автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.18, диссертация на тему:Исследование и разработка методов контроля качества восстановления фонограмм

На правах рукописи

Гильвер Сергей Геннадьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФОНОГРАММ

Специальность 05.11.18. - «Приборы и методы преобразования изображений и звука»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена на кафедре механики

Санкт-Петербургского государственного университета кино и телевидения

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Белоусов А. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ХЦевьев Ю. П. кандидат технических наук Алексеев И. А.

Ведущая организация - ОАО Киностудия «Ленфильм»

Защита состоится « 03» _июля_ 2006 г. в «15 » часов на заседании диссертационного совета Д210.021.01 при Санкт-Петербургском государственном университете кино и телевидения по адресу: 191119, Санкт-Петербург, ул. Правды, д. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета кино и телевидения

Автореферат разослан «2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации: Естественное старение материалов, условия эксплуатации и хранения привели к угрозе потери значительного количества архивных кинофильмов, которая может быть ликвидирована энергичными мерами по организации их копирования на современные носители информации. Вместе с тем архивные фонограммы обладают специфическими дефектами, обусловленными старением и условиями хранения. В настоящее время восстановление каждого кинофильма очень кропотливый, медленный и дорогостоящий процесс в силу субъективных методов устранения дефектов и слабой автоматизации этого процесса. Огромное количество фонограмм нуждающихся в срочном перекопирован-нии, делает чрезвычайно актуальной задачу типизации основных дефектов и автоматизации этого процесса.

Существо работы заключается в разработке технологии контроля качества фонограмм архивных материалов, создании параметрической модели преобразования звукового сигнала, разработке алгоритмов выбора параметров модели на основании анализа конкретных фонограмм, автоматизации процесса контроля качества фонограмм, внедрении разработанной технологии.

Цель исследования: Анализ специфических дефектов звукового сигнала фонограмм архивных кинофильмов в автоматическом режиме, запись и контроль качества восстановленной фонограммы на цифровом носителе.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:

- структурный анализ и классификация звукового сигнала фонограммы архивных фильмовых материалов;

- создание математической модели с применением вейвлет-анализа для анализа восстановленных фонограмм звукового сопровождения кинофильма;

- разработка методов и технологии контроля качества фонограмм на основании анализа звукового сигнала фонограммы;

- обоснование выбора программного обеспечения для проведения процедуры контроля качества фонограмм;

- разработка пользовательского интерфейса для решения задач контроля качества восстановления фонограмм.

Основные положения, выносимые на защиту:

- технология копирования и восстановления фонограмм;

- применение вейвлет-анализа для анализа качества восстановления фонограмм;

- структурный и статистический анализ шумов фонограмм методом вейвлет-анализа;

- аппаратные методы и применение программных средств анализа качества восстановления фонограмм.

Методы исследования. При проведении теоретических исследований использовались положения теории спектрального и вейвлет-анализа, теории вероятности и математической статистики. При разработке технологии копирования и восстановления фонограмм применялись методы экспертных опенок и основы прикладной метрологии. Для качественного и количественного анализа достоверности разработанных моделей использовались методы компьютерного моделирования.

Научная новизна:

1. Предложено математическое описание характеристик шумов с помощью вейвлет-анализа в частотной области.

2. Получены аналитические зависимости, связывающие характеристики вейвлет-анализа с параметрами, характеризующими стабильность копирования и воспроизведения фонограмм.

3. Разработана модель статистического анализа стабильности характеристик шумов.

Практическая ценность. Полученные в работе результаты являются методологической основой, обеспечивающей копирование фонограмм гарантированного уровня качества. Их практическая ценность состоит в том, что они позволяют:

1. Разработать технологию контроля качества фонограмм по характеристикам шумов с использованием вейвлет-анализа.

2. Разработать рекомендации по применению программных средств, обеспечивающих проведение процедуры контроля качества и восстановления фонограмм.

3. Выполнить компьютерное моделирование и сформировать критерии для контроля качества фонограмм.

4. Обеспечить сопоставимость результатов контроля, полученных при использовании различных методов, средств и процедур измерений.

Реализации и внедрение результатов работы.

Создание на базе Госфильмофонда России участка контроля и копирования на цифровой носитель архивных фонограмм. Подготовка и утверждение соответствующего технологического регламента.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на четырех конференциях:

- международная I конференция «Современные технологии в кинематографии», Санкт-Петербург-Репино, 15-17 апреля 2004,

- международная II конференция «Современные технологии в кинематографии», Москва, 07-09 апреля 2005,

- международная VIII конференция «Современные технологии в кинематографии», Санкт-Петербург- Репино, 12-14 апреля 2006,

- международная конференция «О порядке сдачи-приемки исходных фильмовых материалов кино- и видеофильмов на постоянное храните в Госфштьмофонд России», Москва, октябрь 2005.

Публикации.

По задачам, решённым в диссертационной работе, и по результатам диссертационных исследований опубликовано 3 научные работы и получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследования контроля качества архивных фонограмм, сформулированы цель исследований и задачи, решаемые в процессе выполнения работы, дана оценка новизны поставленных задач и практической ценности полученных результатов

В первой главе рассматриваются вопросы технологии контроля качества звукового сигнала с различной динамической структурой.

При длительном хранении оригиналов фонограмм у архивных организаций возникают значительные трудности с сохранностью как самих фонограмм, так и носителей записи. Основными проблемами остаются старение и физический износ носителя, усадка, коробление и др.

