Исследование и разработка методов и аппаратуры обработки информации в технических комплексах телерадиовещания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, доктор технических наук Мкртумов, Александр Сергеевич

• Мкртумов, Александр Сергеевич
• доктор технических наук
• 2008

Оглавление диссертации доктор технических наук Мкртумов, Александр Сергеевич

Список основных сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Современное состояние технологического процесса формирования и распространения телерадиопрограмм с позиций контроля их технического качества.

1.1. Эволюция объектов контроля качества телерадиопродукции в новейший период развития отрасли.

1.2. Современное состояние средств и методов контроля качества телерадиопродукции.

1.2.1. Степень соответствия основных методов контроля качества телерадиопродукции современной ситуации.

1.2.1.1. Соответствие основных методов контроля качества современным формам представления аудиовизуальной информации в трактах формирования и распространения программ

1.2.1.2. Экологические факторы риска в телерадиовещании и состояние методов их контроля.

1.2.2. Влияние организационных и экономических факторов на реальное состояние и эффективность контроля качества телерадиопродукции.

1.2.2.1. Внешний контроль качества.

1.2.2.2. Внутренний контроль качества.

1.3. Выводы.

2. Определение требований к системной оптимизации технологии контроля качества телерадиопродукции.

2.1. Схема обработки данных в системе управления техническим качеством телерадиопродукции.

2.2. Разработка общих требований к системной оптимизации алгоритма контроля качества телерадиопродукции.

2.3. Оптимизация структуры тестовых данных для измерений параметров звуковых трактов.

2.4. Оптимизация методов измерений видеопараметров телевизионного тракта.

2.5. Оптимизация структуры тестовых данных для измерений параметров видеотрактов.

2.6. Моделирование применения размывающей насадки (dither) в методе УТФ.

2.7. Выводы.

3. Разработка оптимизированных методов обработки и диагностики аудиовизуальной информации в производстве и распространении телерадиопрограмм.

3.1. Разработка программного комплекса измерений параметров звуковых трактов.

3.2 Разработка программного комплекса измерений параметров качества изображения в трактах формирования и передачи телевизионных программ.

3.2.1 Метод оценки качества и идентичности цветопередачи телевизионных камер.

3.2.2 Метод измерения основных параметров кодера СЕКАМ

3.2.3 Метод определения основных параметров видеотрактов

3.3 Оценка влияния цифровой компрессии видеосигналов на точность измерения видеопараметров методом УТФ.

3.4. Разработка, оптимизация и внедрение метода дистанционной диагностики трактов формирования и передачи телерадиопрограмм.

3.5. Трансформация, визуализация и анализ параметров качества изображения на основе компьютерных методов обработки информации.

3.5.1 Разработка алгоритмов применения программ анализа и обработки звуковых сигналов для визуализации и анализа параметров качества изображения.

3.5.2 Анализ периодичности статистических параметров в динамических телевизионных изображениях с цифровой компрессией.

3.6. Выводы.

4. Разработка и исследования устройств формирования и анализа информации в комплексах телерадиовещания.

4.1. Оптимизация компонентов тракта записи-воспроизведения сигналов магнитной видеозаписи.

4.1.1. Анализ и оптимизация эффективности магнитных видеоголовок наклонно-строчной видеозаписи.

4.1.2. Измерение эффективной ширины субмикронных рабочих зазоров видеоголовок.

4.1.3. Анализ и оптимизация эффективности малошумящих усилителей воспроизведения сигналов видеозаписи.

4.1.3.1 Шумовые свойства усилителя воспроизведения на полевых транзисторах.

4.1.3.2 Оптимизация усилителя воспроизведения видеомагнитофона на биполярных транзисторах

4.1.4 Расчет основных механических параметров видеоголовок автотрекинга.

4.1.5 Внедрение наклонно-строчной видеозаписи.

4.2. Диагностика современного состояния проблемы временного рассогласования изображения и звука в трактах формирования и передачи ТВ программ и разработка устройства для его измерений.

4.3. Выводы.

5. Разработка системного подхода к обеспечению гарантированного качества предъявления телерадиопродукции.

5.1. Разработка базового алгоритма проблемно-ориентированной диагностики состояния технической базы производства телерадиопродукции.

5.2. Актуализация элементов нормативно-технической базы телерадиовещания.

5.3. Отражение вопросов качества аудиовизуальной информации в новых стандартах цифрового телевещания.

5.4. Выводы.

6. Разработка перспективных методов диагностики и обработки аудиовизуальной информации телевизионного вещания.

6.1 Поиск путей и разработка методов предотвращения негативного воздействия параметров ТВ изображения на зрителя.

6.1.1 Разработка критериев принятия решений для коррекции экологических факторов риска телевизионного изображения.

6.1.2 Разработка аппаратно-программных средств для выявления и коррекции экологических факторов риска и видеодефектов.

