Введение к работе
Актуальность работы. Научно-технический процесс, повышение образовательного и культурного уровня населения, развитие общества в целом определяются в большой степени объемами, содержанием и движением многообразных информационных потоков. В настоящее время наука превращается в ведущий фактор развития общественного производста, и информация становится важнейшим исходным материалом, национальным стратегическим ресурсом. Традиционные информационные службы оказались в состоянии перманентного кризиса, обусловленного взрывообразным ростом объемов информации, сопутствующими ему снижением скорости распространения и уменьшением надежности. Поэтому основным направлением совершенствования информационной работы является механизация и автоматизация всех информационных процессов на основе использования вычислительной техники и средств электросвязи. Мир вступил в эпоху очередной промышленной революции, создаваемой информацией и техникой связи, которым уделяется повышенное внимание в планах развития и долгосрочных прогнозах.
Создаются архивные банки информации, автоматизированные информационно-поисковые системы (ИПС), компьютерные сети связи... Для обеспечения неформальных информационных каналов внедряются системы электронной почты, видеоконференц-связи, видеотелефонии...
Основная часть информации представляется в визуальной форме. Компьютерная техника оперирует с сигналами кодированного электрического изображения (КЭИ), которыми обеспечивается воспроизведение в символьном и условно-графическом виде. А для передачи реалистических изображений объектов и явлений внешнего мира, динамических изображений, формально сложных изображений (например, репродукций произведений живописи и т.п.) используются сигналы развернутого электрического изображения (РЭИ), создаваемые телевизионными методами сканирования. Известны также специализированные информационные системы телевидения (ИСТ) типа "электронный музей", "электронная библиотека" и др.
Особенно эффективно использование телевидения в сфере образования. Учебное телевидение (УТВ) давно и успешно применяется в нашей стране. В последнее время повышенное внимание уделяется развитию дистанционного образования (ДО), под которым понимается комплекс образовательных услуг, предоставляемых широким слоям населения с помощью специализированной информационно-образовательной среды, базирующейся на средствах обмена учебной информацией на расстоянии (телевидение, радио, компьютерная связь и т.д.), см., например, приказ Министра общего и профессионального образования РФ №253 от 31.01.98 "О мерах по созданию системы дистанционного образования в России".
Исследованием вопросов использования телевизионной техники для распространения информации научной, технической, учебной, по вопросам культуры и общества автор занимается 35 лет, приступив к постановке проблемы и поиску решений, когда не было еще не только компьютерных сетей типа Интернет, но и
персональных компьютеров. Феномен "информационного телевидения" возникает на стыке разных областей знания, поэтому при его анализе и разработке технических аспектов понадобилось привлечение и преломление сведений многих наук: документалистики, архивоведения и информатики; физиологии и психологии восприятия; педагогики и социологии; инженерной психологии; полиграфии и т.д. Автором обосновывались возможность и необходимость создания многофункциональной абонентской информационной системы телевидения (АИСТ). В настоящее время следует говорить уже об информационных системах компьютерного телевидения (ИСКТ).
В данной работе приводятся результаты исследований актуальных и для собственно ИСТ, в частности систем УТВ, и для перспективных ИСКТ. По технико-экономическим основаниям целесообразна совместимость ИСТ с вещательным ТВ, и составной частью "информационного телевизионного канала связи" является обычный телевизионный канал в границах "от света - до света". Поэтому ряд научных выводов и рекомендаций, ряд технических решений, полученных автором, применяется или может найти применение в прикладном и вещательном ТВ.
В своих исследованиях автор опирался на труды отечественных ученых Бургова В.А., Гуревича СБ., Зубарева Ю.Б., Зусманович В.М., Игнатьева Н.К., Катаева СИ., Кривошеева М.И., Кустарева А.К., Лебедева Д.С, Луизова А.В., Мешкова В.В., Михайлова А.И., Новаковского СВ., Нюберга Н.Д., Орловского Е.Л., Певзнера Б.М., Рыфтина Я.А., Цуккермана И.И., Шмакова П.В., а также многих зарубежных ученых.
