Система факсимильной связи (Система факсимільного звязку)

Дорогойтоварисч (-ка)!Перед тобоймоя бакалаврскаяработа “Системафаксимильнойсвязи.”

Сдаваласьона летом 2003 годав КиевскомПолитехническоминституте нафакультетеэлектроники(ФЕЛ), специальность— электронныеприборы и устройства.

Назащите я получилоценку Отлично.Хотя, честноговоря, работаслабовата итянет, ИМХО, на3+ или 4-. Некоторыеданные типапропускнойспособностии др, мягко говоряне совсем точны,а твердо говорявзяты с потолка.Однако расчетнаячасть сделанадействительно“на совесть”.Этому естьвполне логическоеобъяснение— делал их нея .

Цельбольшинствабакалаврскихработ из моейгруппы не совсемясна. Выражаясьпопроще, я невстречал работ,в которых описывалсябы реальныйприбор, которыйможно было быпустить впроизводство,т.е. актуальностьюи новизной,которая таксильно мусолитсяв «Требованияхк бакалаврскимработам» здесьи не пахнет.Моя работа, ксожалению, нестала исключением.

Здесьнет спецификации,списка сокращений,печатная плата,если ЭТО можноназвать печатнойплатой сделанапаршиво. Правда,от меня никтои не требовал,чтобы я сделалнормально. Какговорят “абибуло”.

Корочеговоря, к моейбакалаврскойработе здесьесть все материалы(кроме рамок,ессно) в следующемсоставе:

• пояснительнаязаписка – 1 шт.

• аннотация– 1 шт.

• отзыв,писанный мной– 1 шт.

• рецензия(в отзыве поменятьслово “відгук”на “рецензія”)– 1 шт.

• структурнаясхема (А1), деланнаяв Corel – 1 шт.

• .jpg-файлы(надо разместитьна листе А1) –4 шт.

• файлreadme, которыйты читаешь –1 шт.

Дляособо ленивыхможно, в принципе,так и сдавать.Хотя, желательнобыло бы кое-чегои подправить\добавить.Рамки вставлятьмне было влом,поэтому сделайэто сам, илираспечатывайуже на готовыхрамках.

Безграничносчастливыелюди, которыевсе-таки смогутнапарить всеэто нашим славнымпреподам могутотблагодаритьменя пивом.

Тех,кого будетмучить совесть,что не ответилидобром на добро(мне ессно) могутодним махомуспокоить её,воспользовавшисьпредыдущимсоветом. Писатьможно сюдаstalker@online.com.ua.Спросить меня.

Насей прекраснойноте будемпрощаться (еслиты еще до сихпор читаешь).

Удачипри сдаче ! (бытьмне поэтом )

З.Ы.Тому, кому этобудет полезным.

Экзаменационнаякомиссия былав таком составе:

1. ДенбновецкийС.В.

2. БайбородинЮ.В.

3. ЛещишинА.В.

4. ЖовнирН.Ф.

Секретарь:НедашковскаяЛ.М.

Дляособо непонятливых:Сдавать лучшедругой комисии,благо, у насвсегда естьвозможностьвыбора……..

З.Ы.Ы.В случаенеобходимости,работу можноперевести нарусский Рутой(RUTA, компанииПролинг). Ктоне успел купитьна пиратскомдиске, то скачайтес и-нета. У нихна сайте лежитполнофункциональная10-дневная трайалверсия.

Анотація

Темабакалаврськоїроботи — “Системафаксимільногозв’язку”.

В данійроботі проведеноаналіз станугалузі факсимільногозв’язку, розглянутопринципи роботита основніпараметри іхарактеристикифаксимільнихапаратів, їхпереваги танедоліки, вибраноробочий варіантсхеми і виконанорозрахунок.

Cпроектованоодин із блоківфаксимільногоапарату —фотоелектричнийперетворювач Вихідні данідля розрахункувизначенозгідно з призначенняФЕП.

Результатипроектуваннявідображеніу розрахунковійі графічнійчастині бакалаврськоїроботи. Порезультатахроботи зробленовисновки.

An annotation

Thethemeofthe bachelor’s workis“Systemsof facsimile communication”.

In thiswork the analysis of a condition of area of facsimile communicationis carried out, the principles of work, basic parameters andcharacteristics of fax machines, their advantage and lacks arediscussed.It was choosenaworking variant of the circuit and necessarycalculation were made.

Therewas designed oneoftheblocks of a fax machine - photo-electric converter(PEC).Thenecessarydata for calcualationare determined according to assignmentof PEC.

The results of design aredisplayed in a computativeand graphicalpart ofbachelor’swork. Accordingto the results ofwork therewere madeconclusions.

Відгук

Набакалаврськуатестаційнуроботу студентагр.ДЕ-91

факультетуелектроніки

НТУУ "КиївськийПолітехнічнийІнститут"

ДзьомиМиколи Олександровича

тема:"Системафаксимільногозв’язку".

В даній роботіпроведено оглядстану справв галузі факсимільногозв’язку. Розглянутопринцип роботи,основні параметриі характеристикифаксимільнихапаратів, їхпереваги танедоліки.

На основіопрацьованогоматеріалу тарозрахунківзроблено необхіднівисновки.

Атестаційнаробота виконанана добромуінженерномурівні та демонструєвміння студентаДзьоми М. О.працювати злітературою,самостійновирішуватипоставленіперед ним технічніпитання.

Вважаю,що бакалаврськаробота студентаДзьоми М.О.заслуговуєна оцінкувідмінно,а автор — присвоєннязвання бакалавраелектроніки.

Науковийкерівник: проф. ДенбновецькийС.В.

Зміст

Вступ1

1.Принцип діїфаксимільнихсистем зв'язку4

1.1 Поелементнапередача зображень5

1.2 Передача обмеженогочисла напівтоновихградацій7

2.Склад факсимільнихсистем зв'язку(блок-схема)10

2.1 Аналізуючіпристрої 12

2.2 Пристроїрозгортки13

2.2Фотоелектричніперетворювачі16

2.3Світлооптичнасистема 17

2.4Синхронізаціяі фазування18

3.Складаннятехнічногозавдання.20

3.1. Вибірфотоелектричногодатчика і схемийого живлення.Проектуванняпершого каскаду.23

3.2.Проектуванняпідсилювальногокаскаду ФЕП30

3.3.Проектуваннявихідногокаскаду (емітернийповторювач)34

3.4. Проектуванняджерела живленнядля електронноїапаратурифаксимільногозв’язку36

3.5.Розробка друкованоїплати38

4.Дискретизаціяі кодуваннясигналу зображення.Манчестерськийкод.44

4.1Надмірністьзображень46

4.2Ефективнекодуваннязображень47

5.Стандартифаксимільногозв'язку54

6.Нова апаратурафаксимільногозв’язку56

7.Висновки58

8. Список літератури59

Вступ

Сьогодні важкознайти організацію,що не використовувалаб у своїй роботіфаксимільнийзв'язок. Телефаксє найпопулярнішимзасобом дляоперативногообміну інформацією,представленоїу виді документів.Перша і головнайого перевага— можливістьпередачі документав будь-яке місцеземної куліза одну хвилину.Ніяка поштоваслужба не можезабезпечититакої оперативності.Друге — набагатоменші витратина пересилання,у порівнянніз вартістюпослуг кур'єрачи тієї ж пошти.Третє — простота.Установившиз'єднання, можнавідправитидокумент натисканнямоднієї клавіші.Якщо ж говоритипро якість, тосучасні стандартифаксимільногозв'язку забезпечують,при використанніякісних телефоннихліній, передачузображення,цілком порівнянногоз оригіналом.

Часто факсимільнідокументи маютьюридичну силу.Факсимільнийзв'язок здійснюєтьсяза допомогоюпари факс-апаратів,через телефоннумережу абоЦифрову Мережуз ІнтеграцієюСлужб (ISDN). Її задачеює передачадокументівз паперовихаркушів відправниківна паперовіаркуші одержувачів.В умовах, колиіснують сотнівидів факсимільнихапаратів,пропонованихрізними постачальниками,МіжнароднийСоюз Електрозв'язку(МСЕ) затвердивстандарти, щовизначаютьчотири групислужб факсимільногозв'язку.

Службагрупи 1передбачаєаналоговупередачу данихбез стискання.Сторінка А4передаєтьсяприблизно за10 хвилин.

Службагрупи 2передбачаєдеякі можливостістискання данихперед передачею,що скорочуєїї час до 3 хвилин.

Службагрупи 3здійснює передачудискретнихсигналів івикористовуєскладний алгоритмстискання.Завдяки цьомуздійснюєтьсянадійна передача повідомленьз високою швидкістю.Сторінка передаєтьсяменше ніж за1 хвилину.

Службагрупи 4призначенадля передачіданих у мережіЦМІС (ISDN). Стандартцієї групипідрозділяєтьсяна три класи,що дозволяєотримати роздільнуздатність від80 до 160 біт на сантиметр.
МіжнароднийСоюз Електрозв’язку(МСЕ) затвердивтакож стандартидля модемів,які призначенідля факсимільногозв'язку. Вониохоплюютьдіапазон швидкостейвід 1,2 до 14,4 Кбіт/с.
Факсимільнийзв'язок доситьпростий, алевін має і ряднедоліків, дояких, у першучергу, відносяться:

• неможливістьзберіганняданих у запам'ятовуючихпристроях(ЗП);

• вкрай обмеженіможливостіредагуванняінформації;

• незручнийзв'язок длякомп’ютерів(необхідністьвикористанняпроміжногоносія - паперу);

• неточна передачаінформації,через використанняпаперу і механічногоприводу.

Для усуненняцих недоліківстворені комп'ютерніфаксимільнісистеми, щовключаютьсяв мережу задопомогоюфаксимільнихплат. Ці системи,з'єднуючисьодин з одним,здатні передаватиточні копії документівбез використанняпаперу.

Пошириласятакож технологія,відома, як "факсза вимогою"(FOD). Тутабонентськасистемаприймає замовленняна документи,що містятьсяв її базіданих (БД).Для цього користувачпрослухуєзапропонованиййому списокдокументів,робить вибірі повідомляєадресу, за якоютреба здійснитидоставку. Запитина документипосилаютьсяза допомогоютелефонногоапарату. Абонентвідповідаєна запитаннясистеми, натискаючина кнопки апарата.Комп'ютер відшукуєв базі потрібнеі передає нафакс-апаратзамовника.

Факсимільнийзв'язок є однимз найдешевшихі зручних засобівпередачі даних.Разом з цим,при наявностіінших засобівпередачі відбуваєтьсяїхня взаємнаінтеграція.Виділяютьчотири основнінапрямки цієїінтеграції:

1. Створенняєдиної системипередачі. Дляцих цілейпоєднуютьсятекст, мову ізображення.Створюютьсяфакси-сервери,використовуютьсяоптичні сканериі програмнезабезпечення(ПЗ) для оптичногорозпізнаваннясимволів.

2. Голосовепопередженняпро повідомлення,що надходять.Для цьогофакс-серверпередає голосовеповідомленняпо номерутелефонногоапарата, сповіщаючикористувачапро те, що йомуадресувалитекстовеповідомлення.

3. Передача файлівкомп'ютеру, щопотім пересилаєфаксу-апаратуотриману інформацію.

4. Інтеграціяфаксимільногозв'язку з іншимизасобами локальноїмережі дозволяєпідвищитипродуктивність,зберігати всюдокументаціюв цифровійформі в єдинихбазах даних.Це забезпечуєїї копіювання,тиражуванняі посилку набудь-який пристрійвиводу, включаючифакс-апарат.Розглянутаінтеграціязабезпечуєтакож шифруванняпереданоїінформації.

Послідовністьроботи факсимільноїсистеми наступна:оптичне сканування,посилення,кодуваннясигналів, модуляція,передача сигналів,демодуляція,декодуванняі виготовленнякопій.

У даній роботірозглядаєтьсяпринцип роботифаксимільнихапаратів різнихтипів і загальнийстан справ уцій галузі, якісклалися заостанній час.

Незважаючина повсюднукомп'ютеризаціюі стрімкийрозвиток мережіІнтернет ісистем електронноїпошти, факсимільніапарати всетаки залишаютьсяпотрібнимий актуальними.За прогнозамифахівців вонище довгий часбудуть успішновитримуватиконкуренціюз іншими системамидля здійсненнядокументообігу.