6.2 Исследование путей повышения эффективности субъективных испытаний качества ТВ изображения.

6.2.1 Возможность повышения точности сравнений при субъективной оценке качества.

6.2.2 Сравнительная чувствительность зрительного анализатора к основным характеристикам ТВ изображений в зависимости от методов тестирования

6.3 Способ отображения сигналов телевизионного изображения в приемнике ТВЧ.

6.4 Цифровое звуковое сопровождение в системе ЦТ СЕКАМ.

6.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка методов и аппаратуры обработки информации в технических комплексах телерадиовещания»

Наиболее массовым средством информационного обеспечения населения является аудиовизуальная информация телерадиовещания, значение которой для информационного, культурного, развлекательного и других аспектов обеспечения коммуникационных потребностей населения России сейчас невозможно переоценить. В её формировании и передаче участвуют технологические комплексы и технические средства, активно изменяющиеся в настоящий период в связи с переходом вещания от аналоговых к цифровым методам подготовки и распространения программ. Кроме того, современные цифровые технологии подготовки программ слились с новыми компьютерными технологиями, усложнились внедрением различных способов сжатия и цифровой модуляции.

Вследствие глобальности распространения аудиовизуальной информации телерадиовещания её техническое качество (далее - качество) затрагивает в той или иной степени интересы почти всех граждан страны. Важность проблемы для общества и самих вещателей в настоящее время определяется следующими факторами:

1. Социальная значимость и защита прав потребителя.

Низкое качество изображения и звука телерадиопрограмм привносит паразитную психофизиологическую нагрузку на зрителя или слушателя, затрудняет восприятие им передаваемой аудиовизуальной информации и, тем самым, нарушает его права потребителя. Не вдаваясь в юридические тонкости (это не тематика данной работы), автор считает неоспоримым право потребителя на качественную телерадиопродукцию, независимо от способа ее получения и размера оплаты.

2. Экологическая безопасность вещания.

Аудиовизуальная информационная среда, в которую погружается телезритель, не должна содержать в своей экологии факторов, несущих риск негативного воздействия на его здоровье и самочувствие. Острота проблемы возрастает по мере роста технических возможностей создания сложноструктурированных изображений в видеоряде. Получая в свое распоряжение эти возможности, создатели программ стремятся в полной мере их использовать. В результате даже в странах, где существуют нормативные ограничения уже достаточно известных опасных явлений, происходят инциденты с их проявлениями.

Помимо искусственно вносимых техногенных факторов (АТ-факторов), неблагоприятное действие могут оказывать и слишком низкие значения обычных объективно измеряемых параметров качества изображения и звука.

3. Конкурентоспособность программы.

Данный фактор, при всей его очевидности, пока не обладает должной мотивацией. В частности, 5 миллионов человек в РФ, которым доступна лишь 1 программа или вообще ни одной, просто не имеют выбора. Однако с внедрением цифровых способов доставки сигнала зрителю, резко увеличивающих количество доступных программ, влияние этого фактора усилится.

В настоящее время актуальность обеспечения качества программ возросла. В первую очередь это вызвано кардинальными изменениями структуры отрасли вещания в новейший период (15 лет), приведшими к более, чем десятикратному росту числа телерадиокомпаний всевозможных размеров и форм собственности. Одновременно происходила и продолжается техническая революция в отрасли вещания, связанная с переходом на цифровые технологии. Поэтому проблемы качества связаны и с появлением новых факторов, вызывающих искажения информации, и с необходимостью разработки новых подходов к методам контроля качества, актуализации нормативно-технической базы телерадиовещания. Предметом данной работы являются исследования и разработка методов и аппаратуры обработки информации в технических комплексах телерадиовещания, направленные на ее анализ, обработку и управление качеством.

Целью данной работы является разработка комплекса научно обоснованных решений проблемы повышения технического качества аудиовизуальной информации телерадиовещания, имеющей важное социально-культурное и хозяйственное значение.

Для достижения этой цели ставились и решались следующие основные задачи:

- анализ состояния проблемы качества в телерадиовещании по его уровню, методам, средствам и организации контроля;

- оптимизация методов контроля качества аудиовизуальной информации телерадиовещания;

- исследования и разработка оптимизированных средств контроля качества изображения и звука в телерадиовещании;

- разработка критериев экологической безопасности телерадиопродук-ции и методов контроля и коррекции факторов риска;

- исследования и разработка способов и устройств для повышения качества изображения и звука.

Методы исследований. В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученных с использованием методов системного анализа (построение и верификация моделей, оптимизация методами локального поиска в глубину, в ширину, с возвратом, имитационное статистическое моделирование, трансформация, визуализация и отображение, нечеткая логика), теории передачи изображений по электрическим каналам связи, теории радиотехнических сигналов и цепей, теории дискретизации сигналов, статистической радиотехники, интегрального исчисления, теоретической механики, теории зрения и инженерной психологии.

