neptunenahled

Přenos videa z vody

Přenos videa v reálném čase z robotů, dálkově ovládaných vozítek a dnes asi nejčastěji z létajících dronů je velmi populární. Jak to ale je v případě, že budeme chtít přenášet obraz z vody, tedy buď z lodi (robota plovoucího na hladině) nebo z ponorky (robota plně ponořeného)? S jarem a blížícím se létem se toto téma jako každý rok oživí.

Používají se v podstatě dva postupy. První je využít ke snímání obrazu a jeho odeslání hotové ucelené zařízení, například WiFi kameru, bezdrátovou kameru ze sestavy zabezpečovacího zařízení nebo i obyčejný mobilní telefon s WiFi nebo datovým GSM připojením. Druhý způsob předpokládá, že si sestavu pro snímání a přenos obrazu budeme skládat sami.

Sehnat kameru není složité, je jich na trhu hodně od levných jednoduchých po „chytré“ kamery s automatickým ostřením na vyhledávané objekty, s automaticky řízeným přisvětlením a dalšími vychytávkami. Výstupem z kamery je videosignál, v některých případech (zejména u HD kamer) se může obraz v plné kvalitě ukládat na paměťovou kartu a signál s menším rozlišením posílat na videovýstup.

Druhým zařízením v řetězci je videovysílač a na druhé straně odpovídající přijímač. A tady narazíme na problém, ani ne tak technický, jako legislativní. Musíme se zabývat tím, v jakém pásmu vysílač pracuje a s jakým výkonem. Nelze se spolehnout na to, že když se zařízení prodává (a tím jsou míněny i obchody u nás, nejen přímý nákup v Číně), tak jej lze použít. U nás lze bez speciálního povolení provozovat videovysílače jen v pásmu 2,4 GHz s výkonem do 25 mW nebo v pásmu 5,8 GHz opět s výkonem do 25 mW. Obě pásma jsou společná s provozem WiFi a dalších zařízení. Nesmí nás zmýlit, že třeba modelářské vysílače mají povolený výkon až 100 mW, jejich způsob vysílání je zcela jiný! Zjednodušeně řečeno velmi rychle střídají vysílací frekvence a pracují pulzně, takže u nich se započítává výkon na všech těchto frekvencích, zatímco videovysílač pracuje na jedné frekvenci a nepřetržitě, ne pulzně.

combo_video

Příklad kompletu vysílač / přijímač videa

K přenosu videa z robota nebo dronu výkon 25 mW stačí a problém je spíš s tím, že se nám dosah bude zdát malý. Nikdy nesmíme použít stejné pásmo současně k řízení a současně k přenosu videa. I když se nastaví zdánlivě různé kanály a při zkouškách na několik málo metrů se může zdát, že to funguje, jakmile se vzdálenost zvětší, nepřetržitý signál videovysílání naprosto přehluší příjem ovládacího signálu ve stejném pásmu a ztratíme kontrolu.

Pokud jde o provoz na přímou viditelnost (vysílací anténa „vidí“ na přijímací anténu – na tom, co vidíme my očima až tak moc nesejde), povolený výkon stačí na vzdálenost několika desítek metrů, za optimálních podmínek řekněme 100 – 300 m, ale těžko víc. Půjde-li o loď, je dobré umístit anténu co nejvýš nad hladinu, dosah se proti vysílání ze vzduchu sníží, ale stále je použitelný.

Rozhodneme-li se řešit malý dosah zakoupením výkonnějšího vysílače ve stejném pásmu, je provoz nelegální a vystavujeme se možnosti postihu. Orientačně platí, že ke zvýšení dosahu 2x bychom museli použít 4x větší vysílaný výkon.

Pokud jde o přenos z plně ponořeného robota (ponorky), tak to zjevně hodně láká, ostatně koho by nezajímalo, co se děje v hloubce? Jenže narazíme na zásadní problém, totiž na fyzikální zákony. V pásmu 2,4 GHz je dosah signálu při 100 mW průchodu vodou jen něco kolem 7 – 10 cm, videopřenos s výkonem 25 mW dostaneme sotva přes 2 cm vody, a to není zrovna hluboké ponoření. Není co se divit, právě kolem frekvence 2,4 GHz molekuly vody rezonují a energii signálu nejúčinněji pohlcují, to je ostatně i princip mikrovlnné trouby. V pásmu 5,8 GHz si nepomůžeme, dosah ve vodě vychází obdobně kolem 3 cm. Přesné meze se určují obtížně, přechod mezi bezvadným obrazem přes jemně a mírně zašuměný po ztrácející se v šumu až k technické úplné ztrátě signálu je plynulý. Záleží na nás, jakou kvalitu obrazu prohlásíme za nevyhovující. Ale ani pokud bychom zkusili vysílač s podstatně vyšším výkonem (dají se koupit zhruba do 2 W, i když v ČR jejich provoz není legální), moc si nepomůžeme, dosah řekněme 30 cm stále není to, co by většinu uživatelů uspokojilo. Je zbytečné investovat do takového zařízení peníze.

Bezdrátový přenos videa z ponořeného zařízení je při dodržení povolených pásem a výkonu nereálný, dokonce ani několikanásobné překročení povoleného výkonu by nepomohlo.

