автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.18, диссертация на тему:Разработка научных основ точности и надежностимеханизмов кнновидеоаппаратуры

г

! ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

\997 ПО КИНЕМАТОГРАФИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ

на правах рукописи УДК 778.553.5.

АЛИ АХМЕД НАХЛЕ Разработка научных основ точности и надежности механизмов киновидеоаппаратуры

Специальность 05.11.18 - Приборы и методы фото- и кинематографии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

1997

Работа выполнена в Институте кино и телевидения

Работа выполнена в Институте кино и телевидения Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор Н. Н. Колом ен скин.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор .

В.А.Иванов,

кандидат технических наук, доцент В.Ф.Кутузов

Ведущее предприятие - Научно-иссследовательский кинофотоинститут. Защита диссертации состоится "¿Г " ^/г/гуг''-^ 1997 года, в /X ч /А минут на заседании специализированного Совета в Институте кино и телевидения (191126, Санкт-Петербург, ул.Правды,13). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " /-/ 1997 года.

Отзывы на автореферат диссертации просьба присылать в двух экземплярах по адресу: 191126, Санкт-Петербург, ул.Правды,13).

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент ^ Гласман К.Ф.

<

Общая характеристика работы

Целью создания и функционирования различных видов шнематографических и кинотелевизионных систем в широком смысле является удовлетворение культурно-познавательных потребностей кино и телекинозрителей в документальной и художественной информации, а в узком смысле - запись и воспроизведение физиологически и психологически точных сигналов изображений и звуков при кино и телекинопоказе. Указанные дели вызывают необходимость в управлении уровнями качества и параметрической надежности рассматриваемых систем на всех этапах их жизненного цикла. При этом к числу важнейших и актуальных научно-технических проблем кинематографии относятся квалиметрические проблемы нормирования качества изображения и звука, а также соответствующего технического и метрологического обеспечения процесса проектирования, производства и эксплуатации комплексов киновидеоаппаратуры и кинотехнологического оборудования и эксплуатации.

Уровень качества функционирования и парамерической надежности кинематографических систем характеризуется состоянием во времени ее информационно-технических параметров, определяющих на основе сенсорных функций зрительного и слухового анализаторов обобщенные психофизические (субъективные) параметры качества изображения и звука при кино и телекинопоказе. Поэтому оптимизация технических параметров с учетом экономических критериев является важнейшей системной задачей и требует формулирования единых основ анализа и синтеза различных

кинематографических и кинотелевизионных систем с точки зрения совокупности выходных психофизических параметров (интегрального качества изображения и звука).

Постановка и разработка некоторых указанных проблем и является содержанием представленной диссертационной работы, в которой анализируется состояние проблемы оценки выходных параметров кинематографических (кинотелевизионных) систем и осуществляется собственно разработка современных концепций и методов оценки точности функционирования и параметрической надежности механизмов киновидеоаппарагуры по выходным субъективным (психофизическим) и информационным параметрам.

Актуальность работы заключается в необходимости научно-обоснованного (количественного) управления уровнем качества и технического состояния механизмов кинновидеоаппаратуры на всех этапах их жизненного цикла от идеи создания, проектирования и производства, до снятия с эксплуатации. Как известно, один из фундаментальных принципов современной науки и состоит в том, чтобы они были описаны посредством количественных характеристик.

В настоящее время в кинематографии отсутствуют теоретические концепции качества изображения и звука и соответственно теория точности и параметрической надежности (качества развернутого во времени) механизмов киновидеоаппаратуры. Существующие дифференциальные и интегральные критерии оценки качества изображения и звука не

эеспечивают указанного управления, гак как не имеют необходимого горетического обоснования и построены на интуитивно-умозрительных редпосылках.

Таким образом, нормирование и повышение уровня точности и адежности рассматриваемых механизмов, их сравнение между собой, рогнозирование технического состояния и определение ресурса иновидеоаппаратуры, а также оптимизация различных затрат, как эставные элементы управления оказываются не реализуемыми и в основе сех конструкторско-технологической, эксплутационной, метрологической, кономической и других видах деятельности находится эмпиризм, одкрепленный отдельными исследованиями.

Целями и задачами работы являются:

1. Разработка случайных динамических моделей преобразования игналов в видео и звукоблоках киновидеоаппаратуры, а также критериев и [етодов оценки их параметрической надежности с анализом типовой ииематографической системы по преобразованию сигналов изображения и вука в видео-и звукоблоках^

2. Разработка теории точности и надежности механизмов иновидеоаппаратуры на основе универсального [нтегродифференциального критерия и алгоритма оценки качества [зображения и звука.