Система архивации должна удовлетворять таким основным параметрам, как:

- сохранность в течение длительного времени;

- достаточная емкость носителя;

- более «мягкие» условия хранения;

- механическая сохранность носителя и сигналограммы при эксплуатации;

- возможность многократной перезаписи без потерь (получение практически неограниченного количества копий);

- удобство обмена;

- возможность создания электронного автоматизированного архива

и другие.

При внедрении цифровых технологий необходима принципиально новая система организации хранения данных оригиналов фонограмм.

При перезаписи оригиналов магнитных фонограмм для архивного хранения на современные цифровые носители записи были определены следующие основные критерии:

- удобство преобразования в потребительские форматы;

- устойчивость как к сбоям и ошибкам носителя, так и к сигналам с компонентами, находящимися за пределами звукового диапазонах;

- удобство работы, т.е. обработка сигнала должна быть легкой и удобной (динамическая, частотная коррекция и т.д.);

- надежность хранения, т.е. должна существовать возможность неограниченного воспроизведения на протяжении длительного времени, что подразумевает максимально возможную физическую и химическую устойчивость носителя;

- возможность дальнейшего усовершенствования формата, что должно обеспечивать совместимость с его предыдущими версиями или, по крайней мере, простое преобразование формата;

- стандартизация, т.е. формат должен быть широко распространенным;

- обеспечение требуемой синхронности звукового сопровождения зрительному ряду;

- возможность обратной перезаписи с цифрового носителя на 35-мм кинопленку или запись негатива фонограммы и других необходимых видов фонограмм с обеспечением синхронности изображения и звука;

- возможность многоканальной записи звука;

- обеспечение записи всей фонограммы кинофильма на один носитель;

- возможность создания автоматизированного архива;

- простота в обслуживании и эксплуатации;

- вечное хранение копий исходных фонограмм кинофильмов за счет их своевременного копирования в цифровой форме без потери качества;

- возможность цифровой реставрации и восстановление фонограмм, в том числе проведение реставрационных работ, которые нельзя осуществить с помощью аналоговых технологий;

- упрощение выбора материала, возможность представления электронной копии в любом формате по требованию заказчика.

Внедряемая электронная технология записи должна реализовываться с использованием типового технологического оборудования и типовых технологических процессов и включать в себя следующие устройства:

- устройство ввода звуковой информации с 35-мм перфорированной магнитной или оптической ленты;

- устройство обеспечения синхронизации комплекса оборудования;

- устройство записи на исходный носитель (35-мм перфорированную магнитную и/или оптическую ленту) без потери качества;

- комплекс цифровой реставрации и восстановления фонограмм;

- комплекс оборудования для контроля качества перезаписи фонограмм.

Работа с киноматериалом имеет существенную особенность: киноматериал синхронен, т.е. хронометраж звукового сопровождения должен строго совпадать с хронометражом изображения, а также быть строго привязанным к временным промежуткам — кадрам фильма.

Современные технические средства телекино, помимо возможности отдельного перегона только звуковых дорожек, генерирования таймкода и автоматической работы по монтажным листам, обладают большим количеством регулировок параметров для перезаписи фонограммы. Многие из них имеют средства для автоматического контроля и автоподстройку. От правильности их работы зависит результат транскрипции, т. е. качество рабочей копии, которую используют в дальнейшей работе. Здесь важно не только правильно комбинировать средства, имеющиеся в распоряжении, но и критично оценивать результаты работы на отдельных этапах.

В работе рассмотрены методы частотного анализа качества фонограмм. Приведен краткий анализ моделей сложных сигналов. Этот анализ свидетельствует о том, что для каждого вида сигналов требуются определенные методы их разделения на простые составляющие. Широкое применение преобразования Фурье, при котором анализируемый сигнал раскладывается по ортогональному базису гармонических функций, связано с удобством технической реализации этого преобразования посредством аналоговой аппаратуры. Однако современное развитие цифровых методов обработки сигналов позволяет для разложения сложного сигнала на простые использовать и другие ортогональные функции. Выбор того или иного базиса определяется возможностями представления сигнала, поэтому в частных задачах анализа сигнала за базис следует принимать ортогональные функции, обеспечивающие получение информации об источниках колебаний в наиболее простой и удобной форме.

В настоящее время вейвлет-анализ является одним из наиболее мощных и при этом гибких средств исследования данных: помимо возможностей сжатия и фильтрации данных, анализ в базисе вейвлет-функций позволяет решать задачи идентификации, моделирования, аппроксимации стационарных и нестационарных процессов, исследовать вопросы наличия разрывов в производных, осуществлять поиск точек склеивания данных, удалять в данных тренд, отыскивать признаки фрактальности информации.

Статистика экспериментальных данных в большинстве своем обнаруживает нестационарность анализируемых сигналов. Вейвлет-анализ, в отличие от анализа Фурье, позволяет локализовать не только частотную составляющую информации как таковую, но также ее местоположение в данных фонограмм. Фурье-спектры дают усредненную картину без локализа-

ции структурных свойств сигнала по времени. Вейвлет-спектр позволяет выявить ие только частотные характеристики, но и локальные свойства сигнала.

