эдуарда Белина.

Корн использовал селеновое сопротивление-датчик. Источником подсветки выступила лампа Нернста. Вращающийся стеклянный цилиндр, снабжённый внутренним зеркалом, посылал луч в нужном направлении. Первый сеанс (январь 1904 года) на линии Мюнхен-Нюрнберг длился 44 минуты. Протяжённость оказалась слишком посредственной для практического применения. Следующий этап 1906 года продемонстрировал лучший результат – 10..15 минут.

В ноябре 1907 года началась регулярная передача меж Берлином, Парижем, Лондоном. 17 марта 1908 года фото на розыск, отправленное французами, двенадцать минут спустя достигло столицы Британии. Снимок немедля опубликовала Дэйли Миррор. Меры помогли выловить уплывающую рыбку.

Картинотелеграф Артура Корна
Картинотелеграф Артура Корна

Очередная модель Белина вышла в 20-е годы. Лабораторный экземпляр считывал рельефную картинку, выполненную бихроматом желатина. Идея, зародившаяся попечительством 1908 года, нашла лучшую реализацию, спустя целых 18 лет. Наработка порадовала стареющего Эдисона использованием лампочки накала, получив кодовое название «Чемодан». Вращающийся цилиндр, снабжённый боковой прорезью, считывал изображение построчно, имитируя работу сканера.

Приёмная сторона путём обеспечения фиксированной скорости проката бумаги строила переданный рисунок. Качество вполне позволяло газетам печатать фото, полиции – ловить беглецов. Идея оказалась успешной, расстрелянная мрачным 1938 годом. Жить стало лучше, товарищи…

Эфир

19 мая 1924 года учёные корпорации AT&T послали 15 изображений «посредством нового метода электросвязи». Доставка Кливленд – Нью-Йорк прошла в прямом эфире. Радио передало фотографии качества, позволяющего выпустить тираж.

Хелл-писатель

Рудольф Хелл занимался разработкой в середине 20-х годов, получив патент, датированный 1929. Основу новинки составила печатная машина, дополнив систему надёжностью, сдобренной изрядной долей простоты. Существенным преимуществом явилась возможность использования слабых сетей, отказывающихся пропускать звуковые сообщения. Тридцатые годы принесли Хеллу заслуженную известность, нацистская армия употребляла чемодан, используя систему криптографии Энигма.

Рабочая поверхность печатной машины

Символ высылался семью столбцами, включающими семь строк-ячеек. Скорость цифровой информации (нуль-единица) составляла 112,5 бод. Принимаемый текст дублировался оборудованием в попытке компенсировать часто случающиеся сбои (вертикальный сдвиг). Конструкция обеспечивала совместную читаемость практически в 100% случаев.

Улучшая читаемость, оборудование обладало способностью «приопускать» точки, например, сглаживая края буквы В. Использование эфира потребовало введения ряда улучшений:

  1. Оттенки серого вместо монохромной печати поднимали читабельность.
  2. Подобающий выбор шрифта посредством настройки помогали интернациональному использованию машины.

Хелл-писатель породил ряд отпрысков, переживших полвека.

  • Энтузиасты предложили фазовую модуляцию взамен амплитудной. Две скорости передачи: 105; 245 бод.
  • Частотная модуляция с фазовой подстройкой минимизировала вертикальный сдвиг формируемого текста.
  • Двухчастотная модель (980; 1225/1470 Гц) дублировала посылку, добиваясь улучшения качества трансляции.
  • Модель С/МТ посылала все ряды параллельно, задействовав множество частот. Результат считывал дисплей быстрого преобразования Фурье, обладающий высоким разрешением.
  • S/MT отправляла единственный столбец аналогичным методом. Результирующий шрифт получался гладким, визуально приятным.
  • Выпущен сонм программных продуктов, позволяющих передавать шрифт через эфир.