3. Разработка обобщенной экономической модели параметрической [адежности механизмов киновидеоаппаратуры.

4. Расчетно-экспериментальная проверка разработанных теоретических положений диссертационной работы.

Научная ценность работы определяется, в первую очередь, научно обоснованным анализом-синтезом точности и надежности механизмов киновидеоаппаратуры с целью нормирования всей совокупности как исходных, так и выходных параметров (информационных и субъективных), а также в получении сравнительных характеристик (показателей) различных механизмов по точности и надежности.

Важным научным результатом работы является возможность прогнозирования технического состояния и определения ресурса механизмов кшювидеоаппаратуры с оптимизацией затрат на всех этапах ш создания и эксплуатации.

Практическая ценность работы:

В сфере производства обеспечивается соответствующий уровеш технологичности, серийнопригодности и конкурентоспособности (класса^ киновидеоаппаратуры и киновидеотехнологического оборудования, а I сфере эксплуатации гарантированный уровень качества и надежности ш функционирования в зависимости от установленного класса, а такж< категории кинотеатра или киновидеозала.

В унравленческо-организационной сфере создание (на основе вывода) и рекомендаций работы) стандарты и руководящие технические материаль позволят иметь научно-обоснованную методологию отраслевой

управления качеством и надежностью кинематографических и кинотелсвизионных систем и соответстпуюшей киновидеоаппаратуры и киновидеотехнологического оборудования.

Апробация работы проводилась на научно-технических семинарах кафедры "Прецизионных технологий и сертификации киновидеотехники" и научно-технической конференции института кино и телевидения "Проблемы развития техники и технологии кинематографа", 1995 г.

Публикации по теме диссертации осуществлены в научных трудах института Кино и телевидения в 1995 и 96 гг (5 статей).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и приложения. Содержит / страниц текста, у^ рисунков, таблиц и списка литературы

наименовании.

ОБОБЩЕННОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

I. Точность воспроизведения изображения и звука в аудио и видео системах

В настоящее время отсутствуют теоретические концепции качества изорбражения и звука и соответственно теория параметрической надежности (качества развернутого во времени) аудиовизуальных систем. Существующие дифференциальные и интегральные критерии оценки качества изображения и звука не обеспечивают указанного управления, так как не имеют необходимого теоретического обоснования и построены на интуитивно-умозрительных предпосылках [I].

Анализ методологии обоснования рассмотренных критериев и формирования их соответствующих математических выражений показывает, что в качестве исходных посылок во всех случаях использовались либо аппроксимации эмпирических зависимостей, либо разные интуитивно-умозрительные представления. Поэтому в отсутствие единой аксиоматической основные предложенные критерии: !) имеют разнородные и противоречивые содержание и форму; 2) не учитывают стохастичность восприятия и оценки качества изображения и звука; 3) не отражают весовой вклад отдельных (частных) параметров в общую (интегральную) оценку; 4) не раскрывают возможные корреляционные связи между отдельными (частными) параметрами.

В общем виде интегральное субъективное качество изображения и ;вука формализуется уравнением связи:

где - функционал, характеризующий общий уровень качества

1зображения или звука; ql, Ц2.....qn - уровни частных психо-физических

[араметров (признаков) качества изображения или звука.

Как математические объекты континуумы значений (уровней) (сихометрических параметров могут корректно рассматриваться в

иде соответствующих, в общем случае нечетких, подмножеств ^1(0 < (Кя^ < •) некоторого, универсального множества ((¿(£2) = Е). Полная овокупность Р таких подмножеств qi представляют собой кольцо множеств с цииицей (Е) со структурой ст-алгебры сепарабельного типа, в котором ножество О замкнуто относительной операций образования дополнений, онечных объединений и конечных пересечений [I].

Как известно, для о-алгебры характерно соотношение:

П0=£\17(Е\0), (1.1)

где Е - максимальное подмножество системы (кольца) подмножеств ти ее единица (Е=1); Aq^=E\qi - дополнение подмножеств и (Е \ д,) -

п

5ъединение подмножеств ЕЦи и?' пересечение подмножеств qi.

