저속 주사 텔레비전

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1. 개요
2. 역사
3. 현대의 시스템
4. 대중 문화 속 SSTV
참조

1. 개요

저속 주사 텔레비전(SSTV)은 1957~1958년 콥튼 맥도날드에 의해 처음 제안된 정지 영상 전송 방식이다. SSTV는 3 kHz 전화 채널을 통해 흑백 정지 사진을 전송하는 방식으로 개발되었으며, 루나 3호에서 달의 뒷면 이미지를 전송하는 데 사용되었다. NASA의 아폴로 계획에서도 활용되었으며, 초창기에는 특수 장비를 필요로 했지만, 1990년대 이후 개인용 컴퓨터와 소프트웨어를 사용하여 구현된다. SSTV는 주파수 변조를 사용하며, 이미지의 각기 다른 밝기 값은 각기 다른 오디오 주파수를 갖는다. 다양한 모드가 존재하며, 대중문화에서도 활용되었다.

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저속 주사 텔레비전

2. 역사

SSTV의 개념은 1957년~1958년에^[16] 콥튼 맥도날드^[17]가 처음 제안했다. 그는 전자기 모니터와 비드콘 튜브를 이용한 최초의 SSTV 시스템을 개발했다. 당시 120선으로도 3 kHz 전화 채널에서 한 줄당 120픽셀의 흑백 정지 사진을 보내는 데 충분했기 때문에, 11미터 햄 밴드에서 최초의 라이브 테스트가 이루어졌고, 이후 미국의 시민 밴드 라디오에서도 이 서비스가 제공되었다. 1970년대에는 HAM에서 두 가지 형태의 종이 인쇄물 수신기가 만들어졌다.

1968년 연방 통신 위원회(FCC)가 상위 등급 아마추어 무선 운영자에게 SSTV 사용을 합법화한 후, 1970년 미국에서 상업용 시스템이 등장하기 시작했다.

SSTV는 초기에는 스캐너나 카메라, 특징적인 음향 재생 울림을 생성하고 수신하는 모뎀, 그리고 잉여 레이더 세트의 음극선관 등 상당한 양의 특수 장비를 필요로 했다. 특수 음극선관은 약 10초 동안 그림을 보이게 유지하는 "긴 잔상" 형광체를 가졌다.

모뎀은 그림 신호로부터 1,200~2,300 Hz 사이의 오디오 톤을 생성하고, 수신된 오디오 톤으로부터 그림 신호를 생성했다. 오디오는 무선 수신기 및 송신기에 연결되었다.

2. 1. 컨셉

SSTV의 컨셉은 1957년~1958년에^[16] 콥튼 맥도날드^[17]가 처음 제안했다. 그는 전자기 모니터와 비드콘 튜브를 이용한 최초의 SSTV 시스템을 개발했다. 그 당시에는 120선만으로도 충분했기 때문에 3 kHz 전화 채널에서 한 줄 당 120픽셀의 흑백 정지 사진을 전송하도록 했다. 최초의 라이브 테스트는 11미터 햄 밴드에서 이루어졌으며, 나중에는 미국의 시민 밴드 라디오에서 이 서비스를 제공했다. 1970년대에는 HAM에서 두 가지 형태의 종이 인쇄물 수신기가 만들어졌다.

2. 2. 우주 탐사에서의 초기 사용

루나 3호는 달의 뒷면 이미지를 전송하는 데 SSTV를 사용했다.^[3]

최초의 우주 텔레비전 시스템은 셀리저-트랄-D(Seliger-Tral-D)라고 불렸으며, 보스토크에 탑재되었다. 보스토크는 LI-23 아이코노스코프 튜브를 사용한 초기 화상 전화 프로젝트를 기반으로 했다. 이 시스템은 초당 10프레임, 프레임당 100라인의 비디오 신호를 출력했다.

셀리저 시스템은 우주견 벨카와 스트렐카(스푸트니크 5호)의 이미지를 전송하는 데 사용되었으며, 이 이미지들은 종종 라이카로 오인되기도 한다. 또한 유리 가가린이 보스토크 1호를 타고 우주를 비행한 1961년에도 사용되었다.
보스토크 2호부터는 토파즈(Topaz)라고 불리는 향상된 400라인 텔레비전 시스템이 사용되었다.
2세대 시스템(크레체트 등)은 1975년 이후에 도입되었다.

''Faith 7''에도 SSTV와 유사한 개념이 사용되었으며,^[4] NASA 아폴로 프로그램 초기에도 사용되었다.