Факсимильная машина

Модель Вестерн Юнион Дескфакс (настольный факс) 1948 года представлена компактной оргтехникой, снабженной искровым принтером, дав начало современной ветви развития технологии. В 60-е армия США передала Пуэрто Рико фото, воспользовавшись услугами спутника. Корпорация Ксерокс (1964 год) выпустила первую коммерческую версию прибора – LDX. Двумя годами позже вышла действительно удобная, простая модель Магнафакс Телекопир весом 46 фунтов. Аппарат гарантировал совместимость существующим телефонным линиям. Формат А5 передавался 6 минут.

Временной рекорд побила Dacom, использовав технологию цифрового сжатия Локхид цифровых коммуникаций. В 1966 году два инженера придумали концепцию, уволившись, открыв собственную компанию. DFC-10 и Dacom 111 увидели свет несколько лет спустя. Работа инженеров, представленная вниманию Конференции связи, доныне считается эталоном методики сжатия, оцифровки изображений.

Продукты успешно продвигались лет пять, затем (1973 год) концерн CBS выкупили японцы, приобретя подразделение Dacom… Результат виден в направлении восходящего солнца. На рынок вышли азиаты.

Первая факс-машина Dacom
Первая факс-машина Dacom

Компьютеризация

В 1985 году Ханк Магнуски, основатель ГаммаЛинк, произвёл первую компьютерную плату расширения аналоговой шины. Современное положение факса подкреплено законодательно закреплённым правом передавать подписи. Электронная почта лишена аналогичных привилегий. Японский сегмент факсимильных сообщений составляет 81% общей массы посланий Страны восходящего солнца.

Корпоративные среды предоставляют программные серверы приёма, способные пересылать результат посредством электронной почты. Выгоды очевидны:

  • Снижение стоимости.
  • Уменьшение потребности в расходных материалах.
  • Устранение лишних входных телефонных линий.

Программные серверы часто предоставляются провайдерами сетевых услуг. В июле 2017 года крупнейшим закупщиком факсов признали NHS (Национальная служба здравоохранения Великобритании), объяснив это просто: медиков обошла стороной цифровая революция.

Принцип действия

  1. Адресата выбирают, используя телефонный номер.
  2. Сканированием занимается факс.
  3. Печатный лист становится цифровым изображением.
  4. По телефонному кабелю информацию передвигается в виде хаотичного набора звуковых тонов.
  5. Приёмная сторона расшифровывает гамму, печатая изображение.

Возможности

Факс принято описывать общепринятыми параметрами.

Группа

Аналоговые группы 1 и 2 морально устарели. В июле 1996 года рекомендации ITU-T (подразделение Организации Объединённых Наций) T.2 и Т.3 убраны. Былые нормы описывали время передачи изображения формата А4 разрешения 96 линий/дюйм: родные Ксероксу 6 минут – группа 1. Вторая — вдвое быстрее.

Работа с факсом

Цифровые

Революционные цифровые технологии Dacom/Локхид поныне задают моду. Аналоговый сигнал оцифровывают, сжимают, передают.

Группа 3 удовлетворяет стандартам Т.30 и Т.4, передача (см. выше) занимает 6..15 секунд. Интервал упускает время, необходимое факсу растрястись, прогреться. Набор Т4 предусматривает использование ряда разрешений:

  1. 100х100.
  2. Горизонтальное 200/204, вертикальное:
    • 100/98 (стандарт).
    • 200/196 (чёткое).
    • 400/391 (сверхчёткое).
  3. 300х300.
  4. 400/408х400х391.

Группа 4 соответствует рекомендациям документа ITU-T: T.563, T.503, T.521, T.6, T.62, T.70, T.411, T.417. Минимальное требование – сеть ISDN 64 кбит/с. Разрешения идентичны третьей группе.

Fax Over IP

Устройства нормируются согласно Т.38. Канал передаёт оцифрованные, сжатые (jpeg) документы практически мгновенно. Т.38 могут использоваться каналы VoIP, зачастую поддерживаются аналоговые телефонные адаптеры, сопровождающие устаревшие версии факсов. Разрешение вмещено интервалом 150..9600 точек/дюйм.

