автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Анализ и разработка методов и устройств сопряжения терминала системы видеотекс с бытовым телевизором

7 М

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССКПСИЬ ЖЕОДЯ Московский технический университет связи и информатики

На правах рукописи

Аль Хаш.Аль Самах. 1.1. /

УЛС 6?1

АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ССШШШ-Й ТЕРМИНАЛА СИСТЗ-Ь! КЩЮТЕКС С ШТОБПЛ ТЕЛЕВИЗОРОМ

Специалы-гость 05.1?. 17 - Радиотехнические и телевизионное

системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 193?

Работа выполнена в Московском техническом университете связи и информатики.

Научней руководитель - кандидат технических наук,

доцент A.B. Котельников.

Официальное оппоненты - доктор технических наук,

профессор Хромой Б.П., - кандидат технических наук Лунева З.П.

Ведущее предприятие - Российский.

институт связи.

Защита диссертации состоится у ff " 1992 г.

в час. на заседании специализированного совета

К 118.06.03 в Московском техническом университете связи и информатики по адресу: 105855 ГСП, Москва, ул. Авиамоторная, дом 8-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " " _ 1992 г.

an

Учений с екретарь специализированного

совета К 118.06.03, к.т.н., доцент // Матвеева

ЗСгЗДГ^АЯ

ДАРСТрйККАЯ

«ВЛИОТсКА

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Настоящая работа посвящена разработке методов и устройств сопряжения терминалов новых информационных телевизионных систем, таких, как видеотекс, телетекс. с бытовым телевизором.

В системе видеотекс знаково-графическая информация передается по 'телефонному каналу, телетекс использует телевизионный канал. В них отображающим устройством является телевизор. Обычные телевизионные приемники не могут отобра-. жать данные этих систем, так как информация закодирована в цифровой форме. -Необходим внешний декодер, при сопряжении которого с телевизором возникает проблема формирования многоуровневых сигналов, обеспечивающих правильное воспроизведение цветов, а также возникают вопросы коррекции искажений при стыковке с антенным входом.

Учитывая,.что указанные телематические системы находят • все более широкое применение, а парк телевизоров, оборудованных встроенным декодером явно недостаточен, разработка методов- и' устройств согласования декодирующих устройств'с бытовым телевизором' является весьма актуальной.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является исследование вопросов, связанных с согласованием терминалов телематйческих систем с бытовым телевизором. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач, связанных с теоретическими и экспериментальными исследованиями с применением ЗЕМ. При этом необ:- _ ло рассмотреть, вопросы формирования знаково-графическо1о изображения, формирования сигналов, коррекции искажений, возникающих при стыковке термп-

нала с антенным входом телевизионного приемника.

Методы исследования. В работе использовались методы математического анализа, вопросы теории цвета и цветового зрения, колориметрических преобразований. Широко использованы метода математического моделирования на ЭВМ, которые базируется на теории и практике програмирования научных задач.

Научная новизна данной таботы заключается в следующем:

1. В результате исследований цветовых отличий переднего и заднего планов знаково-графического изображения было определено число передаваемых цветов, даны рекомендации по предпочтительны?.! комбинациям цветов знак-фон и при индикации прерывистыми цветными фрагментами.

2. Разработанный метод расчета параметров многоуровневых сигналов, подаваемых на входы основных цветов телевизионного приемника, позволяет, в свою очередь, определить параметры матричных схем декодеров телематических систем.

3. Разработанный метод коррекции искажений, возникающих в канале цветности за счет ограничений в цепях низкочастотных предыскажении при подаче сигналов телематических систем на антенный вход телевизора, позволяет устранить понижение цветовой четкости изображения, возникающих за счет этих цепей.

4. Разработанный метод коррекции искажений сигналов телематических систем, возникающих в канале цветности за счет переходных процессов, вызванных ограничением полосы , частот цветоразностных сигналов, позволяет повысить цветовую четкость изображения.

