— А как получить ток в виде двоичных импульсов, если изображение имеет плавные переходы от белого цвета к черному, как, например, на фотографии? — спросит читатель. — Ведь в этом случае ток в цепи фотоэлемента будет меняться тоже плавно.
Законный вопрос. Чтобы на него ответить, вспомним, каким образом мы поступали, когда имели дело с плавным изменением звукового давления, точнее, с плавным изменением его "электрической копии" — тока микрофона. В этом случае включали на выходе микрофона АЦП, который с помощью встроенного в него электронного ключа выделял отсчетные значения тока и затем, "взвешивая" их на "электронных весах", вырабатывал двоичный импульсный код.
При двоичном кодировании фотографии нужно прежде всего решить вопрос, с какой частотой АЦП должен брать отсчетные значения тока в цепи фотоэлемента. Ясно, что за промежуток времени, пока "рассматривается" один элемент изображения, нужно взять хотя бы одно отсчетное значение, иначе информация об этом элементе будет пропущена. Например, если световое пятно освещает каждую элементарную площадку изображения в течение 1 с, то и отсчетные значения тока следует брать не реже чем через 1 с. Если же на "рассматривание" элемента изображения тратится времени в 10 раз меньше, т. е. 0,1 с, то каждую секунду нужно выделять, по крайней мере, 10 отсчетных значений. Вот такой интервал.
В современных факсимильных аппаратах световое пятно и фотоэлемент перемещаются вдоль строк изображения с помощью механических систем. Световому лучу удается при этом "пробегать" за 1 с более 2000 элементов изображения — своеобразный световой спринт. Нетрудно подсчитать, что на "просмотр" одного такого элемента приходится отрезок времени, не превышающий 1/2 000 = 0,0005 с = 500 мкс. Через такие интервалы (или чаще, но не реже) и должен выделять отсчетные значения тока АЦП. Заметьте, чтобы не потерять информацию при кодировании звукового сигнала, приходилось брать его отсчетные значения гораздо чаще: через 125 мкс для речи и через 25 мкс для сигналов с более богатой звуковой палитрой — музыки, шума прибоя, щебетания птиц и т. п. Это сравнение не относится к факсимильным аппаратам, предназначенным для передачи газет, где скорость развертки значительно выше: более 200000 элементов изображения в секунду, в результате необходимо брать отсчеты тока в 100 раз чаще — через 5 мкс.
Мы уже упоминали, что для удовлетворительного воспроизведения фотографии достаточно сохранить всего 20 градаций полутонов при переходе от белого тона к черному. Это означает, что каждое отсчетное значение тока должно сравниваться в АЦП с одним из 20 эталонных значений, соответствующим той или иной градации яркости. Для этих целей можно было бы использовать АЦП, кодирующий каждое отсчетное значение 5-разрядным двоичным кодом. Но, поскольку промышленностью выпускаются стандартные 8-разрядные микросхемы АЦП, удобнее использовать их. Кстати, это позволяет сохранять в изображении до 255 градаций яркости и делать тем самым его цифровую копию еще более точной, приближенной к оригиналу.
…В конце XIX века в преступном мире Парижа возник переполох. В руки полиции все чаще стали попадать действовавшие ранее безнаказанно матерые преступники. Резко повысить раскрываемость преступлений помогла созданная начальником Бюро судебной идентификации парижской префектуры Альфонсом Бертильоном картотека "словесных портретов" преступников, нарисованных со слов свидетелей.
К сожалению, словесные портреты не гарантируют высокой точности опознания разыскиваемых лиц: часто облик, созданный по указаниям свидетелей, весьма далек от реальности. Наличие у следователя фотографий подозреваемых лиц значительно повышает вероятность опознания. В распоряжении следственных органов имеются фотокартотеки, в которых хранятся тысячи фотографий представителей преступного мира.
Давайте подсчитаем, какой объем памяти нужен для записи в нее фотоизображения размером с обычную почтовую открытку. Ее площадь составляет примерно 100 см2 или 10000 мм2. Так как на каждом квадратном миллиметре изображения располагается 100 элементов, а яркость каждого из них кодируется с помощью 8 бит, то легко определить, что для кодирования всей фотографий потребуется объем памяти 10000х100х8 = 8∙I06 бит.
