Введение к работе
Актуальность темы. В результате всё возрастающей зависимости индустриально развитых стран от источников информации (научно-технической, образовательной, экономической, политической и т.д.), а также от уровня развития и эффективности использования средств передачи и переработки информации сформировалось принципиально новое понятие — национальные информационные ресурсы. Традиционные информационные службы оказались в состоянии перманентного кризиса, обусловленного взрывообраз-ным ростом объёмов информации и сопутствующими ему снижением скорости распространения и уменьшением надёжности информации. Поэтому основным направлением совершенствования информационной работы является механизация и автоматизация всех информационных процессов на основе использования вычислительной техники и средств электросвязи.
Создаются архивные банки информации, автоматизированные информационно-поисковые системы, компьютерные сети связи, включающие наземные и спутниковые каналы, внедряются системы электронной почты и т.д. Компьютерная техника представляет информацию в символьной и условно-графической формах. Для передачи реалистических изображений объектов и явлений внешнего мира, динамичных изображений, формально высокоинформативных изображений (например, репродукций произведений живописи и т.п.) необходима телевизионная техника.
Возникло новое научное направление — информационное телевидение. Разрабатывается концепция создания автоматизированной информационной системы телевидения (АИСТ), в которую войдут в качестве подсистем "электронная библиотека", "электронный музей", "электронная газета", видеотелефон, "обучение" и др. Соответственно появилось понятие "информационный телевизионный канал связи", составной частью которого является обычный телевизионный канал в границах "от света - до света".
Весьма актуальной задачей является внедрение информационных технологий в обучение и, в частности, в высшее образование. В концепции информатизации высшего образования Российской Федерации, утверждённой Госкомвузом России 28.09.93г., акцентировано
внимание на создании современной информационной среды системы высшего образования и науки. Создаётся федеральная универсальная компьютерная сеть, библиотечная компьютерная сеть высшей школы, региональные телекоммуникационные системы и сети и т.д.
Как известно, работа с компьютером способствует алгоритмизации мышления. В концепции Госкомвуза особо подчёркивается необходимость повышения эффективности приобретения профессиональных знаний за счёт применения и освоения методов образного, визуального мышления. Эта задача решается с помощью информационного телевидения. И во многих вузах страны успешно применяются системы учебного телевидения (УТВ), одна из самых совершенных создана в СибГАТИ (бывший НЭИС).
В данной работе анализируются теоретические вопросы решения проблемы информатизации общества. Исследуются новые методы и алгоритмы и предлагаются технические решения, позволяющие повысить эффективность передачи сообщений по информационным телевизионным каналам связи. При этом часть решаемых вопросов специфична именно для информационного телевидения и, в том числе, для учебного, а часть имеет значение также для телевизионного канала связи в традиционных границах "от света - до света".
Большой вклад в становление теории электрической пере
дачи изображений, практическую реализацию телевидения вне
сли советские учёные П.В.Шмаков, С.И.Катаев, С.В.Новаковский,
М.И.Кривошеев, В.В.Однолько, В.М.Зусманович и др., а также за
рубежные учёные Д.Джадд, Г.Вышецки, Д.Мак-Адам, П.Мертц,
Ф.Грей, X.Кельнер, Ф.Арп. Дальнейшее развитие осново-
полагающие положения теории телевидения нашли в работах А.Я.Дмитриева, В.Е. Джаконии, Ю.Б.Зубарева, И.Н.Пустынского и ряда других учёных.
Цель работы. Целью настоящей работы является разработка и исследование технических методов повышения качества передаваемых телевизионных сообщений по каналам связи систем информационного телевидения. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач.
1.Исследование проблемы телевизионной передачи научной и учебной информации, анализ фундаментальных факторов, опреде-
ляющих отличия построения информационных систем телевидения от вещательных.
2.Исследование методов повышения качества функционирования телевизионного канала связи в границах "от света - до света".
3.Исследование проблем репродуцирования движения объектов в информационных системах телевидения, анализ особенностей телевизионной развёртки и возможностей адаптации параметров сигнала к динамике изображения.
4.Разработка алгоритмов преобразования цветных изображений, позволяющих повысить семантическую информативность передаваемых телевизионных сообщений и разработка способа и устройств для передачи информационных стереоизображений.
Методы исследования. В диссертации приведены результаты теоретических и эспериментальных исследований, полученные с использованием методов теории передачи изображений по электрическим каналам связи, математического аппарата теории функций комплексного переменного, преобразований Фурье и линейной алгебры, теории зрения и инженерной психологии
Научная новизна. Новыми являются следующие результаты.
1.Проведено исследование трёх фундаментальных факторов (ЗФФ), определяющих построение телевизионных систем, в результате которого показано существенное отличие информационного телевидения от вещательного.
2.Исследованы пять обобщённых типов соответствия оригиналов и репродукций по любым параметрам и для любых получателей сообщений и на основе обобщённых технических решений разработана модель простейшей полноспектральной репродукционной системы, обеспечивающей физическую точность воспроизведения спектрального распределения мощности излучения (СРМИ).