5. Разработанный метод расчета параметров скорректированных многоуровневых сигналов позволяет определить парамет-

ры корректирующих матриц декодеров при подаче сигналов-, Вв . . Ев на антенный вход телевизора.

Основные положения, выкосиме на защиту;

1. Разработанные методы определения и выбор числа передаваемых цветов для знаково-графического изображения в телематических системах. Методы определения предпочтительных комбинаций цветов переднего и заднего планов изображения и комбинаций при индикации прерывистыми фрагментами.

2. Разработанный метод расчета параметров многоуровневых сигналов при подаче их на входы первичных цветов телевизора.

3. Разработанный метод коррекции искажений, возникающих за счет влияния цепей низкочастотных предыскажений.

4. Разработанный метод коррекции искажений, возникающих за счет ограничения полосы частот цветоразностных сигналов.

5. Разработанный метод определения параметров сигналов, обеспечивающих минимальные искажения при согласовании терминала с антенным входом бытового телевизора..

6. Экспериментальная проверка полученных результатов.

Практическая ценность таботы состоит в том, что ее

результаты могут быть использованы при разработке терминалов новых телематических систем. Представленные методы расчетов могут быть использованы в учебном процессе на кафедрах телевидения.

Личное участие. Бее основные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично.

Апробация результатов работы. Материалы диссертации докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава 1.1ТУС11 /1950 г., 1592 г., 1С91г./.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, двух приложений, 25 таблиц и 24 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ л «

Во введении обоснована актуальность работы, указаны цели исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту, определена научная новизна, указаны объем и структура работы. Представлены сведения об апробации и публикации основных положений диссертации и внедрение результатов работы.

Е первой главе рассмотрены особенности новых телевизионных справочно-ннформационных систем, к числу которых относятся системы видеотекс и телетекст. Показано, что принципы работы этих, телематических систем, в основном, аналогичны. В качестве отображающего устройства у них является бытовой телевизор.

Обычные телевизионные приемники не могут отображать данные информационно-справочных систем: они должны быть оборудованы специальным декодером. Телевизоры должны подключаться к терминалу простым и дешевым способом.

Возможно использование встроенных-и внешних декодеров. Встроенные декодеры должны быть установлены в новых телевизорах. При массовом производстве дополнительная плата за встроенный декодер должна быть ниже, чем внешний декодер. Однако, если для приобретения встроенного декодера требуется купить новый телевизор, то распространение подобных устройств в начальный период будет ограничено.

.6

Для подключения внешнего декодера к телевизору могут быть- использована два способа.

Пергой способ предполагает, что .информация об изображении, сформированная устройством генерации знаков, кодируется в соответствии с существующей системой цветного -телевидения и по свободному радиочастотному каналу подается на антенный вход телевизора. Недостатком этого метода является ограничение полосы чайтот цветоразностшгх сигналов, применяемое в стандартных системах цветного ТВ. Оно приводит к ухудшению качества отображения информации.

Второй способ предусматривает непосредственную подачу видеосигналов на модулятора красного, синего и зеленого прожектеров кинескопа. Это требует специального входного разъема в телевизоре, подключенного к электронным пушкам. Такой метод обеспечивает Лучшее качество изображения. Но из-за того, что в настоящее время существует недостаточно телевизоров, оборудованных такими разъемами, первый способ подключения в настоящее время является предпочтительннм.

Ограничение полосы частот в канале цветности приведем к искажению формы импульсов малой длительности, что может вызвать определенные искажения знаково-графического изображения. Показано, что при согласовании с антенным входом телевизора необходима коррекция этих искажений.

Неъбходима оптимизация выбора-цветов фона и переднего плана.

Отдельные знакоместа могут быть сделаны мигающими, посредством их высвечивания и гааения с регулярной частотой. Необходима оптимизация частоты прерывистых изображений, так как она зависит от сочетаний цветов знаков и фона.

Использование большего числа цветов в знаково-графичес-ком синтети-еском изображении требует усложнения сигналов. Они становятся многоуровневыми. Это, в свою очередь, требует определения их параметров, как при подале на вх.одн сигналов первичных цветов, так и на антенный вход.