''Faith 7'' 카메라는 320라인 해상도로 2초마다 한 프레임을 전송했다.^[4]

아폴로 TV 카메라는 아폴로 7호, 아폴로 8호, 아폴로 9호 내부의 이미지와 아폴로 11호 달 착륙선의 텔레비전 이미지를 전송하는 데 SSTV를 사용했다. NASA는 모든 원본 테이프를 지우고 후속 임무에 사용했다. 그러나 2003년에 결성된 아폴로 11호 테이프 검색 및 복원 팀은 최초 방송의 변환된 녹음 중에서 가장 고품질의 필름을 찾아 디지털 형식으로 복원했다.^[5]

NASA의 초기 아폴로 임무에서 사용된 SSTV 시스템은 일반 TV 전송보다 적은 대역폭을 사용하기 위해 초당 10프레임, 320프레임 라인의 해상도로 전송했다.^[6]
NASA에서 사용한 초기 SSTV 시스템은 현재 아마추어 무선 애호가들이 사용하는 SSTV 시스템과 크게 다르다.

2. 3. 발전 과정 (Progression)

SSTV의 개념은 1957~1958년에 콥튼 멕도날드^[16]^[17]가 처음 제안했다. 그는 전자기 모니터와 비드콘 튜브를 이용한 최초의 SSTV 시스템을 개발했다. 그 당시에는 120선만으로도 충분했기 때문에 3 kHz 전화 채널에서 한 줄당 120픽셀의 흑백 정지 사진을 송신하도록 했다. 최초의 라이브 테스트는 11미터 햄 밴드에서 이루어졌으며, 나중에는 미국의 시민 밴드 라디오에서 이 서비스를 제공했다. 1970년대에는 햄에서 2가지의 종이 인쇄물 수신기가 만들어졌다.^[1]

1970년 미국에서 상업용 시스템이 등장하기 시작했는데, 이는 연방 통신 위원회(FCC)가 1968년에 상위 등급 아마추어 무선 운영자에게 SSTV 사용을 합법화한 이후였다.

SSTV는 원래 상당한 양의 특수 장비를 필요로 했다. 일반적으로 스캐너나 카메라, 특징적인 음향 재생 울림을 생성하고 수신하는 모뎀, 그리고 잉여 레이더 세트의 음극선관이 있었다. 특수 음극선관은 약 10초 동안 그림을 보이게 유지하는 "긴 잔상" 형광체를 가졌다.

모뎀은 그림 신호로부터 1,200~2,300 Hz 사이의 오디오 톤을 생성하고, 수신된 오디오 톤으로부터 그림 신호를 생성했다. 오디오는 무선 수신기 및 송신기에 연결되었다.

3. 현대의 시스템

1990년대 초부터 현대의 저속 주사 텔레비전(SSTV) 시스템은 개인용 컴퓨터(PC)와 특수 소프트웨어를 이용한다. PC의 사운드 카드는 모뎀 역할을 하며, 특수 처리 소프트웨어를 통해 SSTV 신호를 처리한다. 컴퓨터 화면은 출력, 소형 디지털 카메라나 디지털 사진은 입력을 제공한다.^[7]

3. 1. 변조 (Modulation)

SSTV는 라디오팩스와 유사한 아날로그 신호이다. SSTV는 주파수 변조를 사용하며, 이미지의 각기 다른 밝기 값은 각기 다른 오디오 주파수를 갖는다. 즉, 신호 주파수는 더 밝거나 어두운 픽셀을 지정하기 위해 위아래로 이동한다. 색상은 각 색상 구성 요소(일반적으로 빨강, 녹색, 파랑)의 밝기를 개별적으로 전송하여 얻는다. 이 신호는 반송파 신호를 변조하는 SSB 송신기에 공급될 수 있다.^[7]
영상 전송 전에 보정 헤더가 전송된다. 이 헤더는 1,900 Hz에서 300밀리초의 리더 톤, 1,200 Hz에서 10밀리초의 휴지기, 1,900 Hz에서 300밀리초의 리더 톤으로 구성되며, 그 뒤에 사용된 전송 모드를 식별하는 디지털 VIS (수직 간격 신호) 코드가 따라온다. VIS는 길이가 30밀리초인 비트로 구성된다. 코드는 1,200 Hz의 시작 비트로 시작하여 7개의 데이터 비트 (LSB 우선; 1은 1,100 Hz, 0은 1,300 Hz)가 뒤따릅니다. 그 뒤에는 짝수 패리티 비트와 1,200 Hz의 정지 비트가 이어집니다. 예를 들어, 10진수 44 또는 32에 해당하는 비트는 모드가 Martin M1임을 의미하고, 숫자 60은 Scottie S1을 나타낸다.^[1]

