A superioridade do MP115 em relação ao Martin 1

e a superioridade do MP115 do MMSSTV em relação aos MP115 de outros softwares.


(atualizado em 12-jan-2003)



    É evidente que o modo MP115 resulta em imagens de melhor qualidade, mesmo sob condições adversas de propagação. Fizemos inúmeros testes, que também foram feitos pelo Arnaldo PY4BL, e sempre constatamos este fato.

    As razões para esta superioridade serão explicadas a seguir.

    Para podermos comparar dois modos de SSTV, sistema RGB versus sistema YC , escolhemos dois que gastam o mesmo tempo de transmissão, (e tendo como referencia um modo muito usado) :
em RGB : o Martin 1, que gasta 114 segundos, e em YC : o MP115, que gasta 115 segundos.

    É sabido que os modos YC introduzem erros de cor em caso de erro de sintonia. Mas todos os bons programas de SSTV tem um sistema de controle automático de freqüência (AFC), que corrige erros de sintonia dentre de um certo limite.
    É sabido também que os modos YC introduzem erros de arredondamentos nos cálculos de conversão das cores primarias R, G e B para luminancia Y e crominancia R-Y e B-Y, na transmissão, e novamente nos cálculos inversos na recepção. Mas como o olho humano é muito menos sensível a detalhes de cor do que de luminancia, tais erros são quase imperceptíveis.
    É sabido também que os modos YC reduzem pela metade a resolução de cores (exceto o Robot 36, que reduz a um quarto), em relação a resolução de luminancia. Pelo mesmo motivo citado anteriormente, tal fato também é quase imperceptível, numa imagem normal.
    E é sabido que nos modos YC, onde é feito o calculo da media da cor de duas linhas adjacentes (todos os softs exceto MMSSTV) , são geradas cores estranhas a imagem original. Para eliminar este problema, Mako, autor do MMSSTV, resolveu fugir do padrão e não faz a media da cor de linhas adjacentes nos modos YC, apenas repetindo esta informação na linha seguinte, obtendo resultados melhores .(veja o ultimo parágrafo)
    E é sabido também que estes erros são tolerados porque permitem um pequeno ganho no tempo de transmissão, em relação aos modos RGB, que são tecnicamente e obviamente melhores. E em vez de reduzirmos o tempo total de transmissão, podemos utilizar o tempo ganho pela redução da resolução de cores, aumentando o tempo gasto para transmissão da luminancia : é exatamente o que acontece do Martin1 para o MP115, resultando em tempos iguais de transmissão, e em uma resolução de luminancia bem melhor.
Repetindo: olho humano é muito mais sensível a detalhes de luminancia de que de cor.

    Em SSTV, a resolução é proporcional ao tempo gasto para transmitir cada pixel da imagem. Em Martin1, este tempo é de 454 micro segundos, e em MP115, este tempo é de 670 micro segundos, e por isso o MP115 tem uma resolução 670/454 = 1,48 vezes melhor (48%).
Até o PD90 (no qual é baseado o MP115) ainda é um pouco melhor em termos de resolução de luminancia que o Martin1, e gastando menos tempo : 90 segundos contra 114).

    É evidente que em MP115 (ou qualquer outro modo YC), a resolução de cores é a metade dos modos que usam RGB, como o Martin1, mas isto quase não é visto pelo olho, que enxerga muito mais detalhes de luminancia, que são 48% mais nítidos no MP115 em relação ao Martin1.

    E o MP115 é superior ao Martin1 em outro aspecto ainda :

    Em determinadas situações e condições de propagação em HF, ocorrem distorções muito bem visíveis na imagem nos modos RGB (qualquer que seja o software usado). Estas distorções aparecem em lugares da imagem onde ha uma grande mudança de cor ou luminancia, no sentido horizontal da varredura da linha, como pode ser visto nos lugares assinalados em vermelho nas imagens seguintes. E é bem claro que estas distorções são muito menos visíveis em MP115 (ou qualquer outro modo YC semelhante ao PD, onde a redução da resolução de cores é feita no sentido vertical).

    As imagens seguintes foram recebidas com sinal fraco e bastante QRM, em curta distancia , de PY4BL (65 Km em 20m), e num momento onde por acaso estas distorções se manifestaram:
As duas faixas verticais azul/branco apresentam uma ondulação muito forte em Martin1, no lugar de uma reta, como se vê em MP115.

    As imagens seguintes foram recebidas de PY5OO, distante de 1500 km, em 20m , com 3mn de diferença, também num período onde a propagação, apesar de muito boa em relação a intensidade do sinal, apresentava as distorções assinaladas em vermelho: é bem visível a melhor qualidade geral da imagem em MP115, com melhor resolução e menos distorções.


