WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

Вначале проводится декомпозиция тестовых данных на фрагменты для измерения отдельных параметров и рассчитывается значение 0i дисперсии шумового процесса с нормальным распределением, соответствующее допустимой погрешности измерений i-го параметра с заданной доверительной вероятностью. Пусть di – допуск НД на i-й измеряемый параметр. Значение допустимой погрешности, исходя из рекомендаций НД по метрологии, можно принять равным i = 0,3 di Тогда значение 0i определится выражением:

0i = (z/2)-1·i = 0,3 di·(z/2)-1,

где z/2 - квантиль нормированного распределения Лапласа для вероятности /2.

Например, для = 0,99 :

0i = 0,3 di·(2,58)-1 = 0,116 di.

Значения для различных параметров рассчитаны индивидуально, исходя из требований доверительной вероятности результата измерений всей совокупности аудио- или видеопараметров испытуемой цепи как статистически независимых величин не ниже 0,95.

Следующим шагом является расчет объема данных тестовых фрагментов (определяющего при заданной дискретизации их длительность ti), который статистически обеспечивает снижение максимально допустимого НД уровня шума, т.е. среднеквадратичного значения, до величины ' 0i. Практически все измерения сводятся к определению:

  • амплитуд гармонических составляющих;
  • средних уровней сигналов с постоянной амплитудой;
  • уровня шума.

Методика расчета ti для гармонических составляющих.

При измерениях амплитуд гармонических колебаний известной частоты производится частотная фильтрация (удаление) всех спектральных компонент, лежащих вне полосы частот основного спектрального максимума измеряемого радиоимпульса. При длительности радиоимпульса ti ширина этого максимума равна f0 = 2/ti

Мощность флуктуационной помехи определяется выражением:

Рш =,

где fгр – полоса частот тракта,

A(f) – спектральная плотность мощности шума.

Полагая спектр шумов в первом приближении равномерным (А(f) = const), получаем Рш ~ fгр, и среднеквадратичное отклонение напряжения шума ~. Соответственно, снижение амплитуды шума u` после фильтрации составляет:

u`/ u = `/ = (f0 / fгр )1/2 = [2/(fгр ti)]1/2,

Таким образом, условие ' 0i приобретает вид:

' = [2/(fгр ti)]1/2 0i;

ti  2 2 / 0i2 fгр.

Методика расчета ti для постоянных уровней.

Измерение постоянных уровней сигнала проводится усреднением по n пикселам фрагмента. Параметр характеризует среднеквадратичное отклонение единичного измерения. Как известно, между ним и среднеквадратичным отклонением n средней величины Uсред, полученной в результате n измерений, имеется соотношение:

n = /.

Условие ' 0i приобретает вид:

n ' = / 0i; n ( / 0i)2;

Поскольку ti = n(fд)-1, то:

ti  ( / 0i)2(fд)-1.

Методика расчета ti для отношения сигнал/шум.

Измерение отношения сигнал/шум на массиве объемом n пикселов является проведенной оценкой среднеквадратичного отклонения n случайного процесса, и само значение n также является случайной величиной. Оценка среднеквадратичного отклонения оценки среднеквадратичного отклонения n, как известно из математической статистики, выражается величиной:

.

Нормирование отношения сигнал/шум в НД проводится в целочисленных значениях децибел, поэтому значение допуска di можно принять равным 0,12 n. Тогда:

0i = 0,3di(z/2)-1 = 0,036(z/2)-1n.

Условие ' 0i приобретает вид:

0,036 (z/2)-1n;

n 0,50,036-2·z/22 + 1 386 (z/2)2.

В частности, для = 0,99, условие примет вид:

n 2570.

Поскольку ti = n(fд)-1, то:

ti  386 z/22(fд)-1.

Найденные значения ti определяют границы области работоспособности системы. Заключительным шагом оптимизации структуры тестовых данных является выбор значений допусков di и уровня шума. Это приводит к задаче в области нечеткой логики, так как желательная универсальность метода УТФ должна обеспечить проверку соответствия тракта требованиям различных НД, которые дают разные значения и допусков на параметры, и допустимого уровня шума. Так, таблица допусков только для 5 из применяемых НД дает матрицу из 64 значащих членов для звука и 84 для видеопараметров. Задача решалась экспертной оценкой степени принадлежности высокому уровню эффективности вариантов структуры тестовых данных как элементов нечеткого множества. В результате оптимальной определена длительность звукового тест-сигнала порядка 1с и видеосигнала в пределах одного ТВ кадра изображения.