У цій роботіобґрунтовановибір і описанарозробка фотоелектричногоперетворювача,що складаєтьсяз фото датчикаі транзисторногопідсилювачаз емітернимповторювачем.

Фотоелектричнийперетворювачє важливоючастиною факсимільноїсистеми. Самецей вузол впливаєна смугу пропусканняі швидкістьроботи факсимільногоапарату.

Даний фотоелектричнийперетворювачмає обмеженняна верхнє значеннясмуги пропускання— 100кГц, що є граничноюмежею для ФЕПна фототранзисторахі діодах.

Роздільназдатність припередачі сторінкиформату А4 (210х297мм) складає неменш 4 ліній/мм.

Підтримуютьсяшвидкостірозгортки, щознаходятьсяв межах від 240до 2400 рядків/хв.,що при належномупристрої розгорткиі відповідномуканалу зв'язкуможе забезпечитипропускнуздатність до50 кбіт/сек.

Загалом, данаробота є гарноюілюстрацієюдля ознайомленнязі структуроюі принципомроботи факсимільнихсистем. З неїможна довідатисяпро проблемиі перспективирозвитку системфаксимільногозв'язку.

Наведенийрозрахунокфото електричногоперетворювачаз обґрунтованимвибором йогопараметріві характеристикє прикладомпрактичногозастосуванняотриманихнавичок і знань.

1. Принципдії факсимільнихсистем зв'язку

Вцілому, факсимільнийзв'язок — цевид електрозв'язку,що забезпечуєпередачу івідтвореннянерухомихзображень.Засобамифаксимільногозв'язку однаковозручно передаватитекст, надрукованийчи написанийна будь-якіймові, чорно-біліі кольоровіфотографіїі креслення.

У першихфаксимільнихапаратах длязапису зображеньвикористовувалисяметоди, щозастосовувалисяу фотосправі.У зв'язку з цимтакий вид зв'язку називавсяфототелеграфнимзв'язком. В данийчас застосовуютьсяй інші способизапису зображеньна папері. Томув загальномувипадку передачунерухомихзображеньвідповіднодорекомендаційМіжнародногоконсультативногокомітету зтелеграфіїі телефонії(МККТТ) називаютьфаксимільнимзв'язком.

Системифаксимільногозв'язку, щозабезпечуютьпередачу івідтвореннячорно-білихзображень змаксимальноможливою точністювідновленнявсіх градаційпівтонів оригіналу,називаютьсяфотофаксимільнимисистемами

1.1 Поелементнапередача зображень

Домовимосязображення,призначенедля передачіпо факсу, називатиоригіналом,а переданийдокумент —репродукцією.Призначеннямфаксимільноїсистеми є одержанняна прийомізадовільноїпо якості репродукціїз переданогооригіналу.З'ясуємо, щослідрозуміти під«задовільноюякістю» зображенняіу якомуспіввідношенніповинні знаходитисяоригінал ірепродукціядля одержаннянайкращоївідповідностіміж ними.

На першийпогляд здається,що фототелеграфнасистема маєбути створенатаким чином,щоб на прийомномубланку яскравістьвсіх крапокрепродукціїбуларівнавідповіднимступеням яскравостівідповіднихкрапок переданого"оригіналу".Однак здійснититаку передачувнаслідокцілого рядуспотвореньв апаратуріі каналі зв'язкупрактичнонеможливо, акрім того, вабсолютнійвідповідностіоригіналу ірепродукціїнемає необхідності.Будь-якийоригінал міститьу собі набагатобільше даних, ніжсприймаєнормальне окоспостерігача.Це є наслідкомособливостейлюдського ока,що не розрізняєдуже дрібнідеталі і невідрізняє досить малірозходженняяскравостейсусідніх полівна зображенні.

Рис. 1.1. Розділенняплощі зображенняна кінцевукількістьелементарнихділянок

Тому завданнямфототелеграфноїсистемине є створеннярівнихяскравостейміж відповіднимикрапкамиі полямиоригіналу ірепродукції.Навпаки,фототелеграфнасистема маєстворитивраження подібностіоригіналу тарепродукції.З огляду нате що людськеоко не сприймаєдуже дрібнихдеталей, уфототелеграфіїпередача крапокзображеннязаміняєтьсяпослідовноюпередачеюяскравостейкінцевих ділянок(рис.1), на які оригіналрозчленовуєтьсяв процесі передачі.Якщо розміриділяноклежать поблизумежі, яказумовленаздатністю окарозрізнятидрібні деталі,то всі елементизображення,розміри якихменше зазначеноїмежі, оком нерозрізняються,у той час якдеталі, котрідорінюють абомають більшийрозмір ніжгранична величинаділянки ,на репродукціїбудуть сприйматисяподібно тому,як вони сприймаютьсяна оригіналі.Оскількиосновні контуризображенняявляють собоюсукупністьелементарнихплощадок кінцевихрозмірів, тонаведеніміркуваннявідносятьсятакож до випадкупередачі контуріві границь зображення.

Таким чином,для задовільноговідтвореннядрібних деталей,контурів іграниць полівнерухомогозображення,необхідноздійснитипередачу кінцевогочисла елементарнихділянок.Очевидно, щоза для передачіусіхтонкостейоригіналу,елементарнуділянокуслідбратияк можна меншогорозміру.Разом з тимпотрібно пам'ятати,що зменшеннярозміру ділянкине повиннеперевищувативимог до заданоїточності відтворенняі меж, обумовленихздатністю окарозрізнятидрібні деталі.Інакше часпередачі великоїкількостідуже малих ділянок можезначнозбільшитися.

Рис. 1.2. Розділенняплавного чорно-білогопереходу накінцеве числонапівтоновихградацій

1.2 Передачаобмеженогочисла напівтоновихградацій

Якість відтвореноїпід часприйомурепродукціївизначається,крім передачідеталей і контурів,також якістювідтворенняпівтонів, тобтокількістю іправильністювідтворенняперехіднихградацій відсамого чорногодо самого білоготону. При висвітленнірізних предметівперехід відсвітла до тінізвичайно єплавним. Здавалосяб, що для відтвореннятакого переходунеобхіднопередати нескінченнабезліч проміжнихградацій. Однак,як і врозглянутомувище випадку,з огляду нате, що людськеоко не відрізняєдосить малірозходженняясравостейсусідніх полівна зображенні,можна обмежитисяпередачеюневеликогочисла градаційТак наприклад,плавний перехід,представленийна рис.2, може бутипереданийдекількомаградаціямияскравостей,розходженняміж який майжене розрізняєтьсяоком. Отже, кількістьрівнів сигналу,що визначаютькількістьнапівтоновихградацій, єкінцевим.

У найпростішомувипадку напівтоновіоригіналивідтворюютьсяприприйомі увиглядічорно-білихрепродукцій,без проміжнихградацій.Такі системизабезпечуютьзадовільнуякість відтвореннятекстовихматеріалів,креслень, графіків,таблиць і іншихблизьких доних оригіналів.У тих випадках,коли необхідноздійснитипередачу фотографій,малюнків,географічнихі топографічнихкарт таін., кількістьнеобхіднихградацій істотнозбільшується.Якщо розходженняв яскравостяхсусідніх ділянокна зображеннілежить поблизумежі, обумовленоїздатністю окарозрізнятирозходженняв яскравостяхсусідніх полів,то напівтоновакартина нарепродукціїбудеподібноюдо напівтоновоїкартини наоригіналі.

Зі сказаноговипливає, щодля задовільноговідтворенняпівтонів необхідноздійснитипередачу кінцевогочисла напівтоновихградацій. Стремліннядо більш точноїпередачі напівтоновоїкартини зображенняприводить донеобхідностізбільшуватичисло переданихградацій. Числоградацій повиннебути таким, щобзабезпечувалосявиконаннязаданих вимогдо точностівідтворенняпівтонів, алеу всякому разіне перевищувалисямежі, обумовленірозпізнавальноючутливістюока.

Отже, особливостілюдського зорудозволяютьздійснитипередачу зображенняшляхом передачікінцевого числаелементарнихділянокі кінцевогочисла напівтоновихградацій. Якщорозміри переданихділянокі розходженняміж послідовнопереданимирівнями яскравостейне перевищуютьдеяких граничнихдля ока значень,то зоровевраження відрепродукціїбуде подібнезоровому враженнювід оригіналуі в цьомуразіможна вважати,що репродукціямає задовільнуякість.

Для передачізображенняна відстаньелектричнимизасобами необхідно:

1. Здійснитирозгорткуоригіналу іпослідовноперетворитияскравостіВ' кожної елементарноїділянкиоригіналу втимчасовупослідовністьелектричнихсигналів U’(t)

2. Передатиелектричнісигнали поелектричномуканалузв'язку на прийомнустанцію з як найменшимиспотвореннями.

3. Перетворититимчасовупослідовністьприйнятихелектричнихсигналів U(t)у яскравостіВ елементарних ділянокрепродукції,координатияких відповідалиб координатампереданогозображення.

Зазначеніпроцеси послідовногоперетворенняяскравостей ділянокоригіналу велектричнісигнали і зворотнеперетвореннятимчасовоїпослідовностіелектричнихсигналів уяскравостівідповідних ділянокрепродукціїє сутністюфототелеграфногометоду передачізображень.

На підставівикладеногосформулюємопринципи передачізображеньелектричнимизасобами:

1. Дискретизаціяпервинногозображення— представленнязображеннясукупністюелементарних ділянок,розмір якихвизначаєтьсяграничноюпросторовоючастотою. Умежах елементарнихділянокприймаютьсядо увагисередні величиниабояскравостікоефіцієнтавідображенняв заданій(дискретній)ділянці спектраоптичноговипромінювання.На передачуінформаціїпро стан кожногоелемента івсього зображеннявиділяєтьсяобмежений(дискретний)час, протягомякого зображеннявважаєтьсянерухомим(статичним).Зображенняоб'єктів, щорухаються,відтворюютьсяшляхом швидкоїзміни статичнихзображень, щовідповідаютьокремим фазампереданогосюжету.

2. Послідовнев часі перетвореннякольору, чияскравостікоефіцієнтавідображенняв електричнісигнали (факсимільнийаналіз зображення).У результатіаналізу двовимірнафункція розподілуяскравості(коефіцієнтавідображення)у площині первинногозображенняперетворитьсяв електричнийсигнал — одномірнуфункцію часу.Це здійснюєтьсяпри спільномувикористанніфотоелектричногоперетворенняі розгортки.

3. Передачасигналів зображенняна відстаньз використаннямканалу зв'язку,що включає всебе кабельні,радіорелейніі супутниковісистеми.

4. Послідовнев часі перетворенняелектричнихсигналів вколірчи яскравістьелементівзображення(факсимільнийсинтез). У результатісинтезу електричнийсигнал перетворитьсяв двовимірнуфункцію розподілучи яскравостікоефіцієнтавідображенняв площині вторинногозображення.

5. Забезпеченнясинхронізмуі синфазності— рівностічастот і відповідностіфаз процесіврозгорткипри аналізіі синтезі зображень.

6. Всебічневикористанняособливостейзору людинияк при виборіосновних параметріві способівтехнічноїреалізаціїпри передачічорно-білих,кольоровихі стереоскопічнихзображень, такі при встановленнінорм на припустимілінійні і нелінійніспотвореннясигналу, навеличину відношеннясигнал-шумтаін.

2. Склад факсимільнихсистем зв'язку(блок-схема)

На наведенійнижче схеміпоказана структурафаксимільнихсистем зв'язку:

Параметрисистеми:

Швидкістьрозгортки,рядків/хв.	240-2400
Крокрозгортки,мм/рядок	0,2
Роздільназдатністьліній/мм	4
Пропускназдатністьсистеми кбіт/сек.	50
Мінімальнатривалістьфакс. імпульсу,сек.	6·10-5
Спектрфаксимільногосигналу, кГц	17

Системафаксимільногозв'язку складаєтьсяз передавача,приймача іканалу зв'язку.Передавальнийфаксимільнийапарат (чи передавачприймально-передавальногофаксимільногоапарату)міститьаналізуючусистему,що служить дляперетвореннязображенняоригіналу увідеосигналі електричнусистему, щомістить підсилювачі електроннийвузол перетвореннявідеосигналуу форму, зручнудля передачіпо каналузв'язку (модулятор). Аналізуючасистемавключаєв себесвітлооптичнийпристрій, якийформує вузькийсвітловийпучок, що утворюєна поверхніоригіналу«крапкову»світловупляму;пристрій розгортки,що направляєсвітловий пучокпо черзі (у заданійпослідовності)на всі елементарніділянки,у результатічого від поверхнівідбиваєтьсясвітловийпотік, модульованийпо інтенсивностівідповіднодо відбивноїздатностіділянок;фотоелектричнийперетворювач,який перетворюєвідбитийсвітловий потік упропорційниййому електричнийструм (відеосигнал).Після посиленнявідеосигналнадходить намодулятор, дездійснюєтьсямодуляціяколивань. Восновномукористаютьсядвома методамимодуляції:амплітудної(АМ) і частотної(ЧМ).

