Vaizdo perdavimas per atstumą radijo ryšiu yra sudėtinga ir daugialypė technologija, kurios šaknys siekia senovės laikus, o moderniausios jos formos šiandien tampa neatsiejama kasdienybės dalimi. Nuo senovės laužo liepsnos ar dūmais perduodamų pavojaus signalų iki šiuolaikinių belaidžių vaizdo perdavimo sistemų, kurios leidžia stebėti judančius vaizdus dešimčių kilometrų atstumu, technologijos nuėjo ilgą ir įspūdingą kelią. Šiame straipsnyje gilinsimės į vaizdo perdavimo per atstumą radijo ryšiu principus, jo istoriją, technologinius sprendimus ir praktinį pritaikymą.
Optinio Ryšio Sistemos: Šviesos Kelias Informacijos Perdavime
Nors pagrindinis dėmesys skiriamas radijo ryšiui, svarbu paminėti ir optinio ryšio sistemas, kurios taip pat atlieka svarbų vaidmenį informacijos perdavime, įskaitant vaizdo duomenis. Optinio ryšio sistema yra informacijos perdavimo sistema, naudojanti artimosios infraraudonosios ir regimosios srities šviesą. Šios sistemos skirstomos į šviesolaidines ir laisvosios erdvės (Žemės atmosferos, kosmines). Optinio ryšio sistemą sudaro informacijos šaltinis, šviesos šaltinis (pvz., diodinis lazeris), moduliatorius, koduojantis pradinę informaciją šviesos signaluose, sklidimo terpė (laisvoji erdvė ar šviesolaidis) ir fotodiodiniai jutikliai.
Šviesolaidinėse optinio ryšio sistemose informacijai perduoti naudojami šviesolaidžiai, o lazerio impulsų bangos ilgiai dažniausiai būna 1310 nm ir 1550 nm. Šviesolaidinio ryšio istoriją galima skirstyti į keturias kartas: pirmoji naudojo 850 nm šviesos signalų perdavimą daugiamodiais šviesolaidžiais, pasiekiant 140 Mb/s pralaidumą ir 10 km perdavimo atstumą. Vėliau atsirado vienmodžiais šviesolaidžiais perduodami 1310 nm signalai (1,7 Gb/s, iki 50 km), vėliau - 1550 nm šviesos impulsų perdavimas vienmodžiais lazeriais (10 Gb/s). Moderniausios optinio ryšio sistemos, naudojančios optinius stiprintuvus ir dažninio tankinimo įtaisus, pasiekia įspūdingą 10 Tb/s pralaidumą. Laisvosios erdvės optinio ryšio sistemos naudojamos ryšiui palaikyti tarp aukštų pastatų miestuose (iki kelių kilometrų), taip pat kosmose tarp dirbtinių Žemės palydovų.
Televizijos Istorija: Nuo Elektromechaninių Iki Visiškai Elektroninės Vaizdo Transliacijos
Idėja perduoti vaizdą per atstumą nėra nauja. Nuo senovės žmonės ieškojo būdų bendrauti per didelius atstumas. 18 amžiuje sukurtas optinis telegrafas buvo svarbus žingsnis, vėliau jį pakeitė telegrafo, telefono ir radijo ryšys. Tačiau susidomėjimas optinio ryšio sistemomis, ypač vaizdo perdavimu, atgijo 20 amžiuje.
Televizijos (iš graikų kalbos „toli“ ir lotynų kalbos „matyti“) istorija yra glaudžiai susijusi su vaizdo perdavimu per atstumą. 1925 m. lapkričio 9 d. ukrainiečių išradėjas Borisas Grabovskis kartu su N. Piskunovu ir V. Popovu pateikė dokumentus elektroninės televizijos patentavimui, nenaudojant elektromechaninių, judančių elementų. 1928 m. birželio 30 d. jie gavo patentą Nr. 5592. Vėliau, 1928 m. liepos 26 d. ir rugpjūčio 4 d., B. Grabovskis su bendražygiais Taškente pirmą kartą pasaulyje viešai pademonstravo visiškai elektroninę belaidę televiziją. Demonstracijos metu imtuvo ekrane, dešimties metrų atstumu tiesioginiame eteryje, buvo stebimi judantys pėsčiųjų vaizdai, aikštę kertantis tramvajus ir padėjėjo, kuris pakėlė ir užsidėjo furažką, veidas.