Среди недостатков архивных записей в работе отмечены высокочастотный шум и импульсные помехи. Метод разделения на спектральные диапазоны дает неплохой эффект при борьбе с помехами, носящими циклический характер. Существует много программ, специально разработанных для устранения различных видов фоновых шумов. Алгоритм действия таких программ основывается на вычитании спектральных составляющих сигнала. Интенсивность каждой частотной полосы спектра, которая имеет амплитуду ниже определенного шумового порога, уменьшается при помощи спектрального экспандера (расширителя спектра). В результате происходит такое подавление шумов, при котором на фазу сигнала воздействие не оказывается. Оценивается шумовой порог поступающего сигнала Если уровень шума постоянен или меняется медленно, то порогом шумоподави-теля является значение, соответствующее найденному уровню. Фрагменты с быстрыми изменениями уровня шума остаются без изменений, чтобы поддержать живость и естественность звучания. Искажения, имеющие не циклический характер, эти программы фиксируют и устраняют как импульсные помехи.

Во второй главе рассматривается контроль качества фонограмм по характеристикам шумов.

Анализ характеристик акустических сигналов осложняется тем, что эти сигналы обладают весьма сложной структурой и являются нестационарными. Акустические сигналы несут в себе не только основную информацию, но и шумовые составляющие. Эти шумовые составляющие могут иметь характер некоторого постоянного фона и локальных искажений:

. 5(п) = /(и) + сг1е1(и)+о-2е2(л),

где з(п) - зашумленный акустический сигнал, Дп) — полезный сигнал, е,(п)-гауссов шум, с2(п)- локальные искажения сигнала, аи - уровни искажений, п - дискретная или непрерывная переменная.

Вейвлет-анализ, обладая свойством частотно-временной локализации сигналов, обеспечивает значительное увеличение отношения сигнал/шум. Таким образом, в условиях нестационарности акустических сигналов, наличия нестабильных шумовых искажений, использование вейвлет-функций является наиболее предпочтительным базисом для решения задач диагностики. Неспособность анализа Фурье выявить локальные помехи, необходимость введения во временной области окон данных и, как следствие, размывание спеира обусловливают применение методов, обеспечивающих лучшее частотно-временное разрешение.'

Одной из важных задач является разделение шумовых составляющих, имеющих характер некоторого постоянного фона и локальных компонентов. Для каждой из этих компонент используются специальные методы анализа и шумоподавления.

В основу вейвлет-анализа положено представление:

к

где (п) - базисные функции, Ск - весовые коэффициенты.

Благодаря своей частотно-временной локализации, вейвлет-функции позволяют анализировать нерегулярную структуру сигналов. Локализация вейвлет-функций во времени подразумевает наличие концентрации их энергии внутри некоторого конечного интервала. Частотная локализация вейвлет-функций говорит о компактности носителя их Фурье-образа, т.е. локализации его энергии внутри определенного частотного интервала.

Отображение сигнала, полученное посредством континуального преобразования, является избыточным, т.к. сигналы имеют конечную длину реализации, а стало быть, ограниченную полосу частот, поэтому возникает необходимость в использовании процедуры квантования переменных. Можно задавать дискретные значения а и Ъ на множестве {..., -1, 0, .1,.'..}, равные: а-2т,Ь=к2т, где/я и ¿-целые числа. ■

При дискретных значениях а и Ь вейвлет-функция может быть представлена в виде: ;

m ,,

где <з0>1 (в рассматриваемом примере а0= 2).

Прямое дискретное всйвлст-преобразование сводится к вычислению детализирующих коэффициентов:

00 —— it* С(т,к)= ja0 2iy(a0~ п-к) s(n)dn.

—06

Обратное дискретное вейвлет-преобразование для реконструкции сигнала имеет вид:

¿(И^ХЕСК*)^ (и).

т к

В пакете Wavelet Toolbox MATLAB осуществляется быстрое вейвлет-преобразование, которое основано на итерационном процессе фильтрации. Для рассматриваемой задачи необходима многоуровневая декомпозиция (рис.1).

Рис Л. Многоуровневая декомпозиция. На этой диаграмме аппроксимирующий сигнал обозначен как А], а детализирующие коэффициенты как - Ц/г

+Ц = Л2 +П2 + £>1=А1 + П3 + П2+Ц.

Рассмотрим пример анализа структуры сигнала. Для первого окна исходного сигнала имеем декомпозицию, представленную на рис.2.

Рис.2. Декомпозиция сигнала 1.

Для второго фрагмента этого же сигнала имеем декомпозицию, показанную на рис.3. 1

Ряс.З. Декомпозиция сигнала 2. Для составляющих рассмотрим гистофаммы (рис. 4).

Рис.4. Гистограммы компонент сигнала.

Сравнение характеристик гистограмм показывает, что коэффициенты с1\ мало отличаются, остальные компоненты имеют отличия. Следовательно, составляющую й, можно диагностировать как стационарную шумовую компоненту и использовать ее для шумоподавления.

Представлена методика кластерного анализа шумов. Для каждого ^ го фрейма формируется вектор координатами которого являются статистические характеристики для каждого из компонентов детализирующих коэффициентов:

Далее проводится кластеризация с целью выявления координат^, характеристики которых не различаются значимо при переходе от одного фрейма к другому. Эти составляющие характеризуют е1 (п). Те координаты, которые отличаются от фрейма к фрейму, относятся к компонентам полезного сигнала или к составляющим ег(п). Компоненты, относящиеся к е2(п), имеют специфические особенности, что и позволяет их выявить. Выделив компонент е,(п), можно эффективно проводить шумоподавление и реставрацию сигнала. Кроме того, этим методом можно выбрать диагностические признаки и организовать наблюдаемые данные в определенные структуры.