Амплітуднамодуляція можебути двох видів:негативна(максимальнийрівень коливаньвідповідаєбілому полюзображення))і позитивна(максимальнийрівень коливаньз несучоючастотою відповідаєчорному полюпереданогозображення).Негативнаамплітуднамодуляціязабезпечуєкращу передачупівтонів. Однаку нашій країнів основномузастосовуєтьсяАМП, при якійбілому полюоригіналувідповідаємінімальнанапруга несучоїв каналі. Оскількивелика частинаплощі бланкаявляє собоюбіле поле, АМПдозволяє значнозменшити енергетичнезавантаженняканалу зв'язку,і тим самимзменшити перехідніперешкоди вбагатоканальнійсистемі передачі.

Частотнумодуляціюрозрізняютьтакож на позитивнучастотну (більшвисока частотавідповідаєбілому полю)чи негативнучастотну (більшвисока частотавідповідаєчорному полю).

2.1 Аналізуючіпристрої

Аналіз зображень.при факсимільнійпередачі поєднуєдві взаємозалежніоперації —розгорткуоригіналу іелектрооптичнеперетворенняяскравостіелементівзображенняв електричнісигнали. Відповіднодо цьогоаналізуючийпристрій складаєтьсяз:

1) пристроюрозгортки,що забезпечуєвизначенупослідовністьпереміщеннярастровогоелемента;

2) фотоелектричногоперетворювача,що перетворюєусередненіяскравостіелементарнихділянокв імпульсиелектричнихсигналів;

3) світлооптичноїсистеми, якавиділяє наоригіналіелемент зображення.

2.2 Пристроїрозгортки

Пристроїрозгорткиутворюютьрядокрозгорткиза рахунокпереміщеннярозгортувальногоелемента.

Розгортувальнимелементом,називаютьсвітловупляму,вістря контактуючихелектродів,за допомогоюякого здійснюєтьсявиділенняелементарноїплощадки назображенні. Розгортувальнийелемент формуєтьсяза допомогоюсвітлооптичнихсистем. Дляелектрооптичногоаналізу непрозорихоригіналіввикористовуютьсясвітлооптичнісистеми двохтипів, що відрізняютьсятим, що елементповерхні виділяєтьсяабо безпосередньона переданомузображенні,або на йогооптичномузображенні.Недолікомсистеми першоготипу є те, щочерез розсіюваннясвітла в товщіпаперовоголиста,елемент розкладанняна поверхніпаперуне має різкоокресленоїграниці й оточенийореолом, щознижує роздільнуздатністьсистеми; томуперевагу віддаютьсистемі другоготипу.

Рядком розгорткиназиваєтьсявузька смуга,що утворюєтьсяелементом,розгортки- світловоюплямою прианалізі, а такожпри синтезізображенняв апаратах іззакритим способомзаписучи пишучимелементом вапаратах звідкритимспособом запису.

Розгортувальніпристроїбувають: механічними,електроннимий електронно-механічними.Пристроїмеханічноїрозгорткибувають двохтипів: з циліндричнимрозташуваннямбланка оригіналу— їх називаютьбарабанними,і з плоскимрозташуваннямбланка (площинні).Барабаннірозгорткиможуть матирізну конструкцію:

а) барабанобертається,а розгортувальнийелементробитьпоступальнийрух паралельноосі барабана(рис. 2.1^а);

Рис. 2.1. Барабаннарозгортка:

а) з рухливимелементомрозгортки;

б) з нерухомимелементомрозгортки

б) барабанобертаєтьсяй одночасноробить рух щодонерухомогоелементарозгортки(рис. 2.1⁶)

Якщо бланкоригіналурозміщуєтьсяна внутрішнійстороні барабанациліндричноїформи, то розгорткуназиваютьдуговою.Вонатакож буваєтакож двохтипів:

а) розгортувальнийелемент обертається,роблячи поступальнийрух щодо документу,закріпленогона внутрішнійстороні циліндра;

б) розгортувальнийелемент робитьобертальнийрух, а камерапереміщаєтьсяуздовж своєїосі.

Площиннірозгорткитакож можутьбути трьохтипів: електронні,механічні ікомбіновані.

В даний часз механічнимипристроямипочинаютьконкуруватишвидкодіючіелектронно-механічні.

Рис. 2.2. Електронно-механічнарозгортка

При електронно-механічномуспособі,розгорткапо рядку єелектронною,а в напрямкукадру— механічна.

У розгорткахелектронноготипу вякостіджереласвітла використовуєтьсяелектронно-променеватрубка з люмінесцуючимекраном (кінескоп),телевізійнапередавальнатрубка (відикон,ребікон,кремніконтаін.), або приладиз зарядовимзв'язком (ПЗЗ).При електронно-механічнійрозгортцірух елементарозгортки,по рядкахздійснюєтьсявідхиленнямиелектронногопроменя наекрані електронно-променевоїтрубки (рис.2.2), а рух у перпендикулярномунапрямку —механічнимипереміщеннямипереданогозображення.

У барабаннихі площиннихсистемах розрізняютьправий і лівийнапрямок розгортки.Під правимнапрямкомрозгорткирозуміютьрух елементарозгорткипо правогвинтовійлінії для барабаннихсистем. Дляплощиннихсистем розгорткице відповідаєруху елементарозгорткизправаналівоі зверху вниз.Відповіднопід лівим напрямкомрозгорткиприймаєтьсярух елементарозгорткипо лівогвинтовійлінії для барабаннихсистемі зліванаправотазверху вниз— для площиннихсистем (рис.2.3).

МККТТ рекомендуєдля апаратів,що працюютьна міжнароднихі магістральнихзв'язках, правийнапрямок розгортки.

Крок розгортки,чи крок подачі,є механічнимпараметромапарата і визначаєвідстань, наякупереміщаєтьсяелементрозгорткивід одногорядка до іншого. У факсимільнихапаратах, щозастосовуютьсяв мережі Міністерствазв'язку, основнимє крок розгортки,що дорівнює0,2 мм. Чіткість— це кількістьрядків на 1 мм.Визначаєтьсявеличиною, щозворотнякроку розгортки.

Рис. 2.3. Напрямокрозгортки уфаксимільнихапаратах збарабаннимі площиннимрозгорткими

Широко поширенімеханічнірозгортки, уяких переміщеннясфокусованогопроменясвітла в площиніпереданогозображенняздійснюєтьсяза допомогоюдзеркал і дзеркальнихосцилографівабо спеціальнихобертальнихпризм. Застосуваннялазерної технікивиявляєтьсяособливо ефективниму площиннихрозгорткахмеханічноготипу. Лазерніджерела світладозволилиістотно розширитимежупідвищенняшвидкості іроздільноїздатностіфаксимільнихсистем, що дозволяєв свою чергузбільшитивідношеннясигнал/шум упередавальнійфаксимільнійапаратурі. Слідзазначити, щовідхилятикогерентнийпромінь можнай акустооптичнимиметодами.

Успіхи врозробці методівстисканняспектра факсимільногосигналу викликалинеобхідністьудосконалюваннярозгорток.Недолікомбагатьох зописаних вищекласичнихрозгортокє сталістьшвидкості рухуелементарозгорткипо поверхнісканованогодокумента. Прицьому різнаінформативністьрізних рядківрозгорткиобумовлюєнерівномірністьшвидкостінадходженняінформаціїв канал, у результатічого знижуєтьсясереднє значеннякоефіцієнтастисканняспектра факсимільногосигналу. В данийчас роблятьсяспроби привестиу відповідністьшвидкістьпередачі інформаціїзі швидкістюрозгортки зметою вирівнюванняв часі завантаженняканалу зв'язку.

2.2Фотоелектричніперетворювачі

В апаратуріпершого поколінняяк фотоперетворювачвикористовувалисяфотоелектронніпомножувачі(ФЕП). В апаратурідругого поколінняпочинаютьзастосовуватитвердотільнідатчики, щоскладаютьсяз кремнієвогофотодіода іпідсилювача.Переваги такогофотоперетворювачав порівнянніз ФЕП полягаютьу тому,що кремнієвіфотодіодичутливідо більш широкогодіапазонудовжин хвиль(від 400 до 1100 мкм),спектральнахарактеристикаїх більш рівномірнаі, отже, квантоваефективністьу цій області( щоскладаєприблизно 75%)істотно перевищуєквантову ефективністьФЕП(рис. 4). Крім того,перевагамитвердотільнихдатчиків єспрощенняджерел живлення(10—15 замість 1000В), зниженачутливістьдо ударнихнавантажень.Ефективністьвикористаннямалошумногофотодіодавизначаєтьсяправильністювибору підсилювачаі схемою з'єднанняцих елементів.Сигнальнийструм фотодіодазв'язаний лінійноюзалежністюз потужністюсвітловогопотоку:

де i— струмфотодіода; Ф— інтенсивністьсвітла у ватах;E— чутливістьфотодіода вамперах насвітловий потіку ватах.

Рис. 2.4.

Квантоваефективністьрізних фотоперетворювачів.

2.3 Світлооптичнасистема

Світлооптичнасистема передавальногоапарата призначенадля утворенняелемента визначеноїформирозгорткиі розміру.

Як джерелосвітла у світлооптичнихсистемахпередавальнихапаратівзастосовуютьсялампи розжарювання(освітлювачі)із зосередженоюниткою. Освітлювачівідрізняютьсяспеціальноюформою і розташуваннямнитки і більшвисокою якістюскла балонів.Освітлювачіфаксимільнихапаратів живляться,як правило,напругою несучоїчастотиабо відокремоговисокочастотногогенераторадля запобіганняпояви фону зарахунок коливаньяскравостіосвітлювачапри живленнійого нижчимпереміннимструмом промисловоїчастоти.

Для живленняосвітлювача,в окремих випадкахзастосовуєтьсяпостійнимструмом. Достабілізаціїнапруги, щоживитьосвітлювач,пред'являютьсядуже високівимоги, томущо між яскравістюосвітлювачаі напругою, щоживитьйого, існуєквадратичназалежність.

Глибинарізкості оптичноїсистеми є параметром,що визначаєзбереженнязаданої чіткостіпри зміні товщинипереданогооригіналу впередавальнихапаратах чиносія записув прийомнихапаратах збарабаннимрозгортками.В апаратах ізплощинноюрозгорткоюповерхня переданогозображення,незалежно відтовщини оригіналу,завжди знаходитьсяна однаковійвідстані відоптичної системиза рахунокпритисканняпротяжноговалика.

В оптичнихсистемах, якправило, застосовуютьсяпорсвітленілінзи. Просвітлінняздійснюєтьсяшляхом створенняна поверхняхтонкоїпрозорої плівкиз показникомзаломлення,відмінним відпоказниказаломленняскла, з якогозроблені лінзиоб'єктивів.Прозора плівказменшує втратисвітла на поверхняхрподілуі тим самимзменшує розсіюванняпроменів всерединіоб'єкта.

Фокуснавідстань об'єктивів,що застосовуютьсяу фототелеграфнихапаратах, складаєвеличину віддекількохміліметрів(мікрооб'єктиви)до декількохдесятків міліметрів(короткофокусніоб'єктиви).

2.4 Синхронізаціяі фазування

Для забезпеченняпогодженостіствореннярозгортки впередавальнихі прийомнихапаратахзастосовуютьсяспеціальнісистеми синхронізаціїі фазування.Існує кількаспособів синхронізації:

• автономна;

• мережева;

• примусова.

При автономнійсинхронізаціїкожен апаратмістить самостійнеджерело високостабільноїчастоти, щоживить привідапарату(синхроннийдвигун). В якостітакого джерелачастоти застосовуєтьсябіметалічнийкамертон. Практично,врахуваннямвсіхдестабілізуючихфакторів,досягаєтьсястабільністьчастоти порядку5·10^-6 .

