Ktoś mocno zaznajomiony z techniką cyfrową powie, że oczywiście tak. Tak przecież działał bardzo popularny w zakładach pracy fax. Wkładało się kartkę do urządzenia i wybierało numer telefonu odbiorcy. U nadawcy następował proces skanowania obrazu do postaci cyfrowej, następnie za pomocą modemu i linii telefonicznej obraz był przesyłany do drugiego urządzenia – odbiorcy, a tam odebrany obraz był drukowany na papierze.

Ktoś inny powie, że przecież wczesny Internet, BBS-y i FidoNet tak działały, ale to ciągle ta sama technika. Obraz pomimo tego, że przesyłany w analogowym kanale audio był wciąż zakodowany cyfrowo. Był zdyskretyzowany lub skwantowany – można by rzec. Jasność i kolor każdego punktu mógł zostać wyrażony jako wartość mieszcząca się w jakimś przedziale jako jedna, konkretna wartość. Im więcej tych poziomów, a tym samym ich mniejszy przedział, tym lepiej odwzorowany obraz.

A czy da się przesłać analogowy obraz. Bez kwantyzacji, bez zamiany sygnału analogowego na cyfrowy? Ktoś, kto miał do czynienia z pierwszymi faksami, które u nas nie były popularne – również odpowie twierdząco. Da się przesłać obraz w pełni analogowo w sygnale audio.

Jak można by tego dokonać? Mocno upraszczając: Wyobraźmy sobie czarno-biały obraz na kartce, który następnie tniemy na bardzo cienkie paski. Te paski następnie sklejamy ze sobą w jeden długi pasek. Tym oto sposobem z obrazu dwuwymiarowego, czyli mającego długość i szerokość zrobiliśmy obraz jedno wymiarowy – mający tylko długość. Następnie tak wykonany pasek oświetlamy i przesuwamy przed jakimś detektorem optycznym, np fotodiodą. Pomijając nieliniowość fotodiody na jej wyjściu mamy ciągły, analogowy sygnał elektryczny, który jest odzwierciedleniem naszego obrazu. Taki sygnał z powodzeniem mieściłby się w paśmie akustycznym – mógłby być przetworzony na dźwięk. Po stronie odbiorczej następuje proces odwrotny. Poziom sygnału odpowiada poziomowi otwarcia kanału dopływem tuszu do dyszy, na przeciw której przesuwa się pasek papieru. Teraz pozostaje poprzecinać pasek na mniejsze w odpowiednich miejscach i złożyć dwuwymiarowy obraz.

Tu powstaje pytanie: Skąd wiadomo, w którym miejscu przeciąć pasek? Taka informacja również musi być w jakiś sposób przekazana do odbiorcy. Można się umówić, że określony poziom sygnału, który nie występuje podczas odczytu paska przez detektor optyczny oznacza koniec linii. Tak się właśnie to realizuje. Jest to sygnał synchronizacji. Coś jak dzwonek w maszynie do pisania oznaczający, że dobiegamy do końca wiersza i należy przesunąć wózek do nowej linii i początku wiersza.

Więc mamy już gotowy sygnał analogowy, który wystarczy przesłać w kanale dźwiękowym. Jednak jakość tego będzie marna. Mogą wystąpić sygnały niskiej częstotliwości, które w takim kanale telefonicznym zostaną wytłumione. Lepszym sposobem jest zmodulowanie jakiegoś innego sygnału tym sygnałem powstałym z odczytu paska. Po stronie odbiorczej należy zatem ten sygnał zdemodulować, aby uzyskać sygnał pierwotny. Można tu wykorzystać modulacje amplitudy (AM) lub modulacje częstotliwości (FM).