Во второй главе рассмотрены особенности формирования цветного знаково-графического изображения.

Выбор оптимального числа цветов для информационно-справочных телевизионных систем связан не только с восприятием синтетического изображения, но и с оптимизацией цифрового сигнала, служащего для передали буквенно-графической информации, а также с минимизацией стоимости приемной и передающей аппаратуры.

Число цветов должно быть таким, чтобы изображение хорошо воспринималось при достаточном разнообразии их комбинаций. Должны быть выбраны базовые цвета в дополнение к основным и дополнительным цветам. Учитывая специфику буквенно-графического телевизионного изображения,необходимо определить предельные цветовые комбинации знак-фон, когда визуально информация воспринимается с трудом. Не следует передавать цвета, сочетание которых дает малый цветовой контраст, когда изображение плохо различимо, или воспринимается с трудом..Таким образом, количество необходимых цветов для знаковой индикации информации определяется минимальными цветовыми отличиями /МЦО/ знак-фон, когда изображение еще.уверенно воспринимается.

Координаты минимальных цветоотличий на диаграмме цвет-ностей образуют пороговый контур, очерчгващий зону минимальных цветоотличий /МЦО/. Сочетания цветностей, определяемые точками внутри зоны, очерченной контуром, недопустимы, т. к,

буквенно-графит-ескке изображения гскеасхе пгета зт:?.К0Б ¡¿о«:а, находящиеся Енутри зон»-*, зоспрап!г.*81гтся с оадбка:" :z:io вообще не будут разлагиикхи Тсакзт образом, оптала;.н;ое ~лс-ло цветов может быть определено :.:акс:г.:аль:;н:л кслл'-еспо'т неперекрывающихся зон, расподойоннюс в пределах плогдэ! треугольника основных цветов пр::с:я:::ка па диаграмме цгетносте".

На основании колориметрических псследо-я^'ий бглх определена эти зоны /рис. 1/. EaaoEwe цвета, определяете нон«, обозначенн крестиками. Координаты цьетпостей передаваемых цветов приведены в таблице 1.

Легкость восприятия материала зависит от г.о^ашч-'г . тов. Цвета, находящееся в соседних зонах ГЦО, различимое изображение, так как не обеспе^ггяют его шего контраста. Близкие цвета дают блеклую картину. Более; сонное изображение определится большим расстоянием :.;ежду точками, определяющими цвета в щ-етово.л пространстве.

Были раосчитаны и экспериментально подтверждена Д1:агр;~.а:и относительных цветоотличий для всех оптимальных цветов. 3 таблице 1 цифрами показаны предпочтительные цье?осочетан.;л.

Большое значение для подчеркивания фрагментов, применения к ним внимания имеет прерывистое изображение сиголов или части изображения. Отделите знакоместа могут ели;-. сделаны мигающшли посредством их высвечивания и гаиешя о регулярной частотой.

Мерцающие символы могут бить различных цветов па различном фоке. Однако время восприятия символов cyacci,екко зависит от сочетания цветов знака и фока. Так, напрх.тер, светлые знаки на темном фоне могут восприниматься глерщ^щл-ми с большей частотой, чем в случае темних знаков на ст.етлом фоне.

Таблица

№ цвета Цвет X У Номер цвета заднего плана

1 Красный 0,64 0,33 4-11

- 2 1 Розовый 0,525 0,26 6-12

3 | Пурпурно-красный 0,44 0,22 6-13

4 Пурпурный 0,33 0,16 9-11

5 Синевато-пурпурный 0,24 0,11 10-13

6 'Синий 0,15 0,06" 1, 2, 11 - 14

7 .Зеленовато-синий 0,16 0,20 1, 11 - 14

8 Голубой 0,22 0,33 1, 2, 13 - 14

9 Сине-г зеленый 0,24 0,415 ■ 1 - 3, 13

10 Синевато-зеленый 0,26 0,50 1,4-6, -14

11 . Зеленый • 0,29 0,60 1-4, 6, 14

12 йелтовато-зеленый 0,34 0,56 1, 4 - 7

13 Желтый 0,42 0,50 5-8

14 Оранкевый 0,52 0,42 5-9

Исследования, проведенные с целью определения зависимости времени ответа при различных цветах ¿она, позволили вывести; некоторые закономерности. Определялось время задержи восприятия стволов различных цветов на определенном фоне.