Tuo tarpu 1926 m. škotas J. Bairdas pademonstravo elektromechaninę televizijos sistemą. 1927 m. 21 metų amerikiečių inžinierius P.T. Barnesas taip pat dirbo ties televizijos technologijomis. Vėlesniais metais, 1936 m., pirmą kartą pasaulyje tiesiogiai transliuojamos olimpinės žaidynės iš Berlyno, kurias stebėjo 150 tūkst. žiūrovų, žymėjo svarbų etapą televizijos istorijoje. Vėlesni metai - 1937, 1938, 1950, 1957, 1975, 1989, 1991, 1993, 1996, 2004, 2006, 2012 - žymi svarbius televizijos technologijų ir transliavimo pokyčius, įskaitant Rytų Lietuvos televizijos įsteigimą 1991 m.
Skaitmeninė Televizija ir DVB-T Standartas
1996 m. Europoje pradėtas kurti Antžeminės skaitmeninės televizijos transliavimo (angl. Digital Video Broadcasting - Terrestrial, DVB-T) standartas. Bendrieji DVB-T tinklų planavimo ir koordinavimo principai Europoje buvo sukurti ir patvirtinti 1997 metais. Jie numatė, kad siekiant užtikrinti perėjimą nuo analoginės TV transliavimo prie skaitmeninio DVB-T standarto, bus naudojami įprasti 8 MHz pločio kanalai.
Lietuvoje, planuojant DVB-T tinklus, buvo remiamasi monokanaliniu-sinchroniniu principu (SFN tinklai). Tačiau dėl koordinavimo problemų su kaimyninėmis šalimis teko atsisakyti kai kurių stočių ir naudoti kitus kanalus. Pagal CEPT direktyvą, skaitmeninei televizijai numatyta panaudoti ir 61-69 standartinius TV kanalus. 1999 m. sausio mėnesį Druskininkuose vykęs susitikimas, kuriame dalyvavo ekspertai iš kelių šalių, buvo skirtas sukurti bendrą regioninį skaitmeninės TV planą 61-69 TV kanaluose. Vėliau, 2000 m. vasario mėnesį Kijeve, prie šio plano prisidėjo ir kitos Europos šalys.
Vienu skaitmeninės televizijos kanalu galima perduoti nuo 1 iki 6 aukštos kokybės TV programų, priklausomai nuo pasirinkto moduliacijos tipo ir apsauginio intervalo trukmės. Lietuvoje planuojama naudoti C2/G DVB-T variantą, kuris atitinka 64-QAM moduliaciją su duomenų kodavimo santykiu 2/3, 8k nešlių skaičiumi ir 1/8 apsauginio intervalo trukme. Šiuo metu aktyviai bandomi raiškiosios televizijos (HDTV) projektai.
Skaitmeninės televizijos siųstuvas ir skaitmeninės televizijos imtuvas (pagrindai, blokinė schema ir veikimas)
Belaidžio Vaizdo Perdavimo Sistemos ir WiFi Bridge Technologija
Radijo ryšiu perduodamas vaizdas šiandien dažnai siejamas su belaidžio ryšio technologijomis, ypač WiFi bridge. WiFi bridge (angl. wireless bridge) yra technologija, leidžianti sujungti du atskirus tinklus arba įrenginius be jokių laidų, naudojant radijo bangas. Ši technologija ypač naudinga situacijose, kai laidiniai ryšiai yra nepatogūs arba neįmanomi, pavyzdžiui, sujungiant atokius objektus, laukuose esančius pastatus ar išplečiant interneto prieigą dideliais atstumais.
Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos belaidžio vaizdo perdavimo atstumui ir efektyvumui, yra:
- RF galia: Kuo didesnė siųstuvo RF galia, tuo didesnis bendravimo atstumas. Ryšys tarp išėjimo galios ir belaidžio ryšio atstumo yra atvirkščiai proporcingas kvadratui. Tai reiškia, kad išėjimo galiai padvigubėjus, ryšio atstumas padidėja šaknies 2 kartus, o išėjimo galiai padidėjus 4 kartus, ryšio atstumas padvigubėja.
- Priėmimo jautrumas: Kuo mažesnis priėmimo jautrumas, tuo geriau. Priėmimo jautrumas reiškia minimalų radijo imtuvo lygį, kurį jis gali priimti ir atpažinti. Kai atstumas ilgesnis ir signalo stiprumas tampa labai silpnas, mažesnis jautrumas suteikia radijo imtuvui pranašumą fiksuojant signalą, leidžiant jam veikti didesniu atstumu.
Radijo bangų sklidimas yra elektromagnetinio lauko reiškinys, kuris sklinda kaip banga elektriniuose ir magnetiniuose laukuose. Antenos yra pagrindinis įrenginys, perduodantis radijo bangas.
WiFi Bridge Technologijos Privalumai ir Įrengimas
WiFi bridge technologija leidžia sujungti tinklus ar įrenginius radijo bangomis iki 10 kilometrų spinduliu. Tai ypač naudinga kaimo vietovėse, atokių objektų ryšiui, ar pramoninių ir komercinių objektų tinklo plėtrai. Be to, interneto perdavimas antenomis yra itin patikimas ir atsparus įvairioms aplinkos sąlygoms. Antenos dažnai yra pagamintos taip, kad galėtų atlaikyti nepalankias sąlygas: jos turi apsaugą nuo žaibo, antioksidacinę dangą, yra atsparios vandeniui, dulkėms, šalčiui, aukštai temperatūrai ir net stipriam spaudimui bei smūgiams. Tai užtikrina jų ilgalaikį veikimą ir patikimą ryšį net ir sudėtingose aplinkose.
WiFi bridge veikia naudojant du belaidžio ryšio įrenginius - vieną siunčiantį (access point) ir kitą priimantį (client), kurie tarpusavyje susiderina ir palaiko ryšį per radijo dažnius. Vienas pagrindinių šios technologijos privalumų - mažesnės įrengimo sąnaudos, lyginant su laidiniais ryšio sprendimais, ypač kai kalbama apie didelius atstumus.
Kokybiškam WiFi bridge ryšiui užtikrinti svarbu tinkamai pasirinkti įrangą ir ją sumontuoti. Pirmiausia, reikia pasirinkti optimalų montavimo aukštį - dažnai įrenginiai montuojami ant pastatų stogų, stulpų ar kitų aukštų konstrukcijų, kad būtų kuo mažiau kliūčių signalo kelyje. Radijo dažnių juostos pasirinkimas taip pat daro įtaką ryšio kokybei: žemesnės dažnių juostos yra patvaresnės per ilgus atstumus, bet aukštesnės dažnių juostos suteikia didesnį pralaidumą. Kokybišką ryšį padeda užtikrinti ir teisingas antenų sureguliavimas - įrenginiai turi būti nukreipti tiesiai vienas į kitą. Taip pat svarbu pasirūpinti, kad aplinkoje nebūtų stiprių trikdžių.
Ši technologija gali būti naudojama su IP kameromis, prijungiant jas prie tinklo nutolusiame objekte, pavyzdžiui, ūkyje ar kitame pastate. Įrangos ir įdiegimo kaina priklauso nuo pasirinktos įrangos, ryšio atstumo ir aplinkos sąlygų, tačiau apskritai WiFi bridge įrengimas yra ekonomiškesnis pasirinkimas, lyginant su laidiniu tinklu.
Apibendrinant, vaizdo perdavimas per atstumą radijo ryšiu yra nuolat besivystanti technologija, turinti ilgą istoriją ir plačias pritaikymo galimybes. Nuo televizijos atsiradimo iki moderniausių belaidžio ryšio sprendimų, šios technologijos pakeitė mūsų gyvenimus ir komunikacijos būdus.