Способы цифрового представления факсимильных сигналов

Для черно-белого изображения фотоэлектрический преобразователь, по сути, решает задачу преобразования в цифровой сигнал. Если черный элемент (пиксель) кодировать «1», а белый «0», то первичный сигнал представляется строкой из нулей и единиц. Такой примитивный способ кодирования не сокращает время передачи бланка, так как не учитывает особенностей структуры изображения.

При кодировании черно-белых изображений важны два обстоятельства. Во-первых, строки изображений содержат достаточно длинные участки одного цвета (серии «1» и «0»); во-вторых, между соседними строками имеется большая корреляция, т. е. изменение изображений от строки к строке невелико. Поэтому нет необходимости передавать информацию о каждом пикселе изображения. Достаточно передать, например, информацию о цвете участка (или о смене цвета) и о длине участка одного цвета. Целесообразно также передавать информацию об изображении сразу двух соседних строк либо об изменении изображений от строки к строке. На базе этих принципов строятся различные системы преобразования изображений в цифровой первичный сигнал (кодирование изображений).

Опишем широко применяемые способы кодирования длин монохромных участков или длин серий (КДС, run-length (RL) encoding). Рассмотрим сначала некоторые способы КДС при обработке одной строки изображения, где фрагменты изображения представляют собой черные и белые участки случайной длины.

КДС-1. Исходный сигнал (последовательность серий единиц и нулей) разбивается на группы по четыре пикселя, подвергаемые кодированию 6-разрядной комбинацией А_х.Л-_и Разряды Л₅ и Л₆ обозначают сигналы управления (Л₅, Л₆) = (1,1) и содержат цветовой признак группы: (Л₅, Л₆) = (0,0) — белая, (Л₅, Л₆) — (1, 0) — черная, (Л₅, Л₆) = (0, 1) — черно-белая. При кодировании длинных серий (до 60 элементов) в разрядах А_х.Л_а записано в двоичной форме число одинаковых последовательных групп (до 15 групп). Например, серия из трех белых групп кодируется последовательностью.

Серия из пяти черных групп кодируется последовательностью.

Одноцветные участки большой длины кодируются 16-ричными числами. Для этого формируется ряд кодовых комбинаций с общим цветовым признаком. Например, черная серия из 1440 элементов (360 групп) кодируется тремя кодовыми комбинациями, в которых символы Д₅ и А₆ означают признак черного цвета:

Символы А_У.А₄ в первой кодовой комбинации означают нулевой разряд 16-ричного числа, т. е. 8 • 16° = 8; во второй — первый разряд 16-ричного числа, т. е. 6 • 16¹ = 96; в третьей — второй разряд 16-ричного числа, т. е. 1 • 16²= 256. Общая длина черной серии равна 8 + 96 + 256 = 360. Группы, содержащие переходы от 0 к 1 (от белого к черному), не кодируются.

передается последовательностью Например, группа ч, б, ч, б (1010.

Здесь символы Л₅ и А₆ означают разноцветную группу, а символы А_х…А_а непосредственно передают цветовой признак пикселей.

КДС-2. Данный способ кодирует длины монохромных серий и использует то, что в факсимильных сообщениях серии белого цвета обычно длиннее черных. В основе кодирования белых серий лежат 6-элементные кодовые комбинации, черных — 3-элементные. Для определения начала строки передается служебная комбинация из девяти нулей. Кодирование строки начинается с белой серии с использованием одного из трех алгоритмов:

• 1) серия длины меньше 63 пикселей кодируется 6-разрядным двоичным числом, отображающим количество белых пикселей в виде двоичного
• 6-разрядного числа. Такая кодовая комбинация содержит нули (что сигнализирует о смене цвета), и следующая комбинация относится к пикселям черной серии;
• 2) серия длины больше 63 пикселей, где длина не кратна 63, кодируется несколькими 6-значными кодовыми комбинациями, причем все, кроме последней, состоят из шести единиц. Количество таких комбинаций соответствует количеству групп по 63 пикселя, содержащихся в серии. Последняя кодовая комбинация состоит из нулей и единиц, что сигнализирует о переходе к черной серии;
• 3) если длина серии равна или кратна 63 пикселям, то она кодируется одной или несколькими 6-элементными комбинациями, состоящими из единиц. Для обозначения перехода к черной серии передается 6-значная комбинация, состоящая из нулей.

Алгоритмы кодирования черных серий аналогичны, они базируются на 3-значных комбинациях, критическая длина серий равна семи пикселям.

КДС-3. В основе этого кода лежат 4-значые кодовые комбинации. Первый разряд несет информацию о цвете элемента, а три последующих — о длине серии. В зависимости от длины серии для кодирования используют от одной до четырех комбинаций, объединяемых для записи одного двоичного числа. Например, черная серия длиной 3 пикселя кодируется комбинацией (/, 0, 1, 1), белая серия длиной пять пикселей кодируется комбинацией (0, 1,0, 1), черная серия длиной 17 пикселей кодируется комбинацией (1,0, 1, 0, 1, 0, 0, 1), белая серия длиной 1103 пикселей кодируется комбинацией (0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1), где жирным курсивом даны биты, кодирующие цвет, а остальные биты кодируют число. Максимальная длина кодируемой таким способом серии равна 2¹² — 1 = 4095 пикселей.

Код «Fastfax». В этом коде черные серии передаются непосредственно, т. е. каждому черному пикселю соответствует передача «1» и лишь последний бит черной серии инвертируется для обозначения перехода к белой серии. Кодирование белых серий базируется на использовании 5- и 8-разрядных двоичных чисел. Серии длиной до 30 пикселей кодируются.

5-разрядными двоичными числами. Серии длиной от 30 до 285 пикселей кодируются комбинацией, содержащей одно 5-разрядное и одно 8-разрядное число. Еще более длинные серии кодируются комбинациями, содержащими 5-разрядное плюс 8-разрядное число плюс 5-разрядное плюс 8-разрядное число и т. д. Например, белая серия длиной 30 пикселей кодируется двоичным числом (11 110); белая серия длиной 31 пиксель кодируется двумя кодовыми комбинациями: (11 111) + (0) = 31; белая серия длиной 40 пикселей кодируется двумя кодовыми комбинациями: (11 111)+(1 001)= 40.

Аналогичным образом кодируются серии большей длины.