В процессе выполнения работы проводились разработка и макетирование узлов и блоков аппаратуры, измерительных установок, компьютерное моделирование, выполнен большой объем работ по испытаниям разрабатываемых систем и реальных объектов телерадиовещания.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Мкртумов, Александр Сергеевич

6.5. ВЫВОДЫ

1. Для нормирования параметров, отвечающих за безопасность воздействия ТВ программ на зрителя, сформулировано новое понятие изображения и звукового сопровождения допустимого качества (ИЗС ДК), необходимое для регламентации параметров телерадиопродукции, исключающей негативное воздействие на потребителя. Разработаны нормы на параметры ИЗС ДК, представляющие собой критерии принятия решений для коррекции экологических факторов риска телевизионного изображения и звукового сопровождения. Данные нормы регламентируют как базовые параметры ИЗС, так и артефакты видео- и звукового ряда.

2. Предложена разработка автоматизированных аппаратно-программных средств для выявления, фиксации и коррекции экологических факторов риска и видеодефектов. Определен подход к созданию двух видов аппаратуры для этих целей, разработан экспериментальный образец видеодефектоскопа, посредством которого проведены исследования указанных явлений в теле- и видеопродукции. Предложено и отображено в виде схем обработки информации размещение данной аппаратуры в трактах формирования программ и ее применение по назначению.

3. Для повышения точности и оперативности субъективных испытаний кодеков цифрового сжатия видеосигналов предложен метод сравнения сюжетов в области пространственного или временного перехода между опорным и испытуемым сюжетом с возможностью воздействия на опорный сюжет операциями тарированной деградации качества для количественной объективизации оценок наблюдателей. Проведен эксперимент по определению сравнительной чувствительности зрительного анализатора к одной из основных характеристик ТВ изображений - яркости. Приведенные результаты эксперимента подтверждают перспективность данного направления исследований.

4. Разработан способ отображения сигналов телевизионного изображения в приемнике ТВЧ для снижения заметности мельканий яркости изображения, отличающийся эффективным достижением цели при отсутствии повышенных требований к устройствам строчной развертки и цифровой памяти. Сущность способа состоит в удвоении кратности чересстрочное™ развертки исходного сигнала изображения в самом приемнике ТВЧ.

5. Предложена эффективная по технико-экономическим показателям система двухканального цифрового звукового сопровождения в системе ЦТ СЕКАМ, не зависящая от параметров передатчиков и конвертеров в сети распространения ТВ программ.

Заключение

Совокупность изложенных в диссертации положений представляет собой целостный комплекс научно обоснованных и реализованных в практике решений в области крупной научно-технической проблемы обеспечения технического качества и экологической безопасности аудиовизуальной информации телерадиовещания при переходе к цифровым методам вещания и в перспективе. Решение данной проблемы имеет важное социально-культурное и хозяйственное значение.

В диссертации получены следующие основные научные теоретические и практические результаты.

1.По результатам проведенного анализа проблем современного состояния средств и методов контроля и управления качеством телерадиопродукции обоснован интегральный подход к решению проблемы, включающий повышение эффективности контроля качества телерадиопродукции, основанное на конвергенции технических средств вещания и информационных технологий, комплексную разработку норм и методик контроля качества телерадиопродукции и защиту зрителя от риска негативного воздействия ее технических параметров.

2. Проведена актуализация нормативно-технической базы телерадиовещания путем создания нормативных документов, соответствующих современным формам представления и обработки видео- и аудиосигналов в цифроанало-говых и цифровых трактах формирования и выдачи телерадиопрограмм. С этой целью разработан и введен в действие комплексный ряд стандартов, включая ГОСТ Р 52722-2007, определяющих требования к параметрике трактов и методам ее измерения, процедуры проверки соответствия, правила эксплуатации технических средств телевидения и радиовещания.

Результаты данных работ явились методической основой проведенных испытаний и коррекции технических комплексов подготовки программ более 1000 телерадиокомпаний.

3. Разработан и внедрен метод диагностики трактов телерадиовещания с повышенной технико-экономической эффективностью (метод универсальных тестовых файлов). При создании метода получены результаты: системная оптимизация алгоритма контроля качества телерадиопродукции; оптимизация структуры тестовых данных для измерений параметров звуковых трактов и видеотрактов; определение влияния цифровой компрессии видеосигналов на точность измерения видеопараметров, определившее способы минимизации вносимых искажений до приемлемого уровня.

4. Обоснованы и разработаны предложения по коррекции методов измерений видеопараметров телевизионного тракта. Имитационным моделированием проведено определение точности различных методов измерений параметров в цифроаналоговом тракте.

