Радиофаксимильная передача изображений: история и развитие

Введение

Аналоговый режим передачи монохромных изображений – это режим передачи изображений. Радиофаксимильная связь, радиофакс или HF-факс – это аналоговый режим передачи монохромных изображений посредством высокочастотных (HF) радиоволн. Он был предшественником медленного сканирования (SSTV). С 1930-х до начала 1970-х годов это был основной способ отправки фотографий из удаленных мест (особенно с островов). В настоящее время он всё ещё ограниченно используется для передачи карт погоды и информации на морские суда.

История

Ричард Х. Рэнджер, инженер-электрик, работавший в Radio Corporation of America (RCA), изобрел метод передачи фотографий по радио. Он назвал свою систему беспроводной фоторадиограммой, в отличие от телефаксимильных устройств, существовавших уже пятьдесят лет и первоначально использовавших телеграфные провода, а затем адаптированных для работы с телефонными линиями. 29 ноября 1924 года система Рэнджера была использована для передачи фотографии из Нью-Йорка в Лондон. На фотографии был изображен президент Калвин Кулидж, и это была первая трансокеанская радиопередача изображения. В том же году инженер компании AT&T Герберт Э. Айвс передал первую цветную фотографию. Чарльз Дж. Янг, сын основателя RCA Оуэна Д. Янга, и доктор Эрнст Александерсон разработали радиофаксимильную систему для General Electric. 12 августа 1931 года эта система успешно передала копию газеты Union Star из Скенектади, штат Нью-Йорк, на трансатлантические лайнеры America и . Копирование одной страницы размером заняло 15 минут. Система Finch Facsimile была представлена в конце 1930-х годов Уильямом Г. Х. Финчем и использовалась для передачи "радиогазеты" в дома. Система использовала обычные домашние радиоприемники, оснащенные термопринтером Финча. Радиофаксимиле газеты передавалось коммерческими AM-радиостанциями. Во время Второй мировой войны тысячи фотографий были переданы из Европы и с тихоокеанских островов в Соединенные Штаты. Крупнейшие новостные агентства (AP, UPI, Reuters) содержали собственные трансокеанские радиофаксимильные передатчики, располагая их как можно ближе к месту событий. Знаменитый кадр поднятия флага на Иво-Дзиме был напечатан в сотнях американских газет в течение суток после съемки, поскольку он был передан с Гуама в Нью-Йорк по беспроводной радиофаксимильной связи на расстоянии 12 781 км. Начиная с конца 1930-х годов, система Finch Facsimile использовалась для передачи "радиогазеты" в частные дома через коммерческие AM-радиостанции и обычные радиоприемники, оснащенные принтером Финча, работающим на термобумаге. Заметив новую и потенциально выгодную возможность, конкуренты вскоре вышли на этот рынок, но принтер и специальная бумага были дорогостоящей роскошью, AM-радиопередача была очень медленной и подверженной помехам, а газета была слишком маленькой. После более чем десяти лет неоднократных попыток Финча и других сделать эту услугу коммерчески жизнеспособной, публика, очевидно, вполне довольная более дешевыми и содержательными ежедневными газетами, доставляемыми на дом, и обычными радионовостями для получения оперативной информации, проявляла лишь мимолетный интерес к новому средству. В 1960-х годах армия США передала первую фотографию через спутниковый факсимильный канал в Пуэрто-Рико с испытательного полигона Deal, используя спутник Courier.

Richard H. Ranger, an electrical engineer working at Radio Corporation of America (RCA), invented a method for sending photographs through radio transmissions. He called his system the wireless photoradiogram, in contrast to the fifty year old telefacsimile devices which used first telegraphic wires, and then later was adapted to use the newer telephone wires. On 29 November 1924, Ranger's system was used to send a photograph from New York City to London. It was an image of President Calvin Coolidge and was the first transoceanic radio transmission of a photograph. Also that year, AT&T engineer Herbert E. Ives transmitted the first color photograph. Charles J. Young, son of the RCA founder Owen D. Young, and Dr Ernst Alexanderson, developed a radio facsimile system for General Electric. On 12 August 1931 this system successfully transmitted a copy of the Union Star newspaper of Schenectady, New York to the transatlantic liners America and It took 15 minutes to copy a single page measuring
The Finch Facsimile system was introduced in the late 1930s by William G. H. Finch, and used to transmit a "radio newspaper" to private homes. The system used ordinary, home, radio receivers equipped with Finch's thermal paper printer. The radiofacsimile of the newspaper was transmitted by commercial AM radio stations. During World War II thousands of photographs were transmitted from Europe, and from the Pacific Islands, to the United States. The major news agencies (AP, UPI, Reuters), maintained their own transoceanic radio facsimile transmitters as close to the action as they could. The iconic flag raising on Iwo Jima was printed in hundreds of American newspapers within a day of being taken, because it was transmitted from Guam to New York City by wireless radiofacsimile, a distance of 12,781 km (7,942 mi). Beginning in the late 1930s, the Finch Facsimile system was used to transmit a "radio newspaper" to private homes via commercial AM radio stations and ordinary radio receivers equipped with Finch's printer, which used thermal paper. Sensing a new and potentially golden opportunity, competitors soon entered the field, but the printer and special paper were expensive luxuries, AM radio transmission was very slow and vulnerable to static, and the newspaper was too small. After more than ten years of repeated attempts by Finch and others to establish such a service as a viable business, the public, apparently quite content with its cheaper and much more substantial home delivered daily newspapers, and with conventional spoken radio bulletins to provide any "hot" news, still showed only a passing curiosity about the new medium. In the 1960s, the United States Army transmitted the first photograph via satellite facsimile to Puerto Rico from the Deal Test Site using the Courier satellite.

