На МКС работает передатчик, который в автоматическом режиме передает различные SSTV изображения (фотографии планеты, фото космонавтов, QSL карточки и пр.). Специально для этой статьи 27 мая 2009г. в 20-04 МКС мы приняли одно изображение в показательных целях. Для этого использовался трансивер Icom-746. Антенна 5 элементов квадраты с редуктором Yaesu G-5500 и самодельным позиционирующим устройством. Программа для отслеживания координат МКС — Orbitron.
Для декодировки SSTV сигнала использовалась программа MixW
Принято изображение разрешением 320х256 пикселей:
Об SSTV Технологии. История возникновения
SSTV (Slow Scan Television) — Телевидение c медленной разверткой. Если коротко SSTV, в отличие от бытового телевидения — это метод передачи фотоснимков в очень узкой полосе, на частотах, обычно используемых для микрофонных (SSB) связей радиолюбителями.
SSTV был первоначально изобретен Copthorne Macdonald и вначале использовался в основном радиолюбителями, теперь же он применяется большими группами профессионалов типа Полиции и Служб безопасности. Первоначальная идея состояла в том, чтобы найти метод передачи телевизионного изображения по отдельному телефонному каналу. Это подразумевало, что типичное (в то время) шириной 3 МГц телевизионное изображение должно было быть сокращено до 3 кГц (уменьшение 1000:1). Это было решено путем снижения скорости развертки, которая применяется при передаче подвижных изображений. Выбор устройства развертки для синхронизирования пал на бытовой источник питания в 50 или 60 Гц (в зависимости от страны происхождения). Это дало скорость передачи строки 16.6 Hz при 120 или 128 линий в изображении (против тогдашнего стандарта в Англии — 405 строк (теперь 625) на экране), давая новую картинку каждые 7.2 или 8 секунд.
Состав отдельной строки SSTV, с первоначальными техническим требованиям к 8 секундной передаче следующий: — Максимальная полоса пропускания — 3 кГц, поэтому ширина диапазона сигналов SSTV ограничена 2.3 кГц, черному цвету соответствует частота 1500 Гц а белому — 2300 Гц при синхроимпульсе в 1200 Гц значительно ниже уровня черного, так что он не был бы видим. Синхроимпульсы посылаются в конце каждой строки — длительностью в 5 мс и в конце каждой картинки — 30 мс.
Оригинал SSTV системы был основан на экс-правительственных радарных экранах и ЭЛТ с длительным послесвечением. Теперь же большинство SSTV систем — это компьютер, дающий полноцветные картинки с 16 миллионами цветов и времен передачи до нескольких минут для каждого изображения.
История форматов
Формат 8-секунд / 120-строк
Основные стандарты для slow scan tv формировались в период между 1958 и 1961 годами. Оборудованием, для передачи и приема SSTV, в то время служили, вакуумные электронные лампы, которые образовывали большой и тяжелый комплекс.
SSTV оборудование 1958 года
Вверху на фотографии, Вы видете оборудование, которое построил и использовал WB8DQT на W8SH, Michigan State Amateur Radio Club, это был более или менее «стандарт» устройств SSTV для середины 60’х. Большой монитор для отображения картинок на основе электронной трубки, несмотря на свой размер, имел в добавок еще и большой тяжелый внешний блок питания, который может быть замечен вдали слева. Это был известный «MacDonald Монитор», который был описан в мартовском номере QST за 1964 год. Большинство деталей камеры и блока питания находится на большом шасси справа. Голова камеры содержит еще несколько ламп, являющихся видео усилителем и модулятором поднесущей. В то время не имелось никаких комплектов и никаких плат для изготовления конструкции. Все, от обрезания и сверления отверстий в шасси, до распайки огромного количества проводов «от точки к точке» приходилось делать самому. Сегодня, некоторые люди жалуются по поводу усилий, требуемых, для того чтобы установить дополнительные аппаратные средства в ЭВМ. Тогда же в 60-ых, надо было потратить недели, а то и месяцы кропотливого планирования проекта (не имелось никаких стандартных решений), постройки и окончательной регулировки устройства. Но все таки уже в 1969 имелось, чуть меньше, чем две дюжины SSTV приемопередатчиков во всем мире.
