Os principais modos de SSTV






Os modos atuais de transmissão em SSTV a cores podem ser divididos em duas categorias :

    - modos RGB : como Martin, Scottie, Wraase, P e AVT .

        Correspondem a uma transmissão conhecida em inglês por Vídeo Component, pois são transmitidos os componentes básicos: as três cores fundamentais R, G e B. Equivale a obter uma imagem com a máxima qualidade, como no formato BMP, ou seja sem perdas.
O preço da qualidade se paga com o maior tamanho do arquivo, ou maior  banda ocupada em TV, ou maior tempo de transmissão em SSTV.
 

    - modos YC : como Robot, PD e HQ .

        Correspondem a uma transmissão em vídeo composto (não confundir com componente), na qual são transmitidos no lugar dos componentes RGB, sinais derivados destes : a Luminância Y e a Crominância R-Y e B-Y ou Cr e Cb. É o método usado em TV convencional analógica e digital com compressão MPEG, e em imagens digitais comprimidas com perdas como o JPG. Se baseiam no fato de que numa imagem "normal" certos detalhes, principalmente de cor, podem ser omitidos sem grande prejuízo para a qualidade final, principalmente quando o observador não vê o original e portanto não consegue detectar a maioria dos erros.
A redução da qualidade é compensada por arquivos de tamanho menor, ou menor banda ocupada em TV ou menor tempo de transmissão em SSTV.
Na moderna TV digital, este método, junto com a compressão MPEG, permite grandes redução na taxa de transmissão, por ex. de 200 Mbits/s para 8 Mbits/s, o que é muito significativo e compensa a pequena perda de qualidade. Mas em SSTV, não há muito ganho no tempo de transmissão.

Modos RGB.

Como já vimos na analise do modo Martin 1, toda imagem colorida de computador é armazenada usando o formato RGB, ou seja, para cada pixel da imagem, são armazenados os valores das três cores primárias que o compõem : R = vermelho, G = verde e B = azul.
Portanto, para transmitir uma imagem colorida, basta enviar os três componentes R G B de cada pixel. É assim que funcionam os modos chamados RGB. E é assim que funcionam as câmeras coloridas e os tubos de raios catódicos ou de cristal liquido de monitores de TV.
Os modos RGB são simples, eficientes, não introduzem erros de arredondamento de cálculos, não provocam erros de cor quando há erro de sintonia e não geram cores estranhas como os modos YC. Também não geram erro de registro de cor, porque tem o mesmo tempo para cada componente. (exceto Wraase SC2 30 a 120).
Tem só a desvantagem de gastar um pouco mais de tempo para a transmissão.
Tecnicamente, são todos muito parecidos, apenas mudando a seqüência que pode ser RGB ou GBR e evidentemente os formatos de imagens e temporização. Veja por ex. o Martin 1 e o Wraase. E tem a mesma resolução para cores e luminância (exceto os Wraase SC2 30,60 e 120), portanto geram as imagem com maior resolução geral.
 

Modos YC.

Já os modos YC são baseados no processo usado para transmissão a cores de televisão convencional. O modo YC foi inventado pelo NTSC nos anos 40, para ser um padrão de transmissão de TV a cores COMPATÍVEL com o sistema preto e branco (P&B) então em uso, para permitir que toda transmissão a cores pudesse ser recebida (em preto e branco, é claro!), pelo milhares de receptores P&B então em uso, e que demorariam muitos anos para serem substituídos pelos coloridos, na época ainda caríssimos.
É importante notar que tal fato (compatibilidade e quantidade !) não ocorreu em SSTV !...
A vantagem desse modo é um tempo de transmissão ligeiramente menor, as custas de pontos negativos : cálculos suplementares e que causam erros de arredondamento, e erros de cor causados por erros de sintonia, e geração de cores estranhas (artefatos) na transição de duas cores diferentes, nos sistemas que fazem a média de duas linhas adjacentes, como Robot36 e PD, como pode ser vista na figura seguinte em RX, onde aparecem cores estranhas entre as faixas de cores R, G e B :