Погода

Спустя десятилетие после внедрения радиофакса, Национальная метеорологическая служба (NWS) начала передавать карты погоды с использованием технологии радиофакса. NWS назвала эту новую услугу weatherfax (слово, образованное от слов "weather" – погода и "facsimile" – факсимиле). На обложке регулярной публикации NOAA о частотах и расписаниях указано: "Мировое расписание радиофаксимильных передач". Факсимильные аппараты использовались в 1950-х годах для передачи погодных карт по территории Соединенных Штатов сначала по наземным линиям связи, а затем и на международном уровне по радио высокой частоты. Радиопередача карт погоды предоставляет огромную гибкость морским и авиационным пользователям, поскольку теперь они имеют самую свежую информацию о погоде и прогнозы под рукой для планирования рейсов и плаваний. Радиофакс основан на технологии факсимиле, при которой печатная информация сканируется построчно и кодируется в электрический сигнал, который затем может быть передан по физической линии или радиоволнам в удаленные пункты. Поскольку объем информации, передаваемой за единицу времени, прямо пропорционален доступной полосе пропускания, скорость передачи карты погоды будет меняться в зависимости от качества используемых каналов связи. Сегодня данные радиофакса доступны для загрузки по протоколу FTP с веб-сайтов, таких как те, что размещены Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA). NOAA также осуществляет радиофаксимильные передачи из нескольких пунктов в стране по регулярному ежедневному расписанию. Радиометеофаксимильные передачи особенно полезны для судоходства, где возможности доступа к Интернету ограничены. Термин "weatherfax" был придуман в честь технологии, обеспечивающей передачу и прием карт погоды (анализ поверхности, прогнозы и другие) с передающего пункта (обычно метеорологической службы) в удаленный пункт (где находятся конечные пользователи).

Данные о передаче

Радиофакс передается в односторонней полосе, являющейся усовершенствованием амплитудной модуляции. Сигнал смещается вверх или вниз на заданную величину для обозначения белых или черных пикселей. Отклонение, меньшее, чем для белого или черного пикселя, интерпретируется как оттенок серого. При правильной настройке (1,9 кГц ниже назначенной частоты для USB, выше для LSB) сигнал обладает некоторыми характеристиками, схожими с SSTV, где черный соответствует 1,5 кГц, а пиковый белый – 2,3 кГц. Обычно передается 120 строк в минуту (LPM) (для монохромного факса возможные значения: 60, 90, 100, 120, 180, 240. Для цветного факса LPM может быть: 120, 240). Для декодирования передачи радиофакса необходимо также знать значение, называемое индексом согласования (IOC) – оно определяет разрешение изображения и берет начало в ранних радиофакс-машинах с барабанными сканерами. IOC представляет собой произведение общей длины строки и количества строк на единицу длины (иногда называемого фактором согласования), деленное на π. Обычно IOC равен 576.

Формат автоматической передачи изображений (APT)

Формат APT обеспечивает автоматический мониторинг передач. Он используется большинством наземных метеорологических факсимильных станций, а также геостационарными метеорологическими спутниками. Стартовый тон активирует приемную систему. Изначально он предназначался для обеспечения времени на разгон барабана в механических системах. Он состоит из быстрой модуляции видеоносителя, что создает характерный шипящий звук. Фазовый сигнал, состоящий из периодических импульсов, синхронизирует приемник для центрирования изображения на бумаге. Сигнал окончания передачи, опционально сопровождаемый черным цветом, обозначает завершение передачи.

Длительность сигнала | IOC576 | IOC288 | Примечания
---|---|---|---
Стартовый тон | 5 с | 300 Гц | 675 Гц | 200 Гц для цветных факсимильных режимов.
Фазовый сигнал | 30 с | | | Черная линия, прерываемая белым импульсом.
Изображение | Переменная | 1200 линий | 600 линий | При скорости 120 л/мин.
Сигнал окончания передачи | 5 с | 450 Гц | 450 Гц | Черный цвет, 10 с.