Ключем к пониманию самого раннего SSTV стандарта, было то, что изображение могло быть отображено только на радарно-подобной трубке P7 с фосфором, обладающей длительным послесвечением. Электронная схема прорисовывала картинку, строка за строкой, на экране радарной лампы. Как только луч развертки «окрасил» строку, та начнет медленно исчезать. Приблизительно через 8 секунд эту строку уже было трудно рассмотреть, даже в слабо освещенной комнате. Поэтому 8 секунд, были, таким образом, максимальным временем для того, что бы можно было рассмотреть картинку в целом. Учитывая максимальное время, за которое видео могло быть передано, оставаясь в пределах полосы частот для голоса, и тот факт, что Северная Америка использует 60 Гц в сети, у нас была стандартизирована скорость передачи 15 строк в секунду (60/4). В других частях мира, с частотой 50 Гц в сети, эта норма была установлена в 16.66 строк в секунду (50/3). 15 строк в секунду за 8 секунд соответствует 120 строчной картинке (15 x 8) — «оригиналу» стандартного SSTV изображения. Это немного отличалось от того что было в Европе, но мониторы временнно могли в ручную переключаться для связей жителями Северной Америки или различными DX, и все потому что каждой строке видео сигнала соответствовал свой синхроимпульс.
Арт Бахмэн, SM0BUO (Стокгольм, Швеция) — всемирно известная первая SSTV DX станция. Эта картинка была получена на W8SH в 1969 году во время первого двухстороннего SSTV QSO между США и Европой, которая была установлена на 10 метровом диапазоне. Обратите внимание, что формат изображения — по существу квадрат, имеет максимальное преимущество при отображении на круглых трубках.
Первое Color SSTV
Многие SSTV историки, зачастую ошибаются, указывая что первые успешные опыты по работе цветным SSTV в конце 70-ых проводил G3NOX и другие радиолюбители. Фактически, впервые цветные
картинки были переданы с помощью аналоговых устройств в 1969 в результате параллельных экспериментов, проводимых Тэдом Кохеном (W4UMF) и Вэйдом Тэром из Округа Колумбия, и WB8DQT в Мичигане.
Работа, необходимая для создания цветного изображения, и затем восстанавление его после приемя, была огромная (основные процедуры описаны в статье, написанной в декабрьском номере за 1969 год журнала Ham Radio)
Это первое в мире цветное SSTV изображение, произведенное W4UMF в 1969 году, применяя технику subtractive synthesis, с применением yellow, magenta, и cyan составляющих:
Эксперименты WB8DQT использовали так называемый additive synthesis, с красными, зелеными, и синими сигналами. Они отстали на несколько дней от первого успеха Тэда:
Оба эти подхода потребовали большой объем фотографической работы и многих часов проведенных в темной комнате, в процессе подготовки картинки для передачи и восстановления их после приема. Несмотря на все это, Джим Бланд (K4YPX) из Штата Теннесси очень хотел сделать цветную радиосвязь, и в конце 1969, состоялось первое в мире двухстороннее цветное SSTV QSO, между K4YPX и W8SH. Вот эти исторические кадры:
Картинка K4YPX принятая W8SH
Такой была картинка W8SH в Штате Теннесси.
Нельзя говорить, что цветное SSTV могло бы стать действительно реально используемым до появления scan-конвертеров, но основы его были заложены именно тогда.
Robot моделей 70/80
Появление новых твердотельных радиоэлементов в 70-х годах, резко уменьшило размер и потребляемую мощность мониторов, камер, и другого SSTV оборудования. Использование печатных плат для схем, также облегчило процесс постройки SSTV оборудования. Появились новые разработки мониторов (W4TB, W9LUO, W6MXV) и несколько компаний начали их производство на коммерческой основе. Наиболее успешной из них была компания из Сан-Диего, Robot Research, Inc. Производимые ими SSTV мониторы (модели 70) и аналоговые камеры (модели 80), для использования в SSTV, позволили облегчить освоения этого вида радиосвязи, что вызвало значительное увеличение во всем мире станций оборудованных SSTV. Модель 70 была значительно лучше дисплейной системы P7, и формат картинки был бы неизменен если бы не одна маленькая деталь. Дизайн камеры модели 80 делал передачу 128 строчных картинок, увеличивая полное время кадра до 8.5 секунд — но существующие системы могли принимать их без проблем.
