СИСТЕМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ

Система представления видеоинформации
Полезная модель относится к тифлотехнике и предназначена для представления видеоинформации, в частности цветных изображений, в виде, доступном для восприятия человеком с ограниченными физическими возможностями по зрению.
Система представления видеоинформации, описанная в настоящей заявке, применима для представления цветных изображений, имеющих достаточно четко выраженный контур отдельных деталей изображения. В предлагаемой системе используют осязательное восприятие изображения с возможностью слухового восприятия информации о цвете участка изображения и осязательного восприятия местоположения этого участка изображения на плоскости. При этом актуальной является задача оптимизации взаимно однозначного представления звуковыми сигналами информации о цвете с точки зрения точности и скорости слухового восприятия, и возможности сопровождения этой информации координатами участка изображения.
Известна система представления информации, содержащая матрицу изображения, образованную из знаковых элементов или точек изображения, расположенных по строкам и столбцам матрицы изображения, а также устройство для установки точек изображения в плоское или выпуклое состояние. Символам информации соответствуют определенные комбинации из точек матрицы изображения, воспринимаемые тактильно. Множеству комбинаций состояний этих точек соответствуют определенные буквенно цифровые символы (код Брайля). Например, символу азбуки - букве а соответствует код с выпуклой первой и плоскими остальными пятью точками и так далее 1.
г о 01
МПК7 G09 В 21/00
Однако эта система представления информации ограничена областью представления буквенно - цифровых символов для чтения текста и не позволяет представлять графические изображения в виде, доступном для восприятия человеком с ограниченными физическими возможностями по зрению (оператором).
Наиболее близкой к предлагаемой системе является система (прототип) представления видеоинформации, содержащая матрицу изображения, образованную из точек изображения, расположенных по строкам и столбцам матрицы изображения, устройство для установки точек изображения в плоское или выпуклое состояние и ЭВМ, связанная управляющими сигналами с устройством для установки точек в плоское или выпуклое состояние, выходы которого соединены с матрицей изображения. Множества плоских или выпуклых точек соответствуют контурам отдельных деталей изображения либо областям изображения, ограниченным этими контурами, и восприятие видеоинформации осуществляется при тактильном контакте с точками изображения 2.
Недостатком данной системы является отсутствие информации о цвете изображения (контура или отдельных областей), что не позволяет обеспечить восприятие оператором цветных изображений, а также отсутствие оперативной информации о положении участков изображения на плоскости.
Целью полезной модели является повышение информативности видеоизображений за счет возможности представления цветных изображений в виде, доступном для восприятия оператором, обеспечение оперативного тактильного определения координат участков изображения на плоскости и получение при этом высоких характеристик точности и скорости восприятия видеоинформации.
из точек изображения, расположенных по строкам и столбцам матрицы изображения, устройство для установки точек изображения в плоское или выпуклое состояние и ЭВМ, связанную управляющими сигналами с устройством для установки точек изображения в плоское или выпуклое состояние, выходы которого соединены с матрицей изображения. Новым является то, что в систему представления видеоинформации дополнительно введены блок видеопамяти, счетчик адресов видеопамяти, распределитель режимов работы, блок дешифраторов, схема разрешения, мультиплексор, коммутатор, синтезатор звуковых сигналов, блок воспроизведения звуковых сигналов и датчики касания, расположенные на матрице изображения. Причем выход ЭВМ связан с блоком видеопамяти, счетчиком адресов видеопамяти, коммутатором и распределителем режимов работы, выход которого соединен с устройством для установки точек изображения в плоское или выпуклое состояние, счетчиком адресов видеопамяти, блоком видеопамяти и блоком дешифраторов, информационный выход блока видеопамяти связан с входом схемы разрешения, выход счетчика адресов видеопамяти соединен с адресными входами блока видеопамяти, мультиплексора, коммутатора и входом распределителя режимов работы, выходы коммутатора связаны с входами устройства для установки точек изображения в плоское или выпуклое состояние, выходы датчиков касания матрицы изображения, в свою очередь, связаны с информационными входами мультиплексора, выход которого соединен с входом схемы разрешения, выход которой связан с входом блока дешифраторов, выходы которого соединены с входами синтезатора звуковых сигналов, выход которого соединен с входом блока воспроизведения звуковых сигналов. При этом матрица изображения разбита на зоны, и фаницы зон осязательно физически различимы с основной поверхностью изображения. При этом желательно, чтобы границы зон имели разметку в виде повторяющихся выступов, и целесообразно, чтобы частота следования повторяющихся выступов изменялась в зависимости от координат зоны в матрице изображения.
