9. Emisje obrazowe

W spóln± cech± przedstawionych poniżej emisji jest to, że służ± one do przekazywania obrazów lub pisma w postaci obrazowej.

9.1. Faksymile
Mixw w obecnej wersji (2.0) pozwala jedynie na odbiór obrazów faksymile. Spis stacji komercyjnych i ich rozkłady pracy znajduj± się m.in. w Internecie pod adresem www.hffax.de/HF_Fax/HF-Fax_Schedules/hffax_schedules.html. Emisja faksymile jest też stosowana przez krótkofalowców w zakresach fal krótkich i ultrakrótkich.
Do odbioru faksymile należy wybrać w odbiorniku górn± wstęgę (USB). W niektórych spisach częstotliwości podawana jest częestotliwość środkowa sygnału, odbiornik należy więc dostroić do częstotliwości o 1,9 kHz niższej. W sygnale faksymile poziom czerni odpowiada częstotliwości podnośnej akustycznej 1500 Hz a poziom bieli - 2300 Hz, co oznacza, że częstotliwość środkowa wynosi 1900 Hz. Po dostrojeniu odbiornika pomocnicza podnośna na wskaźniku wodospadowym powinna mieć częstotliwość 2300 Hz. Znacznik myszy należy umieścić w położeniu niższym o 400 Hz czyli właśnie w środku pasma. Jasność obrazu można regulować przez przemieszczanie wskaźnika w lewo lub w prawo od położenia środkowego.
Wskaźnik wodospadowy należy skonfigurować tak, aby wyświetlał widmo sygnału akustycznego (menu "View|Sound"). Zaleca się usunięcie pasków narzędziowych z ekranu w celu powiększenia obszaru przeznaczonego na obraz (w tym celu należy w menu "View" - "Widok" usun±ć zaznaczenia przy paskach narzędziowych).
Większość stacji meteorologicznych pracuje z szybkości± analizy 120 linii obrazowych /min. W urz±dzeniach mechanicznych odpowiadało to 120 obrotom bębna / min. Ze względu na niedokładność podstawy czasu (częstotliwości zegarowej) płytki dźwiękowej odebrane obrazy mog± być pochylone. Konieczne jest wówczas przeprowadzenie kompensacji odchyłki podstawy czasu. Kompensację przeprowadza się po uprzednim wybraniu emisji faksymile (menu "Mode|Fax" - "Emisja|Faksymile") w punkcie "Mode|Mode settings" ("Emisja|Parametry"). Otwierane jest wówczas okno dialogowe, w którym należy wprowadzić szybkość analizy lekko różni±c± się od znormalizowanej i sprawdzić przy odbiorze w jaki sposób zmiana wpłynęła na pochylenie obrazu. Po kilku próbach można osi±gn±ć zadowalaj±ce rezultaty.
Na pierwszej ilustracji poniżej przedstawiono wygl±d wskaźnika wodospadowego po prawidłowym dostrojeniu się do stacji faksymile, a na następnej przykład odebranego obrazu.
Kolejne dwie ilustracje przedstawiaj± następny przykład dostrojenia stacji i uzyskanego obrazu.
9.2. System Hella
System Hella został opatentowany w r. 1929 i jest stosowany do dzisiaj zarówno w oryginalnym formacie jak i w kilku jego odmianach. Był to pierwszy system transmisji tekstów w postaci graficznej i znalazł zastosowanie zarówno w służbie prasowej jak i w wojsku dzięki znacznej odporności na zakłócenia. Pierwotny system znany jest obecnie pod nazw± Feld-Hell. Znaki w systemie Feld-Hell s± złożone tworz±cych matrycę o wymiarach 7 x 7 punktów. Przykład tekstu pokazany jest na ilustracji poniżej.