Для оценки значимости различия использовался кластерный анализ в программе БТАТОТТСА (рис.5).

>- С1<в1ег 1 . -о- С1изЫ2

Рис. 5. Результаты кластерного анализа.

Компоненты <13 - <}3 отличаются от фрейма к фрейму, относятся к составляющим Дп) и ег(п). Компоненты с1| — 62 относятся к е^п), которые можно использовать для шумоподавления.

Сочетание вейвлет-анализа и кластеризации позволяет эффективно проводить диагностирование характеристик шумов акустических сигналов.

В третьей главе рассматриваются вопросы анализа качества транспортирования перфорированных носителей информации архивных материалов.

Для механизмов транспортирования перфорированных носителей информации взаимодействие элементов определяет качество функционирования элементов системы.

Ударные взаимодействия звеньев механизма, усиленные дефектами носителей, приводят к возникновению значительных динамических усилий. Вопросы диагностирования виброударных режимов являются предметом исследований. Необходимость диагностики ударных процессов объясняется тем, что они влияют на качество воспроизведения фонограмм.

Характерные черты вибрации при зарождении и развитии различных дефектов весьма разнообразны и зависят от множества факторов. Основные из них: величина и место приложения сил возбуждения, перераспределение реакций, условия, степень развития и др.

В вибрационном сигнале могут присутствовать колебания с частотой перемещения, её гармониками, субгармониками, дробными гармониками и случайная вибрация. При диагностировании ударных воздействий эти составляющие являются помехами.

Экспериментальные данные обнаруживают нестационарность ударных воздействий: нерегулярные всплески высокой частоты сменяются в данных гладкими низкочастотными волнами, при этом за регулярными структурами вновь следуют высокочастотные осцилляции. Локализовать и идентифицировать их природу в большей степени могут вейвлеты. Анализ Фурье не позволяет в противоположность вейвлет-анализу локализовать частотную информацию во времени.

Искажения фонограмм, имеющие импульсный или дискретный характер, определяются во многом аппаратными причинами.

При вейвлет-анализе сигнал раскладывается на аппроксимирующие коэффициенты, которые представляют собой сглаженный сигнал, и детализирующие коэффициенты, описывающие колебания. Следовательно, шумовая компонента больше отражается в детализирующих коэффициентах. Поэтому при выделении шума обрабатываются обычно детализирующие коэффициенты. Предполагается, что шумовая компонента представляет собой сигнал, меньший по модулю, чем основной. Поэтому простейший способ удаления шума состоит в том, чтобы сделать нулевыми значения коэффициентов, меньшие некоторого порогового значения. Эта процедура называется пороговой обработкой или трешолдингом коэффициентов.

Рис. 6. Импульсные помехи в сигнале

В отличие от шумоподавления рассматривается выделение импульсной помехи с использованием функций трешолдинга. Качество этой операции зависит от значения порога т. Поиск оптимального значения т означает отыскание такого порога, который при наименьшем смещении восстановленного сигнала обеспечивает наибольшее из возможных значение отношения сигнал/шум.

Выделение импульсного шума моделировалось с помощью пакета Wavelet Toolbox MATLAB.

Рис. 7. Меню пакета Wavelet Toolbox MATLAB.

Главное меню пакета Wavelet Toolbox MATLAB представляет собой большой пакет графических сред, удобных для использования широкого комплекса команд практически по всем направлениям вейвлет-анализа сигналов.

Вопросы диагностирования виброударных режимов являются важным фактором оценки качества транспортирования перфорированных носителей информации. Запись этой информации позволит сохранить портрет движения носителя, что важно при реставрации фонограмм.

В четвертой главе рассматриваются аппаратные методы совершенствования диагностирования качества транспортирования архивных носителей информации.

Рассматриваются более совершенные механизмы транспортирования перфорированных носителей информации. Эти средства могут быть использованы для транспортирования кинопленки, содержащей перфорационные отверстия, например, при копировании.

Общеизвестны механизмы транспортирования кино- или фотопленок, в которых транспортирование осуществляется за счет контакта протягивающего механизма с перфорационными отверстиями, например грейферные механизмы перемещения. В результате усадки пленки изменяется расстояние между перфорационными отверстиями, и использование таких механизмов приводит к повреждению перемычек между перфорационными отверстиями, что снижает точность перемещения кино- или фотопленки.

Наиболее чувствительны к подобным повреждениям архивные пленки, прочность которых снижается за время хранения, особенно если были нарушены правильные условия хранения.

Задачей предлагаемого устройства (рис.8) является повышение надежности и точности транспортирования пленки, в том числе, архивной пленки, имеющей в результате длительного хранения легко повреждаемую поверхность и нарушение расположения перфорационных отверстий, упрощение конструкции механизма транспортирования, а так же улучшение качества получаемого изображения. Поставленная задача решается за счет того, что в механизме транспортирования фотопленки, содержащем средство фиксации фотопленки в кадровом окне, дополнительно имеется функция управления, выполненная с возможностью перемещения фотопленки с учетом данных вейвлет-анализа вибрации и импульсных помех.

В устройство введен дополнительный датчик, фиксирующий вибрации, возникающие при перемещении носителя информации (рис.8).