Психометрически представляет собой множество значений

(уровней) интегрального качества изображения или звука, а

является сопряженным множеством значений отклонений интегрального качества от уровня эталонного (Е=1). С учетом стохастического характера откликов зрительного или слухового анализаторов значения как частных отклонений психометрических параметров, так и отклонения обобщенного (интегрального качества изображения и звука от эталонных представляют собой случайные величины. Таким образом, случайные величины Лд; являются измеримыми относительно Р(ст-алгебры) функциями Aq1((й), определенными для всех точек о из множества (субъективного пространства) О.

При введении субъективной вероятности меры [0,1] как функции множества (аксиоматика Колмогорова) или нечеткой меры [0,1] как функции принадлежности (аксиоматика Заде) выражение (1.1) преобразуется к виду

■■+(-!)" ■•ХД<?1Л<5,*---Д9",> С'2)

1-1 ¡=1 к=1 »=! то=1

а с учетом различной чувствительности зрительного или слухового анализатора к отдельным (частным) психофизическим параметрам:

1 п я я п

6=1- +ХЕ^^'Х^Ч")-. .-к-1)" ■ ■ Иьць&р ■ (<м<?4( 1 -2')

1=1 1 I ¿=1 1=1

где <рф - характеристический случайный коэффициент параметра (при неслучайных величинах Л^).

Выражение (1.2') представляет собой (с достаточным приближением) азложение по многомерным моментам характеристической функции

б = ехр (1.3)

I (=1 ^ 1=1 Ы1 1

где В; - многомерные кумулянты (Bi - математическое ожидание ¡еличины cp4i, Во;, - двухмерный центральный момент величин cpqi, (¡\-,i и т.д.

Существующие субъективные интегральные критерии оценки качества изображения и звука построены на интуитивно-умозрительных конструкциях и не имеют строгой аксиоматической основы. Поэтому экспериментальные данные, полученные разными авторами для указанных критериев, имеют большие расхождения, а в ряде случаев (при условии признания корректности проведения экспериментов и получения статистических данных) не всегда точно интерпретируются. Например, в работе [2] на основании анализа большого статистического материала по оценке качества цветного телевизионного изображения для шести основных параметров (искажений) сформулирован вывод: "ни один из известных интегральных критериев не является точным во всем диапазоне оценок". В работе [3] отмечается, что "для обобщенной оценки качества звучания з психофизике используется обычно линейная многомерная

я

модель вида ö = Xi\F. > гДе Fi - основные статистически независимые

субъективные ощущения (признаки качества), оцениваемые с помощью специальных психологических шкал, чаще всего в баллах; vi - весовые

множители, определяющие значимость каждого ощущения (признака качества) при формировании общей оценки (суждения)". При этом весовые множители представляют собой усредненные по всем отрывкам музыкальных программ частоты употребления групп терминов, по выделенному фактору.

Резюмируя, следует еще раз отметить отсутствие законченной теории и единой методологии по такой важнейшей научной проблеме как субъективная интегродифференциальная оценка качества изображения и звука в видео- и аудио системах и смежных областях передачи зрительной и слуховой информации.

Рассмотренные в данной работе критерии, модели и алгоритмы интегродифференциальной оценки качества изображения и звука, воспринимаемого человеком, потребуют в дальнейшем специальной всесторонней и полной экспериментальной проверки с учетом различных факторов. В теоретическом плане, по мнению диссертанта, указанные критерии, модели и алгоритмы можно считать достаточно логико-математически обоснованными и имеющими непротиворечивую аксиоматику. В качестве расчетно-экспериментальной проверки интегрального критерия (1.3) и подтверждения его эффективности воспользуемся самым значительным статистическим материалом, опубликованным в работе [2], по субъективной оценке качества цветных телевизионных изображений на основе анализа шести психофизических параметров: положительный эхо-сигнал (ЭХО); установочное расхождение во времени сигналов яркости и цветности (РВ); тянущиеся

продолжения (ТП); дифференциальная фаза (ДФ); флуктуационная помеха (ФП); сетевая фоновая помеха (ФОН). Как уже отмечалось, ни один из известных интегральных критериев не обеспечил необходимую точность оценок этих экспериментальных данных.