оадерлжа б восприятии / Т / оказывается минимальной при сочетаниях для цветов текста и фона, являющимися дополнитель--нньи:; / " 180°/. Близкие по цветовод пространству сочетания цветов дают наибольшее время ответа, очевидно, из-за затрудненного восприятия символов с малым цветоотли^ием. Зедвргжа на зеленой фоне макашаяьиа по отношению к другим цветам, в то время,/ как на синем фоне она минимальна. Следует подчеркнуть, -«то наименьшее время восприятия знаков оказывается на верном фоне. •

Третья глава посвящена особенностям согласования терминала телематических систем с битовым телевизором. Разработана методика расчета сигналов основных цветов. Составлен алгоритм машинного расчета. Получены выражения для расчета многоуровневых сигналов и рассчитаны параметры сигналов, подаваемых на телевизор по видеочастоте. Учитывались данные, приведенные в таблице!.

£в " К Г4 ^

где к - коэффициент пропорциональности; - яркость; .. уя , Хв , уа , Хв , уа - координаты цветности основных цветов приемника; хц, уц - координаты-данного цвета; , £0 , Вв - сигналы основных цветов приемника.

Рассчитаны параметры 'многоуровневых сигналов при подале их по радиочастоте на антенный вход. На рис. 2 приведены диаграммы сигналов полос оптимальных цветов. Таким образом, даны рекомендации для построения матриц выходных устройств терминала при подале сигналов на входы основных цветов и для формирования, сигналов цветового кодирования по радиочастоте.

• Установлено, что на цветовую разрешающую способность, при подаче сигналов знаково-графических изображений, на антенный вход телевизора, в значительной степени, влияют ограничения сигналов 2)я и 2>в в цепях низкочастотных предыскажений. Для уменьшения этих искажений необходима коррекция, заключающаяся в сжатии сигналов Д? и 2>в с целью устранения их ограничения.

Степень сжатия при коррекции искажений, возникающих в ' цепях 1М1, определится соотношением 2>£ , 2>гв и уровнями ограничения иогр . Дня сигналов в канале красного и синего цветов они различны:

, _ у.

ийогр. (2)

2>\

^Вогр.

где 2)к и 2>'в - значения сигналов, превышающих уровень ограничения, а Ся и Св - коэффициенты сжатия для них.

В H о ж-г Г 3-е с-з с-з 3 П с-п п-к р к с

то,72 0.7 0.7 0&R ампб? п., OM OM n

I \Шл

0,9> ляг 0,96 0-99 !

\2¿L¡,

0¿t 0,17

о о о

"UZ

1 ,0,9 -- 097 л о* nao % 0.90 0.97 1

о.>7 дц пт

о о о

*1

!

ом

о 0.07 0.05 I

\g_29_ 434

М-гЯ^ОАб

LS.

i Г

а 32

я-у

0.09

О,,7 аи ¿¡>Л

-О,"

-0,29 ^

0,46-0,47 0,61 'Ог59

fß-Y 0 о,в9

ч ■ 0 0,34 H-1 0,07 002

I-0.2¡ -лл -птя\- -о,з

-1 -0,72 'Qài -065 '°¿f

Рис. 2

С учетом и Св скорректированные /сгатые по размаху/ сигналы 2>/9 и 2>3 определятся из выражений:

=7** = '

Л (з)

7) - — 7) - Цвогр 2)

• Введение коррекции приводи :•: изменений цветностей определенных цветов. Бная ^ -л 2>ес, £ыло определено изменение цветностей.