Como funciona o modo YC, de forma bem simplificada :

O sinal de vídeo de um sistema P&B contem apenas a informação chamada de Luminância ou Y, ou seja, informa sobre a luminosidade (claro/escuro) dos pixeis da imagem, tal como é captada pelo tubo da câmera P&B..
Estudos mostram que o sinal Y  pode ser obtido a partir de uma imagem colorida, onde são medidos separadamente os níveis de cada cor primária R, G e B, pela seguinte formula :
Y = 0,3 R + 0,59 G + 0,11 B. Estes coeficientes são devidos a resposta do tubo da câmera P&B a cada uma das cores, e corresponde mais ou menos a resposta do olho humano.
Portanto, para satisfazer o problema da COMPATIBILIDADE, o sinal a cores deve conter como sinal principal, um sinal em P&B, que é o sinal Y. E este sinal será o único reconhecido pelos televisores P&B.
Como este sinal Y já contem a informação da soma das três cores fundamentais, basta transmitir apenas mais duas cores separadamente, o que permitirá através de cálculos no receptor, reconstituir as três cores, que serão enviadas aos três canhões do tubo de raios catódicos do receptor a cores.
Foram escolhidas R e B por diversas razões, como por ex. seus baixos coeficientes.
Portanto, transmitimos Y , R e B. O receptor a cores fará o calculo:
G = ( Y- 0,3 R - 0,11 B ) / 0,59 . Como já tinha os valores de R e B, agora também tem o valor de G, podendo descartar o Y. Temos então as três cores necessárias para restituir a imagem colorida : R, G e B.
Para melhor compatibilidade ainda, em vez de transmitirmos Y, R e B, transmitimos Y , R-Y e B-Y, ou seja, R-Y no lugar de R e B-Y no lugar de B, pois assim, se a imagem filmada pela câmera a cores for P&B (um filme P&B por ex.), então estes sinais R-Y e B-Y serão nulos, e o sinal composto resultante de Y, R-Y e B-Y será igual a um sinal gerado em P&B, ou seja, só contem o sinal Y, igual a um verdadeiro sinal de TV P&B !. Veja exemplo de sinais Y, R-Y e B-Y para uma imagem padrão de barras coloridas.

Estes sinais R-Y e B-Y foram obviamente chamados de sinais de diferença de cor ou ainda de sinais de Crominância ou C ou CrCb. Par transmissão em TV a cores, estes dois sinais tiveram que ser "encaixados" (para COMPATIBILIDADE) na mesma banda ocupada pelo sinal Y ou P&B (no caso 6 MHz), e sem interferir nele, para que receptores P&B pudessem ver somente o sinal Y. Para conseguir esse "encaixe", são usados vários artifícios, entre eles a redução da banda ocupada pelo sinal de Crominância (que resulta numa menor resolução no sentido horizontal), e o calculo da média de duas linhas adjacentes (em PAL e SECAM) baseado no fato que numa imagem "normal", muitas linhas adjacentes são parecidas, e o que resulta numa redução da resolução no sentido vertical. Esta dupla redução é tolerada pelo fato de que a resolução (acuidade) do olho humano ser menor para cores do que para detalhes acromáticos. Portanto, em TV a cores, as cores são transmitidas voluntariamente com resolução menor que o sinal P&B, ou simplificando, as cores não contem tantos detalhes como o sinal P&B. A resolução em P&B (ou luminância) de uma imagem de TV colorida é da ordem de 640 por 480 pixeis, e da ordem de um quarto deste valor para as cores. E convém notar que o sistema YC do NTSC para TV a cores é uma obra prima.