5. Разработаны и внедрены в практику методики и программные комплексы для измерений параметров звуковых трактов формирования и передачи телерадиопрограмм и колориметрической диагностики теле- и видеокамер, отличающиеся автоматизацией и высокой точностью процесса измерений.

6. Разработаны на аппаратно-программном уровне и внедрены в практику решения задач оперативного проведения испытаний компонентных трактов с возможными включениями переходов в PAL и кодеров СЕКАМ.

7. Разработан и внедрен в практику метод дистанционной диагностики трактов формирования и передачи телерадиопрограмм; отработаны различные алгоритмы его использования. Данным методом проведены испытания 26 телерадиокомпаний с цифровой и цифроаналоговой технологией. Отмечены достоинства метода: резкое сокращение организационных и финансовых затрат, оперативная обратная связь с объектом испытаний и отсутствие потребности испытательного центра в аппаратуре видеозаписи разнообразных форматов.

8. Предложены принципы и проведена разработка системы дистанционной диагностики трактов с автономным доступом авторизованного пользователя.

9. Разработан алгоритм использования инструментов стандартных звуковых программ для анализа видеосигналов и измерений полного набора видеопараметров без использования аппаратных средств.

10. Проведены исследования и оптимизация параметров видеоголовок, головок автотрекинга и малошумящих усилителей для внедренного в серийное производство студийного видеомагнитофона 2-го поколения.

11. Предложены эффективные по технико-экономическим показателям системы развертки сигналов изображения в приемнике ТВЧ и двухканального цифрового звукового сопровождения в системе ЦТ СЕКАМ.

12. Разработана методика и проведены измерения временного рассогласования изображения и звука в телевизионных эфирных программах, подтвердившие актуальность вопроса. Разработан, выпускается, внесен в Госреестр средств измерений и рекомендован к применению в 3-х новых ГОСТах прибор для измерения временного рассогласования изображения и звука ИВР-1.

13. Рассмотрены аудиовизуальные параметры ТВ изображения, несущие потенциальную опасность вредоносного воздействия на зрителя, и показано наличие указанных параметров в реальной теле- и кинопродукции. Сформулировано новое понятие телерадиопродукции допустимого качества, необходимое для регламентации ее экологических параметров. Разработаны критерии принятия решений для выявления и устранения экологически опасных явлений и видеодефектов.

14. Предложено новое техническое решение для автоматизированного выявления экологически опасных явлений и видеодефектов. Определен подход к созданию двух видов аппаратуры для этих целей и предложен оптимальный вариант ее размещения в трактах формирования и выдачи ТВ программ.

Внедрение результатов диссертационной работы отражено в соответствующих актах (Приложение 13).

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Мкртумов, Александр Сергеевич, 2008 год

1. Аппаратура автоматического периодического допускового контроля технических характеристик вещательных каналов АКЗВ// Телерадиовещание: Информационный бюллетень / ОАО ВНИИТР. -2000.-№2.-С. 44

2. Артюшин Л.Ф., Винокур А.И., Мкртумов A.C. Съёмка и подготовка видеоматериалов в телевизионном производстве: Справ, рук. М.: АО ВНИИТР. 2000. - 451с.

3. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Наука, 1968, - 560 с.

4. Баранов Ф.Р., Лишин Л.Г., Мкртумов A.C. Формирование базы данных о состоянии и деятельности государственных телерадиокомпаний // Телерадиовещание: Информ. Бюл. / ОАО ВНИИТР. -2003.-№ 1.-С. 27.

5. Борисов В.В., Круглов В.В., Федулов A.C. Нечеткие модели и сети.- М.:Горячая линия Телеком, 2007. - 284с.

6. Брайс Р. Справочник по цифровому телевидению. — М.: Изд-во «Эра», 2001. 229 с.

7. Бритиков A.A., Мкртумов A.C., Немцова С.Р., Цветков О.В. Метрологические аспекты нормирования комплекса параметров изображения и звука в телевизионном вещании // Broadcasting, 2004, № 4, С. 8-22/

8. Быков В.В., Автоматизация в телевидении и файловая передача ме-диаданных// Техника кино и телевидения. 2003. № 3. - С. 4 - 7.

9. Быкова Т.П., Гольцов В.В., Репман Г.Г Особенности сертификации телецентров при переходе на цифровые технологии // Телерадиовещание: Информационный бюллетень / АО ВНИИТР 2006. - №4.- С. 27-29.

10. Бычков Ю.Н., Мкртумов A.C., Чернятин Ю.И., Расчет основных механических параметров видеоголовок автотрекинга. // Вопросы организации труда и развития техники телевидения и радиовещания: Сб. науч. тр. / ВНИИТР. М., 1985. - С. 47 - 53.

11. Бургов В.А. Физика магнитной звукозаписи. — М.: Искусство, 1973, -495 с.14