3. 3. 주사선 (Scanlines)

전송은 왼쪽에서 오른쪽으로 주사되는 수평 주사선으로 구성된다. 색상 구성 요소는 한 줄씩 차례로 개별 전송된다. 색상 인코딩 및 전송 순서는 모드에 따라 다를 수 있다. 대부분의 모드는 RGB 색상 모델을 사용하고, 일부 모드는 하나의 채널만 전송되는 흑백이며, 다른 모드는 휘도(Y)와 색차(R-Y 및 B-Y)로 구성된 YC 색상 모델을 사용한다. 변조 주파수는 1,500 ~ 2,300 Hz 사이에서 변경되며, 이는 색상 구성 요소의 강도(밝기)에 해당한다. 변조는 아날로그이므로 수평 해상도가 종종 256 또는 320 픽셀로 정의되더라도 모든 속도로 샘플링할 수 있다. 이미지 가로 세로 비율은 일반적으로 4:3이다. 주사선은 일반적으로 5ms의 1,200 Hz 수평 동기화 펄스로 끝난다(주사선의 모든 색상 구성 요소가 전송된 후). 일부 모드에서는 동기화 펄스가 주사선의 중간에 위치한다.

3. 4. 모드 (Modes)

1990년대 초 이후 현대 시스템은 맞춤형 장비 대신 개인용 컴퓨터와 특수 소프트웨어를 이용한다. PC의 사운드 카드는 특수 처리 소프트웨어와 함께 모뎀 역할을 하며, 컴퓨터 화면은 출력을, 소형 디지털 카메라나 디지털 사진은 입력을 제공한다.^[7]

다음은 일반적인 SSTV 모드와 그 차이점을 보여주는 표이다.^[7] 이 모드들은 동기화, 주파수, 회색/색상 레벨 대응 등 많은 속성을 공유한다. 주요 차이점은 이미지 품질(이미지 전송 시간에 비례), 동기 데이터 전송 방식, AVT 모드의 인터레이스 기능을 통한 노이즈 저항성이다.

계열	개발자	이름	색상	시간	라인
AVT	벤 블리쉬-윌리엄스(AA7AS / AEA)	8	흑백 또는 R, G, B 중 1개	8 초	128×128
		16w	흑백 또는 R, G, B 중 1개	16 초	256×128
		16h	흑백 또는 R, G, B 중 1개	16 초	128×256
		32	흑백 또는 R, G, B 중 1개	32 초	256×256
		24	RGB	24 초	128×128
		48w	RGB	48 초	256×128
		48h	RGB	48 초	128×256
		104	RGB	96 초	256×256
마틴	마틴 에머슨(G3OQD)	M1	RGB	114 초	240¹
마틴	마틴 에머슨(G3OQD)	M2	RGB	58 초	240¹
로봇	로봇 SSTV	8	흑백 또는 R, G, B 중 1개	8 초	120
		12	YUV	12 초	128 루마, 32/32 크로마 × 120
		24	YUV	24 초	128 루마, 64/64 크로마 × 120
		32	흑백 또는 R, G, B 중 1개	32 초	256 × 240
		36	YUV	36 초	256 루마, 64/64 크로마 × 240
		72	YUV	72 초	256 루마, 128/128 크로마 × 240
스코티	에디 머피(GM3SBC)	S1	RGB	110 초	240¹
S2	RGB	71 초	240¹
DX	RGB	269 초	320 x 256

¹ 마틴 및 스코티 모드는 실제로 256개의 주사선을 전송하지만 처음 16개는 일반적으로 회색조이다.

AVT(Amiga Video Transceiver) 모드는 벤 블리쉬-윌리엄스(N4EJI, 당시 AA7AS)가 아미가 컴퓨터 연결용 모뎀을 위해 설계했으며, AEA 회사에서 판매했다. 스코티 및 마틴 모드는 Robot Research Corporation SSTV 장치의 ROM 개선으로 구현되었다. 마틴 M1 모드의 라인 타이밍은 이 참조에 나와 있다.^[8] 로봇 SSTV 모드는 Robot Research Corporation에서 자체 SSTV 장치를 위해 설계했다. 현재 네 가지 SSTV 모드 세트 모두 다양한 PC 기반 SSTV 시스템에서 사용할 수 있으며, 더 이상 원래 하드웨어에 의존하지 않는다.