При мережевійсинхронізаціїпередбачаєтьсяживлення синхроннихдвигунів відмережі перемінногоструму єдиноїенергосистеми.Вцьому випадкудопустимівідхиленнячастоти мережівід номінальноїбудуть однаковопозначатисяна швидкостіобертанняпередавальногоі прийомногоапаратів, томущо число оборотівдвигуна nміняєтьсязалежновід частотимережі.Однак при мережевійсинхронізаціїможливі миттєвівідхилення(поштовхи) швидкостів моменти різкихзмін характеруі величининавантаженнямережі. У зв'язкуз тим, що такіпоштовхи відбуваютьсявідносно рідко,коливанняне завдаютьпомітноговпливу на якістьприйнятихдокументів.

У випадкупримусовоїсинхронізації,приводипередавальногоі прийомногоапаратів живлятьсявід одногозагальногоджерела синхрочастотичи від самостійнихгенераторів,що працюютьу режимі затягуваннячастоти одногогенераторачастотою іншого.У першому випадкув канал зв'язкупосилаєтьсячастота генераторасинхрочастоти(як правило зпередавальноїстанції), що наприйомноїстанції підсилюєтьсяі живить синхроннийдвигун. В другомувипадку частотагенератораприйомноїстанції затягуєтьсясинхрочастотою,що приходитьз іншої станції.

Однією з умовспільної роботифаксимільнихапаратів єфазування(синфазнепереміщення)елементіврозгортки,що досягаєтьсяфазуючимипристроями.Фазуючі пристроюзабезпечуютьсполученняпочатковихмоментів розгорткиперед передачеюі прийомомзображення.

У факсимільнійапаратурізастосовуютьсяавтоматичний,напівавтоматичнийі ручний способифазування.

3. Складаннятехнічногозавдання.

ФЕП, що будеспроектованопризначенийдля роботи вфаксимільномуапараті дляпередачі чорно-білихзображень напапері форматуА4. Це будуть восновномуграфіки татекст.

Тривалістьчасу, протягомякого на фотодатчикпотрапляютьвідбиті відсвітлих ділянокпромені набагатоперевищуєтривалістьчасу, протягомякого на фотодатчикпотрапляєсвітло відчорних штрихів.Вхідним сигналомдля ФЕП служитьмодульованийпотік світла,джерелом якогоє стабілізованалампа розжарювання.

Оцінимомінімальнутривалістьімпульсуфаксимільногосигналу.

Роздільназдатність припередачі сторінкиА4 (210х297 мм) повиннастановити неменше 4 ліній/мм.Це означаєнеобхідністьпередачі сигналувід штрихашириною Ѕ * ј= ¹/₈мм ~ 0,1 мм.

Швидкістьрозгорткиапарату становить480 рядків/хвилину,при кроці розгортки0,2 мм/рядок. Напрочитанняодного рядкаприпадає 60/480= 1/8 = 0,125 сек.

При довжинірядка 210 мм і шириніштриха, відякого требаотримати надійнийфаксимільнийімпульс, мінімальнатривалістьтакого імпульсустановить:

Для того щобспектр імпульсувідповідавсмузі пропускання,необхідно, щобфронти відеоімпульсускладали небільше половинийого тривалості.

З цієї оцінкивипливає вимогащодо частотноїсмуги ФЕП. Вонаслідує із теоремиКотельникова:

Функція часуз обмеженимспектром повністювизначаєтьсясвоїми значеннями(відліками),взятими черезінтервал часу

(1)

(2)

де

—гранична частотаспектру функції,яку треба передатибез спотворень.

Прийнявшиза Δtдопустимутривалістьфронту відеоімпульсу,отримаємоверхнє значенняграничної смугипідсилювача:

Отриманийчастотнийспектр факс-сигналувід F_min=0 Гц до F_max= 17 кГц дозволяєзастосовуватив якості фотодатчикакремнієві абогерманієвіфотодіоди чифототранзисторив будь-якомуз режимів:фотогальванічному,чи фотодіодному.

Питання профото чутливістьдіода не є критичнимпри роботі вфаксимільномуапараті, оскількитам є достатньопотужне джерелоосвітлення.

Оскількигранична частотамодуляціїсвітловогопотоку, яка щесприймаєтьсязвичайнимифотодіодамистановитьблизько 100 кГц,то часові параметрифотодіода такожне мають в ФЕПфаксимільнихапаратів суттєвогозначення:

Ділянки білогопаперу з текстому вигляді темнихштрихів маютьфотометричнеальбедо (А):

• чистіділянки (А_б≈0,8)дають потіквідбитогосвітла Ф_б= 0,8Ф_пад

де Ф_пад— потікпадаючого напапір пучкапроменів.

• Зафарбованіабо забрудненіділянки маютьальбедо А_т= 0,1-0,5

Відповіднопотік відбитогосвітла будезмінюватисявід 0,1Ф_паддо 0,5Ф_пад

Максимальнаглибина модуляціїсвітловогопотоку на входіфотодатчика

Для факсимільнихапаратів даногокласу не маєпотреби передаватина папері градаціїсірого кольору.Тобто вихіднийсигнал матиметільки двіградації "чорне"і "біле". Такимчином підсилювачможе працюватив режимах відсічкита насичення.

Н

арис. 1 зображенотипову часовузалежністьфотоелектричногосигналу, сформованогофотодатчиком.

Рис. 1. Характерфотоелектричнихсигналівфаксимільногоапарату.

Ми маємосправу із підсиленнямімпульснихсигналів, тривалість,частота повторенняі амплітудаяких змінюєтьсяза статистичними(випадковими)законами.

Підсиленийсигнал із ФЕПпоступає впристрій обробкиі перетвореннясигналу:

• Активнийопір навантаженняневеликий,менше 100 ом.

• Вхіднаємність навантаженняС_н =10пф

• Амплітудасигналу з ФЕП,яка потрібнана вході пристроюобробки U_вих = U_{вх (навант.)}= 3В

• Робоча смугачастот підсилювачавід ~100 Гц до 17 кГц.(Для підсиленняпостійноїскладовоїсигналу немаєпотреби).

• Напругаджерела живленняЕ =12В

• Діапазонробочих температурвід +5^оС до +45^оС (кімнатніумови)

Всі іншіпараметри,включаючипринциповуелектричнусхему із номіналамиелементів требарозрахувати.

3.1. Вибірфотоелектричногодатчика і схемийого живлення.Проектуванняпершого каскаду.

Згідноз [1], потрібновибрати фотодіодабо фототранзистор,які мають

.За робочоюнапругою нампідходитьфототранзисторФТ-2Г. Він має:

• Діапазонспектральноїхарактеристики:

  ,що перекриває95% енергетичногоспектру випромінюванняламп розжарювання;

• Площафоточутливогоелементу становить1 мм²;

• Темновийструм

  

• Інтегральнаструмова чутливість

  

• Імпульснастала часу

  

Фототранзисторивідрізняютьсявід фотодіодадодатковимпідсиленнямфотострумуна емітерномуp-n переході.Фототранзисториможуть працюватияк фотодіоди(режим з плаваючоюбазою) так і втранзисторномурежимі з джереломзміщення в колібази.

Характеристикавибраноготранзисторапоказана нарис.2.

Рис. 2. Вольт-ампернахарактеристикафототранзистораФТ-2Г при різнихосвітленностях.

ЙогонайбільшарозсіюванапотужністьP_max= 50 мВт, I_кmax= 10мА, U_кеmax = 30 В.

На характеристиці,згідно із довідковимиданими будуєморобочу зонуфототранзистора.Після цьогобудуємо лініюнавантаженнятранзистора,яка має проходитичерез точкиА (U_КЕ= Е_к=12 В; І_к= 0) і В (U_КЕ = 0; 

)

Рівняннялінії навантаження

;

Для отриманнябільшого підсиленняпо напрузі слідвибрати більшезначення опорунавантаженняR_к,а щоб отриматибільше підсиленняпо силі струмутреба навпаки,зменшуватиданий опір.

Переднами стоїтьзавдання отриматипідсиленняпо напрузі, якепотрібне впристрої обробки,тому виберемо

=2,4 к Ом. Це дозволитьтакож охопитибільший діапазонзміни освітленості.

Лінія навантаженнязображена нарис. 2 відрізкомпрямої АВ.

Освітленість,яка падає навхід фоточутливогоелементафототранзисторавід білої ділянкипаперу легковідрегулювати,наприклад, задопомогоюфокусуючоїлінзи.

На вибранійлінії навантаженнябілій ділянцізображеннявиберемо точкуБ, яка відповідаєосвітленостіФ_Б= 1000 лк.

Тоді згідноз міркувань,викладенихв п.1 (див. рис. 1),точка Т (сигналвід темноїділянки) маєвідповідатиФ_т= ¹/₈Ф_Б= 125 лк. Відповіднаточка Т нанесенана лінію навантаження(див. рис. 2).

З рис. 2 визначимоамплітудуфотоелектричногосигналу завибраногорежиму:

Отже, підібравшивідповіднимчином освітленістьв місці розташуванняфотодатчика(в нашому випадкуце фототранзисторФТ-2Г) і включившийого по найпростішійсхемі з плаваючоюбазою і спільнимемітером, отримановихідний сигнал,який цілкомдостатній (занапругою) длянормальноїроботи пристроюобробки іперетвореннясигналу.

Таким чином,залишаєтьсязабезпечитироботу ФЕП нанизькоомномунавантаженніта забезпечитидвох градаційнийвихідний сигналпри варіаціяхосвітленості,відбитих відділянок з малоконтрастнимальбедо. Другапроблема вирішуєтьсязастосуваннямв схемі обробкиі перетвореннясигналу обмежувачаамплітуд, якийвиконують, якправило надіодах.

В схеміобмежувачамає бути регулюваннярівня обмеження.Ця частинасхеми має значнобільший активнийопір, ніж опірR_к,через якийпротікає знайденийструм (І_к)_мах= 2 мА. Фактичнострум в навантаження(діодний обмежувачамплітуд) можескладати небільше 0,8 мА) .

Попередньоскладена схемавхідного каскадуна фототранзисторіФГ-2Г має вигляд:

Рис. 3.Схема вхідногокаскаду нафототранзисторіФГ-2Г

Схема працюєяк ключ, щоспрацьовуєпри перевищеннікритичногозначенняосвітленості.

Зворотнійтепловий струмколекторногоn-p переходунеосвітленоготранзистораФТ-2Г І_Кзворможе досягати2 мкА. Якщо прироботі ФТ-2Г врежимі з плаваючоюбазою (схемаякого зображенана рис. 3) потенціалбази наблизитьсядо потенціалуколектора абопочне мінятися,то зворотнійтепловий струмпідсилюється:

Якщо коефіцієнтпередачі транзистораскладає

,

то при

, ,а це вже майжевідповідаєрівню фотоструму.Відповіднов h_21e= 30-150 разів збільшуєтьсятемпературнаі часова нестабільністьІ_кфототранзистора.

Для усуненняцього небажаногоявища требазастабілізуватиположенняробочої точки(т. Б на рис. 2),зафіксувавшинапругу набазі.

Стабілізаціятранзистора,увімкнутогов схемі з спільнимемітером досягаєтьсявключеннямрезистора R_Бв коло бази(див. рис. 4).

Рис.4.Резистор R_Бвключенов коло бази.

Для визначеннянеобхідногономіналу резистораR_Бзвернемосядо сімействавхідних характеристиктранзистораФТ-2Г:

та

Рис.5. ВхідніхарактеристикитранзистораФТ-2Г.

Крива 1відповідаєвипадку відсутностіосвітлення

при ;

Крива 2 —

при (точкаТ)

Крива 3 —

при (точкаБ)

На рис.5 лінія 4 є графіком

при Ф=0. Із вимогиІ_ф>>І_КБзворотримаємокритерій длявибору R_Б.Лінія статичногонавантаженняемітерногопереходу:

Хорошоїстабілізаціїможна досягнутиза умов

І_ф>>І_КБзворта І_КБзвор·R_Б

Тому взявши

,можна переконатися,що дані умовивиконуються.

Справді,

(див. рис.5)

Знайденомузначенню R_Бвідповідаєлінія статичногонавантаженняОБ, яка нанесенана графік (рис.5).

Отже R_Б= 200ом.

При підвищенномуопроміненнюфототранзистора,його робочаточка переходитьв точку Б, напругана базі підвищуєтьсядо

і частина фотострумунадходить вколо з резисторомR_Б.