Цель работы. Разработка принципов построения информационных систем телевидения с учетом особенностей передаваемых оригиналов, задач передачи и особенностей получателей сообщений при условии совместимости монофункциональных систем. Разработка, теоретическое и экспериментальное исследование способов оптимальной реализации основных узлов информационного телевизионного канала связи и устройств для измерения их параметров. Разработка новых систем передачи и устройств, обеспечивающих соответствующее уплотнение стандартного канала связи.
Методы исследований. В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученных с использованием теории передачи изображений по электрическим каналам связи, теории дискретизации многомерных сообщений, математического аппарата теории комплексного переменного и функции передачи модуляции, преобразований Фурье и линейной алгебры, математического аппарата колориметрии, теории зрения и инженерной психологии.
Научная новизна. В процессе разработки темы диссертации получены следующие новые научные результаты:
1. Проанализированы фундаментальные факторы, которые определяют специфику информационной системы телевидения, и разработана функциональная схема системы для массового обслуживания абонентов по индивиду-
альным запросам в интерактивном режиме; определены требования к параметрам и характеристикам основных узлов системы.
-
Исследованы методы пространственной макро- и микродискретизации объектных излучений в устройствах преобразования "свет - сигнал", обеспечивающие заданную точность воспроизведения; обоснована перспективность системы телевидения повышенного качества с многопольной разверткой, разработан и экспериментально проверен синхрогенератор для реализации развертки с любым порядком чередования полей; разработано устройство для контроля качества передачи тонкоструктурных изображений; разработаны рекомендации по выполнению информационных изображений, подлежащих передачи по телевизионному каналу с известными характеристиками.
-
Исследованы методы спектральной дискретизации объектных излучений в устройствах преобразования "свет - сигнал", обеспечивающие заданную точность воспроизведения; разработано устройство для полноспектрального анализа; предложены и обоснованы новые методы анализа спектров излучений на метамерное сходство и анализа метамерных излучений на спектральное различие; предложены и исследованы методы, алгоритмы и устройства электрического преобразования параметров цвета при выполнении архивных оригиналов и воспроизведении репродукций, принципиально неосуществимые оптическими средствами; разработан ряд генераторов сигналов цветных тестовых изображений для контроля точности передачи цвета; предложены и разработаны устройства для автоматического измерения электрических и светотехнических характеристик кинескопов.
-
Предложены и обоснованы методы построения стереосистемы УТВ для передачи анаглифических штриховых изображений, трех стереоцветных телевизионных систем, совместимых соответственно с системами ЦТ НИИР, ПАЛ, СЕКАМ, и разработаны схемы устройств кодирования и декодирования сигналов; предложен и обоснован способ двукратного уплотнения телевизионного радиоканала с использованием радиоволн разной поляризации и разработано устройство коррекции перекрестных искажений.
Практическая ценность исследовании, реализация и внедрение результатов.
Результаты диссертационной работы использованы в организациях-заказчиках НИР, что подтверждается отзывами и актами внедрения, а также использованы в работах аспирантов, в учебном процессе.
1. В НИИ Автоматических систем (НИИ АС, г. Москва) используются следующие теоретические результаты:
центральные и периферические модели репродуцирования;
рекомендации по выбору необходимой разрешающей способности, формы пространственно-частотной и переходной характеристик ТВ системы; способы исключения избыточности и улучшения качества выходных изображений путем введения пространственной анизотропии разрешающей способности и выбора ориентации линий развертки;
полноспектральный и неколориметрический способы анализа объектных излучений и синтеза цветных изображений; методика анализа излучений на ме-тамеризм, необходимая для создания спектрозональных ТВ систем целевого назначения; оригинальные методы тонкой дискретизации объектных излучений по спектру и электрических преобразований параметров цвета с целью выделения заданных информативных признаков объекта;
теория информационной ценности различных зон оптического спектра, позволяющая сократить количество отсчетов при спектральном анализе приблизительно на порядок;
методы и алгоритмы обработки видеосигналов, несущих информацию о малоконтрастных деталях телевизионного изображения;
обобщенные алгоритмы преобразования цветов изображения, значительно повышающих различительную способность прикладных телевизионных систем;
обоснование возможности и технической реализуемости применения многопольной развертки с квазислучайным чередованием полей;
- метод раскрашивания последовательных изображений в дополнительные
цвета.