AVT는 1990년경 미국 "Black Belt Systems"에서 개발한 아미가 홈 컴퓨터용 소프트웨어 및 하드웨어 모뎀인 "Amiga Video Transceiver"의 약자이다. IBM PC 제품군이 특수 사운드 카드로 충분한 오디오 품질을 얻기 전까지 전 세계적으로 인기를 끌었다. AVT 모드는 동기식으로, 라인별 수평 동기화 펄스 없이 표준 VIS 수직 신호와 프레임 타이밍 사전 정렬용 프레임 선두 디지털 펄스 열을 사용한다. 펄스 열은 양방향으로 세어 32개 지점에서 분해 또는 복조될 수 있으며, 이미지 데이터는 완전 동기식, 인터레이스 방식으로 전송된다.

인터레이스, 동기화 의존성 없음, 인터라인 재구성은 AVT 모드에 다른 SSTV 모드보다 더 나은 노이즈 저항성을 제공한다. 인터레이스 기능으로 수신 신호의 최대 1/2이 손실되어도 해상도를 줄여 전체 프레임 이미지를 재구성할 수 있다. 예를 들어 홀수 라인 블록이 손실되면 짝수 라인을 유지하고 수직 보간을 통해 홀수 라인을 재구성하여 전체 프레임 라인을 생성한다. 인터레이스는 선택적 모드 변형이지만, 이 모드 없이는 노이즈 저항성이 희생되지만 동기적 특성으로 간헐적 신호 손실이 전체 이미지 손실을 유발하지 않는다.

AVT 모드는 주로 일본과 미국에서 사용된다. 흑백, 컬러, 스캔 라인 수가 128 및 256인 세트가 있다. 컬러 및 회색조 바는 상단 및/또는 하단에 오버레이될 수 있지만, 운영자가 다른 선택을 하지 않으면 전체 프레임은 이미지 데이터에 사용 가능하다. AVT 시스템은 수신 후 재 타이밍 및 정렬을 제공한다.

3. 4. 1. 기타 모드 (Other modes)

PD 모드는 폴 터너(G4IJE)와 돈 로티어(K0HEO, SK)가 개발했다.^[9]

이름	시간(초)	해상도	색상	VIS	VIS+P
PD50	50.000000	320 x 256	G, R-Y, B-Y
PD90	89.989120	320 x 256		99	99
PD120	126.103040	640 x 496		95	95
PD160	160.883200	512 x 400		98	226
PD180	187.051520	640 x 496		96	96
PD240	248.000000	640 x 496		97	225
PD290	289.000000	800 x 616

3. 5. 주파수 (Frequencies)

단측파대 변조를 복조할 수 있는 수신기를 사용하면 다음 주파수에서 SSTV 전송을 들을 수 있다.

밴드	주파수	사이드밴드
80미터	3.845 MHz (유럽에서는 3.73 MHz)	LSB
43미터	6.925 MHz (해적 방송)	USB
40미터	7.171 MHz (유럽에서는 7.165 MHz)	LSB
40미터	7.18 MHz (일반 클래스 면허 소지자를 포함하도록 제안된 새로운 주파수)	LSB
40미터	7.214 MHz 호주 디지털 SSTV 주파수 (Easypal 및 DIGTRX)	LSB
20미터	14.23 MHz 주파수 1 아날로그	USB
20미터	14.233 MHz 주파수 2 아날로그 (14.23 MHz의 혼잡 완화)	USB
15미터	21.34 MHz	USB
11미터	27.7 MHz (해적 방송)	USB
10미터	28.68 MHz	USB