Использование диагностической информации позволяет более эффективно влиять на систему, что позволит быстрее реагировать на дефекты в движении носителя информации. При скачкообразных воздействиях воз-

никагот значительные управляющие сигналы, которые должны ограничиваться.

Применение фильтра стабилизирует информацию, поступающую с датчика и устройства диагностирования. Использовалась модель системы управления, реализованная в программе МаИ-аЬ БнпиНпк ( рис.9).

:Щ1 líüi

Источник

нестав.

движения

riÜT ! Ccaistar.il

i -----------

.....'-П-

IJ

L

wit) > -

?игт|1

i O-Bs-t-1 Фильтр

ecu ,_ I S

Регулятор

urjt)

Процесс

перемещения

носителя

Intcgr.

__Í

Бит

И')

А.

V W

______

^ i

у-г

Исполнительное звено

УК!)

У!')

н-

.Щ

Scope

Датчик

CiocK То Workspace

ТК>>-

lEMu»-

-К__;

Рис. 9. Схема регулятора

Разработаны рекомендации по созданию пользовательского интерфейса для решения задач контроля качества и воспроизведения фонограмм. Предложено и апробировано использование виртуальных приборов (ВП), которые состоят из компьютера, снабженного функциональными контрольно-измерительными модулями - платами ввода-вывода данных и программным обеспечением. Виртуальные приборы позволяют использовать всю вычислительную мощь, производительность, графические и сетевые возможности современных персональных и промышленных компьютеров.

Моделирование виртуальной системы проводилось на базе программного пакета ЬаЬУ1е\у. ЬаЬУгелу - это интегрированная среда разработчика для создания интерактивных программ сбора, обработки данных и управления периферийными устройствами.

Устройством ввода-вывода служила звуковая карта, совместимая с программной средой. Применение звуковой карты наиболее целесообразно для

рассматриваемой задачи. Рабочий прибор осуществляет снятие сигнала со звуковой карты в определенном временном интервале (величину времени можно изменять). Снятый сигнал усиливается и подаётся в реальном времени па временную осциллограмму. Далее он проходит спектральный вайвлет-анализ, результатом которого является масштабируемая спектральная развёртка сигнала. Попутно вычисляются среднее значение сигнала, спектра, математическое ожидание, стандартное отклонение, пиковые значения амплитуды и частоты. Когда сигнал со звуковой платы перестает поступать, массив значений проходит систему фильтров. Результат фильтрации отображается на виртуальном дисплее. Для отфильтрованных сигналов определяется среднее значение. Задаются весовые коэффициенты для каждого канала. С их учётом находится результирующее значение сигнала, которое может служить для диагностирования. В ВП реализован следующий блок распознавания. Оператор задаёт устраивающие его пределы для результирующего значения. В случае выхода значения за установленный диапазон загорается индикатор.

Полученные результаты позволили апробировать методику формирования признаков для контроля качества фонограмм и обеспечить сопоставимость результатов контроля, полученных при использовании различных методов, средств и процедур измерений.

Выводы

Рекомендованная в работе комплексная система обеспечивает оперативный аппаратный контроль качественных параметров записанного сигнала.

Сочетание вайвлет-анализа, статистических оценок и кластеризации позволяет более эффективно проводить диагностирование характеристик шумов акустических сигналов.

Разработаны рекомендации по применению соответствующего программного обеспечения. Данный комплекс обеспечивает регистрацию основных параметров записанного сигнала. При этом значительно уменьшится «человеческий фактор» при контроле фонограмм.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гильвер С.Г. Технология копирования и восстановления звукового сопровождения кинофильмов. Глава 9 в книге: Белоусов А.А.,Винокур А.И.,Васин М.С. Технология копирования архивных фильмовых материалов.- М.: НИКФИ, 2003. - С. 159-171.

2. Явленский А.К., Гильвер С.Г., Жаворонков К.А. Диагностирование характеристик шумов акустических сигналов методом вейвлет-

анализа// Проблемы развития кинемато1рафа и телевидения: Сб. научи. тр. /СПбГУКиТ.- СПб., 2006.- Вып.19.- С. 35-41.

3. Васин М.С., Винокур А.И., Гильвер С.Г. Цифровые методы при копировании, реставрации и хранении оригиналов фонограмм кино-фильмов//Проблемы развития техники, технологии и экономики кино и телевидения: Сб. научн. тр./ СПбГУКиТ.- СПб., 2002,- Вып. 14. - С. 9-16.

4. Майоров Л.Н., Васин М.С., Винокур А.И., Гильвер С.Г. Патент на изобретение «Механизм транспортирования кино- и фотопленки» №2002133926/28(035928) от 17.12.2002г.

Подписано я печать 22.05.06 г. Формат 60x84 1/1в. Бумага офсетная. Объем 1.0 псч. л. Тираж 100 экз. Заказ

Подразделение оперативной полиграфии СПбГУКиТ. 192102. Санкт-Петербург, ул. Бухарестская, 22.

Введение.

Глава 1. Анализ методов контроля качества фонограмм кинофильмов.

1.1. Технология контроля качества звукового сигнала с различной динамической структурой.

1.2. Методы частотного анализа качества фонограмм.

1.3. Программные средства анализа качества фонограмм.

Глава 2. Контроль качества фонограмм по характеристикам шумов.

2.1. Анализ шумов акустических сигналов методом р Ф вейвлет-анализа.

2.2. Статистический анализ вейвлет - характеристик шумов.

2.3. Кластерный анализ шумов.