Elementom czarnym odpowiada transmisja sygnału a białym - jej brak. Jak wynika z zał±czonego przykładu fektywny czas transmisji sygnału wynosi ok. 22 % całości czasu nadawania. Odpowiada to wysokiemu stosunkowi mocy szczytowej do średniej co przyczynia się do poprawy czytelności w warunkach zakłóceń. Szybkość transmisji wynosi 150 znaków / min (2,5 znaku /sek) czyli długość znaku wynosi 400 ms. Przy 49 punktach długość punktu równa jest 8,163 ms czyli szybkość transmisji wynosi 122,5 boda. W pierwotnych urz±dzeniach Hella i w lepszych programach każde z pól jest dzielone w pionie na dwie niezależnie przekazywane połowy dzięki czemu wzrasta efektywna rozdzielczość pionowa. Szerokość pasma nie wzrasta ponieważ pojedyńcza połowa pola nie występuje w kroju czcionki. Dopuszczalne s± jedynie dwie lub trzy połówki. Unika się w ten sposób także zafałszowania impulsów w przypadku dłuższych czasów przeł±czania nadajnika. Ograniczenie szerokości pasma zajmowanego przez sygnał uzyskuje się też poprzez odpowiednie kształtowanie impulsów. W przypadku prostok±tnego kształtu impulsów szerokość pasma przekraczałaby 1 kHz. Istotne zawężenie pasma daje zastosowanie impulsów o kształcie podniesionego cosinusa - szerokość pasma nieznacznie przekracza 245 Hz. Kształt impulsu przedstawiono na ilustracji poniżej.
Impulsy o kształcie podniesionego cosinusa moduluj± wypadkowo podnośn± sygnałem sinusoidalnym o częstotliwości 122,5 Hz, a więc sygnał w.cz. zawiera dwa pr±żki rozmieszczone w odstępie 122,5 Hz wokół nośnej.
Na następnej ilustracji przedstawiono widmo sygnału kluczowanego impulsami prostok±tnymi. Skala na osi pionowej jest logarytmiczna.
Wiele programów pozwala na transmitowaanie w systemie Feld-Hell każdej z kolumn podwójnie. Znaki maj± wówczas podwójn± szerokość co poprawia ich czytelność w trudnych warunkach odbioru (patrz rysunek).
Transmisja pól podzielonych na połowy jak dwukrotne powtarzanie kolumn nie powoduje utraty kompatybilności z norm± podstawow±. Liczba pól, na które dzielony jest znak może także ulegać zmianom pod warunkiem, że nadawanych jest 17,5 kolumny / sek i że szerokość pasma sygnału nie ulegnie zmianie.
W mechanicznych aparatach Hella znajdował się obracany bęben, na który nałożone były pierścienie z układem kontaktów dla każdej z liter. Grupy kontaktów odpowiadaj±cych poszczególnym kolumnom umieszczone były kolejno na obwodzie pierścienia (patrz ilustracja poniżej). Naciśnięcie klawisza powodowało obrót bębna, a rozkład kontaktów decydował o rytmie kluczowania nadajnika. Mechanizm klawiatury uniemożliwiał jednoczesne naciśnięcie dwóch klawiszy i zapewniał właściwe odstępy między nadawanymi znakami. Klawisz odpowiadaj±cy następnemu nadawanemu znakowi musiał być naciśnięty jeszcze w czasie transmisji poprzedniego, ponieważ w przeciwnym wypadku wtr±cany był odstęp między znakami.
W aparatach stosowanych w czasie wojny kluczowany był pomocniczy generator akustyczny pracuj±cy na częstotliwości 900 Hz. Sygnał podnośnej przesyłany był przez sieć telefoniczn± lub nadajniki radiowe. Alternatywnie stosowane było bezpośrednie kluczowanie nadajnika. W pewnym uproszczeniu można stwierdzić, że system Feld-Hell jest swego rodzaju prostym systemem faksymile.
Służby prasowe stosowały dawniej również odmianę systemu F-Hella pracuj±c± z podwójn± szybkości± transmisji (245 bodów, czyli 5 znaków / sek).
W odmianie asynchronicznej - GL-Hell - każdy z nadawanych znaków poprzedzony jest blokiem startowym służ±cym do zasynchronizowania odbiornika na czas odbioru znaku. System ten nie oferuje szczególnych korzyści w zastosowaniach amatorskich.
W ł±cznościach krótkofalarskich stosowany jest przeważnie system Feld-Hell. Nadajniki s± albo kluczowane bezpośrednio jak w przypadku telegrafii albo też kluczowana podnośna jest podawana na wejście nadajnika SSB. Rozbieżność podstawy czasu po stronach nadawczej i odbiorczej powoduje pochylenie odebranego tekstu, który jednak mimo wszystko pozostaje czytelny. Odebrany tekst jest drukowany (obecnie wyświetlany) dwukrotnie, pomimo że jest nadawany tylko raz.
Następny przykład ilustruje wynik niezgodności faz podstawy czasu. Wyświetlana poprawnie linia znajduje się pomiędzy dwoma fragmentami drugiej z nich.