Класс

Классность показывает процесс разгрузки процессорного времени железом факса непосредственно:

  1. Первый класс. Процесс сжатия (Т.4/Т.6), управления сессией (Т.30) ведёт приложенное программное обеспечение. Описывается секцией Т.31.
  2. Второй класс. Контроль сессии выполняет факс. Класс описан секцией Т.32.
  3. Класс 2.0. Разновидность второго класса.
  4. Класс 2.1. Улучшенный вариант 2.0. Чуть быстрее, часто обозначаются «супер G3».
  5. Третий класс. Решает полный спектр задач пересылки изображения. Предоставляет дополнительные сервисы, наподобие рендеринга, растеризации ASCII текста. Встречаются редко.

Скорость передачи

Чаще техника поддерживает 3-5 скоростей. Выбирают минимальную поддерживаемую обоими участниками транзакции. Например, класс 3 задействует 14,4 кбит/с минимум.

Характеристики передачи данных
Характеристики передачи данных

Сжатие

Рекомендация Т.4 устанавливает 2 метода сжатия:

  1. Модифицированный Хаффмана.
  2. Модифицированный READ.

Дополнительная методика определена Т.6 – Дважды модифицированный READ. Эволюционируя, техника добавляла новые пути решения проблемы сжатия трафика:

  • IBIG (Т.82, Т.85) – двухуровневый контент.
  • Jpeb (T.81).
  • 43.
  • MRC (T.44).
  • 45 – оттенки серого, цветное изображение.

Модифицированный Хаффмана

Использует оптимальный префиксный код для сжатия без потери данных. Алгоритм разработан (1951) Дэвидом Хаффманом, доктором наук Массачусетского технологического университета. Документ 1952 года называется Метод поиска кода с минимальной избыточностью. Результатом выполнения алгоритма выступает таблица кода переменной длины, позволяющая шифровать символы. Вычисления оперируют вероятностями появления конкретных символов в источнике. Часто встречающиеся сочетания кодируются более короткими последовательностями.

Замечательна история открытия. Преподаватель информатики предоставил студентам выбор: выпускной экзамен, либо научная работа. Хаффман, выбравший второе, был ошарашен поставленной задачей нахождения оптимального бинарного кода. Студент был близок к провалу. Спасительная идея гениально проста: задать длину кода обратно пропорционально вероятности появления символов исходного текста. Придумка студента побила текущие наработки специалистов (кодировка Шеннона-Фано).

Модифицированный READ

Методика задействует схему выбора из двух измерений. Первая линия обрабатывается согласно модифицированному алгоритму Хаффмана. Начиная второй – оценивают разницу, кодируемую и передаваемую оппоненту. Метод тем эффективнее, чем однотипное изображение, текст. Избегая накопления ошибки, счётчик линий периодически сбрасывается. Алгоритм повторяют.

Дважды модифицированный READ

Рекомендация Т.6 предписывает дольше использовать модифицированный READ до обнуления счётчика. Предполагается наличие среды ISDN, снижающей число ошибок.

JBIG

Т.30 добавлен альтернативой двухуровневого алгоритма сжатия (1999 год). Прирост скорости относительно дважды модифицированного READ составил 20..50%. Оттенки серого передаются в 30 раз быстрее.

Методика реализует адаптивный метод сжатия, где обе стороны собирают статистику, пытаясь предсказать значение следующего пиксела. JBIG осматривает 10 предшественников, лежащих поблизости. Оценивается частота появления ранее белых, темных точек.

Раздел Т.85 добавляет небольшое уточнение: запоминаются предыдущие три ряда. Мера позволяет сканировать рисунки неизвестного размера.

Метод пропускания белых строк Мацушиты

Служит надстройкой перечисленных методик. Развитие, призванное ускорить обмен данными устройств Панасоник. Источник фиксирует положения белых областей, заменяя площадь целиком единственным символом.

Ссылка на основную публикацию