    A principal causa destas distorções é um fenômeno chamado desvanecimento seletivo (selective fading) cuja origem é a propagação por múltiplos caminhos (multi-path), e que somente acontece em determinadas situações de propagação. Este tipo de desvanecimento, como seu nome indica, somente atua em uma (ou algumas) freqüência bem definida, como se fosse uma cunha (ponto de alta atenuação do sinal) de um filtro corta faixa estreito (notch filter), dentro da banda passante de RF do radio, e aparecendo evidentemente na banda de audio (em SSB). E esta cunha se desloca aleatoriamente em freqüência, mudando de lugar também com velocidade variável.
    A figura seguinte mostra como é visto o fenômeno de desvanecimento seletivo no espectrograma (waterfall). A esquerda sem esta distorção, e a direita, com desvanecimento seletivo, que aparece como faixas pretas (redução ou até cancelamento do sinal, em determinadas freqüências), inclinadas e que atravessam a banda do sinal subindo em freqüência , neste exemplo:
 
    No sinal de video de SSTV, o desvanecimento seletivo provoca oscilações amortecidas nos pontos do sinal de vídeo com  mudança abrupta de nível. E acredito que são menos visíveis em PD ou MP porque ocorre um quase cancelamento do efeito por causa dos cálculos efetuados para se obter C na transmissão e depois para restaurar as cores primarias na recepção, por exemplo Cr = R-Y e depois R = Cr+Y. Como as componentes Cr e Cb podem ter valores negativos, na soma as distorções quase se cancelam. (estou omitindo propositadamente os coeficientes aplicados nos cálculos, para simplificar). A imagem seguinte mostra estas distorções (na parte superior), e corresponde ao espectrograma anterior da direita, e na parte inferior sem distorsão, corresponde ao especrograma da esquerda, para comparação :

   Vários outros autores de software de SSTV como SSTV32, Chromapix e JVComm também adotaram o modo MP criado por Mako. Acontece que não estão seguindo exatamente o sistema do Mako que é de não fazer a média das informações de cor das duas linhas adjacentes (impar e par) contidas entre dois pulsos de sincronismo, mas seguem o sistema antigo usado no modo Robot36 e nos modos PD, e que consiste em fazer esta média. Se as cores das duas linhas adjacentes forem parecidas, a média fica muito próxima das duas cores, mas se estas duas cores forem muito diferentes, então a média vira uma nova cor totalmente diferente das duas originais.
Isto pode ser muito bem visto nas figuras seguintes, onde a segunda é uma ampliação de cada coluna da primeira. É clara a superioridade do método do Mako, pois gera apenas uma cor estranha , e isto não em todos os casos, enquanto que o método antigo (e errado) da média gera duas cores estranhas em TODAS as transições de cores.


A imagem seguinte é uma ampliação dos tres casos anteriores, ou seja, o original transmitido e as imagens recebidas com transmissão em MP115 feita com o MMSSTV e com outro soft diferente.

    CONCLUSÃO :

    Pontos positivos:

    Mesmo tendo tempos iguais de transmissão, o MP115 é superior ao Martin 1 em resolução de luminancia, em 48%, o que é bem visível em qualquer imagem (mais detalhes).
    E o MP115 é um pouco superior ao Martin1 pois é mais resistente à distorções causadas por certos fenômenos de propagação.

    Pontos negativos:

    O MP115 é 50% inferior ao Martin1 em resolução de crominancia (cores), pois transmite a informação de cor apenas em uma linha para cada duas. Numa imagem normal, isto não é muito visível.
    E é inferior ao Martin1 pois o Martin1 NÃO gera cores estranhas, fornecendo uma imagem igual ao original. Numa imagem normal, estas cores estranhas também não são muito visíveis, mas são bem visiveis em imagens com transições acentuadas de cores, como letras coloridas sobre fundo colorido.
    Outro ponto negativo dos modos YC é o aumento de 50% da visibilidade do ruido, pelo fato da informação de cor ser repetida duas vezes na recepção, em dois pixeis verticais seguidos (duas linhas seguidas) em PD e MP, ou em dois pixeis seguidos na horizontal nos modos Robot, MR e ML. Este efeito do aumento da visibilidade do ruido pode ser visto na figura seguinte, resultado de testes feitos em Martin 1 e MP115, ambos com a mesma relação sinal/ruido de 7 dB (e ampliadas duas vezes para ver melhor como o mesmo ruído se repete em duas linhas seguidas em MP, e em 50% dos casos, pois o tempo disponivel para a crominacia é 50% do tempo total de transmissão em MP e PD) :

    A imagem seguinte mostra as medidas de sinal e ruido (limitado entre 300 e 3000 Hz) do teste anterior :