Nowoczesne techniki cyfrowej obróbki sygnałów (COS) pozwalaj± na znaczne poprawienie jakości odbioru i zawężenie pasma sygnału. Dostępne obecnie programy krótkofalarskie wykorzystuj± jako modem b±dź to płytkę dźwiękow± komputera b±dź też modem-komparator typu Hamcomm. Dla zilustrowania korzyści płyn±cych z zastosowania cyfrowej obróbki sygnałów porównajmy dwie następne ilustracje. Na pierwszej z nich widoczny jest tekst stacji DX-owej wyświetlany po zdekodowaniu przez program wyposażony wprawdzie w filtr cyfrowy ale nie dysponuj±cy pozostałymi możliwościami COS, natomiast na drugiej - przez program intensywnie wykorzystuj±cy te możliwości. Dodatkowo w drugim z przykładów stosowana jest skala szarości. Dalszym czynnikiem zwiększaj±cym odporność systemu Hella na zakłócenia jest fakt, że otrzymany obraz jest odczytywany przez człowieka, a nie interpretowany przez komputer. Oko i umysł ludzki mog± prawidłowo rozpoznać znaki odebrane niekompletnie lub zamazane przez zakłócenia.
9.2.1. Wyniki praktyczne
System Feld-Hell daje dobre rezultaty na trasach o stabilnych warunkach odbioru (słabych zanikach) i zapewniaj±cych siłę sygnału na poziomie średnich szumów lub wyższym. Wyświetlanie obrazu w pełnej skali szarości, a nie tylko w postaci czarno-białych elementów znacznie poprawia czytelność przy niskich stosunkach sygnału do szumu. System jest także mało wrażliwy na zakłócenia interferencyjne ale nośne lub sygnały telegraficzne znajduj±ce się wewn±trz kanału transmisyjnego mog± poważnie utrudnić lub uniemożliwić odczyt tekstu.
Najbardziej szkodliwym efektem jest wpływ zmian fazy sygnału spowodowany zanikami i zmianami trasy propagacji fali. Zmiany te mog± spowodować różnice opóźnień w odbiorze poszczególnych elementów dochodz±ce nawet do 20 ms. W kolejnym przykładzie widoczne s± dwa kolejne słowa odebrane poprzez krótk± i dług± trasę propagacji. Różnica długości obydwu tras wynosi w przybliżeniu 6000 km co powoduje przesunięcie elementów o ok. 20 ms.
Czas trwania kolumny wynosi 57 ms, dlatego też przesunięcia elementów o 20 ms może uniemożliwić odczytanie tekstu w wyniku nakładania się elementów na siebie. Efekt ten jest widoczny w pierwszym słowie widocznego po lewej stronie przykładu. Druga litera (A) w następnym słowie jest częściowo niewidoczna z powodu krótkiego ale bardzo silnego zaniku sygnału. Efekty te s± typowe dla niższych pasm krótkofalowych.
Przykład obok ilustruje sytuację typow± dla warunków propagacji występuj±cych wieczorem w paśmie 80 m. Przesunięcie czasowe pomiędzy fal± przyziemn± i odbit± wynosi tu ok. 16 ms (na przykładowej trasie 300 km).
Ostatni z przykładów ilustruje efekt nakładania się fal dochodz±cych trasami dług± i krótk±. W niektórych miejscach widoczne s± wyraźnie dwie przesuniete w pionie kopie tej samej litery. Niektóre z liter s± widoczne wyraźnie słabiej w skutek zaniku.
Dodatkowe informacje dotycz±ce systemu Hella i innych systemów cyfrowych stosowanych przez krótkofalowców można znaleźć w Internecie m.in. w witrynach:
www.qsl.net/zl1bpu/FUZZY/History/feldhell.html
www.qsl.net/zl1bpu/FUZZY/History/feldhell.html
www.qsl.net/zl1bpu/
9.3. Praca w systemie Hella
Emisja Hella należy do emisji w±skopasmowych podobnie jak PSK31. Ustawienia parametrów odbiornika (radiostacji) s± w obu przypadkach identyczne. W programie wyboru systemu dokonuje się za pomoc± menu "Mode | Hellschreiber" ("Emisja|System Hella") lub pola rodzaju emisji w linii informacyjnej. Parametry konfiguracyjne wprowadza się korzystaj±c z menu "Mode | Mode settings" ("Emisja|Parametry").
Częstotliwości nadawania i odbioru widoczne w oknie s± zależne od wyboru dokonanego w oknie wskaźnika widma. Korzystne jest takie dostrojenie odbiornika aby leżały one w pobliżu środka pasma przenoszenia, czyli ok. 1500 Hz. Program jest wyposażony w filtr cyfrowy o paśmie przenoszenia regulowanym między 100 i 250 Hz. Szerokość pasma można dobrać eksperymentalnie w zależności od warunków odbioru. W wiekszości przypadków wartości± optymaln± jest 200 Hz.
