7.2. ZASADA DZIAŁANIA

  W transmisji faksymile spotykane są zasadniczo dwa standardy: transmisja obrazów czarnobiałych i obrazów zawierających odcienie szarości. Do pierwszej grupy można zaliczyć transmisje map pogody, jest to tzw. system WEFAX, do drugiej grupy np. transmisje zdjęć przez agencje prasowe. W technice amatorskiej dodatkowo transmitowane są także obrazy kolorowe.
    Nadawany obraz jest zamieniany za pomocą elementu fotoczułego (fotodiody) na impulsy elektryczne lub przebieg analogowy odpowiadający szarości analizowanego obrazu. Przebieg ten może być następnie kwantyzowany (zamieniany na postać cyfrową), w wyniku czego otrzymywany jest sygnał o 16 lub 24 odcieniach co zupełnie wystarcza w praktyce.
    W klasycznych, mechanicznych urządzeniach faksymile oryginał zakłada się na bęben o odpowiedniej średnicy. Bęben ten obraca się z jedną ze standardowych szybkości, równocześnie następuje liniowy przesuw elementu analizującego. Głowica analizująca zawiera źródło światła, ogniskowanego za pomocą soczewek na pożądanym elemencie obrazu oraz fotodiodę dostarczającą wyjściowego sygnału elektrycznego. W urządzeniu odbiorczym sterowane elektrycznie źródło światła naświetlało papier fotoczuły założony na bęben. Do odbioru obrazów czarno-białych można też użyć papieru termoczułego i głowicy termicznej. Oczywiście oba bębny muszą poruszać się z jednakową szybkością, co wymaga nadawania sygnałów synchronizujących. W przeciwieństwie do systemów telewizyjnych nadawany jest jedynie sygnał oznaczający początek obrazu, nie ma sygnałów synchronizacji linii. W nowszych rozwiązaniach oryginał rozpięty jest na płaskiej powierzchni, a element analizujący porusza się wzdłuż i w poprzek obrazu, bądź też stosowane są linie diod światłoczułych albo elementów CCD odpowiedniej szerokości, poruszające się jedynie wzdłuż obrazu podobnie jak w komputerowych czytnikach obrazów (ang. scanner).
    Podobnie jak w innych dziedzinach także i tu coraz szersze zastosowanie znajdują komputery, konkretna realizacja urządzeń faksymile odbiega coraz bardziej od pierwowzoru z obrotowym bębnem, jednakże tradycyjnie wiele określeń i standardów opartych jest na tym pierwowzorze. Jedną z podstawowych wielkości jest szybkość obrotu bębna odpowiadająca w praktyce szybkości analizy w liniach na minutę (jeden obrót bębna odpowiadał analizie jednej linii). Stosowane są prędkości 60, 90, 120, 180 i 240 linii/min.
    Mapy pogody transmitowane są najczęściej z szybkością 120 linii/min, zdjęcia prasowe z szybkością 240 linii/min, również w technice krótkofalarskiej stosowane są przeważnie te dwie prędkości. Amatorska transmisja obrazów kolorowych odbywa się z szybkością 360 linii/min, nadawane są kolejno linie w trzech podstawowych kolorach: czerwonym, zielonym i niebieskim. Efektywna szybkość analizy wynosi w tym przypadku 120 linii/min.
    W transmisji map pogody i w technice amatorskiej stosowany jest kierunek analizy zgodny z przyjętym w telewizji (z lewej strony na prawą i z góry na dół), w transmisji zdjęć prasowych - kierunek odwrotny.
    Współbieżność analizy i odtwarzania musi być zapewniona z dokładnością do 0,001 %. Następną ważną wielkością jest tzw. indeks współpracy (IOC), zwany także w literaturze niemieckojęzycznej modułem. Jest on stosunkiem średnicy bębna do odstępu międzyliniowego (obie te wielkości wyrażone są w mm):
IOC = d / A .
    Oznacza to, że odstęp międzyliniowy maleje ze wzrostem indeksu. Również i tu występuje wiele standardów: najczęściej stosowane są indeksy 288, 352 (transmisja zdjęć prasowych) i 576, czasami także 264 (w transmisji satelitarnych map pogody). W transmisjach amatorskich i transmisjach map pogody stosowane są wartości indeksu 288 lub 576, natomiast w amatorskich transmisjach kolorowych - wartość 204. Niezgodność indeksu po stronie nadawczej i odbiorczej powoduje zmianę proporcji odbieranego obrazu.
    Rozdzielczość punktową (liczbę punktów w linii) oblicza się mnożąc wartość indeksu przez PI:
rozdz [pkt/linię] = IOC * PI .