В НИИ АС переданы в эксплуатацию действующие образцы приборов: устройство для селективного изменения цвета объектов; синхрогенератор для многопольной развертки; устройство для цветовой индикации подвижных деталей изображения. Приборы выполнены сотрудниками кафедры ТВ под научным руководством автора.
2. В НИИ Электрографии (г. Вильнюс, п/я Г-4602) используются следую
щие теоретические результаты:
- расчет основных технических параметров комплекса технических
средств, позволяющих осуществлять оперативный доступ к информационным
материалам автоматизированных хранилищ;
расчет требуемой разрешающей способности системы;
рекомендации в части создания телекамер считывания в двух вариантах: для передачи получателю - человеку и получателю - техническому устройству;
рекомендации по организации зрительных условий для работы абонента с экраном.
3. Для Научно-информационного центра по молекулярной спектроскопии
Сибирского отделения Академии наук разработаны рекомендации по совер
шенствованию информационно-поисковой системы "СПЕКТР" и даны обосно
вания их технической реализации:
механизации в процессе ввода новой информации в ЭВМ Банка;
перевода архива в форму, удобную для машинного поиска;
системы электрической документальной связи с иногородними абонентами;
создание внутриинститутской системы телевизионного репродуцирования.
Сотрудниками кафедры ТВ проведены под руководством автора экспериментальные работы по передаче спектрограмм по городским и междугородним каналам электросвязи.
-
Для завода "Экран" (г. Новосибирск, п/я Г-4292) предложены оригинальные методы автоматизированного контроля электрических и светотехнических параметров черно-белых и цветных кинескопов, разработаны функциональные и структурные схемы соответствующих приборов. Сотрудниками кафедры ТВ под руководством автора разработаны и переданы на завод для использования макеты прибора для автоматического измерения качества катода кинескопа и прибора для автоматического снятия модуляционных характеристик и измерения неравномерности свечения по экрану.
-
Под руководством автора созданы и внедрены в учебный процесс замкнутые системы учебного телевидения в НЭИС (СибГУТИ), в Сибирском технологическом институте (г. Красноярск), в учебном центре Новосибирского завода полупроводниковых приборов.
-
Автор разработал теоретически обоснованные и экспериментально проверенные положения телевизионной документалистики, регламентирующие правила выполнения информационных материалов, предназначенных для телевизионного репродуцирования: буквенно-цифровых текстов; ахроматических, малоцветных и полноцветных иллюстраций; динамических и стереоскопических изображений. Преподаватели вузов, в учебном процессе которых применяется УТВ, используют рекомендации, изложенные в монографиях, в брошюре, изданной НИИ проблем высшей школы, в методических пособиях, написанных (в соавторстве) для вузов Казахстана, и в других работах автора.
Являясь членом Научно-методического совета по учебному телевидению при Минвузе СССР, автор читал циклы лекций по технике и методике использования УТВ для преподавателей вузов Западной Сибири, Красноярска, Баку, Кирова, Алма-Аты.