Предлагаемая система представления видеоинформации поясняется следующими чертежами, приведенными на фиг. 1, 2.
Структурная электрическая схема системы представления видеоинформации представлена на фиг. 1, общий вид матрицы изображения показан на фиг. 2.
Система представления видеоинформации (фиг.1) состоит из ЭВМ 1, блока видеопамяти 2, счетчика адресов видеопамяти 3, распределителя режимов работы 4, блока дешифраторов 5, схемы разрешения 6, мультиплексора 7, коммутатора 8, синтезатора звуковых сигналов 9, матрицы изображения 10, устройства для установки точек изображения в плоское или выпуклое состояние 11, блока воспроизведения звуковых сигналов 12, датчиков касания 13, расположенных на матрице изображения 10.
В свою очередь матрица изображения 10 (фиг. 2) содержит точки изображения 14 и разбита на зоны 15с помощью горизонтальных и вертикальных границ 16 зоны, имеющих разметку в виде повторяющихся выступов 17.
Работа предлагаемой системы представления видеоинформации осуществляется следующим образом.
При включении питания на распределитель режимов работы 4 поступает сигнал начальной установки, который на схеме фиг. 1 не показан. При этом распределитель режимов работы 4 и вся система устанавливаются в исходное нулевое состояние, соответствующее началу работы.
Перед началом работы системы видеоизображение должно быть предварительно, специальным образом, подготовлено на ЭВМ1.
Для этого цветное графическое изображение, находящееся в памяти ЭВМ 1 в одном из графических форматов, например, точечном формате (формат BMP), преобразуется в формат рассматриваемой системы.
В формате нашей системы каждая точка изображения 14, матрицы изображения 10 характеризуется следующими атрибутами: состояние точки, то есть плоская точка или выпуклая точка, яркость точки, цвет точки и шумовое сопровождение точки. Под атрибутом понимается некоторая числовая величина, которой выражается один из перечисленных параметров изображения.
Работа системы начинается по команде, поступающей с ЭВМ 1, при этом по сигналу с ЭВМ 1 распределитель режимов работы 4 переходит из нулевого в следующее (первое) состояние - режим загрузки видеоизображения. Причем в этом режиме подготовленное в ЭВМ 1 видеоизображение переписывается в блок видеопамяти 2 системы. В рассматриваемом режиме по адресам видеопамяти, соответствующим координатам точек изображения 14 на матрице изображения 10с выхода ЭВМ 1 переписываются атрибуты точек изображения 14. Адреса видеопамяти определяются счетчиком адресов видеопамяти 3, состояния которого изменяются по сигналам с ЭВМ 1 синхронно с поступлением видеоинформации.
Одновременно сигнал атрибута состояния точки изображения 14 или плоское или выпуклое поступает с выхода ЭВМ 1 на вход коммутатора 8, адресный вход которого соединен с выходом счетчика адресов видеопамяти 3. При этом атрибут состояния точек изображения через коммутатор 8 далее поступает на соответствующий вход устройства для установки точек изображения в
плоское или выпуклое состояние 11, и соответствующая адресу видеопамяти точка изображения 14 матрицы изображения 10 устанавливается в нужное состояние. Причем на вход устройства для установки точек изображения в плоское или выпуклое состояние 11 одновременно поступает сигнал разрешения с выхода ЭВМ 1, соответствующий прохождению сигнала атрибута состояния точек изображения.
Точки изображения 14 могут устанавливаться в одно из двух состояний: плоская точка или выпуклая точка, причем множества плоских или выпуклых точек соответствуют контурам отдельных деталей изображения либо областям, ограниченным этими контурами. Например, солнце на чертеже представлено в виде круга, как область из выпуклых точек, линия горизонта - в виде прямой из выпуклых точек и так далее.
