Зрительный КК (статический)

Важной особенностью, которую необходимо учитывать при передаче зрительной информации по одномерному каналу связи, является ее двухмерность [см. формулу (4.2)]. В связи с этим для передачи необходимо преобразовать двумерное изображение к одномерному сигналу [см. формулу (4.1)]. Ученые достаточно долго искали наилучший способ такого преобразования, пока не остановились на растровом преобразовании.

Все изображение разбивается на строки так, чтобы начало следующей строки следовало за концом предыдущей. Место стыка помечается. Полученный таким образом одномерный сигнал направляется в канал передачи. Затем на приемном конце канала сигнал разделяется на строки и формируется двумерное изображение.

Простейшим устройством, реализующим такой алгоритм, является фототелеграфный аппарат (рис. 4.6). Охарактеризуем работу фототелеграфа. Исходное изображение крепится на барабан, который вращается с постоянной скоростью . Луч света с заданной апертурой (площадью пятна), сформированной светодиодом и коллиматором^[1], падает на изображение; а затем, отражаясь от пего, поступает на фотоэлемент, где и преобразуется в электрический сигнал, интенсивность которого пропорциональна освещенности изображения. Каретка с фотоэлементом и светодиодом перемещается с постоянной скоростьюи последовательно проходит все точки изображения.

Электрический сигнал направляется в канал передачи и затем на светодиод, который формирует и направляет на фотобумагу световой поток. Яркость потока пропорциональна яркости изображения. После проявления фотобумаги получается фотография изображения, прикрепленного к барабану передающей стороны.

Рис. 4.6. Иллюстрация принципа работы фототелеграфного аппарата

Данный прибор будет работать при выполнении двух условий:

1) синхронности – скорости вращения барабанов и перемещения кареток на обоих концах каната будут равны, т.е.

, ;

2) синфазности – начатьное положение луча на обоих концах канала совпадает – ).

Для определения требований к характеристикам канала передачи информации проведем следующий расчет (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Иллюстрация расчета частного диапазона канала при передаче изображения

Пример. Определить частотный диапазон канала связи при передаче за 3 мин с помощью фототелеграфа изображения формата А4. Время передачи изображения Т= 180 с. Формат листа А4 = 210 × 300 мм. Апертура^[2] луча, считывающего изображение, 0,25× 0,25 мм (четыре линии на 1 мм).

Решение.

1. Определение числа точек, составляющих все изображение:

ü максимум: 210 мм × 300 мм × 16 точек – 1 008 000;

ü минимум: 300 мм : 4 точки = 1200.

2. Вычисление верхней и нижней границ частотного диапазона:

ü 1 008 000 точек : 180 с : 2 = 2800 Гц;

ü 1200 точек : 180 с = 6,7 Гц.

Зрительный КК (динамический)

Статические изображения составляют малую часть всей информации, воспринимаемой человеком от окружающего его мира. Бо́льшую ее часть занимают динамические изображения. Запись и хранение динамических изображений осуществляется, исходя из особенностей их восприятия человеческим глазом. Человеческий глаз (мозг) воспринимает движущиеся изображения как непрерывные, если скорость их показа не менее 24 кадров в секунду. Наиболее распространенным стандартом представления изображения для передачи его по каналу является телевизионный стандарт. Он устанавливает следующие требования: форма изображения задается соотношением сторон как 4 × 3; изображение разделяется на 625 строк; границы яркости устанавливаются при изменении ее в два раза, а частота смены кадра находится на уровне 25 кадров/с.

Для определения требований к характеристикам канала передачи динамической информации проведем следующий расчет (рис. 4.8).

Пример. Определить частотный диапазон канала связи при передаче телевизионного изображения в режиме реального времени. Скорость передачи изображения 25 полукадров в секунду (сначала передаются четные строки, затем нечетные). Размер одного полного кадра 625 строк при соотношении сторон 4:3.

Рис. 4.8. Иллюстрация алгоритма определения требований к характеристикам канала передачи динамической информации

Решение.

• 1. Определение числа точек, составляющих один полный кадр:
• 625 × 625 × 4/3 – 520 833 точек ~ 520 000.
• 2. Расчет границы частотного диапазона для полного кадра:

ü верхняя, МГц,

520 000 точек × 25 кадров/с = 13 000 000 Гц = 13;

ü нижняя, Гц,

• 2 кадра × 25 кадров/с = 50.
• 3. Вычисление верхней и нижней границ частотного диапазона для полукадра:

ü верхняя, МГц,

260 000 точек × 25 кадров/с = 6 500 000 Гц = 6,5;

ü нижняя, Гц,

• 2 кадра × 25 кадров/с = 50 Гц.
• 4. Динамический диапазон определяется числом градаций яркости. Один уровень градации яркости при ее увеличении в два раза составляет 3 дБ. Человеческий глаз различает 7–8 уровней. Следовательно, динамический диапазон телевизионного изображения составляет 24–30 дБ.
• 5. При воспроизведении изображения на экране телевизора помехи в канале проявляются как появление белых точек, как говорят специалисты, экран "снежит". Человеческий глаз (мозг) устроен таким образом, что при нехватке информации об изображении (разрыв контура изображения или пропадание его части) он начинает его прогнозировать (подстраивать) и, если на экране появляются нечеткие изображения, человеческий глаз (мозг) очень быстро устает. Для компенсации помех, появляющихся на экране телевизора, при передаче в канал от источника изображение инвертируют (негатив), а на приемной стороне происходит его восстановление (позитив). В этом случае белые точки, обусловленные помехами, становятся черными и не утруждают глаз. Для комфортного вое – приятия телевизионного изображения уровень шума в канале не должен превышать 40 дБ.

• [1] Коллиматор (от "collinio" – искажение правильного, лат. collinco – направляю по прямой линии) – оптическое устройство для получения пучков параллельных лучей.
• [2] Апертура (от лат. apertura – отверстие) – действующее отверстие оптической системы, определяемое размерами линз или диафрагмами.