Таблица 1.1

№ п/п Дифференциальные онепкп (эхсперлментальные) Ишгаральные оценки

42 Ч! 44 45 96 С^экон

1. 0,95 0,95 0,95 0,95 0,93 0,94 0,94 0,94

2. 0,91 0,92 0,90 0,90 0,87 0,92 0,82 0,83

3. 0,91 0,89 0,83 0,90 0,87 0,89 0,75 0,76

4. 0,81 0,92 0,90 0,69 0,81 0,92 0,62 0,58

5. 0,81 0,89 0,83 0,69 0,81 0,89 0,56 0,50

6. 0,81 0,89 0,83 0,69 0,81 0,79 0,51 0,44

7. 0,81 0,89 0,75 0,69 0,69 0,89 0,32 0,26

В табл. 1.1 представлены исходные данным и итоговые экспериментальные [2] и расчетные по предлегаемому критерию (1.3) числовые значения субъективной оценки качества цветного телевизионного изображения по шкале отношений для шести частных параметров (перевод 5-балльной шкалы в шкалу отношений проводился через шкалу категорий по методике [4}). Результаты расчеты показывают на относительно высокое соответствие жкспериментальных и расчетных (по новому критерию) значений оценок качества изображения, особенно в области высоких оценок.

Аналогичные результаты получены при расчетах субъективной интегральной оценки качества кинематографического изображения по экспериментальным данным для двух частных параметров - зернистости и четкости [5].

В табл. 1.2 представлены исходные и итоговые экспериментальные [5] и расчетные по предлагаемому критерию (1.3) числовые значения субъективной оценки качества кинематографического изображения по шкале отношений.

Таблица 1.2

№ п/п Дифференциальные оценки Интегральные оценки

q(экcп) Ч(жсп) Я(эксп) Ч(расч)

1. 0,95 0,94 . 0,96 0,92

2. 0,86 0,87 0,84 0,85

3. 0,78 0,82 0,75 0,77

4. 0,68 0,94 0,89 0.80

5. 0,69 0,87 0,79 0,74

6. 0,66 0,82 0,62 0,69

7, 0,64 0,72 0,52 0,60

Для расчета интегродифференциалыюй оценки качества звучания по четырем психофизическим свойствам - звонкости (яО, объемности (яг), мягкости (яз) и четкости (я<) по предлагаемому критерию использовалось уравнение [6]:

д=0,52я!+0,40я2+0,1 7ЯЗ-0,34Я4-0,05,

где О - общее звуковое впечатление (ощущение) по шкале отношений.

В табл. 1.3 представлены исходные и итоговые экспериментальные [6] и расчетные по предлагаемому критерию (1.3) числовые значения субъективной оценки качества звучания радиоэлектронной аппаратуры.

Таблица 1.3

№ п/п Дифференциальные оцепки(жсп) Интаральные оценки

41 42 4! 44 0(эксп) СКрасч)

1. 0,66 0.64 0,52 0,43 0,49 0,48

2. 0,66 0,47 0,52 0,33 0,50 0,53

3. 0,28 0,71 0,45 0,14 0,37 П.44

4. 0,70 0,38 0,35 0,37 0,47 0,43

0,59 0,60 0,51 0,29 0,60 0,5 0

6. 0,35 0,03 0,50 0,30 • 0,18 0,33

7. 0,39 0,01 0,40 0,40 0,16 0,29

Результаты расчетов по табл. 1.3 наглядно свидетельствуют о достаточно точном соответствии экспериментальных и расчетных данных по определению интегрального качества звучания (для исследованных четырех психофизических параметров) и о пригодности и корректности нового универсального критерия для интегродифференциальных оценок как качества изображения, так и качества звучания в кинематографе.

2. Закономерности взаимосвязи психометрических и физикотехнических параметров Статистическая природа ощущений на соответствующие стимульные воздействия в психофизике приводит к необходимости разрабатывать стохастические модели взаимосвязи физического и сенсорного пространства. При этом слеучет иметь в виду, что статистические свойства одинаково присущи как сенсорному, так и физическому пространствам, то есть определенные распределения вероятностей случайных величин стимулов (параметров сигналов) отображаются в некоторые распределения вероятностей случайных величин ощущений.

Установление полного статистического соответствия между рассматриваемыми пространствами, особенно в многомерных случаях, представляют собой важнейшую научную проблему. Однако для практических приложений психофизики может быть достаточным оперирование статистическими характеристиками (моментами) распределений случайных величин. Очевидно, что при варьировании одной статистической характеристики стимула (сигнала) анализируется одномерая стохастическая зависимость случайной величину ощущения от неслучайной величины стимула.