Для вхідногокаскаду нафототранзисторіФТ-2Г, який працюєв якості підсилювача,а не ключа, якпоказано насхемах (рис. 3і рис.4) бажанообмежуватиемітерний струмвключивши вколо емітерарезистор R_e.В цьому, більшприйнятномувипадку схемавхідного каскадунабуває виду:

Рис. 6. Схемавхідного каскаду.

При цьомудо попередніхрозрахунківтреба внестикорективи.Схема на рис.6 забезпечуєвідсутністьпідсиленняпостійноїскладовоїфаксимільногосигналу, якавизначаєтьсяфотоелектричнимсигналом відбілого паперуоригіналу.Змінюючи задопомогоюзмінного резисторастабілізованийпотенціал бази,ми отримаємоможливістьрегулюватичутливістькаскаду нафототранзисторі.

КонденсаторС₁є роздільний.Його опір постійномуструму нескінченний,а опір змінномусигналу (>100Гц)відносно малий.

В схемі, щона рис. 6, робочаточка вже задана(т. Б на рис. 2)

Враховуючи,що струм колектораІ_к=І_е+ І_Б

І_е(струмом базиможна знехтувати)

З рівнянняU_ке=Е_к- І_кR_к-І_еR_e

Е_к- I_к(R_к+R_e)

Звідки

Взявши

=2 кОм, отримаємо

Напругана емітері

Потенціалвідносно землі

,де U_БЕ= 0,25В(див. рис. 5)

Отже U_Б= 1,2В +0,25В = 1,45В

Далі заспіввідношенням

Для хорошоїстабілізаціїфототранзисторанеобхідневиконання умови

Отже R₁= 7,3R₂,і з попередньоїнерівностізнаходимо

ВибираємоR₂= 500 ом,R₁= 4,0 кОм

Вибравшизамість постійногорезистора R₂= 500 ом, зміннийрезистор здіапазономзміни опорувід 100 до 1000 ом,отримаємоможливістьрегулюватиположенняробочої точкифототранзистора,а відповідно,і його чутливість.

Для того,щоб зменшитипадіння змінноїнапруги нерезисторі R_e,він шунтуєтьсяконденсаторомвеликої ємностіС_е= 4,7 мкФ, який “прозорий”для змінноїнапруги “звукової”частоти, тобтоповинна виконуватисяумова:

Вже на частоті10 Гц ця умовавиконується:

;

Для роздільногоконденсатораС₁повинна виконуватисяумова

на частотахблизьких доF_max.Звідси С₁= 0,056 мкФпри R_н= 0,6 кОм.

Всі номіналирозрахованихелементів схемивхідного каналуФЕП на фототранзисторіпоказано нарис.6. Це будеостаточна схемакаскаду.

3.2. Проектуванняпідсилювальногокаскаду ФЕП

Як було сказанов п.2, вихідніпараметри 1-гокаскаду нафототранзисторі цілком задовільнідля роботипристрою обробкисигналу, якимможе бути, наприклад,обмежувачамплітуд.

Однак, то буввипадок оптимальнорозрахованоїоптичної системиФЕП з оптимальнопідібранимизначеннямиосвітленостейдостатньоконтрастноїкартини.

Якщо ця умоване буде виконана,то амплітудавихідногосигналу будезначно меншою.

НехайфототранзисторФТ-2Г працюєпри освітленостяхменше 100 люкс(див. рис. 2). В цьомуразі при попередньорозрахованійхарактеристицінавантаження(лінії АВ), амплітуднізначення напруги

зменшуютьсядо сотих – десятихдолей вольта(ділянка міжточками Т і Кна лінії АВ,див. рис. 2). Відповіднізміни становлятьблизько 0,1 мА,тому без додатковогопідсиленнясигналу вжене обійтися.

Необхіднийкоефіцієнтпідсиленняпо напрузітакого підсилювачамає становитиK_u= 10 ч 20.

Підсилювачмає підсилюватиімпульси змінімальноютривалістю10^-4сек (див. п.1). Тобтопідсилювальнийкаскад маловідрізняєтьсявід типовихпідсилювачівнизької частоти.Таким чином,вже не можнапроводити вибіртранзисторівпо граничнійчастоті

.В нашому випадкупідійде будь-якийдостатньопотужний транзистор,здатний працюватина низьких абосередніх частотах.

З умовиK_u= 10 ч 20 ясно, що слідобмежитисяоднимкаскадом, тобтоn=1.

Виберемокремнієвийn-p-n транзисторсередньоїчастоти П308 (див.рис. 7).

Його параметри:

30ч 90 (І_е= 10 мА, U_ke= 10В, t = 20⁰C,на низькійчастоті)

Нарис. 7^Ббудуємо робочузону транзистора.

Орієнтовнозадамо опіррезистора R_kв колі колектора(R_k

R_н) R_k= 1 кОмі будуємо відповіднулінію навантаження

(лінія MN на рис.7^Б).

Вибереморежим спокоютранзистора(імпульси ненадходять навхід каскаду).

На вхіднійта вихіднійхарактеристикахвін позначенийбуквою С.

Таким чином:

На рис.7а нанесено, якприклад, видвхідного сигналу—імпульс напругиU_БЕ.

На рис. 7а нанесенатакож лінійнаділянка лініїнавантаженняпідсилювача.

Схема підсилювачаматиме такийвигляд:

Рис. 8. Схемапідсилювача.

Лінійнаділянка лініїнавантаженняобмежена зверхуточкою Д:

За вибраногорежиму при

[ ]імпульси, якіпідсилені вкаскаді, досягаютьрежиму насичення.

Якщо

,то підсилювачпрацюватимев лінійномурежимі, колиамплітудавхідних сигналівпропорційнаамплітудівихідних.

Визначимоопір резисторів,що визначаютьрежим спокоюдругого каскаду(на Т2).

Враховуючи,що R_к= 1кОм, розрахуємо:

Струмподільникаповинен бути

в 10 разів більшимза

Тоді

;

Отже

;

;

Коефіцієнтпідсиленняпо напрузі 2-гокаскаду (в лінійномурежимі):

;

Якщо взятисереднє значення

, ,то

,

що цілкомзадовольняєпоставленузадачу.

Коефіцієнтпідсиленняпо струму 2-гокаскаду в лінійномурежимі визначимографоаналітичнимспособом (див.рис. 7).

Визначимовхідний опіркаскаду:

Номіналшунтуючогоконденсатора

вибираєтьсяз тих же міркувань,які були викладенів п.2.

Номіналроздільногоконденсатора

вибираєтьсяз тих же міркувань,які були викладенів п.2.

Всі номіналиобох каскадів,1-го прийомногоі 2-го підсилювальногопоказано напринциповійелектричнійсхемі:

Рис.9. Принциповасхема.

3.3. Проектуваннявихідногокаскаду (емітернийповторювач)

ХарактернавантаженняФЕП визначаєтьсяспособом обробкиі перетвореннясигналу до видузручного дляпередачі. цеможе бути діоднийобмежувачамплітуди, чинавіть якийсьелектромеханічнийпристрій.

У випадкунавантаженняФЕП на низькоомненавантаженняз’являєтьсяпотреба ще водному каскаді— емітерномуповторювачу.Завдяки низькомувихідному опоруемітернийповторювачеквівалентнийгенераторунапруги, якамало змінюєтьсяпри зміні опорунавантаження(звичайно, дотих пір, покиопір навантаженнябуде набагатобільше вихідногоопору навантаження).

Схема емітерногоповторювача:

Рис.10. Емітернийповторювач.

В якостітранзистораможна використатитранзистортого ж типу, щой у попередньомукаскаді (П308).

В цьому випадкулінією навантаженнявиберемо відрізокNM΄ (див. рис. 7б).

Границідинамічноїділянки — точкиС΄ і Д΄.

Аналогічнопопередньомувипадку знаходимо

Режим спокоюкатодногоповторювача— точка С΄. Длянеї маємо:

;

(струмподільниканапруги); тоді

;

;

Коефіцієнтпередачі струмуемітернимпідсилювачем:

(мінімальнезначення)

Коефіцієнтпередачі напруги:

Вихіднийопір

;

Якщо опірнавантаженняемітерногоповторювача,тобто навантаженняФЕП складатимеR_н= 100 ом, то

Таким чином,остаточна схемаФЕП матиметакий вигляд:

Рис.11. Принциповасхема ФЕП.

3.4. Проектуванняджерела живленнядля електронноїапаратурифаксимільногозв’язку

До джерелаживлення ставлятьсятакі основнівимоги:

1. Сумарнийструм всіхспоживачів

   (максимальнезначення)

2. Напруга,яку повиннозабезпечитиджерело U= 12 ± 1 В (вінтерваліструмів від50 до 300 мА).

3. Коливаннянапруги Uпридопустимихзмінах напругиі частоти велектричніймережі 220В, 50Гцповинні неперевищувати1В.

4. Величинапульсацій інаводок в напрузіджерела неповинні перевищуватидопустимезначення К_п= 1,0%

Виберемосхему випрямляча.

Для заданихпараметрівнайдоцільнішебуде використати2-х тактну схему1-фазного живлення(мостова схемаГреца), див. рис.12.

Рис. 21. Схемавипрямляча.

Сила струму,випрямленогокожним діодомв схемі Грецане перевищує150 мА. За цим значеннямвибираємо типдіодів Д₁-Д₄— Д226Д.Для цих діодівдопустимийвипрямленийструм можедосягати 300 мА,а допустиманапруга складає100В (при цьомусереднє значеннязворотньогоструму не перевищує0,1 мА). Допустиматемператураоточуючогосередовищавід –60°С до +80°С.

Для подальшихрозрахунківвизначаємономінальнийопір навантаженняджерела

Для зменшенняпульсаційвихідної напругинеобхіднозастосувати зглажуючийфільтр. Оскільки

— величина немала, то в якостіфільтра найкращевибрати ємкіснийфільтр.

Ємністьконденсаторадля фільтратреба вибратитак, щоб

,як правило длязабезпеченняК_п= 0,01 .

Для 2-х тактноїсхеми, що нарис. 1, ця умоварівносильнавимозі

при

,з попередньоговиразу отримаєморобочу формулу:

,де С₁вираженов мкФ, а R_н—в кОм.

Обчислюємо

Промисловістьвипускаєелектролітичніконденсаториз номіналом2000 мкФ х 25В.

Отже, вякості С₁можна використати2 запаралеленіконденсатори2000 мкФ, 25В.

Для утриманнявихідної напруги12 ± 1 В,за умов коливаннянапруги змінногоструму в мережі220В, 50 Гц і за умовзміни R_нв схеміджерела слідпередбачитистабілізатор.Для U= 12В єстабілітронтипу Д815Д, дляякого U_{вихном.}=10,8ч13,2В,а діапазонзміни струмупри стабілізаціївід 25мА до 650мА,що повністюперекриваєзаданий діапазон50ч300мА.

Схема параметричногостабілізаторана кремнієвомустабілітроніД815Д показанана рис. 2:

Рис.13. Схемапараметричногостабілізаторана кремнієвомустабілітроні.

Опір R_Бобчислюєтьсяза такоюформулою:

;

(На входістабілітронанапруга на 2,2В більша ніжна виході.)

Таким чином,схема джерелаживлення будемати такийвигляд:

Рис. 14. Принциповасхема джерелаживлення.

Номінальнанапруга навториннійобмотці трансформаторамає бути

14,2В + 3В = 17,2В

Отжекоефіцієнттрансформації

З наведенихрозрахунківвипливаютьвимоги до силовоготрансформатора:Він має бутирозрахованийна потужність

Вт.Кількістьвитків в обмоткахповинна забезпечитипониженнянапруги в 12,8 разів.

ЗапобіжникПр повиненспрацьовуватипри струмахКЗ не більше0,1А

3.5. Розробкадрукованоїплати

Виготовленнядрукованихплат має виконуватисявідповіднодо технологічногопроцесу, прийнятомуна заводі-виготовлювачу,що забезпечуєвиконання усіхвимог кресленняі технічнихумов.

До друкованихплат пред'являютьсянаступні вимоги:поверхнядрукованихплат не повиннамати здуттів,сторонніхвключень, відколів,вибоїв, тріщині розшаруваньматеріалупідстави, щознижують електричнийопір і міцністьізоляції.

Одиночнівкрапленняметалу і слідийого видаленняна вільних відпровідниківділянках, поверхневівідколи іпросвітленнядіелектрика,ореоли, що виникаютьу результатімеханічноїобробки, допускаються,якщо відстаньвід провідникадо зазначеногодефекту складаєне менш 0,3 мм.Допускаютьсятакож окреміганджі діелектрика,виявлені післятравлення іпередбаченітехнічнимиумовами нафольгованіматеріали.