Картинка переданая на Robot-оборудовании
Учитывая разрешающую способность основного формата SSTV, картинки портретного типа были наиболее практичными и многие станции увеличили пределы доступной разрешающей способности кадров. Вы можете видеть картинку переданную Gene, W1VRK из штата Massachussetts — станция имела Robot-оборудование.
Черно-белые приемные конвертеры
Поскольку цифровые схемы стали более доступными, а память с малыми объемами упали в цене, экспериментаторы начали рассматривать концепцию цифрового SSTV конвертора. Идея проста — оцифровывать входящую SSTV картинку и сохраняют ее в памяти. Окончательные данные могут считываться из памяти с очень высокими скоростями, давая хорошее изображение на любом черно-белом телевизоре или мониторе.
Так как исходные изображения имели только 128 строк, а памяти было недостаточно (было дорого), все ранние конвертеры отцифровывали сигнал с 128 пикселями в строке, создавая 128 x 128 цифровой формат, который соответствовал квадратному коэффициенту сжатия дисплеев P7. Каждый пиксель был кодирован как 4-бита, чтобы он мог отобразить 16 градаций серого. Окончательные изображения были грубы по сегоднешним стандартам, но это делалось для того, чтобы было возможно использовать стандартные телевизоры в качестве дисплея, при нормальном освещении комнаты.
Этот 128x128x16(градаций серого) формат был принят для первого успешного коммерческого конвертора, Robot 400. Конвертор 400 помимо всех необходимых схем аудио переключений, также имел схемы для фиксирования или «захвата» изображений со стандартной b/w TV камеры. Это была законченная SSTV станция в коробке скромных размеров. Теперь было чрезвычайно просто начать работать SSTV ведь 400-й стоил приблизительно $800 (и это в долларах середины 70-х), к которому Вы должны были добавить только монитор/телевизор и камеру. Это еще больше увеличило число SSTV станций во всем мире.
Цифровые чипы памяти продолжили увеличиваться в объеме и падали в цене, и скоро стало возможно иметь три блока памяти — достаточных для того, чтобы сохранять красные, зеленые, и синие данные картинок. Добавили схемы для мультиплексирования в RGB, NTSC, или PAL, и Вы имели цвет!
Даже в этой ранней стадии, различные экспериментаторы имели свои собственне идеи относительно того, как форматировать такое цветное изображение для передачи и приема — так появились различные режимы передачи этих 128 x 128 цветных изображений.
Чтобы не отстать, Robot бросает в атаку 450C цветной конвертер (и 400C окрашивающее расширение для существующего 400-ого) — но они выбрасывают и целую связку новых цветных форматов, появляются и черно-белые с более высокой разрешающей способность, а с появлением известных 1200C, и цветных с более высокими разрешающими способностями.
Подобно 800 фунтовой горилле, цветные режимы Робота станут новым «стандартом», но с теперь уже знакомым прямоугольным коэффициентом сжатия и 260К+ цвета, и коды VIS в начале каждого изображения, с использованием которых конвертер мог автоматически обнаруживать используемый режим:
Так что каждый был счастлив — правда? Едва ли! Экспериментаторы, особенно в Великобритании, думали, что имелись лучшие способы передачи цвета и ухода от необходимости вызывать каждую строку, не говоря уже о том, как обработать цветные изображения с низким разрешением и как форматировать сигналы в условиях плохого прохождения. Таким образом появились Martin и Scottie режимы, осуществлены через новый EPROMS Robot 1200’s CPU! EPROMS обрабатывает Martin, Scottie, и Robot форматы, плюс Volker Wrasse форматы, которые были все еще популярны в Германии! Эта относительная стабильность продолжалась, пока не начинают применять компьютеры для приема изображения.
Amiga — первая система, которая позволяла прилично работать с цветным SSTV. Amiga разработчиками, в дополнение к уже имеющимуся широкому диапазону существующих режимов, добавлена целое семейство новых — AVT режимов, названых по имени, системы Amiga AVT SSTV (интерфейс + программное обеспечение). AVT режимы были «секретные» (стандарты не были опубликованы), но в конечном счете они были декодированы и добавлены в Martin и Scottie EPROMs для 1200.