Станции

Сегодня радиофакс используется главным образом для распространения по всему миру карт погоды, спутниковых изображений погоды и прогнозов для судов в море. Мировой океан охвачен прибрежными станциями в различных странах. В Соединенных Штатах продукты погоды по факсу готовятся рядом офисов, отделений и агентств в составе Национальной службы погоды (NWS) Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). Информация о тропических штормах и ураганах поступает из Отдела анализа и прогнозирования тропических штормов, входящего в состав Тропического прогнозирующего центра/Национального центра ураганов. Она транслируется через станции связи Береговой охраны США NMG в Новом Орлеане (Луизиана) и NMC – Тихоокеанскую главную станцию в Пойнт-Рейес (Калифорния). После того, как ураган «Катрина» повредил NMG, Бостонская станция Береговой охраны NMF добавила ограниченный график трансляции карт штормовых предупреждений. NMG восстановлен до полной работоспособности, но NMF продолжает транслировать эти карты. Все остальные продукты поступают из Центра прогнозирования океана (OPC) NWS в сотрудничестве с несколькими другими офисами в зависимости от региона и характера информации. Они также используют NMG, NMC, NMF, а также станцию Береговой охраны NOJ в Кодиаке (Аляска) и станцию Министерства обороны KVM70 на Гавайях. С тех пор как гибель «Титаника» подчеркнула опасность айсбергов в Северной Атлантике, Международный патруль по айсбергам также собирает данные о погоде, и его карты транслируются Бостонской станцией в период активного ледообразования с февраля по сентябрь, используя позывной NIK. Основным поставщиком канадского радиофакса является Центр метеорологии и океанографии канадских вооруженных сил в Галифаксе (Новая Шотландия), использующий станцию связи CFH. Карты передаются каждый час, после чего станция переключается на радиотелетайп (RTTY) на оставшееся время. CBV, радио «Плайя Анча» в Вальпараисо (Чили), ежедневно транслирует расписание метеорологической информации Armada de Chile для юго-восточной части Тихого океана, вплоть до Антарктиды. Также в Тихом океане Япония имеет две станции, как и Бюро метеорологии в Австралии. В большинстве европейских стран есть станции, как и в России. Kyodo News – единственное новостное агентство, которое передает новости по радиофаксу. Оно транслирует полные газеты на японском и английском языках, часто со скоростью 60 строк в минуту вместо более обычной 120 из-за большей сложности японской письменности. На передачу новостей за целый день уходят часы. Kyodo имеет специальную передачу для тихоокеанских рыболовных флотов от Рыболовного радио префектуры Кагосима и ретрансляцию с 9VF, предположительно, все еще находящуюся в Сингапуре. Немецкая метеорологическая служба (Deutscher Wetterdienst, DWD) передает регулярный ежедневный график карт погоды на трех частотах – 3,855 МГц, 7,88 МГц и 13,8825 МГц – со своего передающего комплекса LF и HF в Пиннеберге.

Today, radiofax is primarily used worldwide for the dissemination of weather charts, satellite weather images, and forecasts to ships at sea. The oceans are covered by coastal stations in various countries. In the United States, fax weather products are prepared by a number of offices, branches, and agencies within the National Weather Service (NWS) of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Tropical and hurricane products come from the Tropical Analysis and Forecast Branch, part of the Tropical Prediction Center/National Hurricane Center. They are broadcast over US Coast Guard communication stations NMG, in New Orleans, LA, and NMC, the Pacific master station on Point Reyes, California. After Hurricane Katrina damaged NMG, the Boston Coast Guard station NMF added a limited schedule of tropical warning charts. NMG is back at full capability, but NMF continues to broadcast these. All other products come from the Ocean Prediction Center (OPC) of the NWS, in cooperation with several other offices depending on the region and nature of information. These also use NMG, NMC, and NMF, plus Coast Guard station NOJ in Kodiak, Alaska, and Department of Defense station KVM70 in Hawaii. Ever since the loss of the RMS Titanic highlighted the dangers of icebergs in the North Atlantic, an International Ice Patrol has also originated weather data, and its charts are broadcast by the Boston station during the prime iceberg season of February through September, using the callsign NIK. A major producer of Canadian radiofax is the Canadian Forces METOC (Meteorology and Oceanography Centre) in Halifax, Nova Scotia, using the communication station CFH. Charts are sent on the hour, then the station switches to radioteletype (RTTY) for the rest of the period. CBV, Playa Ancha Radio in Valparaiso, Chile broadcasts a daily schedule of Armada de Chile weather fax for the southeastern Pacific, all the way to the Antarctic. Also in the Pacific, Japan has two stations, as does the Bureau of Meteorology in Australia. Most European countries have stations, as does Russia. Kyodo News is the only remaining news agency to transmit news via radiofax. It broadcasts complete newspapers in Japanese and English, often at 60 lines per minute instead of the more normal 120 because of the greater complexity of written Japanese. A full day's news takes hours to transmit. Kyodo has a dedicated transmission to Pacific fishing fleets from Kagoshima Prefectural Fishery Radio, and a relay from 9VF, possibly still in Singapore. The German Meteorological Service (Deutscher Wetterdienst, DWD) transmits a regular daily schedule of weather charts on three frequencies 3.855 MHz, 7.88 MHz and 13.8825 MHz from their LF and HF transmitting facility in Pinneberg.