Апробация работы. Результаты, полученные в работе на различных этапах ее выполнения, апробированы в докладах, сделанных автором на Международных, Всесоюзных и Республиканских научных конференциях, а именно на:
Всесоюзной научной сессии НТО РЭС, г. Москва, 1967 г.;
Всесоюзной конференции по телевидению, г. Москва, 1968 г.;
Украинской республиканской НТК, г. Одесса, 1974 г.;
Всесоюзной НТК по телевидению, г. Ленинград, 1974 г.;
I Всесоюзной НТК ППС и сотрудников институтов связи, г. Москва, 1975 г.;
Украинской республиканской НТК, г. Киев, 1977 г.;
Всесоюзном симпозиуме "Проблемы видеотелефонной связи", г. Тбилиси, 1977 г.;
Всесоюзном семинаре "Проблемы и перспективы развития телевизионного кинематографа", г. Москва, 1977 г.;
I Зональном научно-методическом совещании по учебному ТВ республик Закавказья, Ср. Азии и Казахстана, г. Тбилиси, 1978 г.;
Всесоюзном научно-техническом семинаре, г. Челябинск, 1979 г.;
Всесоюзной НМК "Проблемы вузовского учебника", г. Москва, 1979 г,;
- Всероссийской научно-практической конференции Педобщества
РСФСР, г. Москва, 1979 г.;
II Всесоюзном семинаре по автоматизации научных исследований, г. Новосибирск, 1982 г.;
Всесоюзной конференции по ЭЛП и ФЭП, г. Ленинград, 1982 г.;
VI семинаре ученых соц. стран по проблемам вузовского учебного ТВ, г. Тбилиси, 1982 г.;
Всесоюзной конференции "Научные основы разработки и внедрения ТСО", г. Москва, 1984 г.;
Всесоюзной НТК "Проблемы развития цифровых систем передачи", г. Новосибирск, 1987 г.;
Всесоюзной конференции "Человек, интеллект и системы связи", г. Новосибирск. 1988 г.;
Всесоюзной НТК по телевидению, г. Минск, 1988 г.;
Международной конференции "К цивилизации XXI века", г. Новосибирск, 1996 г.;
IV Международной НМК вузов и факультетов связи, г. Таганрог, 1996 г.;
LI научной сессии Рос НТО РЭС, г. Москва, 1996 г.;
Международном конгрессе "Образование и наука на пороге третьего тысячелетия", г. Новосибирск, 1997 г.;
Международном семинаре "Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций", г. Хабаровск, 1999 г.
Кроме того, 40 докладов сделано на областных, городских, региональных, институтских научных конференциях с публикацией тезисов или материалов в г.г. Москве, Ленинграде, Новосибирске, Тюмени, Иваново и др.
Публикации. Общее количество публикаций - 168, а том числе:
монографии (3);
статьи (45);
авторские свидетельства и патенты (10);
статьи в научных журналах США (5);
тезисы докладов на Международных, Всесоюзных и Республиканских конференциях (24);
брошюры - методические пособия для преподавателей (4) и учебные пособия для студентов (4);
тезисы докладов на региональных, областных, городских конференциях (40);
научно-технические отчеты о результатах НИР, выполненных под научным руководством и при участии автора (33 тома).
Основные положения, выносимые на защиту диссертации
-
Общие принципы построения информационных систем телевидения и требования к параметрам, характеристикам и режимам работы основных функциональных узлов.
-
Методы пространственной дискретизации объектных излучения в устройствах преобразования "свет - сигнал", обеспечивающие заданную точность воспроизведения. Новые технические средства и устройства для повышения разрешения телесистемы и контроля качества передачи изображения.
-
Методы спектральной дискретизации объектных излучений в устройствах преобразования "свете - сигнал", обеспечивающие заданную точность воспроизведения. Новые способы оптимальной реализации устройств для полноспектрального анализа и анализа излучений на метамеризм. Новые методы и устройства электрического преобразования параметров цвета и контроля качества цветопередачи.
-
Новые способы построения систем стереоцветного телевидения, совместимых с вещательными системами ЦТ, и способ двукратного уплотнения телевизионного радиоканала с использованием радиоволн разной поляризации.
Структура и объем работы