4. 대중 문화 속 SSTV

밸브의 2007년 비디오 게임 ''포탈''은 2010년 3월 3일 프로그램 파일의 인터넷 업데이트를 통해 각 테스트 챔버에서 숨겨진 라디오를 찾아 특정 지점으로 가져가 숨겨진 신호를 수신하는 과제를 추가했다. 숨겨진 신호는 게임 팬들에 의한 ARG 스타일 분석의 일부가 되어 게임의 속편을 암시했다. 일부 소리는 컴퓨터 시스템 재시작을 암시하는 모스 부호 문자열이었고, 다른 소리는 의도적으로 낮은 품질의 SSTV 이미지로 해독될 수 있었다. 해독된 이미지 중 일부를 올바른 순서로 배치하면 게시판 시스템 전화번호 (425)822-5251에 대한 해독 가능한 MD5 해시가 나타났다. 이 번호는 게임과 잠재적인 속편과 관련된 여러 아스키 아트 이미지를 제공한다.^[10]^[11]^[12] 이후 속편 ''포탈 2''가 확정되었다. ''포탈 2''의 숨겨진 해설 노드 SSTV 이미지에 따르면, 이 BBS는 리눅스 기반 컴퓨터에서 실행되며 1987년의 2400bit/s 모뎀에 연결되어 있었다. 이 모뎀은 특정되지 않은 밸브 개발자의 주방에 연결되어 있었으며, 고장에 대비해 여분의 모뎀이 보관되어 있었고 실제로 하나가 고장났다. BBS는 총 20 메가바이트의 데이터만 전송한다.

''포탈 2''에는 네 개의 SSTV 이미지가 있다. 하나는 랫맨 동굴에서 방송되며, 해독하면 게임 엔딩에 대한 힌트인 달에 있는 무게 보조 큐브의 모습을 보여준다. 다른 세 이미지는 다른 랫맨 동굴의 해설 노드에서 해독되며, ARG가 어떻게 수행되었고 그 결과가 어떠했는지에 대한 슬라이드(예: 퍼즐을 푸는 데 걸린 평균 시간 7시간)를 보여준다.^[13]

''케르발 우주 프로그램''에는 "두나" 행성의 남반구에 작은 언덕이 있는데, 로봇 24 형식의 컬러 SSTV 이미지를 전송한다. 이 이미지는 아폴로 임무의 달 착륙선 또는 미완성 피라미드 옆에 서 있는 4명의 우주 비행사를 묘사한다. 그들 위에는 게임의 로고와 세 개의 원이 있다.^[14] 언덕 근처에 물체가 있으면 소리가 나지만, 게임의 최신 버전(1.12)에서는 더 이상 신호를 전송하지 않는다.^[15]

이탈리아 작곡가 카파레자는 앨범 ''Prisoner 709''의 고스트 트랙에 이미지를 삽입했다.

Aphex Twin의 릴리스 2 Remixes by AFX에는 릴리스 제작에 사용된 프로그램에 대한 텍스트와 리처드가 소파에 앉아 있는 사진이 있는 SSTV 이미지를 표시하는 트랙이 포함되어 있다.

참조

_[1] 웹사이트 Copthorne Macdonald's Home Page http://www.copmacdon[...] 2014-01-02
_[2] 웹사이트 SSTV history http://www.darc.de/d[...] 2006-05-09
_[3] 웹사이트 Luna 3 http://astrosurf.com[...]
_[4] 웹사이트 The Mercury-Atlas-9 slow-scan TV experiment http://www.svengrahn[...]
_[5] 웹사이트 'Lost' Apollo 11 Moonwalk tapes restored http://www.cosmosmag[...] Cosmos Online 2010-10-26
_[6] 웹사이트 Apollo Unified S-Band System https://ntrs.nasa.go[...] 1966-04
_[7] 웹사이트 SSTV Transmission Modes. http://users.rcn.com[...] 2006-05-08
_[8] 웹사이트 "Some Thoughts on "Real-Time" SSTV Processing." http://lionel.cordes[...] 2008-09-02
_[9] 웹사이트 The development of the PD modes https://www.classics[...] 2021-06-05
_[10] 웹사이트 Portal Patch Adds Morse Code, Achievement – Portal 2 Speculation Begins http://www.shacknews[...] Shacknews 2010-03-02
_[11] 간행물 Geeky Clues Suggest Portal Sequel Is Coming https://www.wired.co[...] 2010-03-02
_[12] 웹사이트 Rumor: Valve To Make Portal 2 Announcement During GDC 2010 http://g4tv.com/thef[...] 2010-03-03
_[13] 웹사이트 Results of one user decoding images with SSTV software. http://forums.steamp[...] 2012-08-14
_[14] Youtube Decoding the KSP SSTV signal https://www.youtube.[...]
_[15] 웹사이트 Kerbal Space Program Wiki https://wiki.kerbals[...]
_[16] 웹인용 SSTV history. http://www.darc.de/d[...] 2006-05-09
_[17] 웹인용 보관된 사본 http://www.copmacdon[...] 2014-01-02

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