Глава 3. Анализ качества транспортирования перфорированных носителей информации.

3.1. Источники нестабильности движения архивных материалов.

3.2. Пороговые методы обработки вибрационных сигналов.

3.3. Обработкавейвлет-коэффициентов для выделения шума.

Глава 4. Аппаратные методы совершенствования диагностирования качества транспортирования архивных носителей инфор # мации.

4.1. Механизм транспортирования перфорированных носителей информации.

4.2. Использование диагностической информации при регулировании.

4.3. Виртуальные средства диагностирования аудиовизуальной техники.

Естественное старение материалов, условия эксплуатации и хранения привели к угрозе потери значительного количества архивных кинофильмов, которая может быть ликвидирована энергичными мерами по организации их копирования на современные носители информации. Вместе с тем архивные фонограммы обладают специфическими дефектами, обусловленными старением и условиями хранения. В настоящее время восстановление каждого кинофильма очень кропотливый, медленный и дорогостоящий процесс в силу субъективных методов устранения дефектов и слабой автоматизации этого процесса. Огромное количество фонограмм, нуждающихся в срочном перекопиро-ваннии, делает чрезвычайно актуальной задачу типизации основных дефектов и автоматизации этого процесса.

Процесс копирования состоит из ряда последовательных фотографических операций: изготовление негатива и эталонной копии, дубль-негатива, предназначенного для тиражирования, изготовление фильмокопий массовой печати и изготовления копий для длительного хранения (в настоящее время в оцифрованном виде).

В силу большого числа технологических факторов многозвенного кинематографического процесса необходимо создание аппаратно-технологического комплекса контроля этих процессов на базе вычислительной техники.

В работах Ч.Э.К.Миза, Т.Х.Джеймса, Н.Н.Гороховского, В.Г.Комара, П.В.Козлова, К.В.Чибисова, Н.И.Кириллова, В.С.Чельцова, Д.Нюберга, Л.Ф.Артюшина, Н.С.Овечкиса, Р.У.Г.Ханта, К.Дж.Бартлесона, Н.Ота были установлены основные принципы копирования и требования, которым должны удовлетворять кинопленки по градационным, спектральным и структурным свойствам.

Службы архивов кинематографии, обладая уникальными материалами, многие из которых существуют в единственных экземплярах, прилагают значительные усилия для обеспечения их сохранности. Тем не менее, непрерывно возникают новые, неизвестные ранее, проблемы и ситуации, приводящие к потерям архивных материалов при длительном хранении. Многие из этих материалов безвозвратно разрушаются. В такой же степени это относится и к фонограммам. Основные требования, обеспечивающие стабильность параметров фонограмм для кинематографии и телевидения при их хранении, определены международным и отечественным стандартами. Стандартами ИСО установлены предпочтительные условия хранения звуковых фонограмм, находящихся в фонотеках или архивах.

В диссертационной работе Ковалевской Н.С. и статьях [23,24,25, 26,27,28] рассмотрены концепция долговременного хранения аналоговых фонограмм кинофильмов посредством перевода их в цифровую форму записи с последующим копированием цифровых копий. Основное внимание уделено аппаратным методам контроля качества воспроизведения:

- разработке тест-фильмов, позволяющих проводить контроль установки магнитных головок без изменения их положения;

- разработке метода контроля и регулировки фазо-частотных характеристик стереоканалов и др.

Следует отметить, что при этом не учитывается ряд важных факторов:

- отсутствует технология перевода фонограмм архивных фильмовых материалов в цифровую форму, основанная на учете изменения геометрии звуковых дорожек в результате усадки и динамических характеристик транспортирования конкретного носителя даже в условиях идеальных механизмов;

- нет инструментальных средств анализа и контроля сигналов фонограмм архивных фильмовых материалов и др.

Существо работы заключается в разработке технологии контроля качества фонограмм архивных материалов, создании параметрической модели преобразования звукового сигнала, разработке алгоритмов выбора параметров модели на основании анализа конкретных фонограмм, автоматизации процесса контроля качества фонограмм, внедрении разработанной технологии.

В работе ставится задача анализа специфических дефектов звукового сигнала фонограмм архивных кинофильмов в автоматическом режиме, запись и контроль качества восстановленной фонограммы на цифровом носителе.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:

- структурный анализ и классификация звукового сигнала фонограммы архивных фильмовых материалов;

- создание математической модели с применением вейвлет-анализа для анализа восстановленных фонограмм звукового сопровождения кинофильма;

- разработка методов и технологии контроля качества фонограмм на основании анализа звукового сигнала фонограммы.

- обоснование выбора программного обеспечения для проведения процедуры контроля качества фонограмм;

- разработка пользовательского интерфейса для решения задач контроля качества восстановления фонограмм.

На защиту вынесены следующие основные положения:

- технология копирования и восстановления фонограмм;

- применение вейвлет-анализа для анализа качества восстановления фонограмм;

- структурный и статистический анализ шумов фонограмм методом вейвлет-анализа;

- аппаратные методы и применение программных средств для анализа качества восстановления фонограмм.

При проведении теоретических исследований использовались положения теории спектрального и вейвлет-анализа, теории вероятности и математической статистики. При разработке технологии копирования и восстановления фонограмм применялись методы экспертных оценок и основы прикладной метрологии. Для качественного и количественного анализа достоверности разработанных моделей использовались методы компьютерного моделирования.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

Выводы по работе

Научная новизна

1. Предложено математическое описание характеристик шумов с помощью вейвлет-анализа в частотной области.