Принятая диссертантом концепция непрерывности сенсорного пространства и введенного понятия сенсорной чувствительности в виде (1К/с1.3 приводит к новому обобщенному постулату семейства психофизических законов [1]:

¿Я? »- Л„|" + М(£>Л', (2.1)

где Я,-, - значение эталонного уровня ощущения; со и о - винеровекие случайные коррелированные процессы отражающей и решающей подсистем сенсорных систем эксперта (с1с»=2(5)(15 и (1о=!(5)с15, где ¿(Б) и ЦБ) - белые нейронные шумы);

и М(Б) - коэффициенты интенсивности нейронных шумов; г. - показатель степени нелинейности отображения сенсорной системы.

Показатель степени п характеризует линейные или нелинейные свойства сенсорной системы по физическому стимулу данной модальности. Для линейных стохастических дифференциальных отображении показатель степени п=1, что соответствует экспоненциальному (основному) психофизическому закону, а для нелинейных (п<1 или п>1) - модифицирующим параболическому или гиперболическому законам.

Более простая одномерная линейная стохастическая модель взаимосвязи физического и сенсорного пространства получается при наличии в дифференциальном уравнении (2.1) постоянного характеристического коэффициента и мультипликативного белого шума. = /2№ + £с/й)ЦК-&1, (2.2)

где сЖ и с1й) - стохастические диффернциалы Ито; В2/2 - параметр, обусловленный особенностями стохастического дифференцирования по Ито.

Решениями уравнения (1.11) по матметическому ожиданию и дисперсии будут следующие выражения:

тК = Кехр[(К-В2 / 2)5] (2.з)

Оп = Л2 ехр [2(Л - В1 )][1 - ехрВ25] (2.4)

В заключение отметим, что как качественные, так и количественные проверки предложенного экспоненциального семейства психофизических законов и соответствующих аналитических выражений (детерминированных и стохастических) по опубликованным теоретическим и экспериментальным данным в области психофизики и ее приложений безусловно подтвердили корректность этих законов и лежащих в их основе постулатов.

Полученная в настоящей работе на основе теоретических представлений экспоненциальная модель зависимости отклонений психофизических и информационно-технических параметров для оценки изображения и звука (частного случая общей модели (2.2) при п=1) нашла широкое применение как аппроксимация экспериментальных данных. Так, особенно часто эта зависимость в детерменированном виде используется для оценки ухудшений качества телевизионных изображений по частным психофизическим параметрам, подробно классифицированным и изученным в работе [7]. Аналогично аппроксимируются экспериментальные кривые сенсорные функции) при

оценке кинематографического изображения но резкости и четкости в зависимости от информационных критериев [8,9]

Имеются экспериментальные данные [10] о том, что ощущение акустических сигналов по лингвистическим переменным громкости (1000Гц) тона, длительность шумовых сигналов, скорость повторения звуковых импульсов и т.п. Также могут быть аппроксимированы экспоненциальной зависимостью. 1

3. Точность и надежность механизмов видео- и звукоблоков аппаратуры

Канал передачи аудиовизуальной информации в кинематографических и кинотелевизионных системах может быть представлен в общем случае тремя типовыми звеньями записи, тиражирования (копирования, печати), воспроизведения.

В линейной параметрической системе, как известно, [И-14] структура спектра на выходе не зависит от амплитуды входного сигнала, а только от формы (для нелинейной системы выходной спектр зависит как от формы, так и от амплитуды входного сигнала). Частотный спектр воздействия деформируется в соответствии с частотной характеристикой параметрической системы.

Для оценки динамической точности функционирования видео- и звукоблоков необходимо провести корреляционный анализ линейной параметрической системы. Такими системами являются механизмы транспортирования сигналоносителя видео- и звукоблоков, в которых процессы записи, печати, воспроизведения сопровождаются ошибками перемещения (продольными, поперечными, осевыми колебаниями и т.п.) сигналоносителя.

Приведем конечное выражение корреляционной функции сигнала на выходе линейной параметрической системы, которая обуславливает случайную ошибку перемещения Б^):

^(^jJß^^VV^cto, (3.0

4 1 il -а, О

где Fe(œ) - энергетический спектр входного сигнала;

I A(jco) |2 - закон преобразования энергетического спектра входного сигнала на выходе линейной системы с заданными параметрами ( j A(j<a) j -ЧКХ кинопленки; ФПМ объектива и т.п.);

= Os(co,T) - характеристика, усредненная за время

Т о

Т, представляет собой характеристику энергетического фильтра для FE(a) и обусловлена ошибкой перемещения S(t).

