Оценка качества видеоинформационных систем по характеристикам видеосигналов в процессе системного проектирования

• Автор: Гоголь, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.12.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 67 с.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации. Оценка качества любой технической системы (ТС) представляет количественное определение таких ее характеристик, которые позволяют на информационном уровне представить степень соответствия различных свойств системы предъявляемым к ней требованиям, и которые обычно называют показателями качества системы (ПК).
Пути повышения качества ТС связаны не только с разработкой высокоэффективных технологий их проектирования и производства, но и с совершенствованием методов и средств контроля качества.
Эти положения относятся и к видеоинформационным системам (ВИС), которые, как непосредственно следует из их названия, предназначены для передачи визуальной информации от источника (объекта) к получателю сообщений. Такие системы весьма многообразны и, в зависимости от назначения, передают разное количество информации об объекте и о разных его свойствах. Выходным продуктом ВИС, в зависимости от целевого назначения, может являться либо изображение объекта, либо видеосигнал. В подавляющем большинстве случаев, конечным продуктом ВИС и их функциональных узлов (за исключением преобразователей сигнап/свет), является видеосигнал, содержащий информацию об объекте.
Как объекты самостоятельных исследований, ВИС представляют собой сложные технические системы (ТС), содержащие большое количество взаимосвязанных элементов, и характеризующиеся большим числом параметров.
Решение проблемы оценки качества таких систем еще сравнительно недавно было ограничено техническими возможностями. Многообразие контролируемых параметров вызывало необходимость разработки большого количества специализированных измерителей. Это приводило к тому, что:
« достоверность показаний таких приборов была разной;
• усилия разработчиков были направлены на создание измерительных алгоритмов, допускающих достаточно простую реализацию;
Крайне сложно технически было решить основную задачу - оценить эффективность и качество работы ВИС в целом.
Основополагающую роль в разработке телевизионных методов измерения сыграли работы М.И.Кривошеева, особенно предложенные им методы оценки

ВИС о помощью испытательных сгрок. Эти методы позволяют оперативно оценивать состояние тракта передачи и его отдельных звеньев, что дает возможность легко определять неисправное звено и принимать соответствующие меры для его восстановления или замены. Различные подходы к оценке качества воспроизведения изображений развивались в работах отечественных и зарубежных ученых: Я.АРыфтина, С.Б. Гуревича, М.В.Антипина,
Н.Н.Красильникова, И.И.Цуккермана, Р.Е.Быкова, М.А.Грудзинского,
Я.Н.Щелованова, Б. С.Тимофеева, С.В.Новаковского, И.Н.Пустынекого, Л.Л.Пслосина, Л.С.Виленчика, Б.М.Певзнера, А.Я.Хесина, О.В.Гофайзена, Алл на га, Льюиса, Проссера, Паздерака и др.
Важным научно-техническим направлением развития телевизионных измерений являются видеоинформационные методы контроля - комплекс принципов и устройств оценки качества ВИС по параметрам контролируемых видеосигналов. Такие методы характеризуются тем, что необходимая информация о качестве формируемого видеосигнала извлекается непосредственно из самого видеосигнала. При этом измерения, в общем случае, производятся в процессе передали как подвижных, так и неподвижных изображений. Очевидно, что в последнем случае достоверность извлекаемой информации возрастает, и становится возможным установить потенциальное качество формирования видеосигнала, которое может обеспечить ВИС. Следовательно, становится возможным установить качество самой ВИС, в отличи е от использования подвижных изображений, когда оценка зависит как от качесгза контролируемой системы, так и условий эксплуатации. Например, отношение сигнал/шум будет зависеть от условий освещения, четкость - от фокусировки и полосы частот канала передачи и т.д. В последние гады, с развитием цифрового телевидения, такие методы получили особенно заметное распространение. Одним из путей, позволяющих форсировать их прогресс, является передача, одновременно с изображением, измерительной информации о параметрах изображения по вспомогательному каналу (например, в интервале кадрового гасящего импульса). Такая информация, связанная с определенным кадром передаваемого изображения, при использовании скалярных оценок весьма незначительна по объему, но позволяет организовать сквозной контроль канал г передачи в процессе передачи. Реализация указанных методов встречает заметные трудности, связанные как со сложностью извлечения измерительной

характеристикам существенно не меняются [14].
Наиболее сложной задачей определения параметров видеосигналов ТВЧ представляется задача измерения разздахов сигналов штриховых мир для оценки четкости изображения. Это обусловлено тем, что необходимо осуществлять выборки сигнала с очень высокой частотой дискретизации, а сигнал от штриховых мир, проходя через ТВ канал, значительно ослабляется и отношение сигнал/помеха уменьшается.
Использование стробоскопического метода измерения с целью снижения частоты дискретизации, приводит к неприемлемому увеличению времени измерения, снизить которое в некоторой степени можно используя периодичность сигнала штриховых мир [14].
Известно [12*. 19*,32*], что наиболее полно разрешающую способность линейной изображающей системы характеризует ее частотно-контрастная характеристика (ЧКХ). Поскольку определение порога различения деталей изображения представляется весьма сложной задачей, часто ограничиваются только сопоставлением формы частотных характеристик и сравнением гпубины модуляции видеосигнала на нескольких пространственных частотах.
Следует отметить, что аппарат ЧКХ применим только к линейным системам. В то же время большинство преобразователей свет-сигнал представляют собой сложные нелинейные системы, характеристики которых изменяются при изменении светового и электрического режима работы. Другая трудность использования ЧКХ для оценки разрешающей способности связана со сложностью изготовления испытательных таблиц с синусоид, зльным
распределением прозрачности штрихов. Первая трудность, в определенной, мере, устраняется тем, что ЧКХ снимается в строго определенных условиях, а вторая тем, что экспериментальные характеристики снимают при использовании испытательных таблиц, содержащих группы высококонтрастных темных цприхов на белом фоне с прямоугольным распределением прозрачности. Применение таблиц с синусоидальным распределением прозоачности полосок дает более точные результаты, однако, сложность изготовления ограничивает их применение 9*].
Известны предложения [12*] по использованию осцилпографического метода измерения сигнала от штриховых мир с частотной селекцией, позволяющей в несколько раз уменьшить мощность шумов. При этом ограничением по