Обоснованы и разработаны предложения по коррекции методов измерений видеопараметров телевизионного тракта. Ряд параметров предложено измерять по методам из Рекомендаций МЭК 1237-3 и МСЭ-Р ВТ.1204. Разработана методика измерений параметров «дифференциальное усиление» и «дифференциальная фаза» для компонентных аналоговых и цифровых трактов, включая возможные переходы в формат PAL, что еще часто встречается в структуре трактов. Формируется файл следующей структуры: сигнал Y – ступенчатый, сигнал CB = 0, сигнал CR = const  0. Найдем зависимость модуля амплитуды поднесущей PAL и ее фазы от измеренных в конечном файле, для каждой ступени Y значений CR и CB. Как известно, сигнал цветности PAL определяется выражением:

Uцв = А cos(t+) = EV cos t + EU sint,

где EV = 0,877 (R–Y); EU = 0,493 (B–Y).

При этом : CR = 0,713 (R–Y); CB = 0,564 (B–Y).

Отсюда: EV = 1,23 CR; EU = 0,874 CB.

Таким образом,

|A| = (EV2 + EU2)1/2 = (1,513 CR2 + 0,764 CB2)1/2,

В конечном файле вычисляются значения Аi для области каждой ступени Y и значение ДУ определяется выбором наибольшей по модулю из величин:

ДУ = (Аi/A1–1) 100%.

где А1 – амплитуда поднесущей на ступени, наиболее близкой  к уровню гашения.

Несложно показать, что значение ДФ определится наибольшей по модулю из величин:

ДФ = i – 1,

где i - фаза сигнала на каждой ступени, вычисленная по формуле:

i = – arctg EUi/EVi = – arctg 0,71 CBi/CRi.

Результаты здесь определяются только влиянием яркости Y на СR и CB. Предложения данного раздела обеспечивают адекватные измерения РУ, РВ, ДУ, ДФ и отношения сигнал/шум в современных трактах. Их реализация в рамках метода УТФ отражена в главе 3.

Проведено имитационное статистическое моделирование видеотракта с применением размывающей насадки (РН, “dither”) для повышения точности измерений в методе УТФ. Показано, что формирование РН в файле ограниченной разрядности, например 8 бит/отсчет не снижает ошибку измерений. Измерялись результаты снижения разрядности с 16 до 8 бит/отсчет файла с испытательным ступенчатым сигналом (высота ступеней 2q/3 и q/3, где q – перепад соседних уровней в 8-битном сигнале), суммированным с РН, сформированной с исходной разрядностью 16 и 8 бит. Результат показывает более, чем 10-кратное снижение ошибки квантования в первом случае (верификация модели) и полное отсутствие ее снижения во втором.

Причина данного эффекта заключается в вырожденном характере структуры РН, сформированной в тест-файле с низкой исходной разрядностью. В итоге, в отличие от обычных схем формирования и наложения РН в аналоговом пространстве, где множество ее значений образует непрерывный ряд, здесь оно является вырожденным до множества целочисленных величин. Средний уровень сигнала при оцифровке 8 бит равен

где m      – число усредняемых пикселов,

int(ai) – целочисленное в единицах q значение амплитуды в i-м пикселе. Величина () составляет ошибку измерений относительно исходного сигнала.

Суммирование с 8-битной РН изменяет значение ai на величину ni, где n – целое в единицах q число. Тогда

=,

где   статистическая характеристика только самой РН. Форма зависимости от измеряемого сигнала при этом не меняется.

При выходе сигнала в аналоговый тракт это вырождение будет сниматься под действием ряда факторов, но количественная оценка их действия в произвольном тракте не представляется возможной без накопления большого объема статистики в различных трактах. Поэтому применение РН в методе УТФ для снижения ошибки квантования представляется нецелесообразным. При этом в аналоговом тракте роль РН играют присутствующие в нем шумы и помехи, влияние которых было оценено с помощью той же имитационной модели (рис.6).

Рис. 6. Зависимость амплитуды ошибки квантования от уровня шума.

Как показывает практика, отношение сигнал/шум в аналоговых видеотрактах в основном не превышает 50 дБ. Таким образом, влияние ошибки квантования на результаты измерений НИ и других параметров, определяемых значениями постоянных уровней сигнала, эффективно устраняется аддитивной флуктуационной помехой, присутствующей в измеряемом тракте.

В методе УТФ РН может найти применение в измерении шума согласно Рек. МСЭ-Р ВТ.1204, что также подтверждено проведенным моделированием. Это может требовать более простого алгоритма вычислений измерительной программы по сравнению с пилообразным тест-сигналом.

В итоге во 2-й главе проведена разработка проблемно-ориентированной системы принятия решений и оптимизации технической системы контроля параметров комплексов формирования теле- и радиопрограмм. Проведено исследование и разработаны критерии оптимизации методов извлечения информации из радиосигналов при наличии помех.