Pole "RX Scale" pozwala na dwukrotne powiększenie odbieranego tekstu, co może ułatwić jego odcyfrowanie w przypadku występowania silnych zakłóceń.
W oknie znajduj± się także cztery przyciski, którym można przypisać dowolne kroje czcionek z okna zawieraj±cego ich przykłady. Wybrany krój jest stosowany w trakcie nadawania. Rodzaj czcionek stosowanych w odbieranym tekście jest wybrany przez korespondenta. Jak pamiętamy odbiór w systemie Hella jest zbliżony do faksymile - odbieramy obrazy znaków nadanych przez korespondenta, a nie ich kody (ASCII, dalekopisowe itp.).
Na ilustracji przedstawiono przykładowy wygl±d okna programu w trakcie QSO. Wskaźnik dostrojenia ma postać pojedyńczego rombu identycznie jak dla PSK31. Odbierany tekst jest widoczny w postaci dwóch lub trzech linii. Dla powiększenia okna odbiorczego można usun±ć paski narzędziowe, okno dziennika itp. Wyboru elementów widocznych na ekranie dokonuje się w menu "View" ("Widok") poprzez zaznaczenie (lub usunięcie zaznaczenia) każdego z nich.
Wyboru odbieranej stacji dokonuje się przez zaznaczenie jej w oknie widma za pomoc± myszy (lewym klawiszem). Tekst nadawany przez t± stację jest wyświetlany w oknie odbiorczym.
Nadajnik jest wł±czany za pomoc± przycisku T/R klawisza Pause/break lub przez naciśnięcie pola TX/RX w linii informacyjnej identycznie jak dla wszystkich innych rodzajów emisji. Tekst przeznaczony do nadania jest wpisywany do okna nadawczego. Możliwe jest zarówno uprzednie przygotowanie tekstu jak i pisanie na bież±co w trakcie nadawania. Tekst nadany jest kopiowany do okna odbiorczego. Do wył±czenia nadajnika służ± te same, wymienione powyżej elementy. Klawisz ESC powoduje natychmiastowe zakończenie nadawania bez dojścia do końca tekstu.
9.4. SSTV
System SSTV jest zasadniczo spokrewniony z faksymile z t± jednak różnic±, że stosowane s± niższe rozdzielczości, a przez to krótsze czasy transmisji obrazu. Pozwala to na transmisję ci±gów obrazów - rodzaju telewizji wolnozmiennej w kanale fonicznym. W amatorskim systemie SSTV stosowanych jest szereg norm pocz±wszy od najprostszej czarno-białej o rozdzielczosci obrazu 120 x 120 punktów (lub 128 x 128) i czasie trwania obrazu ok. 8,5 sek. Nowsze normy pozwalaj± na trasmisję obrazów kolorowych o większej rozdzielczości do 640 x 480 punktów wł±cznie. Osi±ga się to kosztem przedłużenia czasu transmisji do 2 - 3 minut. Najczęściej stosowanymi normami kolorowymi s± obecnie Martin 1 (głównie przez stacje europejskie) i Scottie 1 (głównie przez stacje amerykańskie). W zawodach stosowana jest często podstawowa norma czarno-biała.
W systemie SSTV stosowana jest podnośna akustyczna modulowana sygnałem wizyjnym analogicznie jak w systemie faksymile. Poziom bieli odpowiada częstotliwości 2300 Hz a czerni 1500 Hz. Impulsy synchronizacji nadawane s± na częstotliwości 1200 Hz. W systemach kolorowych nadawane s± kolejno obrazy w trzech podstawowych kolorach.
Stacje nadaj±ce emisj± SSTV można spotkać najczęściej w okolicach 3730, 7035, 14230 i 21340 kHz a także w pasmach 2 m i 70 cm. W niektórych krajach czynne s± stacje przekaźnikowe przeznaczone do pracy emisjami faksymile i SSTV lub tylko SSTV. Pracuj± one przeważnie w paśmie 70 cm a czasami s± wyposażone także w wejścia w paśmie 10 m.
9.5. Praca emisj± SSTV
W obecnej wersji progamu użytkownik może korzystać z następuj±cych możliwości:
- ładowanie obrazów z pliku (320 x 256 punkty z 24-bitow± rozdzielczości± kolorów).