В интегральной микросхеме с объемом памяти, скажем, 30 гигабит (30∙109 бит) можно вместо 3 000 книг или 100 часов непрерывного разговора, хранить около 4000 фотографий преступников.
Как же "извлечь" фотографию из электронной памяти? Двоичную информацию, "считанную" из ячеек памяти, нужно подать на ЦАП. Он превратит двоичный импульсный код в непрерывный ток — электрическую копию изображения. Если этот ток пропустить теперь через специальную газосветную (или газоразрядную) лампу, она будет вспыхивать то ярче, то слабее — как бы мигать в зависимости от силы тока. Остается только сфокусировать оптическими линзами свет от этой лампы в виде пятна размером 0,1х0,1 мм и по строкам перемещать его вдоль фотопленки или фотобумаги. Так как яркость свечения лампы меняется, в различных участках фотографического материала будет вызываться большее или меньшее почернение светочувствительного слоя. В результате этих следов на фотопленку или фотобумагу точка за точкой, строка за строкой наносится изображение. Пока оно еще скрыто от наших глаз. Но вот завершены процессы проявления и фиксирования — и перед нами точная фотокопия оригинала, помещенного ранее в электронную память.
Фотография… Она запечатлевает только одно вырванное из жизни мгновение. И это "застывшее" мгновение оказалось возможным превратить в чередование 0 и 1, которые, в свою очередь, можно "упаковать" в интегральную микросхему "до востребования" или передать с помощью средств связи по назначению.
А нельзя ли "законсервировать" в электронных ячейках не одиночный стоп-кадр из многообразной жизни, а хотя бы ее небольшой "кусочек"? Представьте, вы подключили к дисплею электронную память и на его экране ожили застывшие до той поры мгновенья.
Живые картинки? Ожившие фотографии? Да ведь их впервые широкая публика увидела еще 28 декабря 1895 г. — в Париже на сеансе "синематографа" братьев Огюста и Луи Люмьеров.
Возможно, братья были знакомы с замечательным свойством глаза "видеть" исчезающее изображение еще примерно 0,1 с. Весь "секрет", таким образом, заключается в том, что если каждую секунду делать десять или более фотографий, а затем предъявлять их с такой же частотой, то человек не будет наблюдать разрывов между изображениями. На этом эффекте основаны и "синематограф" братьев Люмьеров, и современное кино, и телевидение. Заметим лишь, что для устранения неприятных мельканий на экране каждую секунду снимается и затем воспроизводится не 10, а 25 кадров.
Не правда ли, эти 25 неподвижных изображений напоминают нам отсчетные значения такого непрерывного процесса, как окружающая нас жизнь, взятые через промежутки 1/25 с?
Итак, любое подвижное изображение — это смена через каждые 40 мс одного неподвижного изображения другим. За время между сменой кадров нужно успеть просмотреть все неподвижное изображение. Как вы помните, изображение размером, скажем, с почтовую открытку содержит миллион элементарных площадок или элементов изображения размером 0,1х0,1 мм. Значит, каждый элемент изображения придется рассматривать в течение одной миллионной доли от отведенных на весь кадр 40 мс. Это непостижимо короткий отрезок времени — всего четыре десятимиллиардных доли секунды! Ясно, что ни одно механическое устройство не способно перемещать световое пятно и фотоэлемент по строкам изображения с такой скоростью.
Вы никогда не задумывались над тем, что вы видите на экране телевизора, когда усаживаетесь перед ним в свободный вечер? Изображение? Нет, в действительности на экране никакого изображения нет, абсолютно никакого! Если бы мы сумели открыть глаза на какую-то ничтожную долю секунды (а речь идет о миллионных и даже миллиардных долях), то увидели бы на экране всего одну светящуюся точку. Это она бежит с невероятной скоростью по экрану, оставляя в нашем глазу след (помните, мы видим то, чего уже нет, еще в течение 0,1 с), изменяющийся по яркости.