Матеріалоснови друкованихплат має бутитаким, щоб примеханічнійобробці (свердління,штампування,розпилювання),не утворювалисятріщини, розщеплення,відшаруваннята інші несприятливіявища, що впливаютьна експлуатаційнівластивості,а також на електричніпараметри плат.

Ширинадрукованихпровідниківі відстань міжними установлюютьсявимогами креслення.

Друкованіпровідникиповинні бутиз рівними краями.Колір мідногопровідникаможе бути відясно-рожевогодо темно-рожевого.В окремих випадкахдопускаютьсянерівностіпо краях провідників,що не зменшуютьмінімальноїширини провідниківі відстані міжними, передбаченікресленням.Відхиленнярозмірів контактноїплощадки відкреслення почи ширині довжиніможливо, алепри цьому відстаньдо найближчихчи провідниківконтактнихплощадок убудь-якім місціповинне бутине менш мінімальнихвеличин, обговорениху кресленні.

Товщинашару міді, осадженоїна всіх металізованихділянках друкованоїплати (фотоелектрохімічнийметод), має бутив межах 40—100 мкм,а на лініяхземлі, екранахі провідниках,що лежать покраях плати,вона допускаєтьсядо150 мкм.

Сучасніпромисловіспособи виготовленнядрукованихплат заснованіна використанніфольгованихдіелектриків, тобто на одержаннітокопровідногомалюнка схемиметодом травлення.Всі різновидиспособів зводятьсядо одержаннямалюнка фотоспособом аботрафаретнимдруком.

Існує 2 основнихпромисловихспособа виготовленнядрукованихплат:

1.Травленняфольгованогодіелектрикабез металізаціїотворів. Застосовується,головним чином,для виготовленняодносторонніхдрукованихплат.

2.Травленнядвосторонньогофольгованогодіелектриказ електрохімічноюметалізацієюотворів.

Застосовуєтьсядля виготовленнядвосторонніхдрукованихплат.

При виготовленніодносторонніхдрукованихплат для нанесеннямалюнка схемишироко використовуєтьсяметод трафаретногоабо сітчастогодруку і наступнетравленняфольги. Виготовленнядрукованихплат такимспособом одержалов промисловостіназву сітково-хімічнийметод.

Плати, щовиготовляютьсяз однобічногофольгованогогетинаксузнаходятьнайбільшешироке застосуванняв конструкціяхпобутовоїрадіоелектронноїапаратури.

При масовомувиробництвідрукованихплат з однобічногофольгованогодіелектрика,застосовуєтьсясітково-хімічнийспосіб. Як правило,виготовленняплат здійснюєтьсяна універсальнихмеханізованихлініях, щоскладаютьсяз окремих автоматіві напівавтоматів,послідовновиконуючіопераціїтехнологічногопроцесу.

Весь процесвиготовленняплат складаєтьсяз наступнихосновнихтехнологічнихоперацій:

1.Розкрійматеріалу івиготовленнязаготівок плат.

2.Нанесеннямалюнка схемикислотостійкоюфарбою.

3.Травленнясхеми.

4.Видаленнязахисного шаруфарби.

5.Крацовка.

6.Нанесеннязахисної епоксидноїмаски.

7.Гарячелудіння місцьпайки.

8.Штампування.

9.Маркування.

Різанняматеріалу натехнологічнізаготівки(смуги) здійснюєтьсяна дисковихножицях.

Зі смугматеріалу накривошипномупресі штампуютьсятехнологічнізаготівки плат. Вони маютьтехнологічнийприпуск 2—6 ммпо контуру. Узаготівкаходночасновирубуютьсятехнологічнібазові отвори,що у більшостівипадків уготових друкованихблоках служатькріпильними.

Заготівкиплат надходятьна автоматсіткографічногодруку.

Сіткографічнийверстат-автоматмає два завантажувальнихбункери. Заготівкипо одній штуцізабираютьсядвостороннімвакуумнимстолом, якийподає їх підсітку-трафарет.Як тільки заготовкавстала в робочупозицію, автоматичноздійснюєтьсярух ракеля, щопродавлює фарбукрізь сітку-трафарет.Після цьогостіл повертається,забираючи платуз-під сітки-трафарету,вакуум знімаєтьсяі плата з нанесениммалюнком полотку спадаєв сушило.

Плати з нанесениммалюнком піддаютьсятравленню, щовиконуєтьсяна спеціальномунапівавтоматичномуагрегаті. Травленняздійснюєтьсярозчином хлорногозаліза з щільністю1,35—1,40.

На агрегатівиконуютьсянаступні операції:

а) витравлюванняфольги в місцях,не захищенихфарбою;

б) видаленнязалишків травлячогорозчину із платметодом обдувуструменемповітря;

в) промиванняплат водою;

г) сушінняплат струменемгарячого (60—70°С) повітря.

Наступнаоперація —видаленнякислотостійкоїзахисної фарби.

Видалятифарбу можнарізними органічнимирозчинниками:ацетоном, розчинником№ 646, уайт-спіритом,дихлоретаном,трихлоретиленом,та ін. Однакусі процесиз перерахованимирозчинникамишкідливі дляорганізмулюдини, пожежо-та вибухонебезпечні.Тому при масовомумеханізованомучи автоматизованомувиробництвіне доцільноі небезпечновикористовуватиорганічнірозчинники.

У промисловостірозробленоі застосовуєтьсяспосіб видаленняфарби гідропульпою,за принципомгідропіскоструминноїобробки. Спеціальнийнапівавтоматичнийагрегат робитьвидалення фарбиструменемводно-піщаноїпульпи, що надходитьіз сопла спеціальноїгідрогармати,під тиском 1,5атм.У гідропіскоструминнійкамері видаляєтьсяфарба, потімплати послідовнопотрапляютьу камеру промиванняі сушки. Такийспосіб видаленняфарби цілкомвиключає всінеприємностізазначениххімічних способів.Крім цього,одночасно зфарбою з друкованихпровідниківвидаляєтьсяокисна плівка.

Після видаленняфарби платипроходятьоперацію крацовкиз метою видаленнявсіх забрудненьі окислів зповерхні друкованихпровідників,а також длянадання платітоварноговигляду і підготовкиїї до нанесенняепоксидноїмаски.

Наступнаопераціятехнологічногопроцесу — нанесеннятермостійкоїзахисної епоксидноїмаски. Епоксиднамаска забезпечуєзахист друкованихпровідниківплати від облудінняі термоударув процесі груповоїпайки, захищаєпровідникивід корозіїі поліпшуєелектроізоляційнівластивостідрукованоїплати. Епоксиднамаска наноситьсяметодом сіткографії(трафаретногодруку), так самояк наноситьсямалюнок схеми.

Після нанесенняепоксидноїмаски і полімеризації,плати надходятьна автоматичнийагрегат гарячоголудіння.

На цьомуагрегаті платипроходятьоперації лудіння,промиванняі сушіння.

Наступноюоперацієюобробки платиє операціярозкриттямонтажнихотворів. Цяоперація здійснюєтьсяметодом штампуванняна кривошипнихпресах,одночасновирубується100 і більш отворів.

Щоб уникнутисколів й утворенняореолів навколоотворів питомийтиск притискноїплати штампамає бути неменш 200 кг/см².Після вирубанняотворів наплати наносятьсямонтажні позначенняметодом сіткографіїбілою фарбоюна епоксиднійоснові.

Описанатехнологіяй устаткуваннядля виробництвадрукованихплат з однобічногофольгованогогетинаксушироко застосовуєтьсявжебагато роківшироко застосовуєтьсяу промисловості.

Такимчином, друкованіплати для ФЕПта блоку живленнябудуть матитакий вигляд:

Рис.15^а.Друкована платадля ФЕП.

Рис. 15^Б.Друкована платадля блоку живлення.

4. Дискретизаціяі кодуваннясигналу зображення.Манчестерськийкод.

Для представленнязображенняу виглядінабору цифр(кодових комбінацій),необхідноздійснитидискретизаціювихідного(аналогового)сигналу зачасом і рівнем.

Дискретизаціясигналу зачасом базуєтьсяна теореміКотельникова— Найквіста:безперервнуфункцію x(t),спектр якоїобмеженийчастотою Fтможна представитипослідовністюмиттєвих значеньх(ti) умоменти дискретизаціїti=i/2Fт,зміщені наінтервали,кратні величиніТе=0,5/Fт. Однакреальні сигналимають необмеженийспектр, томупрактичновідновленнясигналу рядомКотельниковавідбуваєтьсяз визначеноюпохибкою.Для її зменшеннякрок дискретизаціїберуть меншим,наприклад,t_i= (0,5ч0,25)i/2F_т.

У випадкупередачі двохградаційних(графічних)зображеньзадача квантуваннявирішуєтьсяпросто, оскількисигнал є дворівневим.Квантуванняздійснюєтьсянайпростішимформуючимпристроєм,наприкладтригером. Такеквантуваннявиробляєтьсядля зручностіпередачі навітьв аналоговихсистемах. Якщоцифровій передачіпіддаєтьсянапівтоновезображення,то задача квантуваннястає значноскладніше.

Експериментальнобули отриманікількостірівнів квантуваннянапівтоновихзображень, прияких спостерігачіоцінюють зображенняяк гарні. Це —64, 128 і 256 фіксованихрівнів яскравості.При меншомучислі градаційчерез східчастіперепади яскравостівиникаютьпомилковіконтури. Їхчастково можнаусунути,додавши доквантованногозображенняневеликийфлуктуаційнийшум. При цьомуна кожнім рядкусходинки квантуваннябудуть зміщеніі помилковийконтур будерозбитий. Оконе зможе просумуватиперепади яскравостіна послідовнихрядках, об'єднавшиїх у контур.Задачі оптимальногоквантуванняі дискретизаціїцілком ще невирішені черезїхню складність,а також відсутністьоб'єктивногоі зручногокритерію оцінкиякості відновленихзображень.

Шенон ввівпоняття кількісноїміри невизначенностісигналу — ентропіїі пов’язаноїз ним зміниневизначенності.

Носійінформації— сигнал — маєвипадкову формуі природу. Наоснові поняттяентропії введенохарактеристикисигналів таінформаційнихсистем. Одназ них — це швидкістьстворенняінформаціїна виході системиh– біт/сек.

Одним ізнайважливішихзавдань є розробкаспеціальнихкоректуючихкодів. Вонидозволяютьвиявляти івиправлятипомилки.

Існує 2 фундаментальнітеореми:

1. Для каналу,який не вноситьперешкоди припередачі сигналу:

При передачісигналу, йогоможна закодуватитаким чином,щоб середнєчисло елементівкоду, який належитьна 1 елементалфавіту, буломінімальним.

Цей мінімумвизначаєтьсяентропієюджерела, якахарактеризуєйого стстистичнівластивості.Таке кодуванняназиваєтьсяефективнимстатистичнимкодуванням.

При відсутностішумів потрібнозабезпечитибез надмірнекодування,передаючинайбільш вірогіднівідліки таділянки інформаціїнайкоротшимикодовими символами.

2. Для каналуіз спотвореннямиіснує спосібкодування звиправленнямпомилок зарахунок надмірності,при якій будепередаватисяінформаціяіз будь-якоювисокою достовірнітю.Тобто з малоюймовірністюпомилок, незважаючина шуми в каналі.При цьому швидкістьпередачі Н наповинна перевищуватипропускнуздатністьканалу зв’язку.

Існує великакількітьзавадостійкихкодів. Середних розглянемоманчестерськийкод.

В цьому кодікожний розряддвійковогопочатковогокоду записуєтьсяв вигляді 2-хелементів

0→011→10

Таким чиномв комбінації0110→ 0110101.

Приймальнийпристрій вкожному такті,який складаєтьсяіз двох сусідніхелементівкореляційногокоду повинензафіксуватиперехід із 0 в1 або із 1 в 0. Колиприйнято дванулі чи двіодиниці, тозразу фіксуєтьсяпомилка.

Кореляційнийкод надає можливістьвиявляти помилкибудь-якої кратності.Однак він неможе виявитидвокртатнізеркальніпомилки.