По известным значения:,! сигналов 2>кс и 2>йс определены %-!/)с :: ^(в-фс ' Зная £У> определены изменения координат цветности по выражениям:

Уц 2> + а, Ун - а, г,

*Ч---

Уч

а, 4"

(аг г2а1 4) - (аг 62 а, г,)

где! 1. и £в -'сигналы основных цветов;

Хя у„ » Хв » у0 .X, , Ув - координаты цт-етностн основшх цветов приемника;

3- * = ** (V У в) * ^ (Ув(уЯ -Уб);

4. 1ц - яркость;

5. Коэффициенты определяются из выражений:

О, у* • а2 Ув .

~ хв ~ Xв , 4 ~ х* ~ *3 '

=хв Ув ~ *вУв , 22 = ** ^ -1'

6. Л" - коэффициент пропорциональности.

Изменения цветности указаны стрелками /контур 1 ка т::с. 15

Рис. 4

Как видно, изменения незначительны. Цвета, 'находящиеся внутри контура не подвергаются искажениям за счет цепей НЧП.

При расчете коррекции искажений, вызванных ограничением полосы частот цветоразностных сигналов, учитывалось, что во время переходного процесса в интервале времени ¿0 /рис. 4/ нет соответствия между уровнями цветоразностных сигналов и сигналом яркости. Это вызывает нарушение цветопередачи на краях знаков - цветную окантовку.

Предполагалось, что переходные процессы в каналах цветности проходят- в интервале времени от ^ = 0 до ^ = Т, и напряжения цветоразностных сигналов знака и фона произвольно изменяются от 0 до 1 по линейному закону. При этом считалось, что низкочастотная предкоррекция и высокочастотная предкоррекция не вносят дополнительных искажений, а сигнал яркости Еу , прошедший по широкополостному каналу, меняется мгновенно.

Показано, что заметность окантовки определяется значениями сигналов в момент (г , Получены выражения для цветоразностных сигналов:

_ е(я-и) *> * 2£(х-у) эй

Л5)

~ - - >

£(в-У) г--=-—

* 3

Они позволяют определить изменение цветности окантовки в этот момент времени, учитывая выражения 4. Как видно /контур 2 на рис. 3/} наибольшая заметность окантовки оказывается в красно-зеленой области на диаграмме цветностей, где смещение цветов оказывается наибольшим.

Расчет показывает, что при выборе передаваемых цветов с

меньшей насыщенностью, находящихся на контуре 2, в момент

17

отклонения цвета от цвета фона практически нет. То есть ширина 'окантовки снижается минимум в два раза. Уменьшение ее ширины значительно снижает ее заметность.

Сравнивая контуры 1 и 2 на рис. 3,можно сделать вывод, что все точки контура 1 расположены внутри контура 2. Это ¡говорит о том, что цвета, обозначенные точками на рис. 3 /1к - 14к/, будут удовлетворять также условиям коррекции низкочастотных предыскажений.

Таким образом, выбор для передачи менее насыщенных цветов /цвета 1к - 14к на рис. 3/ позволяет устранить влияние на цветовую разрешающую способность цепей низкочастотных предыскажений и значительно снизить влияние переходных процессов в канале цветности. Координаты цветов и рассчитанные параметры сигналов, соответствующие этим цветам, приведены б таблице диссертации.

В четвертой главе приведены алгоритмы машинных расчетов для рассмотренных преобразований. Были разработаны-программы: 1 - для расчета сигналов первичных цветов по координатам цветности на диаграмме ЖО; 2 - для определения искажений цветности по изменениям цветоразностшх сигналов во время переходных процессов в канале цвётности, вызванных ограничением полосы частот, а также искажений, возникающих за счет ограничения выбросов в цепях низкочастотных предыскажений.

В этой главе приведена методика экспериментов и их результаты. Эксперименты проводились с целью проверки теоретических выводов, сделанных в результате колориметрических исследований. Было определено оптимальное число передаваемых цветов на основе выявления зон минимальных цветовых отличий для знаково-графических изображений, предпочтительные сочетания цветов знак-фон. Выявлена зависимость времени предъяв-

ления'от цветосочетаний знак-фон при импульсной индикации на изображении.