Para gerar os sinais coloridos SSTV nos modos YC, que são : Robot, PD e HQ, devemos portanto fazer uma serie de cálculos na transmissão e refaze-los ao contrário na recepção, pois o PC só consegue salvar imagens baseadas nos valores de R, G e B : inevitavelmente ocorrem erros de arredondamento que se traduzem em erros na reprodução das cores. E ainda ocorrem erros de cor se houver erro de sintonia !.
Dirão os defensores desses modos, que eles permitem fazer como em TV, ou seja, transmitir as cores com a metade (a maioria) ou um quarto (Robot36) da resolução das cores, o que obviamente piora a qualidade da imagem, mas permite um pequeno ganho na velocidade de transmissão. Certo ! Mas só compensa mesmo e muito em TV digital, e não em SSTV : para ganhar 50% no tempo de transmissão, perde-se 75% na resolução das cores ...Qual é a vantagem ? (dados reais para Robot36, que permite o maior ganho de tempo). E há uma forma mais elegante de fazer isso em SSTV...

Veja a seguir alguns exemplos de modos YC :

O modo Robot 36 é o único que reduz e a resolução de cores pela metade, tanto na vertical com na horizontal, o que alias é o mais lógico mas também o mais complicado :
- na vertical : fazendo a media dos sinais de crominância de duas linhas adjacentes,
- na horizontal : atribuindo um tempo para a crominância igual a metade do tempo para a luminância:

Além dos problemas comuns ao modos YC já citados, o Robot36 ainda  tem problema de registro de cor, ou seja, as cores não são corretamente sobrepostas se ocorrer um deslocamento no inicio da imagem (erro de fase). A figura seguinte é um exemplo bem acentuado de erro de registro de cor :
Os demais modos YC somente reduzem a resolução de cores em um sentido apenas, usando apenas um dos processos usados no Robot36.

O modo Robot 72 somente reduz a resolução de cores na horizontal, e portanto sofre também do problema de registro de cor :

Veja como é transmitida uma imagem nos modos Robot 24 e 72,  MR e ML :


Os modos PD 50 a 290 reduzem a resolução de cores somente na vertical, e portanto não tem o problema de registro de cor, pois os tempos para luminância e crominância são iguais :

Veja como é transmitida uma imagem nos modos PD e MP :

Os modos HQ reduzem a resolução de cores somente na horizontal :

Obs. : Também tem problema de registro de cor. Mas são mais imunes a erros de cor provocados por erros de sintonia, porque na linha par são transmitidos os sinais de diferença de cor com sinal trocado ! : -(R-Y) = Y- R  e  -(B-Y) = Y-B , o que facilita a atuação de AFC.

   Para facilitar a observação e o reconhecimento dos diversos sinais, todos os espectrogramas desta página foram feitos com uma imagem padrão de barras coloridas.


Há uma maneira muito mais simples de reduzir a resolução de cores em relação a luminância, do que a usada em YC :  um exemplo são os modos Wraase SC2 30, 60 e 120, que usam um principio semelhante ao usado para imagens coloridas em 16 bits : 5 bits para o R, 5 para o B 6 bits para o G. Como a luminância Y depende 59 % de G, usamos 1 bit a mais para esta cor (verde), o que dá o dobro de valores.
E nos modos Wraase citados, que são RGB, simplesmente o tempo para G é o dobro do tempo para R e B ! O que corresponde a uma redução na horizontal para R e B. Simples e inteligente..., sem cálculos e outros erros visíveis (há um pequeno problema de registro de cor que ocorre somente em condições extremas).  Veja na figura seguinte :

Obs. : O modo Wraase SC2 180 tem os tempos iguais para R, G e B, portanto com resolução de cores igual a luminância, ou seja, imagem com a máxima resolução geral, como nos demais modos RGB.