Wiemy już jak przesłać obraz czarno-biały. A co z kolorowym? Zastanówmy się. Czym jest obraz kolorowy? W zależności od modelu, obraz kolorowy to złożenie kilku obrazów czarno-białych. Ale skąd kolory się biorą w czerni i bieli? Można wykonać pewien trik. Najprostszy model obrazu kolorowego to RGB. Mamy 3 składowe: czerwoną, zieloną oraz niebieską. Trzy podstawowe kolory, których odpowiednie mieszanie ze sobą metodą addytywną powoduje wrażenie różnych kolorów u człowieka. Każdą taką składową można zapisać jako czarno-biały obraz. Wyobraźmy sobie, że na detektor zakładamy filtr czerwony – czerwone szkiełko. Filtr taki przepuszcza tylko promieniowanie widzialne o długości fali odpowiadającej kolorowi czerwonemu. Na wyjściu mamy poziom sygnału, ale tylko dla składowej czerwonej. Światło innego koloru nie dostaje się przez filtr do detektora, wiec nie zaburza sygnału. Tak samo postępujemy dla składowej zielonej oraz niebieskiej. Kiedy wiemy, że najpierw odczytujemy i przesyłamy dla każdej linii składową czerwoną, następnie zieloną, następnie niebieską, jesteśmy w stanie po stronie odbiorczej odwrócić ten proces. Z drukowaniem tego jest trochę więcej zabawy, bo o ile model RGB tworzy kolor metodą addytywną, czyli kolejne składowe się dodaje aby otrzymać kolor docelowy, to przy drukowaniu model RGB nie działa.

Drukowanie działa na innej zasadzie. Tam obowiązuje model CMYK. W modelu RGB, jeśli zaświecimy czerwoną i zieloną lampkę otrzymamy kolor żółty. Jeśli jednak zmieszamy farby czerwoną z zieloną wyjdzie nam jakaś taka szarawa. W idealnym przypadku wyszłaby czarna. Dlaczego tak się dzieje? Farby i światła działają na innej zasadzie. Farba czerwona jest czerwona nie dlatego, że świeci na czerwono, tylko pochlania długości fali inne niż te, które są postrzegane jako czerwone. Te odbija. Jeśli zatem zmieszamy czerwoną farbę z zieloną. Nic nie zostanie odbite. Jest to mieszanie subtraktywne. Wiec, żeby dało się obraz RGB wydrukować, należałoby przekonwertować go do modelu CMYK, ale nie jest to tematem tego postu. Zamiast drukować, możemy go wyświetlić na ekranie telewizora bądź komputera, gdzie obowiązuje model RGB.

Zastanówmy się teraz od czego zależy częstotliwość takiego sygnału. Dla obrazów, które mają długie przejścia tonalne (jasności) wzdłuż linii poziomej taki sygnał będzie się zmieniał wolno. Jeśli jednak będą następować krótkie przejścia tonalne, a ekstremalnie czarne i białe małe plamy na przemian, to taki sygnał będzie o wyższej częstotliwości. W mediach transmisyjnych najbardziej jesteśmy ograniczeni częstotliwościowo od góry. Zatem takie nagłe zmiany jasności zostaną rozmyte a obraz traci na szczegółowości. Co możemy zrobić? Albo zwiększyć częstotliwość graniczną takiego medium, albo odczytywać taki obraz po prostu wolniej. Wniosek jest taki, że prędkość przesyłania obrazu o zadanej szczegółowości zależy od pasma przenoszenia medium.

Skoro potrafimy już przesyłać obrazy i to w kolorze. To czy da się przesłać ruchowym obraz, czyli film? Oczywiście, że się da. Mamy przecież telewizję. Właściwie to mieliśmy, bo analogowej telewizji już od dobrych lat nie ma. Cała idea jest wciąż ta sama. Obraz ruchomy to ciąg następujących po sobie obrazów. Całe wyzwanie polega na tym, żeby te obrazy przesyłać na tyle szybko, aby wywołać wrażenie obrazu ruchomego. Można przesłać 25 obrazów na sekundę, ale okazuje się, że migotanie jest uciążliwe. Wymyślono, że lepiej przesłać 50 półobrazów na sekundę. Ale nie byle jakie pół. Przesyłane są linie parzyste i nieparzyste na przemian. Dopiero taka metoda pozwoliła zapewnić odpowiedni komfort widza.

Okazało się, że tak skonstruowany sposób przesyłania tak dużej ilości półobrazów w tak krótkim czasie spowodował, że częstotliwość tego analogowego sygnału urosła do rzędu kilku megaherców. Sygnał o tak wysokiej częstotliwości nie jest już sygnałem audio. O ile na statyczny obraz możemy dłużej poczekać. To na ruchomy nie będziemy czekać kilkanaście sekund lub klika minut na każdą klatkę. Przestanie on być ruchomy.

Podsumowując: Da się przesłać analogowy obraz w sygnale audio i są do tego gotowe narzędzia i protokoły. W następnym wpisie opiszę czym jest SSTV (ang. Slow Scan TeleVision) – telewizja wolnego skanowania.