Důrazně chci varovat před nákupem a provozem sice dostupných a ne drahých, ale nelegálních vysílačů / přijímačů videa pracujících zejména v oblasti 900 – 1300 MHz. V dolní části této oblasti kolidují s provozem mobilních telefonů a narušují příjem GPS, ve střední a horní části s frekvencemi vyhrazenými pro letecký provoz!

Pokud si někdo místo vysílače v pásmu 5,8 GHz s povoleným výkonem 25 mW opatří vysílač pracující s výkonem 200 mW na stejné frekvenci, vystavuje se možnému postihu, ale také si přiznejme, že není-li chycen při činu a jeho zařízení proměřeno, je těžké takové porušení předpisů odhalit. Že by někoho taková věc poškodila nebo ohrozila není příliš pravděpodobné. Ale pokud svým vysíláním narušíte  bezpečnost leteckého provozu, pak i v případě, že nedojde k neštěstí, je zcela na místě postihovat podobnou činnost velice tvrdě, v podstatě na úrovni terorizmu. Vysílání v leteckých pásmech je navíc poměrně snadno odhalitelné. Kdo si myslí, že když jemu přenos videa funguje třeba na 500 m a dál se signál ztratí, dál prostě nedosáhne a zmizí, tedy se ani nedá zjistit a nemůže něčemu uškodit, katastrofálně se mýlí. Měl by se seznámit třeba s tím, že s výkonem 100 mW na podobných frekvencích kolem 1 GHz (ale s výrazně jiným způsobem modulace a samozřejmě se špičkovým zařízením) se podařilo uskutečnit třeba telegrafní spojení západního pobřeží USA a Japonska, což je zjevně „o trochu větší vzdálenost“.


Třetí součástí řetězce zařízení pro přenos videa jsou vysílací a přijímací antény. Obecně platí, že každý vysílač smí být provozován výhradně s tou anténou, která je s vysílačem schválená a dodávaná výrobcem. Ale ono to svádí, s určitými znalostmi a trochou šikovnosti lze anténu nahradit vlastní, nejlépe směrovou, a dosah zvýšit.

Jde-li o ovládání dnes běžnými modelářskými vysílači nebo přenos obrazu pomocí WiFi, je nutné si uvědomit, že není na jedné straně jen vysílač a na druhé jen přijímač, vf moduly v obou zařízeních vysílají a také oba přijímají, takže v tomto případě se nesmí měnit ani jedna z antén. Jde-li o čistý přenos analogového videa, pak je skutečně vysílač jen vysílačem a jeho anténu musíme nechat tak jak je, ostatně je žádoucí, aby byla všesměrová. Ale přijímač je v tomto případě jen přijímačem a pokud na jeho straně nahradíme anténu jinou, směrovou, s podstatně vyšším ziskem, případně budeme anténu automaticky natáčet za vysílačem, dokážeme zvýšit dosah i několikanásobně, aniž by se to projevilo na signálu v okolí, někoho to rušilo nebo ohrozilo. Podstatné je mít jistotu, že anténu upravujeme výhradně u přijímače, který není zkombinován s vysílacím dílem a nenavazuje aktivní duplexní spojení.


Je možné nějak legálně zařídit přenos videa v reálném čase z místa pod hladinou na břeh? Jde to, ale bohužel to má svoje „mouchy“. První možností je spojení „ponorky“ a monitoru na břehu tenkým koaxiálním kabelem a přenos signálu po něm. Tuto možnost zvolila třeba firma Thunder Tiger u své ponorky Neptune SB-1. V praxi kabel, ať už plave nebo se vlastní vahou ponořuje, velmi ponorku strhává a omezuje její pohyb. Toto je možné použít, je-li pohon dostatečně výkonný, v prostředí nehrozí zachycení a zamotání kabelu a není potřeba přesné manévrování. Můžeme dosáhnout efektních výsledků s natáčením videa, ale s ovládáním budeme mít značné problémy. O něco lepší by mohly být výsledky s tažením tenkého optického vlákna a přenosem obrazu po něm, ale neznám konkrétní konstrukci, která by toto využívala.

IMG_6592b

Ponorka – podvodní kamera Neptune SB-1

IMGP9008b

Detail osvětlení a umístění kamery vpředu

Druhá možnost omezuje o něco méně a v podstatě také využívá k přenosu videa vodou kabel. Jenže místo toho, aby kabel vedl až na břeh do monitoru, je kratší a končí v plovoucí „radiobóji“. Mimochodem, i skutečné ponorky většinou musí při komunikaci plout těsně pod hladinou a vypustit vlečenou radiobóji. Z bóje už je možné i s malým výkonem přenést video v povoleném pásmu a s malým výkonem k monitoru. Tuto možnost používá ve svých ponorkách třeba Vladimír Randa ze Slovenska, na následujících obrázcích je právě jeho zařízení. Kabel může být jen o něco delší než je předpokládaná hloubka ponoru.

IMGP4425b

Kamera v těsném pouzdru pro provoz ve vodě

IMGP4419b

Plovoucí radiobóje s přenosem v pásmu 2,4 GHz

Dalším příkladem, tentokrát komerčně vyráběné miniponorky s kamerou (spíš hračky) je Mariana od čínské firmy Arkmodel. Odkaz vede na fotografie od výrobce, na nichž je dobře vidět kabel i zajímavě výtvarně upravenou radiobóji – koupací kachničku.


Vše, co bylo výše napsáno, platí pro prostředí se sladkou vodou. Jakmile se pokusíme o totéž ve slané mořské vodě, jsou výsledky jiné … horší.