Когда IBM аналоги наконец становятся достаточно хорошими чтобы обрабатывать цветное SSTV, бедные разработчики должны были включать все множесто режимов, которые являются результатом этой хронологии, не говоря уже о более новых, с более высокой разрешающей способностью форматов, поскольку SVGA дисплеи превосхоят разрешающую способность почтенного Robot-1200.
Вот почему мы имеем так много SSTV режимов. Неужели мы нуждаемся в этом многообразии? До тех пор пока SSTV сообщество (по всему миру) не сможет подчистить список до его основных тем, мы продолжим иметь дело с экраном, полным параметрами, 90% из которых Вы никогда не будете использовать.
Словарь SSTV терминов
AVT — Amiga видео трансивер. (1) Интерфейс и программное обеспечение для использования с компьютером Amiga фирмы Commodore, разработанный Ben Blish-Williams, AA7AS, и изготовленный Advanced Electronics Applications (AEA). (2) семейство SSTV режимов передачи, сначала представленных с AVT.
Back Porch — Промежуток между информационным сигналом строки передаваемой картинки и горизонтальным синхроимпульсом.
Chrominance — Цветовая составляющую видеосигнала. Режимы Robot color передают яркость пикселя (яркость, символ «Y») и цветность (цветоразностные сигналы R-Y и B-Y) раньше чем RGB сигнал (красный, зеленый, синий).
Demodulator — Устройство (для SSTV) декодирует изображение и синхронизирующую информацию из полученного сигнала звуковой частоты.
Frame — Одна полная картинка (сверху до низа). Например, в Scottie S1 имеется 240 линий развертки в frame.
Frame Sequential — Ранняя схема передачи цветного SSTV , которая посылала три отдельных изображения с красными, зелеными, и синими составляющими. Теперь устарела.
Front Porch — Пустой промежуток при передаче строки картинки до горизонтального синхроимпульса.
FSTV — Быстрое ТЕЛЕВИДЕНИЕ, часто называемое ATV (Любительское Телевидение). Обеспечивает полный видеосигнал за счет больших требований к ширине полосы излучения. Не может Использоваться на КВ или низких УКВ диапазонах.
Line Sequential — Метод передачи цветного SSTV, при котором посылается Красная, Зеленая и Синяя строки развертки, последовательно для каждой строки.
Luminance — Составляющая яркости видеосигнала. Обычно она вычисляется как Y (яркость) = 0.59 * G (Зеленый) + 0.30 * R (Красный) + 0.11 * B (Синий).
Martin — Семейство SSTV режимов разработанных Martin Emmerson, G3OQD, из Англии.
NTSC (National Television System Committe) — Телевизионный стандарт принятый в Северной Америке и Японии.
PAL(Phase Alternation Line) — Телевизионный стандарт использующийся в основном в Европе.
Pixel — Один элемент картинки отображаемый на дисплее. Точка отображаемая на экране компьютерного монитора или печатаемая принтером.
P7 Monitor — Очень длинная ЭЛТ используемая в самих ранних дисплеях SSTV.
RGB — Красный, Зеленый, Синий. Популярная модель разложения цветов. Большое количество цветов возможно получить путем смешения в различных пропорциях Красного, Зеленого, Синего.
Robot — Абривиатура оборудования для SSTV выпускаемого Robot Research. Семейство SSTV режимов анонсированных с данным оборудованием.
Scan Converter — Устройство преобразующее один видео стандарт в другой. Для примера, Robot 1200C преобразует NTSC в SSTV.
Scottie — Семейство SSTV режимов разработанное Ed Murphy, GM3BSC, из Шотландии.
SECAM — Стандарт телевидения принятый по Франции и СНГ.
Slant correction — Процедура коррекции наклона картинки при приеме/передаче в некоторых программах SSTV.
SSTV — Телевидение с медленной разверткой. Информация о картинке передается с помощью простого звукового сигнала.
VIS (Vertical Interval Signalling) — Перед кадровым синхроимпульсом, до передачи картинки, цифровой пакет содержащий информацию о формате последующей картинки. Многие приемные SSTV системы используют его для автоматического выбора режима. Впервые использован в Robot 1200C.
Wraase — Семейство SSTV режимов используемых в Wraase SC-1 и SC-2 конвертерах разработанных Volker Wraase, DL2RZ, из Wraase Electronik, Германия.
____________________
Историческая справка подготовлена по материалам WB8DQT и EU6TV