4.1Надмірністьзображень

Термін «надмірність»носить статистичнийхарактер. Вінвизначає середнюкількістьінформації(ентропію), щомістить повідомлення.Якби всі можливіповідомлення,що підлягаютьпередачі, булинезалежніодинвід одногоі рівноможливі,то вони малиби максимальнукількістьінформації.Уявимо собідвохградаційнезображення,що складаєтьсяз випадковорозташованихнезалежниходинвід одногочорних і білихелементів.Приймемо імовірностіпояви чорногоР₁і білого Р₂елементіврівними: Р₁=Р₂=0,5.Тоді середнякількістьінформації,що міститьсяв одному елементі

Якби всі рівніяскравостіквантованогона Nрівнів напівтоновогозображеннябули рівноможливіі незалежні,то кожен рівеньяскравостімістив би Н=log₂Nбіт. При N=128 H=16 біт.Насправдіреальні зображеннямістять набагатоменшукількістьінформації,що пояснюєтьсянаявністюсильних зв'язківелементів узображенні.Однак повнийпідрахунокцих зв'язківявляє собоюважко розв'язнузадачу. Тому,обмежуютьсярозглядомзв'язків найближчихдекількохелементів. Цедає заниженезначення ентропії.Так, для двоградаційногозображення«середнього»газетного імашинописноготексту булаотримана оцінка0,06Н_тах/Н,називану коефіцієнтомстискання,що показує, ускількиразів можназменшити числодвійкових цифрдля представленняповідомленьджерела з ентропієюН упорівнянніз тим, коли всіповідомленнярівноможливі.У розглянутомувипадку Н_мах/Н=16,6ч4.

Оскількипропускназдатністьканалу (біт/с)без облікуперешкод З= H/τ₀,де τ₀— тривалістьдвійковогосигналу, то

Тому пропускназдатністьканалу дляпередачіфаксимільногозображенняу виді текстуможе бути збільшенамінімум у 4 рази.

Надмірністьзображення

Для розглянутогофаксимільногозображеннянадмірністьR=0,94ч0,77.

Для збільшенняпропускноїздатностіканалу необхідноусувати надмірністьсигналу зображення.Як видно зпопереднього,можна або в4(16) разів збільшитипропускнуздатність(розширившисмугу каналу),або, залишившиту ж пропускнуздатність, устільки ж раззменшити смугучастот.

4.2Ефективнекодуваннязображень

Перш ніжрозглянутидеякі методикодування дляусунення надмірності,необхіднозазначити, щопри вирішенніцієї задачіварто враховуватиперешкоди вканалі зв'язку.У реальнихзображеннях між елементамиє сильнізв'язки,саме томузображенняоб'єктів можнавиділитинатлі перешкод,оскількиперешкодитакими зв'язкамине володіють.

Побудоваефективноїсистеми зв'язкуповинназадовольнятидвом суперечливимвимогам — збільшеннюпропускноїздатності ізбереженнюпри цьому заданоїякості відтвореннязображення.

Оптимізаціясистеми передачівідразу по двохкритеріях являєсобою важкуі дотепер невирішенузадачу. Напрактиціпоступаютьтаким чином:спочатку усуваютьнадмірністьджерела повідомлень,а потім дляпідвищеннявірності вносятьнадмірністьштучним шляхом,наприкладзастосовуючизавадостійкекодування.Нижче обговорюютьсядеякі способискороченнянадмірності.Для простотиці способивикладені длядвохградаційнихзображень, хочаусі вони застосовніі до напівтоновихзображень.

Теорія інформаціївказує на принциповіможливостізастосуваннястатистичногокодування.Використаннястатистичнихвластивостейдозволяє зменшитизагальну «довжину»повідомленьі, отже, необхіднийчас для їхньоїпередачі. Узагальномувиді задачустиску дискретногосигналу методамистатистичногокодуваннявирішують,скорочуючисереднє числоелементів укодових комбінаціях,що представляютьвихідний сигнал.Чим більшеімовірністьпояви данихелементів увихідномуповідомленні,тим менше повиннабути довжинавідповідноїкодової комбінації.

Алфавітомповідомленьназиваєтьсябезліч повідомлень,що підлягаютьпередачі. Наприклад,при передачітелеграм алфавітповідомленьскладаєтьсяз 32 букв, цифрі деяких службовихзнаків і є кінцевималфавітом. Увипадку передачісигналівдвохградаційногозображенняелементамиалфавіту служатьрізні реалізаціїсигналу, точніше«довжини»відрізків, щопредставляютьбілі і чорніполючи в зображенні.Безліч цихдовжин — серійбілого і чорного— складаютьалфавіт повідомлень.

Задачеюефективногокодування, якедозволяє щонайкращевикористовуватиканал зв'язку,є представленняелементівалфавіту кодовимикомбінаціями(словами), щоскладаютьсяз мінімальногочисла розрядів(коду).

У випадкурівномірногокодування, коливсі кодовікомбінаціїоднаковоїдовжини, і мінімальнадовжина кодовоїкомбінаціїп,зкінцевималфавітомповідомленьвизначаєтьсязі співвідношення

т^п=N,

де т —основакоду; N —число «букв»алфавіту; п— довжинакодової комбінації.Ефективнимє такий код,при якому букви,які частозустрічаютьсяпередаютьсябільш короткимикомбінаціями.Звідси випливає,що статистичнекодуванняповинне використовуватинерівномірнікоди.

У випадкустатистичногокодуваннясигналу двохградаційногозображеннязадача ускладнюєтьсятим, що алфавітданого джерелаповідомленьдуже великий:«довжини»обмежені форматомпереданогозображенняі мінімальнимрозміром одиничногоштриха. Оскількивсерединіцього інтервалудовжина серійможе змінюватисявипадково,то має сенсговорити тількипро середні характеристикицієї довжини.

Теоретичнопоказано, щоу випадку ефективногокодуваннямінімальнасередня довжинакодової комбінації

де Н —ентропіяповідомлення;т — основакоду.

Для двійковогокоду

Відношення

до реальнодосягнутоїв даному кодісередньоїдовжиникодового слованазиваєтьсяефективністюкоду:

Загальнеправило знаходженняефективногокоду невідоме,однак запропонованіалгоритмикодування, уяких величина

близькадо

Ці алгоритмизадовольняютьнаступнимумовам:

• довжинаданої кодовоїкомбінаціїповинна бутизворотньопропорційнаймовірностівідповідногоелемента алфавіту;

• удовгій кодовійкомбінаціїелементи кодуповинні бутинезалежні ірівноможливі.

Цим умовамвідповідають,наприклад,відомі кодиХаффмена іФано-Шеннона.

Труднощіпрактичноїреалізаціїефективногокодуваннязв'язані знерівномірністюнадходженняв канал кодовихкомбінацій,тому що останнімають різнудовжину. Длятого щоб швидкістьпередачі булапостійною,необхідно міжкодером і передавачемустановлюватиузгоджуючийпристрій, щопредставляєсобою блокпам'яті великоїємності.

На практицівикористовуютьнайбільш простіспособи статистичногокодування.Серед них великепоширення длястисканняфаксимільнихсигналів одержавспосіб кодуваннядовжин серій(КДС).

Сигналпредставляєтьсясеріями білогоі чорного: біломуполю відповідаєсерія нулів,а чорному —серія одиниць.Суть способуполягаєв кодуваннідовжин серій.У канал передаєтьсяномер довжиниданої серії.

Оскількидовжини серійрізні, довжиникодових комбінаційбудуть неоднаковими.Цей спосіб буденайбільш ефективним,якщо використовувативищезгаданіпринципи кодування,але при цьомупристрій, щокодує, будескладним. Обмежитикількістьдовжин серій(кількістькодових комбінацій)можна, використовуючистатистичнівластивостісерій. Наприклад,для зображенняметеокартдоцільно білісерії кодуватишестиелементнимикодовимикомбінаціями,а чорні серії— трьохелементними.За допомогоюцих кодовихкомбінаційможна закодувативсі білі серіїдовжиною від1 до 63 елементів(2⁶=64), авсі чорні серіїдовжиною від1 до 7 елементів(2³=8).Якби за кожноюбілою серієювипливалачорна, то послідовністькодових комбінаційпредставлялаб собою регулярнозмінюючіодин одногошести- і трьохелементнікодові групи(рис. 3.1).

Якщо ж у зображеннізустрічаютьсядовжини, більшічим 63 чи 7 елементів(для чорнихсерій), то регулярністьчергуваннякодових комбінаційпорушуєтьсяі для правильногоприйому необхідновикористовуватислужбові кодовікомбінації,що розділялиб відповіднікодові слова(рис. 3.2). При передачіметеокартподібний спосібкодуванняпрактичнодозволив одержатикоефіцієнтстисканнядо 80%, тобто приблизнона 80% зменшуєтьсязагальна кількістьпереданихдвійковихчисел.

У розглянутомуспособі КДСвикористаністатистичнівластивостісигналу, щовідповідаєрядку розгорткизображення.Врахуванняміжрядковихзв'язків у зображенніможе ще більшепідвищитиефективністькодування.Дійсно, з оглядуна високуроздільнуздатністьпередавальноїапаратури івластивостізображення(сусідні рядки«дуже схожі»один на одного),сигнали можнакодувати одночасно.Спочатку одинрядок зображеннявіднімаєтьсяз іншого(сусіднього),і далі кодуєтьсярізницевийсигнал

Рис.3.1. Приклад кодуваннядовжин серій

Рис. 3.2.Введенняслужбовихкодових слів

Оскількипри відніманніфактичноздійснюєтьсядекореляціязображення(руйнуютьсястатистичнізв'язки), топри цьомуусуваєтьсянадмірність.Ентропіяперетвореногосигналу зростає,отже, зростаєефективністькодування.

Розглянутіметоди стисканнямають низькузавадостійкість.Неправильноприйнятий знакпро номер довжинисерії приводитьдо так званоготреку помилок,оскільки декодервідтворитьсерію не тієїдовжини (і нетієї градаціїяскравості).Таким чином,навіть одиничнапомилка зарахунок перешкодив каналі можевикликатипотік помилокпри декодуваннісигналу. МетодиКДС і його різновидуможутьпрацювати лишепри імовірностіпомилкив каналіне гірше 10^-6.Реальні каналимають імовірністьпомилки накілька порядківбільше (10^-3—10^-4).Тому без спеціальнихзаходів дляпідвищеннязавадостійкостіметоди КДСзастосовуватине можна.

Останнімчасом у зв'язкуіз широкимзастосуваннямЕОМ у задачахобробки зображеньпрактичнийінтерес викликалиметоди кодуванняза допомогоюрізних лінійнихі нелінійнихперетворень.Найбільшперспективнимиз погляду стисканняобсягу сигналу(а саме смугичастот) і завадостійкостіє перетворенняФур'є, Адамара,Карунена-Лоева.Поява алгоритмівшвидкогоперетворенняФур'є привелодо вивченняметодів кодування,при яких замістьсамого вихідногозображенняв канал передаєтьсяйого перетворенняФур'є. Можливістьскороченнясмуги частотпояснюєтьсятим, щокореляція,яка властивавихіднимзображенням,між сусіднімиелементамивикликаєконцентраціюенергії в областінульових просторовихчастот перетвореннязображення.Саме ця властивістьі дозволяєскоротитисмугу частот.

Завадостійкістькодування задопомогоюперетвореньпояснюєтьсятим, що приперетвореннівиконуєтьсяопераціяусереднення.Кожен елементвідновленогозображенняє зваженоюсумою усіхвихідних елементів.Тому одиночнапомилка розподіленарівномірнопо всіх елементахвідновленогозображенняі мало помітнадля ока. Експериментипоказали, щопри імовірностіпомилки 10^-4якість відновленогозображенняцілком задовільна.Таким чином,у деяких випадкахне потрібнозастосовуватиспеціальнізаходи дляпідвищеннязавадостійкості.

Як уже відзначалося,можливістьскороченнясмуги частотґрунтуєтьсяна використаннівизначеноїструктурирозподілуенергії зображенняв площиніперетворення.Представленіна рис.3.3 графікихарактеризуютьчастку енергіїу відсотках,що міститьсяв просторовихчастотахперетворенняФур'є трьохрізних зображень{1, 2, 3). Дляних близько95% енергії міститьсяменш ніжу 1 % вибірокпросторовихчастот. Притакому розподіліенергії очевиднийспосіб скороченнясмуги частотполягає в тому,щоб не передаватиінформаціюпро верхніпросторовічастоти. Цяопераціяеквівалентнапропущеннюзображеннячерез низькочастотнийпросторовийфільтр.