    Szybkość analizy, wartość indeksu i wysokość oryginału określają jednoznacznie czas transmisji obrazu:
T = L * IOC / (n * d)
gdzie:
L - wysokość obrazu (długość bębna w mm),
IOC - indeks,
d - szerokość obrazu (średnica bębna w mm),
n - szybkość obrotów w liniach/min.
    I tak np. dla indeksu 288, wysokości oryginału 290 mm i szybkości analizy 180 linii/min czas transmisji wynosi ok. 6,6 minut, dla szybkości analizy 240 linii/min - 5 minut, a dla szybkości analizy 120 linii/min - 9,7 minut. Dla indeksu 576 czasy te są dwukrotnie dłuższe. Ponieważ czas transmisji dochodzi przeważnie do kilku a nawet kilkunastu minut, należy zwrócić uwagę aby nie przekroczyć mocy dopuszczalnej dla pracy ciągłej stopnia końcowego (w nadajnikach SSB). Problem ten nie powinien występować w nadajnikach FM, jednakże wiele radiostacji fabrycznych ma chłodzenie, ze względów oszczędnościowych, obliczone na krótkie cykle pracy typowe dla łączności fonicznych. Ostrożność nie zaszkodzi więc i w tym przypadku.
    Informacja o stosowanym standardzie nadawana jest na początku obrazu w trakcie synchronizacji. Jako pierwszy nadawany jest przez 5 do 10 sekund ton informujący o wartości indeksu: np. ton 300 Hz oznacza indeks 576, a ton 675 Hz - indeks 288. Następnie przez 30 sekund nadawany jest właściwy sygnał synchronizujący składający się z ciągu impulsów o poziomach czerni i bieli tak, że poziom czerni nadawany jest przez 95 % czasu. Częstotliwość powtarzania impulsów wynosi 1 - 4 Hz i informuje odbiorcę o szybkości analizy obrazu: częstotliwość 1 Hz oznacza 60 linii/min, 1,5 Hz - 90, 2 Hz - 120, a 4 Hz - 240 linii/min. Następnie nadawana jest treść obrazu zakończona sygnałem stopu - tonem 450 Hz. Złożony sygnał synchronizacji pozwala stronie odbiorczej na automatyczne rozpoznanie początku i końca obrazu i odpowiednie uruchomienie urządzeń mechanicznych, które dzięki temu nie muszą pracować stale w przerwach między obrazami. Ten system automatycznej transmisji obrazów określany jest angielskim skrótem APT (ang. Automatic Picture Transmission). W miarę komputeryzacji urządzeń odbiorczych problem ciągłej pracy urządzeń mechanicznych traci na znaczeniu. System APT pozwala jednak w dalszym ciągu na zdalne sterowanie rejestracją obrazów lub ich wydrukiem.
    W transmisji obrazów faksymile stosowana jest podnośna akustyczna modulowana częstotliwościowo: częstotliwość 1500 Hz odpowiada poziomowi czerni, 2300 Hz - bieli. Częstotliwość środkowa sygnału wynosi więc 1900 Hz, a dewiacja 400 Hz (jest ona równa połowie odstępu między częstotliwościami czerni i bieli). W technice amatorskiej na pasmach UKF podnośna ta moduluje nadajnik FM - mamy tu do czynienia z modulacją AFSK, w pasmach długo- i krótkofalowych stosowana jest modulacja FSK o przesuwie częstotliwości 150 Hz na falach długich a 400 lub 800 Hz na KF (agencje prasowe stosują często przesuw 300 Hz). Sygnały satelitów meteorologicznych składają się z podnośnej 2400 Hz (zmodulowanej amplitudowo sygnałem wizyjnym), modulującej nadajnik FM. Zastosowanie modulacji amplitudy podnośnej zapobiega zafałszowaniom skali jasności obrazu w wyniku efektu Dopplera, które wystąpiłyby w przypadku odbioru sygnału zmodulowanego częstotliwościowo - sygnału nadawanago w standardzie emisji naziemnych.
    Maksymalna częstotliwość sygnału wizyjnego zależy od wartości indeksu i szybkości analizy i obliczana jest ze wzoru:
fmax [Hz] = PI * IOC * n / 120
gdzie:
IOC - wartość indeksu,
n - szybkość analizy [linii/min].
    Przykładowo przy szybkości analizy 120 linii/min i wartości indeksu 288 wynosi ona 904 Hz, a dla wartości indeksu 576 - 1808 Hz. Również dla szybkości analizy 240 linii/min i indeksu 288 otrzymujemy 1808 Hz. Szerokość pasma sygnału radiowego przy tych częstotliwościach wizyjnych i odpowiednim doborze dewiacji na falach długich i krótkich nie przekracza szerokości pasma sygnału fonicznego.