2. Получены аналитические зависимости, связывающие характеристики вейвлет-анализа с параметрами, характеризующими стабильность копирования и воспроизведения фонограмм.

3. Разработана модель статистического анализа стабильности характеристик шумов.

Практическая ценность. Полученные в работе результаты являются методологической основой, обеспечивающей копирование фонограмм гарантированного уровня качества. Их практическая ценность состоит в том, что они позволяют:

1. Разработать технологию контроля качества фонограмм по характеристикам шумов с использованием вейвлет-анализа,

2. Разработать рекомендации по применению программных средств, обеспечивающих проведение процедуры контроля качества и восстановления фонограмм,

3. Выполнить компьютерное моделирование и сформировать критерии для контроля качества фонограмм,

4. Обеспечить сопоставимость результатов контроля, полученных при использовании различных методов, средств и процедур измерений.

Реализация и внедрение результатов работы

Создание на базе Госфильмофонда России участка контроля и копирования на цифровой носитель архивных фонограмм. Подготовка и утверждение соответствующего технологического регламента.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на четырех конференциях:

- международной 1-ой конференции «Современные технологии в кинематографии», Санкт-Петербург-Репино, 15-17 апреля 2004,

- международной П-ой конференции «Современные технологии в кинематографии», Москва, 07-09 апреля 2005,

- международной УШ-ой конференции «Современные технологии в кинематографии», Санкт-Петербург- Репино, 12-14 апреля 2006,

- международной конференции «О порядке сдачи-приемки исходных фильмовых материалов кино- и видеофильмов на постоянное хранение в Госфильмофонд России», Москва, октябрь 2005.

Публикации

По задачам, решённым в диссертационной работе, и по результатам диссертационных исследований опубликовано три научные работы (из них: одна - монография) и получен один патент на изобретение.

Заключение

Рекомендованная в работе комплексная система обеспечивает оперативный аппаратный контроль качественных параметров записанного сигнала.

Сочетание вайвлет-анализа, статистических оценок и кластеризации позволяет более эффективно проводить диагностирование характеристик шумов акустических сигналов.

Разработаны рекомендации по применению соответствующего программного обеспечения. Данный комплекс обеспечивает регистрацию основных параметров записанного сигнала. При этом значительно уменьшится «человеческий фактор» при контроле фонограмм.

В процессе выполнения работы использовались фонограммы следующих фильмов (табл.4.1).

1. Алексеев К.А. Модели и алгоритмы вейвлет-обработки сигналов датчиков с применением лифтинга. Ч. 1. Теоретические основы лиф-тинга, 4.2. Численное моделирование // "Датчики и системы", 2002, №1. - С. 3-9. - №2. - С. 2-5.

2. Белоусов A.A. Диагностика механических систем аудиовизуальной техники. СПб.: Политехника, 2002. 152 с.

3. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. 239с.

4. Бургов В.А. Теория фонограмм //М. Искусство, 1984. -С.37-39.

5. Блаттер К. Вейвлет-анализ. Основы теории.-М.: Техносфера, 2004. -114с.

6. Василевский Ю.А. Практическая энциклопедия по технике аудно- и видеозаписи. М.:ТОО "Леруша". 1996. 248с.

7. Вахитов Я.Ш., Щевьев Ю.П. Вибрация и шумы киноаппаратуры: Учебное пособие (конспект лекций). -Л.: изд. ЛИКИ, 1988. 64с.

8. Вибродиагностика: Моногр./ Розенберг Г. Ш. Мадорский Е.З.,Голуб Е.С. и др.; под ред. Г.Ш. Розенберга. СПб.: ПЭИПК, 2003. - 284.-284с., ил.

9. Ю.Гильвер С.Г. Технология копирования и восстановления звукового сопровождения кинофильмов. Глава 9 в книге: Белоусов А.А, Винокур А.И, Васин М.С. Технология копирования архивных фильмовых материалов.- М.: НИКОИ, 2003. С.159-171.

10. Глухов, И.Ф. Зорин, A.B. Никонов A.B. Измерение и контроль в трактах звукового вещания. // М.: Радио и связь. 1984. С.18-20.

11. ГОСТ 4.304-85. Аппаратура и приборы для измерения вибрации. Номенклатура показателей.

12. ГОСТ 11948-82. Приборы для измерения коэффициентов детонации, колебания скорости, паразитной амплитудной модуляции и дрейфа скорости аппаратуры для записи и воспроизведения звука. Технические требования. Методы испытаний.

13. ГОСТ 13699-91 Запись и воспроизведение информации. Термины и определения./М.: Изд. Стандартов.

14. ГОСТ 24346-80. Вибрация. Термины и определения.

15. Дж. Тревис. Lab View для всех. М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2004.-78с.

16. Дьяконов В. П. Вайвлеты. От теории к практике. М.: COJIOH-P, -2002. - 448 с.

17. Закс Г.К. Клименко В.И. Измерения в практике звукозаписи. 111/1: Искусство. 1981. С.27-29.

18. ИСО 1189:1986 Кинематография. Характеристика записи магнитных фонограмм на 35-мм магнитной ленте, кроме фильмокопий с магнитными дорожками. Технические данные.

19. ИСО 12612: 1998 Кинематография Международный обмен фильмовыми материалами - Технические характеристики.