Если передаточную фукцию представить в виде g(je>,t)=exp[jcûs(t)], то в результате ряда преобразований получим выражение, позволяющее определить характеристику энергетического фильтра, обусловленного ошибкой перемещения. Используя теорему Парсеваля, получается:

0(са,Т) = Вс (о), Г) = — ехр(а>2 )} Ф, (1У)Ф2 (-W)dW, 2,т

<1>.(W) = T! sm с1 QV~y, (3.2)

Ф2 (-W) = J -г - txp(jo,r)Jz,

-»yi-o «!

где as2, Bs(t) -дисперсия и корреляционная функция ошибки перемещения S(t).

Состояние механизмов видео-и звукоблоков киновидеоаппаратуры, фунхциониргощих в условиях случайных возмущений, можно полностью определить совокупность и физических параметров zi, zn..., принятых

в качестве основных параметров состояния. Эти параметры можно считать компонентами некоторого вектора г в п-мерном пространстве.

Исходя из назначения киновидеоаппаратуры и физических принципов ее функционирования (запись, печать, воспроизведение сигналов изображения или звука), разделим фазовое пространство состояний некоторой граничной поверхностью со (поверхностью предельных состояний) на две области: область П работоспособных состояний и область отказов.

Тогда параметрическая надежность механизмов

киновидеоаппаратуры (по виде- или звукоблоку) есть вероятность того, что за время Т ее функционирования параметра состояния не выходит за допустимые пределы:

где е - символ, указывающий на приналежность вектора г в области

О;

Ип, К-12,..., - допустимые пределы, являющиеся координатами, поверхности предельных состояний.

Если известна плотность распределения вектора г, то есть плотность ¿г, ... ,гЛ<Т) совместного распределения параметров

состояния в любой момент времени г, то параметрическая надежность:

(3.3)

Пересечение вектором z в какой-либо момент времени t<T говерхпости предельных состояний означает выход системы из эаботоспособного состояния, то есть отказ. В общем случае параметры

:остояния zi, zz.....zn являются коррелированными случайными

функциями (последовательностями при прерывистом транспортировании центы).

Для случая двух параметров состояния zi и z; параметрическая надежность определяется, например, из выражения:

= bep\zh )0;z2 )о} = J}/(zhz2 ,dz2 = jФ, (а,) + (а2) - Г, (а,,ß2) - Г(а2 ,ß2 ),(3.4)

о L -

mi, m2, 01, 02, Г12 - соответственно математические ожидания, средние квадратические отклонения и коэффициент корреляции случайных величин zi и Z2;

T(ct,ß) - табличная функция двумерного нормального распределения.

Для оценки параметрической надежности механизмов киновидеоаппаратуры с учетом изменения во времени параметров состояния (по математическому ожиданию, дисперсии и другим характеристикам случайного процесса) предлагается использовать теорию выбросов случайных функций.

Определение уровнен параметрической надежности механизмов видео- и звукоблоков предлагается , в основном, проводить с помощью частотных (передаточных) функций.

В общем случае изменение детерминированных параметров механизмов видео- или звукоблоков во времени может быть интегрально описано с помощью оператора:

Ф2=Р(Ф|,1,Х|), (3.5)

то есть уравнением, решенным относительно выходной координаты Ф|, функционально зависящей от входной координаты Фг, времени и параметров элементов механизмов видео- или звукоблока, причем ¡=(1,п). Для лианеризованных технических объектов понятие оператора отождествляется с понятием частотной (передаточной) функции. ^Уасо)=Ь(Ф2)/Ь(Ф1)=М(цООш),

где ЦФ2) и Ь(Ф0- изображения по Лапласу выходной координаты и входного воздействия;

МОш)=Ьо( П(]а))т+Ь1(]С0)т1+...+Ьт В(]а)=ао( О0ш)п+а1(]со)п-1+..Ляа>

(здесь а1 и Ь, - коэффициенты полиномов знаменателя и числителя, выраженные через промежуточные параметры системы (п>т), являющиеся функциями параметров Х|, хг,..., хп элементов.