Результаты экспериментов подтвердили правильность выводов, полученных в результате теоретических исследован:::*;.

ОСНОВНОЕ РЕЗУЛЬТАТ.! Р'АГОТИ

•1. Проведены исследования зон ¡лини: сального цветового отличия знан-фон, которые позволили выбрать оптимальные передаваемые цгета.

2. На основе теоретического анализа била разработана методика расчета параметров сигналов передаваемых цветов. Разработан алгоритм для расчета параметров сигналов на ЕВЫ. По разработанному алгоритму рассчитаны параметры глногоуроъ-невых сигналов для подачи на входы А , 6 , В телевизора.

3. алп. лучшего восприятия знаковых цветных изображений следует собирать определенные сочетания цветов, даны рекомендации по комбинации цветов. Установлено, что наиболее предпочтительны»! являются сочетания дополнительных цветов и основных цветов цветовбго треугольника.

4. ¿ля индикации частей изображения, привлечения внимания к фрагментам необходам их высвечивать с определенно;-', частотой. Частота зависит от цветосочетаний. Наименьшая допустимая частота обеспечивается на черном фоне и при комбинациях дополнительных цветов. На белом фоке частота больше. Наибольшее Еремя ответа при сочеташшх зеленых знаков на белом фоне.

5. На основе теоретического анализа разработана методика расчета коррекции искажений, вызванных цепями низкочастотных предыскажений. Разработан алгоритм для расчета корректиро-

19

ванных сигналов на ЭВМ. Рассчитанные по разработанному алгоритму параметры сигналов позволяют практически полностью устранить искажения, вызванные ограничением в цепях НЧП.

6. На основе теоретического анализа разработана методика расчета изменения цветностей на цветовых переходах, вызванных ограничением полосы частот цветоразностных сигналов..Идполь-зуя разработанный алгоритм, произведен расчет на ЭШ координат измененных цветностей за счет ограничения полосы частот цветоразностных сигналов. Выбранные менее насыщенные цвета,

с учетом измененных цветностей, позволяют минимум в два раза уменьшить'окантовки, вызванные ограничением полосы частот цветоразностных сигналов.

7. Рассчитанные по разработанному алгоритму параметры корректированных сигналов позволяют устранить влияние ограничений в цепях НЧП и уменьшить в два раза заметность цветовых искажений, вызванных ограничением полосы частот цветоразностных сигналов.

8. Результаты эксперимента подтвердили правильность выводов, полученных в результате колориметрических исследований.

9. Результаты исследований, проведенных в диссертации, позволяют рассчитать устройства, формирующие выходные сигналы в терминалах телематических систем.

ПУБЛИКАЦИИ

По теме диссертации опубликованы следующие работы: 1. Улучшение качества воспроизведения'знаковой информации, подаваемой на антенный вход телевизора. Аль Хащ A.M., Котельников A.B. Статья депонирована в ЦНТИ "Информсвязь", 1868, 1991 г. БУ "ВИНИТИ" J5 2 стр. 57.

Г. Особенности воспроизведения цветной знаковой информации на телевизионном экране. Аль Хаш A.M., Котельников A.B. Статья депонирована в ЦНТИ "Информсвязь" J." 1851, 1S91 г. БУ "ВИНИТИ" Г: 11 стр. 45.

3. Цифровые, телевизоры. Аль Хал A.M., Котельников A.B. Гурнал "Аль Зктисад", Дамаск, январь 1989 г., & 305.

4. Особенности использования систем видеотекса. Аль Хащ A.M., Котельников A.B. Еурнал "Аль Эктисад", Дамаск, январе 1990 г., ® 312.

5. Особенности восприятия цветовой индексной информации. Аль Хаш A.M., Садиков ¡O.A., Котельников A.B. Статья депонирована в ЦНТИ "Информсвязь", 199Г г. БГ'ВШШИ".

Подписано в печать 16.06.92 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Объем 1,2 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 256. Бесплатно.

ООП МП "Информсвязьиздат". Москва, ул. Авиамоторная, 8.