Observação final : Qual é o melhor modo ? Depende ... Veja um exemplo:

Podemos concluir comparando dois modos que fornecem resultados bastante semelhantes :
 - o Martin 1 (RGB) e o PD 90 (YC).
O PD90 leva a vantagem de ser 20% mais rápido (90s contra 114s) e ter uma resolução para a luminância ligeiramente superior (16%), pois tem um tempo de pixel de 532 micro segundos  contra 458 do M1. O efeito deste pequeno aumento de resolução é apenas ligeiramente visível nas faixas verticais da figura seguinte do PD90, comparando com o Martin 1.
Em compensação o PD90 tem resolução de cores 50% menor no sentido horizontal e os outros inconvenientes já citados, e o efeito disso é bastante visível na fig. seguinte, principalmente no terço central da faixa horizontal inferior: 


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 (Obs.: Nem o M1 e nem o PD90 conseguem reproduzir as faixas verticais superiores da imagem de teste, cuja resolução é 320 pixel por linha. Somente modos com maior duração conseguem. Esta imagem (original TX) foi criada por mim para testar as resoluções de luminância e crominância e a presença de artefatos: metade superior 320x256 e metade inferior 160x128. As faixas com linhas horizontais são deslocadas de um linha, para poder observar o efeito da média entre linhas adjacentes nos modos YC que a fazem. Por ex. na faixa inferior onde esta o Y, nota-se perfeitamente a incapacidade do modo PD90 em reproduzir as cores corretas )

Portanto, para transmitir uma imagem rica em detalhes coloridos e muitas mudanças de cores, é melhor o M1 (ou qualquer RGB), por ser mais fiel. Para imagens com poucos detalhes de cor e poucas mudanças de cor, é melhor o PD90 (ou qualquer YC), por ser mais rápido.
Para tempos iguais, os modos RGB fornecem a mesma qualidade : por ex. Martin1 e Scottie1.

Concluindo : se você está com pressa : YC.   Se você quer qualidade : RGB.


Se o leitor for bastante curioso e resolver fazer o teste acima nos modos YC do MMSSTV, poderá ter uma surpresa :

Observe a grande discrepância entre a imagem recebida e a original, na parte superior: é porque o MMSSTV, em vez de transmitir a média da cor de duas linhas adjacentes em PD, transmite somente a cor de uma delas, repetindo-a na seguinte, na recepção. No teste criado por mim, esta característica se torna bem evidente, pois o teste é uma verdadeira armadilha de artefatos (parte superior).
Mas numa imagem "normal", o efeito é melhor do que fazer a media (veja a parte inferior onde está o Y, e compare com o PD90 acima transmitido por qualquer outro soft diferente do MMSSTV,  pois a média cria artefatos, ou seja, cores estranhas e que não existem no original.

Mais uma vez : PARABÉNS para o nosso colega Mako JE3HHT por essa idéia simples, eficiente em SSTV e brilhante! (Dos três erros introduzidos em YC, o Mako eliminou um)

Pois se numa imagem "normal" as linhas adjacentes são parecidas, para que fazer a média ?... (Em TV, no sistema PAL, a média é feita porque permite cancelar erros de fase introduzidos pelo meio de transmissão, o que NÃO se aplica em SSTV).
Todos os softs que testei : JVComm, Chromapix, WinPix, MScan e SSTV32 fazem a média nos modos PD e Robot 36, seguindo o padrão.

Na versão MMSSTV 1.06,  Mako criou 13 novos modos YC :

- MP73, 115, 140 e 175, que são tecnicamente idênticos ao PD, (mas sem fazer a média também). Segundo Mako, oferecem melhor imunidade a distorções geradas por propagação em multiplos caminhos (multi-path) e com tremor de fase (jitter).

- MR73, 90, 115, 140, 175, e ML180, 240, 280 e 320, tecnicamente idênticos ao Robot72.
Oferecem boa resolução quando as condições de propagação são boas.

Se o leitor quiser fazer os testes por conta própria, é importante pegar a imagem de teste original, que nesta página está em GIF (porque no caso particular desta imagem, não introduz erros na compressão), e convertê-la pra BMP, e não JPG que introduz artefatos.
É uma boa experiência convertê-la para JPG só para observar os erros introduzidos!

Veja também uma tabela dos modos de SSTV, com as características principais, e os modos suportados por alguns programas mais usados atualmente.