Рис. 3.3. Розподіленергії повибірках просторовихзвітів

Однак у результатіфільтраціїзменшуєтьсярізкість зображення.Це підтверджуєнеобхідністьпередачівисокочастотнихкомпонентів,навіть якщоенергія на цихчастотах незначна.У тих випадках,коли припустимадеяка втратароздільноїздатності,низькочастотнапросторовафільтраціяпризводитьдо значногоскороченнясмуги частот.

Розглянутіцифрові методиусунення надмірностіне вичерпуютьвеликої розмаїтостііснуючих напрямківі способівпідвищенняпропускноїздатностіканалів.

5.Стандартифаксимільногозв'язку

У 1966 р. EIA (Асоціаціяелектроннихгалузей промисловості)оголосила простворенняпершого стандартудля факсимільногозв'язку - EIA Standard RS-328.Факсимільніапарати, щовідповідаютьвимогам цьогостандарту,сталі відноситидо так називаноїГрупи 1. Однакпівнічноамериканськівиробникипродовжуваливипускатифакси, що невідповідалиданому стандарту.Таким чином,обмін інформацієюв документальномувиглядіміж Америкоюй іншим світомзалишавсянеможливим.

Апарати Групи1, використовувалианалоговісигнали дляобміну інформацією,забезпечувалипередачу однієїсторінки за4-6 хвилин. Якістьпереданихдокументів,внаслідокмалоїроздільноїздатностіапаратів, буладуже низькою.Виробникиусього світупрацювали надполіпшеннямякості і швидкостіпередачі документів,прагнучи скоротитичас до трьоххвилин. Однакнайбільшівиробникифаксимільногооблажнанняв ПівнічнійАмериці нетільки продовжуваливипускатиустаткування,що не відповідалоспецифікаціямГрупи 1, але івикористовувалидля обмінуінформацієюрізні схемимодуляціїсигналу.

Ситуаціядокоріннозмінилася в1978 р., коли CCITT (Міжнароднийконсультативнийкомітет з телеграфіїі телефонії)оголосив пронову специфікацію(Група 2), що булаприйнята всімакомпаніями.Досягнуте"взаєморозуміння"усіх факсимільнихапаратів, щовипускаютьсяу світі, і зниженняцін унаслідокрозвитку технологіїдозволилибагатьом комерційнимі державниморганізаціямпочати активновикористовуватиможливостіцих апаратіву своїй роботі.

У 1980 році з'явивсяновий стандарт- Група 3, що остаточновизначило шляхрозвитку такогонапрямку індустріїтелекомунікацій,як факсимільнийзв'язок. Використанняцифрових сигналівдля обмінуінформацієюдозволилозначно збільшитиякість і швидкістьпередачі інформаціїза допомогоюзвичайнихтелефоннихліній. Новівимоги до роздільноїздатності 203x98 і 203x196 крапок надюйм відповіднов режимах Standard іFine надають можливістьпередачі чорно-білихдокументівсамого різноговиду - починаючизі звичайнихтекстових ізакінчуючиповноціннимиграфічними.Сторінка документапередаєтьсяпротягом 30с. чи більше,взалежностівід швидкостіпередачі, наяку апаратиГрупи 3 налаштовуютьсяавтоматично,відповіднодо технічногостану телефонноїлінії.

Спочаткустандартна факси групи3 був визначенийрекомендацієюITU-Т Т. 4 в1980 році.Цей стандартбув двічіперевиданий- перший раз у1984 р. і потім у1988 р. У модифікаціїцього стандартувід 1990 р. булисхвалені схемикодування,розробленідля факсимільнихапаратів групи4, а також більшвисокі швидкостіпередачі, обумовленістандартамиV.I7, V.29 і V.33. Радикальнавідмінністьфаксапаратівгрупи 3 від більшранніх полягаєв повністюцифровомуметоді передачізі швидкостямидо 14400 біт/с. Урезультаті,застосовуючистисканняданих, факсгрупи 3 передаєсторінку за30-60 с. При погіршенніякості зв'язкуфакси групи3 переходятьв аварійнийрежим, сповільнюючишвидкістьпередачі. Відповіднодо стандартугрупи 3 можливідва ступеніроздільноїздатності:стандартна,що забезпечує1728 крапок погоризонталіі 100 крапок/дюймпо вертикалі;і висока,що подвоюєкількістькрапок по вертикалі,що дає роздільнуздатність200х200 крапок/дюймі вдвічі зменшуєшвидкість.

Факсимільніапарати першихтрьох групорієнтованіна використанняаналоговихтелефоннихканалів КТСОП.У 1984 році ITU-T прийнявстандарт групи4, що передбачаєроздільнуздатністьдо 400х400 крапок/дюймі підвищенняшвидкості прибільш низькійроздільнійздатності.Факси групи4 даютьзображеннядуже високоїякості. Однак,вони працюютьлише нависокошвидкіснихканалах зв'язку,які можутьзабезпечитимережі ISDN, і неможуть працюватичерез каналиКТСОП.

Практичновсі факси,що продаютьсяв даний час, побудованіна стандартігрупи 3. Сьогоднів усьому світінараховуєтьсябільш 80 млнтелефаксіві факсів-модемівГрупи 3. Автономніфаксимільніапарати маютьбагато незаперечнихпереваг,але в них є ідеякі недоліки,зумовленів значній міріїх конструктивнимиособливостями.

6. Нова апаратурафаксимільногозв’язку

Обсяг інформації,переданої позвичайнихтелефоннихлініях, постійнозбільшується.У першу чергуце стосуєтьсяфаксимільнихповідомлень.Тому сьогоднібагато користувачівзацікавленів придбанніне простихавтономнихтелефаксів,що виконуютьстрого визначеніфункції, а більшдосконалихсистем, щодозволяютьавтоматизуватипроцес прийому,обробки і розсиланняфаксимільнихповідомлень.

Ідея використвуватиперсональнийкомп'ютердля створеннятаких інтегрованихсистем, уперше булареалізованав 1985 р., коли фірмаGammaLink випустилапершу комп'ютернуфаксимільнуплату. Це дозволилопідключитителефоннулінію безпосередньодо комп'ютераі перетворитийого в потужнийі багатофункціональнийтелефакс. Сьогоднікомп'ютерніфаксимільніплати випускаєвеличезнакількістьвиробників.Їхня продукція,що розрізняєтьсяпо деякихфункціональнихможливостях,служитьдля однієїмети - автоматизаціїпроцесу передачі,прийому і розподілуфаксимільнихповідомлень,обмін якимивідбуваєтьсяпо звичайнихтелефоннихлініях.

Комп’ютерно-телефонніфаксимільніплати є невід'ємноючастиною індустріїкомп'ютерноїтелефонії(КТ). Системи,що будуютьсяна базі ПК іззастосуваннямтаких плат,маютьістотніперевагиу порівняннізі звичайнимифаксимільнимиапаратами.

- Зручністьвикористання.ІнтеграціяПК із телефонноюмережею і наділенняйого можливостямителефаксудозволяєкористувачамодержувати,обробляти івідправлятифаксимільніповідомлення,не відриваючисьвід своїхкомп'ютерів.

- Ефективневикористаннятелефоннихліній.Факсимільнасистема, щобудується набазі ПК, забезпечуєефективнийобмін інформацієюз малого числателефоннихліній, заміняючисобою безлічавтономнихтелефаксів,для кожногоз який потрібноокрема лінія.

- Високаякість переданогозображення.Будь-якийдокумент текстовогочи графічногоредактора можебути переданийу виді факсимільногоповідомленнявисокої якості.Для цього задопомогоюспеціальногопрограмногозабезпеченнявін перетворитьсяу формат, щовикористовуєтьсяфаксимільноюплатою дляпередачіповідомлень.Таким чином,гарантуєтьсявисока якістьзображення,оскільки документне може бути"зіпсований"ні низькоюякістю друкупринтера, нізабрудненнямсканера телефаксу,ні неполадкамив механізміподачі паперу.

- Збереженняконфіденційностіприйнятихповідомлень.На відміну відзвичайнихтелефаксів,що роздруковуютьусі повідомлення,що надходять,на єдиномурулоні паперу,системи КТприймають ізберігаютьїх у персональнихдиректоріяхкористувачів,доступ до якихобмежуєтьсяпаролем. Такимчином, цілкомвиключаєтьсяперегляд важливихдокументівстороннімилюдьми.

Крім того,застосуванняПК для керуванняроботою факсимільнихкарт дозволяєреалізовуватибезліч кориснихі зручних алгоритмів- додатків КТ.Більшістьізних надаютьможливістьцілком автоматизуватипроцес обмінуфаксимільнимиповідомленнями.До таких додатківКТ, що отрималинайбільшерозповсюдження,відносятьсяФАКС-СЕРВЕР,ФАКС НАЗАПИТ І ФАКС-РОЗСИЛКА.Застосуванняфакс-серверазводить домінімуму часовііі матеріальнівитрати приприйомі і передачіфаксимільнихповідомлень.Факс назапит дозволяєавтоматизуватипроцес наданняабонентамчасто замовлюванихдокументів.Факс-розсилказначно спрощуєроботу персоналупри розсиланнівеликої кількостірізних документівдля великогочислаадресатів.

Незважаючина стрімкийрозвитокальтернативнихспособівдокументообігу,включаючи новуапаратуруфаксимільногозв'язку, звичайніфаксимільніапаративсеще не втратилисвоєї практичноїцінності йуспішно використовуютьсяв різних сферахпраці.

7. Висновки

1. Факсимільнийзв'язок насьогоднішнійдень є найбільшдешевим,швидкимі доступниміз усіх сучаснихвидівзасобівелектронноїпередачі інформації.Це забезпечуєйогостійке положенняна світовомутелекомунікаційномуринку.Потужнібагатофункціональніфаксимільнісистеми, щобазуються наПК, дозволяютьзапропонуватикористувачамфаксимільногозв'язку новий,раніше недоступнийрівень сервісу.

2. Новістандарти(Група 4) визначаютьвимоги до передачікольоровихдокументів,а активнапідтримка збоку виробниківапаратногоі програмногозабезпеченняі розвитокцифрових телефоннихмереж гарантуютьфаксимільнимсистемам стійкийі зростаючийпопит як з бокуорганізацій,так і з бокуодиничнихкористувачів.

3. В даній роботіпроаналізованоі побудованоблок-схемуфаксимільногоапарату, якавключає в себеосновні вузлифаксимільноїсистеми.

4. Розробленаі побудованапринциповасхема фотоелектричногоперетворювача(ФЕП) — одногоіз блоківфаксимільногоапарату.

5. Для принциповоїсхеми зробленовсі необхіднірозрахунки.

6. Розробленоі розрахованопринциповусхему блокуживлення дляфотоелектричногоперетворювача.

7. Для всіхрозробленихсхем спроектованодрукованіплати з розведеннямкомпонентів.

8. Незважаючина повсюднукомп'ютеризацію,стрімкий розвитокмережі Інтернеті систем електронноїпошти, факсимільніапарати всетаки залишаютьсяпотрібнимий актуальними.За прогнозамифахівців вонище довгий часбудуть успішновитримуватиконкуренціюз іншими системамидля здійсненнядокументообігу.

8. Списоклітератури

1. ОрловскийЕ.Л. Передачафаксимильныхизображений.— М.: Связь, 1980. —216 с.

2. ЗубаревЮ.Б., ГлориозовГ.Л. Передачаизображений:Учебник длявузов связи.— М.: Радиои связь, 1982. — 224 с.,ил.

3. МельникС.О. Оксман М.И.Фототелеграфныеаппараты —М.: Связь, 1966. — 165 с.

4. КопничевЛ.Н. Документальнаяэлектросвязь— М., 1978.

5. КопничевЛ.Н., Коган В.С.Телеграфныеаппараты иаппаратурапередачи данных.— М., 1975 — 246 с.

6. АльтерготА.В., ПанфиловД.И., Факсимильнаясвязь на базекомпьютернойтелефонии —Журнал «Сети»№1/1997.

7. МайоровС.В. Фотоэлектронныеи термоэлектронныеприборы и ихприменение.М., «Машиностроение»,1972, 160 с.

8. КайдаловС.А. Фоточувствительныеприборы и ихприменение:Справочник.— М.: Радио исвязь, 1995 —120 с.

9. ВекслерГ.С. Электропитаниеспецаппаратуры.— К.: Издательскоеобъединение“Выщашкола”,1975 — 376 с.