В третьей главе представлена разработка оптимизированных в соответствии с изложенными выше общими требованиями метода УТФ способов обработки и диагностики аудиовизуальной информации в производстве и распространении телерадиопрограмм.

Разработана методика и алгоритмический комплекс измерений параметров звуковых трактов ЭксАТ (Экспресс-Аудио-Тест). Программа ExAT Software 2.0 разработана по ТЗ автора компанией «Видисофт» (Москва). Основные функции программы ЭксАТ:

  • генерация и анализ тест-сигнала длительностью 1,6 с;
  • работа со звуковой картой в режимах «запись, «воспроизведение» и «петля»;
  • калибровка уровня сигнала в тракте; вызов микшера Windows для регулировки уровней;
  • автоматическая запись в режиме ожидания тест-сигнала, игнорирующем сигнал текущего вещания;
  • индикация нештатных ситуаций (перестановка каналов, моно-запись, обрыв одного канала);
  • загрузка ранее записанного файла для анализа;
  • автоматическое измерение параметров;
  • составление и сохранение отчета с индикацией выхода параметра из трафарета допусков;
  • установка и сохранение любого набора трафаретов допусков; импорт и экспорт трафаретов;
  • справочный раздел;
  • программа имеет клиентскую версию (ExAT Client Software 2.0), в которой результаты измерений (отчет) образуют зашифрованный файл объемом 1 кБ, раскрываемый только полной версией программы.

Основное окно программы показано на рис. 7. Системная точность измерений, получаемая анализом эталонного файла, показана на рис. 7 в окне «Лог» (оперативный отчет о результатах измерений).

Рис. 7.  Основное окно программы ЭксАТ

Влияние шумов тракта на точность измерений, проверялось экспериментально суммированием тест-сигнала с белым шумом различной интенсивности и подтвердило расчеты раздела 2.3.

Разработан метод оценки качества и идентичности цветопередачи телевизионных камер. Объективная оценка качества цветопередачи камеры проводится методом тестовых цветов, при котором эталонными считаются цветовые координаты тестовых цветов испытательной таблицы при их освещении источником света D65. При этом наиболее точным способом измерений является рекомендованный EBU метод оценки качества цветопередачи по сигналам трех каналов камеры.

На основании этого метода разработана программа для автоматизированной оценки качества и идентичности цветопередачи телекамер – «Цвет 1», с помощью которой можно также оценивать правильность отработки камерой баланса белого и черного. Равномерно освещенная телевизионная испытательная таблица ЦТИТ-03-07, устанавливается перед камерой, в которой предварительно проведен баланс белого и черного. Сигналы непосредственно от камеры или сигналы от видеомагнитофона, на который записано изображение таблицы, передаются на станцию нелинейного монтажа, где преобразуются в файл формата «bmp», который загружается в программу «Цвет-1», где предусмотрено усреднение массива данных для обеспечения высокой точности и нечувствительность к значительным неточностям размещения испытательной таблицы в растре телекамеры. Программа измеряет и отображает в своем окне значения R, G, B тестовых цветов (рис.8), рассчитывает цветовые искажения и оценивает качество цветопередачи камеры. Проводя операции для нескольких камер, по полученным результатам можно судить и об идентичности их цветопередачи.

Рис. 8. Окно программы «Цвет-1»

Разработан метод измерения параметров кодеров СЕКАМ. Сигнал специально разработанного компонентного тестового файла, соответствующий одному кадру изображения, подается на вход кодера и сигнал с его выхода записывается на вход Y станции нелинейного монтажа.

Записанный файл анализируется аппаратным способом либо описанным ниже методом трансформации в звуковые файлы. При определении АЧХ нелинейного режектора учитывается влияние нелинейного взаимодействия частотной компоненты испытательного сигнала и поднесущей СЕКАМ при записи на СНМ, результат которого выражается уравнением:

А1 = 

где А1 и а1 выходное и входное значение частотной компоненты, а2 – входное значение поднесущей, х0 – смещение среднего уровня входного сигнала от номинального.

Для амплитудной характеристики идеального ограничителя используем ее интегральное представление:

f(x) = 

Тогда:

А1 = 

и после ряда преобразований:

A1 = 

Для данного соотношения составлены с помощью ЭВМ таблицы для нахождения АЧХ нелинейного режектора кодера по результатам записи конечного файла на СНМ. Разработано ТЗ на разработку программного анализа записанного файла.

Разработан метод определения основных параметров видеотрактов. Формирование тестового файла и последующие измерения на первом этапе велись на аппаратном уровне. Записью на компьютерную станцию сигналов телевизионного измерительного генератора (DTG-35) с последующим монтажом был сформирован тестовый файл «TEST 1» (рис. 9 а).

а)

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»