- zapis na dysku odebranych obrazów.
- pobieranie obrazów z innych programów przez schowek. Obrazy ładowane z dysku i wczytywane przez schowek s± skalowane tak aby wypełniały okno nadawcze.
- korekcję pochylenia obrazu za pomoc± przycisków [\],[\\],[//],[/].
- rysowanie linii na odebranych obrazach.
- automatycznego zapisu odebranego obrazu.
- korekcji położenia obrazu na ekranie (fazy synchronizacji).
- regulacji koloru za pomoc± przycisków [<<], [<], [>], [>>].
Ruchoma linia w oknie nadawczym informuje operatora o przebiegu transmisji. Nadawane obrazy można uzupełnić o tekst, który jest wpisywany do okienka poniżej. Użytkownik programu może wybrać kolor tekstu. Gotowy tekst jest umieszczany w oknie nadawczym metod± przeci±gania i upuszczania. Po najechaniu znacznikiem myszy na tekst należy nacisnać lewy klawisz myszy i nie puszczaj±c go najechać na właściwe miejsce na obrazie po czym puścić klawisz. Tekst można umieścić w oknie nadawczym także w trakcie transmisji obrazu.
W celu skorygowania pochylenia obrazu lub jego przesunięcia należy narysować linię na krawędzi obrazu. Po najechaniu mysz± na krawędź i naciśnięciu jej lewego klawisza program koryguje położenie obrazu w poziomie. Naciśnięcie prawego klawisza powoduje przesunięcie obrazu w górę. Korekcji pochylenia i położenia obrazu można dokonać na bież±co w trakcie odbioru. Naciśnięcie klawisza "duże litery" (ang. "shift") i przycisku korekcji pochylenia ("slant") powoduje zapamiętanie prze program współczynników korekcji, które s± następnie używane także w trakcie transmisji obrazów.
Mixw pozwala obecnie na odbiór i transmisję obrazów przy użyciu norm Martin 1/2 i Scottie 1/2/DX.
Nagłówek obrazów znajduje się w pliku sstvhdr.bmp. Użytkownik może dowolnie zmodyfikować jego zawartość i dostosować do swoich potrzeb. Wyboru innego pliku nagłówka dokonuje się za pomoc± kombinacji klawisza CTRL i przycisku Load ("Ładuj"). Nagłówek nie jest obowi±zkow± części± obrazu, można więc usun±ć plik nagłówka lub zmienić jego nazwę. Nie jest on wówczas nadawany.
W przypadku wyst±pienia trudności w pracy np. przerw w odbiorze lub nadawaniu można spróbować zoptymalizować następuj±ce parametry w pliku mixw2.ini:
- Sekcja
[Device 0 Setup]
m_iBufRxNum=48
m_iBufRxSize=256
m_iBufTxNum=48
m_iBufTxSize=256
W sekcji tej zadeklarowano 48 buforów odbiorczych o długości po 256. Bufory te s± wykorzystane do zapisu sygnałów dźwiękowych przetwarzanych następnie cyfrowo. Przy przejęciu częstotliwości próbkowania 11025 Hz ich sumaryczna pojemność wynosi 48*256/11025 ~ 1.1 sek. Zmianę sumarycznej pojemności bufora można osi±gn±ć przez zmianę liczby buforów lub zmianę rozmiaru bufora. Zredukowanie liczby buforów przy jednoczenym powiększeniu ich długości może przyczynić się do zmniejszenia obci±żenia systemu:
m_iBufRxNum=24
m_iBufRxSize=512
m_iBufTxNum=24
m_iBufTxSize=512
- sekcja
[Priority]
MainThread=0
Class=32
definiuje priorytet zadań. Podane powyżej wartości s± wartościami domyślnymi.
Wartość 128 parametru "Class" definiuje wysoki priorytet, a wartość 256 - priorytet dla czasu rzeczywistego. Zmiana priorytetu może pomóc w przypadku korzystania z innych programów równolegle. Następnym krokiem może być zmiana priorytetu głównego w±tka programu (ang. MainThread). Parametr określaj±cy jego priorytet może przyjmować wartości w zakresie od 0 do 15.
Przykład:
Class=256
MainThread=15
- sekcja
[SSTV]
FilterLength=4
Można zwiększyć nawet do 64. Parametr ten definiuje liczbę gałęzi filtru cyfrowego.
Dec=5
Można zmniejszyć do 3 lub 4.

Wydanie z dn. 06.07.2001.
© Prawa autorskie Krzysztof D±browski, OE1KDA.