20. ИСО 12606: 1998 Кинематография Условия долгосрочного хранения магнитных звуковых фонограмм для кино и телевидения.

21. Ишуткин ЮМ., Раковскип В.В. Измерения в аппаратуре и воспроизведения звука кинофильмов. // М.: Искусство. 1985. С.22-27.

22. Ковалевская Н.С., Витебский Б.М., Шитов JI.B. Рязанов A.B. Аудиовизуальный метод контроля звуковоспроизведения матричных систем стереофонии. // Проблемы записи и воспроизведения звука вкинематографии: Сб. науч. тр. НИКФИ. М.; НИКФИ. 1987. С. 4952.

23. Ковалевская Н.С. Звуковые тест-фильмы. Номенклатурный каталог НИКФИ. М.:НИКФИ. 1993. 20с.

24. Ковалевская Н.С. Будущее исходных архивных фонограмм кинофильмов. Депонированная рукопись № 180-кт Д01, в ОНТИ НИКФИ, 28.01.2001 г. Шифр хранения ДР-209.

25. Ковалевская Н.С. Будущее исходных архивных фонограмм кинофильмов. //ТКТ. 2001. № 4. - С.36-37.

26. Ковалевская Н. С. Будущее исходных архивных фонограмм кинофильмов.// Организационно-правовые. Финансовые и научно-технические аспекты современного телерадиовещания. Жуковский: НПФ "ЭРА"2001. с. 64-65.

27. Ленк А., Рениту Ю. Механические испытания приборов и аппаратов / Пер. с нем. М.: Мир, 1976. 270 с.

28. Майоров JI.H., Васин М.С., Винокур А.И.,. Гильвер С.Г. Патент на изобретение «Механизм транспортирования кино- и фотопленки»2002133926/28(035928) от 17.12.2002.31 .Маньковский B.C. Основы звукооператорской работы. //М: Искусство. 1985. С.24-27.

29. Мазо Я.А., Устинов В.А. Хранение фонограмм на магнитной ленте //ТКТ. 1974.-№7. С. 20-25.

30. МЭК 60268-10 Часть 10 Пиковые измерители уровня.

31. МЭК 386 Method measurement of speed fluctuations in sound recording and reproducing equipment. Amendment No. 1 (1988).

32. МЭК-94, часть 5 Electrical magnetic tape properties. Amendment 1.

33. OCT 19-252-2000 Исходные видеограммы и фонограммы кинофильмов для использования в технологическом процессе подготовки оригинала диска DVD-Video (Digital Versatile Disk).

34. Пейч JI. И., Точилин Д.А., Поллак Б.П. LabView для новичков и специалистов. М.: Горячая линия - телеком, 2004.- 384 с.

35. Петелин Р. Ю., Петелин Ю. В. Cool Edit Pro 2. Секреты мастерства.-М.: -Компьютер и творчество, 2004.- 432 с.

36. Пугачев B.C. Введение в теорию вероятностей. М.: Наука, 1968. -368с.

37. РТМ 19-87-80 Кинофильмы. Условия долгосрочного хранения исходных фильмовых материалов в специализированных Госфильмо-архивах.

38. РТМ 19-256-2000 Руководящий технический материал "Процесс перевода исходных магнитных аналоговых фонограмм кинофильмов, записанных на 35-мы перфорированных магнитных лентах, на цифровые носители записи. Технологический регламент".

39. Смоленцев Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB. -М.ДМК Пресс, 2005. 304 с.

40. Чуи К. Введение в вэйвлеты. М.: Мир, 2001. 150с.

41. Ширман А.Р., Соловьев А.Б. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования. Москва, 1996. -276с.

42. Явленский А.К., Гильвер С.Г., Жаворонков К.А. Диагностирование характеристик шумов акустических сигналов методом вейвлет-анализа// Проблемы развития кинематографа и телевидения: Сб. на-учн. тр. /СПбГУКиТ.- СПб., 2006.- Вып. 19 С. 35-41.

43. Явленский К.Н., Явленский А. К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. JL: Машиностроение, - 1983. - 239с.

44. Donoho D.L., Johnstone I .M. Neo-classical minimax problems, thresholding, and adaptation // Bernoulli, 1996, #1. pp. 39-62.

45. Donoho D.L. De-noising by soft-thresholding // IEEE Trans, on Inform. Theory, 1995, #3. pp. 613-627.

46. Jeeler D. Long-term storage of video tape // J. SMPTE. 1983 № 6 -pp. 650-654.

47. Lindholm. Spacing Losses in Finite Track Width Reproducing Systems. // IEEE trans/mgnetics. Vol. Mag-14. No.2. march 1978. pp. 55-59.

48. Michael Croll. The Life Expectancy of Optical Recording //J IMAGE TEXNOLOGY (BKSTS). 1991 -№ 4., pp. 80-85.

49. Morten. Jacobsen Determining news standards for long lerm storage.// IMAGE TEXNOLOGY (BKSTS). 1992.-№9. pp. 34-37.

50. Peter Copeland Sound preservation // J. IMAGE TEXNOLOGY (BKSTS). 1991 .№3.-pp.l9-23.

51. Pritchard Black and white duplication for archives. // IMAGE TEXNOLOGY (BKSTS). 1991.-№02.-pp. 14-16.

52. Roger. Easton National Archives approach to film, sound and videotape archiving.// IMAGE TEXNOLOGY (BKSTS). 1993.-№10.-pp. 17-27.