3.Проанализированы основные характеристики зрительных сигналов и методы, позволяющие оптимизировать светотехнические условия воспроизведения изображений, предложен и обоснован метод автоматического измерения яркости канальных преобразователей "сигнал - свет", обеспечивающий объективную оценку светотехнических параметров, точность и быстродействие процесса измерений.
4.Проанализированы методы контроля качества цветопередачи в телевизионном канале связи с использованием стандартных тест-изображений, разработан телевизионный генератор "Атлас цветов" (ТГАЦ) с возможностью независимой регулировки цвета в пределах структурной единицы изображения, сочетающий достоинства полиграфического атласа цветов и генератора электрических тест-сигналов.
5.Исследованы вопросы репродуцирования движения объектов в информационном телевидении с учётом ЗФФ, разработан алгоритм повышения эффективности визуальной индикации движения и устройство для его реализации, работающее на принципах временной суммациии возбуждений в рецептивных полях глаза и закономерностях аддитивного смешения цветов.
6.Исследованы взаимосвязи объективных и субъективных параметров цвета и показана их неоднозначность вследствие особенностей зрительного восприятия, ограниченных возможностей преобразователей "сигнал - свет", специфики трёхцветного синтеза; разработаны алгоритмы электрического преобразования параметров цвета и устройства для их реализации; предложен способ передачи по стандартному каналу связи информационных стереоизображений и устройство для его реализации.
Практическая ценность работы.
1.В результате исследования ЗФФ, определяющих построение телевизионной системы, доказана необходимость комплексной проработки концепции полного информационного обеспечения абонентов на базе использования вычислительной техники и средств электросвязи при обеспечении совместимости отдельных информационных подсистем, прежде всего, по условию использования общего канала связи.
2.В результате исследования методов повышения качества функционирования телевизионного канала связи обоснованы и разработаны новые технические решения, обеспечивающие реализацию высокоинформативного, полноспектрального репродуцирования, автоматизированного контроля светотехнических параметров кинескопов, эффективных генераторов цветных тест-изображений с широкими эксплуатационными возможностями.
Помимо информационного телевидения, данные технические ре-
шения рекомендуются для использования в вещательном и промышленном телевидении, при производстве кинескопов.
З.На основе анализа особенностей телевизионной развёртки и специфики репродуцирования динамичных изображений разработан алгоритм адаптивного обмена частоты отбора фаз движения на чёткость изображения при сохранении условия совместимости по параметрам канала связи, разработан алгоритм и устройство для семантического согласования параметров динамичного телевизионного изображения с пропускной способностью визуального канала приёма информации получателя сообщений. Устройство также рекомендуется для использования в промышленном прикладном телевидении.
4.Обоснованы алгоритмы независимого и взаимозависимого преобразования параметров цвета, повышающие семантическую информативность телевизионных сообщений. Реализованы преобразователи для общей и селективной обработки сигналов цветного телевидения, переданных по каналу связи в терминал получателя. Разработанные преобразователи параметров цвета рекомендуются также для использования в прикладном и вещательном телевидении.
5.Разработан и технически реализован алгоритм обмена параметра "динамический диапазон сигнала" на параметр "объёмность". Техническое устройство рекомендуется также для использования в УТВ.
Оригинальные технические решения, предложенные в диссертации, защищены авторским свидетельством и заявкой на изобретение.
Реализация и внедрение результатов исследования.
1.В НИИ автоматических систем (г.Москва) внедрены в телевизионной аппаратуре прикладного назначения результаты диссертационной работы по электрическому преобразованию параметров цвета.
2.На заводе "Экран" (г.Новосибирск) успешно прошёл испытания измерительный комплекс контроля качества параметров кинескопов.
З.В Сибирской государственной академии телекоммуникаций и информатики внедрены в учебный процесс в качестве демон-
страционных и лабораторных макетов генераторы цветных тест-изображений с возможностью независимой регулировки цвета в пределах структурной единицы изображения, телевизионный генератор "Атлас цветов".
4.В Сибирской государственной академии телекоммуникаций и информатики используются в учебном процессе в курсе лекций по дисциплине "Телевидение" основные результаты диссертационной работы.
Апробация работы. Результаты, полученные в работе на разных этапах её выполнения, докладывались и обсуждались на:
— Всесоюзной конференции "Человек, интеллект и системы
' связи" (г.Новосибирск, 1988г)
— Всероссийской научно-технической конференции "Цифро
вые системы передачи городских и сельских сетей связи ЦСП-92"
(г.Новосибирск, 1992г)
— XXV, XXVI, XXX, XXXV областных научно-технических кон
ференциях, посвященных Дню Радио (г.Новосибирск 1982, 1983,
1987, 1992 гг).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 статьи в центральной печати и авторское свидетельство на изобретение.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка литературы из 99 наименований и приложения. Основной текст содержит 96 страниц и иллюстрируется 29 рисунками.
Основные результаты, представляемые к защите.
1.Принципы построения информационных систем телевидения, учитывающие три фундаментальных фактора.
2.Принципы построения полноспектральных репродукционных телевизионных систем.
З-Методы контроля параметров телевизионного канала связи в границах "от света - до света".
4.Алгоритмы и технические решения по повышению качества передачи телевизионных сообщений.