    Jest to wartość szczególnie ważna nie tylko ze względu na zajmowane przez sygnał faksymile pasmo częstotliwości, ale także i na wymagania odnośnie szybkości zapisu obrazu w pamięci komputera. Wolniejsze komputery mogą mieć problemy z odbiorem obrazów analizowanych z większymi szybkościami i dla większych wartości indeksu.
    Szerokość pasma zajmowanego przez sygnał FSK wynosi:
B = 2 * (Fdev + fmod) .
    Dewiacja częstotliwości (Fdev) równa jest, jak podano powyżej, połowie odstępu pomiędzy częstotliwościami czerni i bieli (przesuwu częstotliwości). Zakładając maksymalną częstotliwość sygnału wizyjnego równą ok. 900 Hz i dewiację 400 Hz [(2300 - 1500) / 2 = 800 / 2 = 400 Hz] otrzymujemy szerokość pasma wynoszącą 2600 Hz. Podobnie jak w przypadku RTTY modulacja FSK może być uzyskana dzięki modulacji nadajnika SSB za pomocą podnośnej akustycznej (SSB-AFSK, J3C). W przypadku użycia tonów 1500 i 2300 Hz (KF) środek pasma leży o 1900 Hz powyżej wytłumionej nośnej SSB, co należy uwzględnić przy dostrajaniu odbiornika. Stosowana jest górna wstęga boczna (ang. USB).
    Jednocześnie należy zauważyć, że sygnał synchronizujący o zawartości 95 % czerni może ułatwić właściwe dostrojenie odbiornika SSB. Problem ten jest nieistotny w przypadku transmisji z modulacją AFSK/FM na pasmach UKF.
    Tor odbiorczy konwertera faksymile jest właściwie dyskrymimatorem częstotliwości, który w przypadku transmisji czarno-białej musi rozróżniać dwa stany: czerni i bieli, a w przypadku obrazów o płynnych zmianach szarości od 16 do 64 poziomów. Sygnał wyjściowy demodulatora dwupoziomowego jest właściwie sygnałem logicznym i po odpowiednim dopasowaniu poziomów może być podany na właściwe wejście komputera, może tu być stosowany jeden z sygnałów na złączu szeregowym RS-232 lub na złączu drukarki. Sygnał analogowy musi być przetworzony na postać cyfrową za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego i bardzo często jest podawany na wejście sygnałów sterujących złącza szeregowego (w grę wchodzą tu sygnały CTS, DSR, DCD i RI). Inną rzadziej stosowaną możliwością jest wyposażenie komputera w dodatkową płytkę z wejściami cyfrowymi np. zawierającą popularny obwód scalony 8255. Wczytaniem i dalszym przetwarzaniem sygnału zajmuje się opowiedni program faksymile.
    Zadaniem programu odbiorczego faksymile jest przetworzenie odebranego sygnału na postać cyfrową, wpisanie go do pamięci graficznej, a także przetworzenie na postać graficzną odpowiednią do dokonania jego wydruku lub zapisu na twardym dysku. Wymogi odnośnie szybkości przetwarzania nie są zbyt wysokie, np. w przypadku odbioru obrazu nadawanego z szybkością 240 linii/min i przy wartości indeksu 576 odstęp czasowy punktów wynosi 138 ľs, co pozwala na przetwarzanie obrazu nawet za pomocą wolniejszych komputerów. Przedstawiony w powyższym przykładzie obraz zawiera 1809 punktów w linii i 2392 linie, co oznacza, że składa on się z 4327128 punktów; w przypadku rozdzielczości 16-stopniowej każdy z punktów zapisany jest w postaci czterech bitów, a więc cały obraz zajmuje ponad 2 MB, obraz czarno-biały zajmowałby ok. 0,5 MB.
    Obliczenie to pozwala uświadomić czytelnikowi granice możliwości zapisu obrazów. Z tego też względu wiele programów pozwala na ograniczenie rozdzielczości punktowej lub zmniejszenie liczby odcieni. Niezależnie od stosowanej wewnętrznie rozdzielczości, rozdzielczość obrazu wyświetlanego na ekranie określona jest możliwościami posiadanego kontrolera graficznego, najczęściej jest to 640 punktów i 480 linii (standard VGA) lub 800 x 600 punktów (SVGA). Jakość wydruku jest przeważnie większa, ale i ona jest ograniczona możliwościami drukarki. Wydruk czarno-biały pozwala na osiągnięcie maksymalnej rozdzielczości, w przypadku wydruku obrazów o większej liczbie poziomów szarości każdy z punktów zostaje zastąpiony przez matrycę składającą się z 16 lub 64 punktów (odpowiednio o rozmiarach 4 x 4 lub 8 x 8) co zmniejsza rozdzielczość w podanym stosunku. Komercyjne urządzenia faksymile pozwalają na reprodukcję obrazów z pełną rozdzielczością.