По окончании записи атрибутов точек изображения в блок видеопамяти 2, по сигналу переноса с выхода счетчика адресов видеопамяти 3, распределитель режимов работы 4 переходит в следующее f второе) состояние, соответствующее режиму считывания видеоинформации.
В этом режиме при осязательном контакте оператора с представленным на матрице изображения 10 плоско - рельефным изображением (ощупывании изображения пальцами руки) осуществляется восприятие формы и размеров отдельных деталей изображения.
Для восприятия оператором расположения деталей изображения на матрице изображения, а также взаимного расположения деталей изображения относительно друг друга, может использоваться информация о направлении перемещения пальцев руки оператора. Помимо этого, оперативный контроль нахождения пальцев руки на изображении в процессе осязательного контакта с изображением
осуществляют с помощью координатной сетки, нанесенной на плоскости с изображением. Для этого матрица изображения 10 разбита на зоны 15 с помощью горизонтальных и вертикальных границ 16, осязательно физически различимых с основной поверхностью изображения. Границы 16 зон имеют разметку в виде повторяющихся выступов 17, частота следования которых изменяется в зависимости от координат зоны на матрице изображения 10. Например, выступы по границам зон следуют чаще при приближении к левому верхнему углу матрицы изображения 10.
И, наконец, для восприятия оператором информации о цвете отдельных участков изображения используют звуковые сигналы, которые сопровождают осязательный (тактильный) контакт оператора с этими участками изображения. Для этого каждая точка изображения 14 может быть оснащена датчиком касания 13, например, сенсорным датчиком, выход которого соединен с информационным входом мультиплексора 7. Электронный образ воспроизводимого изображения храниться в блоке видеопамяти 2, причем каждая точка изображения в памяти характеризуется координатами на матрице изображения 10 (адресом памяти) и атрибутами точки, что составляет содержимое памяти.
В режиме считывания осуществляется постоянное циклическое сканирование точек изображения 14, например, строчная развертка изображения. Скорость сканирования точек изображения значительно превышает скорость перемещения пальцев оператора по точкам матрицы изображения 14, что позволяет с высокой точностью отслеживать положение пальцев оператора. При этом счетчик адресов видеопамяти 3, управляющий сканированием точек, в рассматриваемом режиме работы системы, постоянно подключен к тактовой шине высокой частоты,  на чертеже не показана. Причем блок видеопамяти 2, управляемый сигналом записи - считывания с выхода распределителя режимов работ 4, в данный момент находится в режиме считывания информации. Сигнал с выхода счетчика адресов видеопамяти 3 поступает на адресные входы мультиплексора 7. По адресу на входе мультиплексора 7 сигнал с выхода сенсорного датчика 13 точки изображения 14, соответствующий положению пальпев рук оператора на поверхности матрицы изображения 10, проходит на выход мультиплексора 7 и далее поступает на вход схемы разрешения 6. По этому же адресу считывается содержимое блока видеопамяти 2, то есть атрибуты яркости, цвета и шума, которые поступают на информационный вход схемы разрешения 6. Далее атрибуты яркости, цвета и шума с выхода схемы разрешения 6 подают на вход блока дешифраторов 5.
Блок депшфраторов 5 в режиме считывания системы определяет значения атрибутов яркости, цвета и шума и запускает соответствуюпще генераторы звуковых сигналов в синтезаторе звуковых сигналов 9. Далее сигнал с выхода синтезатора звуковых сигналов 9 поступает на вход блока воспроизведения звуковых сигналов 12. Блок воспроизведения звуковых сигналов 12 представляет собой акустическую систему, которая в соответствии с атрибутами точек изображения, которых касается (активирует) оператор, воспроизводит звуковое сопровождение.
Для однозначного представления цвета различных участков изображения звуковыми сигналами может использоваться, например представление семи основных цветов спектра с помоп ю семи нот музыкальной октавы. Причем цвету с большей длиной оптической волны должна соответствовать более длинная звуковая волна, т.е. красному цвету соответствуют басовые ноты, а синему и фиолетовому - более высокие звуки. Например, красный цвет - до.