При проектировании механизмов видео- или звукоблоков коэффициенты а-, и Ь; выбираются так, чтобы частотная (передаточная) функция была в определенном смысле оптимальной. В процессе эксплуатации параметры XI, хг, ... , хпи соответственно коэффициенты а! и Ь, меняются, что приводит к отличию действительной частотной

(передаточной) функции 'М^оо) от расчетной идеальной \Л'"р на величину Д\У(]сй), то есть

\Уд(] га)~\Ур 0 и)±Л\\'(]ш)

Если Д\У(}ш) - находится в допустимых пределах, то видео- или звукоблок признается работоспособным, в противном случае, определяется вероятность того, что возникшее в течение времени I приращение Д\¥(|оУ) /тля заданных особых точек частотной функции будет находиться в допустимых пределах.

Изменение во времени случайных (флуктуирующих) параметров может быть описано (также как и для детерминированных параметров) с помощью передаточных (частотных) функций, роль которых выполняют характеристические функции.

4. Методика экономического обоснования надежности киновидеоаппаратуры

Целью производства механизмов данного конкретного вида является удовлетворение потребности в них в количества Мтр в сфере эксплуатации. Эт а потребности тратегически может быть обеспечена как за счет расширения программы их изготовления.

При заданном уровне надежности Рмз механизмов (с временем Т) связь между затратами и этим уровнем имеет вид [15]:

Рмз=Р1 РгРз;

где Р| - 1-(1-Рш)ехр[-К|(С1-Сю)] - составляющая надежности, учитывающая влияние отказов механизмов в процессе эксплуатации и их резервирование;

Р2=1-(1-Р2о)ехр[-а2(С2-Сго)] - составляющая надежности, учитывающая уровень технологии и контроля механизмов при их изготовлении и сборке;

Рз=1-(1-Рм)ехр[-аз(Мотр.-Котр.о)] - составляющая надежности, учитывающая уровень отработанности механизмов ;

Рю, Р20, Рзо - начальные (минимальные) уровни составляющих Рь Р2, Рз, соответствующие минимальным реализуемым затратам Сю, С20, Сотр средств С], С: и изделий КГотр, затраченных на экспериментальную отработку механизмов -щ, -аг, -аз - коэффициенты, определяющие рост составляющих показателя Рмз при увеличении затрат.

Так как при изготовлении N механизмов их число Иу, успению выполнивших свою задачу, случайно, то речь может идти об обеспечении практической гарантии только с некоторым уровнем.

у=вер ¡Кту > Кгр}

где Мтр - требующееся в эксплуатации число механизмов. Для заданных у и N,5 с учетом известного Рмз можно однозначно определить число № изготавливаемых механизмов [Кт=Г(Кттр, у, Рмз], гарантирующих успешную реализацию задач, связанных с их эксплуатацией.

Суммарные затраты Су;=(С; + Сг) (Мотр+ Кг)

Смысл рациональности (оптимальности) принимаемого репшения при задании необходимого уровня надежности механизмов и выделении ассигнований на обеспечение надежности заключается в минимизации суммарных затрат на разработку и изготовление необходимого количества механизмов, гарантирующего суммарную работоспособность Ыу > Ытр аппаратов при эскплуатации.

Наличие функционального соответствия ц>: Р—>Н позволяет из множества Рмз (пространства решений) выбрать Ропт, обеспечивающее минимум суммарных затрат, в соответствии с выражением (4.2). При этом следует иметь в виду, что надежность Рмз может быть обеспечена различными сочетаниями составляющих Рь рг, Рз. В каждом частном случае может быть поставлена и решена задача вспомогательной оптимизации, например, найти вектор Рь Рг, обеспечивающий Р= Р1Р2 при минимуме стоимости С=С(+Сг. Для уровня Рз затрачена отработку аппарата косят разовый характер и не повышают существенно стоимость каждого аппарата. В этом и подобных случаях полезной оказывается процедура непосредственного поиска оптимального значения векторов Рь Рз, Рз, использующая наличие однозначных соответствий.

Приведенная методика позволяет оптимизировать области значений массовости механизмов по стоимостному критерию и создать основу для обеспечения гарантий успешного выполнения или эксплуатационных задач.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Кинематографические и кинотелевизионные системы соответствуют всем требованиям (признакам) сложных информационных систем: целостоности, иерарзичности и связности ее элементов, а также динамичности состояния с возможностью их математического описания.

2. Разработанный и исследованный универсальный критерий интегральной субъективной оценки качества изображения и звука в виде многомерного характеристического функционала позволяет учитывать как детерминированную, так и случайную природу восприятия перцептивных образов сигналов изображения и звука по детерминированным и случайным компонентам критерия, что и подтверждается экспериментальными данными.

3. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что связь между отклонениями психофизических и информационно-технических параметров при оценке качества изображения и звука определяется на основе стохастического дифффенциального уравнения ИТ О, а между параметрами имеется экспоненциальная зависимость.

4. Корректный и полный анализ и синтез кинематографических (кинотелевизионных) систем по преобразованию сигналов изображения и звука возможен на основе предложенных и разработанных статистических информационных критериев и случайных динамических

моделей механизмов киновидеоаппаратуры, а также критериев и методов оценки их параметрической надежности.

5. Разработанная обобщенная экономическая модель оценки параметрической надежности механизмов киновидеоаппаратуры и соответствующие расчеты позволяют сделать вывод о том, что для профессиональной киновидеоаппаратуры стратегическим направлением повышения уровня ее эффективности является повышение уровня параметрической надежности.

СПИСОК ЦИТИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Коломенский H.H. Новый интегродифференциальный критерий одежи качества изображения и звука кинематографических и кинотелевизионных систем. - "Техника кино и телевидения", №5, 1992.

2. Гофайзен О.В., Епифанов Н.И., Певзнер Б.М. Субъективная оценка качества цветных ТВ изображений. -"Техника кно и телевидения", №10, 1982.

3. Ковалгин Ю.А. Стереофония. М.: Радио и связь, 1989.

4. Антипин М.В. Интегральная оценка качества телевизионного изображения. M-JL: Наука, 1970.

5. Антипин М.В., Блюмберг М.И., Кузнецова JT.JI. Визуальная оценка киноизображений. - "Техника кино и телевидения", №10, 1982.

6. Мазголин В.Б. Исследование связи между формой частотной характеристики бытовой радиоаппаратуры и субъективной оценкой качества звучания. Диссертация, ЛИКИ, 1977.

7. Певзнер Б.М. Качество цветных телевизионных изображений. М. Радио и связь, 1988.

8. Антипин М.В., Блюмберг М.И. Кузнецова А.Л. Визуальная оценк; киноизображения по резкости и зернистости. - Техника кино i телевидения", №3,1989.

9. Полосин Л.Л. Качественные показатели цветного изображения. Л. ЛИКИ, 1984.

10. Распознавание слуховых образов. Под ред.Загоруйко Н.Г. М.: Наука, 1970.

11. Ишуткин Ю.М., Раковский В.В. Измерения в аппаратуре записи-воспроизведения звука кинофильмов. - М.: Искусство, 1985.

12. Гребенников О.Ф. Основы записи и воспроизведения изображения. -М.: Искусство, 1982.

13. Коломенский H.H., Полосин JLJI. Точность и надежность механизмов киноаппаратуры. -Л: ЛИКИ, 1985.

14. Коломенский H.H. Есипенко И.Н. Анализ и синтез точности видео- и звукоблоков киновидеоаппарагуры. -Л.: Труды института киноинженеров, 1988.

15. Волков Л.И. Управление эксплуатацией летательных аппаратов. -М.: Высшая школа, 1987.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Коломенский H.H., Кулаков А.К., Нахле А., Нестерова Е.И. Расчетно-аналитические и экспериментальные методы оценки интегрального качества изображения с использованием интегродифференциального критерия. Труды СПИКиТ, выпуск №7, 1995.

2. Коломенский H.H., Кулаков А.К., Нахле А., Нестерова Е.И. Ра счет интегрального качества аудиовизуальных систем с использованием интегродифференциального критерия. Труды СПИКиТ, выпуск №7,1995.

3. Коломенский H.H., Кулаков А.К., Нахле А., Нестерова Е.И. Оценка влияния технологической точности конструктивных элементов на выходные проказатели качества киноаппаратуры. Труды СПИКиТ, выпуск №7,1995.

4. Кулаков А.К., Нахле А., Нестерова Е.И., Филиппов В.В. О сертификации изделий киновидеотехники. Труды СПИКиТ, выпуск №8, 1996.

5. Коломенский H.H., Орлова К.Е., Усачева Е.В., Куприна Т.А., Нахле А. Научные основы квалиметрии и сертификации аудио и ввидеотехники. Труды СПИКиТ, выпуск №8, 1996.

Подготовлено к печати 29.01.97 г. Объем 1 уч.-издл. Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно.

Подразделение оперативной полиграфии СПИКиТ. С-Петербуг, Бухарестская, 22