оранжевый - ре, желтый - ми, зеленый - фа, голубой - соль, синий - ля, фиолетовый - си.
Общее количество воспроизводимых звуковых частот определяется числом различных цветов в изображении, и должно учитывать порог чувствительности среднестатистического слуха при различении звуковых частот.
Слуховая система человека (ухо) устроена так, что воспринимает весь спектр звуковых частот набором из большого количества биологических полосовых фильтров, настроенных по всему диапазону звуковых частот. При восприятии звуков проявляются эффекты маскирования отдельных тонов. Так сильные звуки подавляют слабые, что позволяет отбрасывать их при воспроизведении без сзтцественного ущерба для качества звучания сигнала. Кроме того, отдельные частоты могут маскироваться сигналами близкоотстояпщх от них частот. Эти эффекты приводят к осреднему представленною цветов отдельных участков изображения при их отображении звуковыми сигналами. При этом обеспечивается достаточно высокая точность и скорость восприятия цвета участков изображения.
Причем более яркие цвета могут воспроизводиться более сильными (громкими) звуками, менее яркие, приг.11ушенные цвета - слабыми (тихими) звуками.
Для повышения информативности представления изображений, воспроизведение звуковых сигналов, отображаюпщх цвета осуществляется на фоне шума, сопровождающего тактильный контакт оператора с участками изображения. При этом х актер шума должен соответствовать воспринимаемому участку изображения. Например изображению моря соответствует шум прибоя, птице щебетание птиц, лесу - шелест листвы, автомобилю - шум работы автомобильного двигателя и т. д..
Для повышения качества восприятия звуковых сигналов целесообразно применение комфортного шума. Воспроизведение звуковых сигналов, отображающих цвета, осуществляют на фоне не раздражающего комфортного шума. Комфортный шум должен отличаться от шумов, характерных для различных участков изображения (самолет, автомобиль, птица).
Для реализации рассматриваемой системы немаловажное значение имеет последовательность преобразования в ЭВМ формата стандартного точечного изображения в формат, используемый в нашей системе, то есть порядок подготовки изображения. В точечном формате изображение представляется множеством пикселов (или элементарных точек изображения). Каждый пиксел изображения имеет атрибут цвета и яркости. Каждой точке изображения 14 на матрице изображения 10 может соответствовать несколько пикселов в исходном изображении. Атрибут цвета или яркости точек изображения г, записывается через соответствующие атрибуты dj пикселов, составляющих данную точку в следующей форме:
где Oi - весовой коэффициент, отображающий вклад каждого пиксела в восприятие всей точки и нормирующий величину суммарного атрибута.
Атрибут шума для точек изображения и точек отдельных областей изображения определяется и назначается из заранее составленного архива (списка) шумов. Комфортный, не раздражающий шум назначается для оставшихся областей автоматически (по умолчанию относительно областей с характерным шумом).
ных объектов юображения или точек внутреннего заполнения (заливки) объектов изображения. Атрибут состояния точки изображения - нлоская может назначаться для оставшихся точек по умолчанию.
В предполагаемой полезной модели каждый участок изображения представлен размерами и формой отдельных деталей изображения, координатами положения воспринимаемого участка изображения и информацией о цвете участка изображения, передаваемой звуковым сигналом. Такое представление изображения позволяет достигнуть более полного восприятия оператором цветных изображений. Следует отметить, что необходимость тактильного определения координат участка изображения обусловлена созда1шем предпосылок для развития творческих способностей у инвалидов по зрению (например: слепых художников, дизайнеров, архитекторов).
Достигаемым результатом предлагаемой системы представления видеоинформации является повьппение информатршности воспринимаемого изображения. При передаче цвета звуковыми сигналами достигается более высокая точность и скорость слухового восприятия цвета, что обеспечивается возможностью однозначной связи звукового сигнала с цветом участков изображения.
Источники информации:
1.Патент Российской Федерации № В41 J 3/38, онубл. 2000. 2.Parkes D., ВпШ М. It may not be easy, World Blind, №14, 1997, p. 48.
Авторы:
A. Д. Кухарев B. B. Квашенников
Г. И. Соколова
Ю. К. Гришин 2148000, МПК 7 but it is possible. The