Архитектура ЭВМ. Вычислительные системы, сети, телекоммуникации (стр. 33 )

Рис.7.6. Принцип считывания методом зондов

На такой зонд проецируется распознаваемый символ. По комбинации затененных линеек опознается символ, и на выход распознающей системы поступает код распознанного символа.

Распознающее устройство типа “перцептрон” имеет матрицу фотоэлементов (Аi), суммирующие блоки (Sj ) и решающие элементы (К1) (рис.7.7).

Рис.7.7. Распознающее устройство типа “перцептрон”

Матрица фотоэлементов Аi связана со всеми суммирующими элементами Sj, которые, в свою очередь, связаны с решающими элементами К1. Вначале (пока перцептрон не обучен) веса связей элементов Аi с Sj одинаковы.

В процессе обучения на фотоэлементы проецируется какое-либо изображение (взятое из обучающей выборки). Веса связей Аi с Sj изменяются (например, случайным образом) до тех пор, пока при определенном сочетании сигналов А, на выходе не образуется код распознаваемого изображения. После этого из обучающей выборки берется следующее изображение и проецируется на матрицу фотоэлементов, после чего веса связей Аi с Sj корректируются до получения на выходе К1 правильного кода распознаваемого изображения.

После обучения перцептрона он способен распознавать образы, поступившие в виде изображения на матрицу фотоэлементов, выдавая на выходе их коды.

Перцептрон относится к параллельным (нейронным) системам, так как в нем используется принцип распознавания, реализованный в нейронных сетях живых организмов.

Суммирующие элементы перцептрона представляют собой аналоговые сумматоры, выдающие на выходе сумму сигналов, поступивших на входы с учетом веса каждого входа (того самого веса, который изменялся в процессе обучения).

Решающие элементы могут быть построены по принципу выделения наибольшего или наименьшего из поступивших на них сигналов, но могут быть построены и на основе более сложных алгоритмов.

Введение в схему перцептрона обратных связей (с выхода на вход) позволяет реализовать в них самообучение.

Учитывая разницу между пикселом и ПЭЛом, а также то, что современные сканеры могут иметь разрешающую способность, превышающую 1000 пиксел на дюйм, удается программным путем повысить чувствительность сканера в определении яркостных характеристик считанных изображений. Эта процедура называется фильтрованием и приводит к получению смазанных изображений, так как при увеличении количества уровней серого снижается контрастность.

Конструктивно сканеры выпускаются в двух вариантах: портативные и настольные.

Портативные сканеры представляют собой устройство, внешне похожее на мышь, которое перемещается по вводимому в ЭВМ изображению. Обычно сканеры имеют небольшие размеры (ширина 2,5 дюйма = 6,4 см). Поэтому большие изображения (как, например, лист текста формата A4) приходится считывать за несколько проходов. Но в поставляемом вместе со сканером программном обеспечении предусмотрена функция “склейки” изображений, которая позволяет соединить считанные за разные проходы части в единое целое. Разрешающая способность таких сканеров редко превышает 400 пиксел на дюйм, каждый пиксел сопровождается четырехбитовым кодом уровня серого, что соответствует 16 оттенкам шкалы яркости. Считанное таким сканером изображение можно распечатать без преобразования на цветном принтере. Для печати же на черно-белом принтере его нужно преобразовать из полутонового в" штриховое, шкала яркости которого имеет только два уровня - белое и черное.

Настольные сканеры выпускаются трех типов:

sheet-fed - строчный сканер, в котором носитель изображения пропускается через неподвижную считывающую головку (считывать можно только листовой материал, книги и журналы - нельзя);

flat-bed - страничный сканер, в котором считываемое изображение неподвижно;

over-head - сканер-планшет проекторного типа, в котором считываемое изображение помещается на экране (изображением вверх), считывающий блок расположен вверху устройства.

Сравнительный анализ сканеров различных фирм, проводимый журналом PC Magazine, неоднократно отмечал высокое качество сканеров фирмы Hewlet Packard, представителями которых являются черно-белый сканер Scan Jet IIP и цветной Scan Jet IIiсх. Они обеспечивают оптическое разрешение 300—400 точек на дюйм, способны воспринять 256 оттенков серого. Сканер читает страницу формата A4 за 10 с. Но фирменное программное обеспечение осуществляет распознавание только латинских символов. Удовлетворительная степень распознавания символов достигается только для текстов, отпечатанных на пишущей машинке или шрифтом Courier на лазерном или струйном принтере.

Анимационные устройства ввода-вывода

Необходимость использования специализированных технических средств для компьютерной графики и анимации (т. е. воспроизведения движущихся изображений) объясняется высокими требованиями к системам отображения информации, к качеству воспроизводимого изображения. При воспроизведении статических изображений повышение качества связано с увеличением разрешающей способности экрана и улучшением цветопередачи, что, в свою очередь, требует значительного увеличения видеопамяти и емкости внешних ЗУ. Необходимость работы в реальном масштабе времени при демонстрации фильмов (т. е. динамических изображений) предъявляет высокие требования к производительности ЭВМ, причем не только производительности центрального процессора, но и скорости обмена с внешними устройствами. Дополнительные трудности возникают и вследствие того, что в качестве внешних устройств приходится использовать видео - и аудиоаппаратуру, в которой реализованы иные принципы представления информации: информацию приходится перекодировать, что также требует дополнительных временных, аппаратурных и программных ресурсов. Кроме того, редактирование видеоинформации, перекодирование ее, создание видеоэффектов часто связаны с вычислительной обработкой, а следовательно, с дополнительными затратами времени.

Таким образом, при использовании ЭВМ для создания и демонстрации компьютерной графики и анимации требуются: высокая производительность всего технического комплекса, специализированные преобразователи информации, технические средства для высококачественного отображения, ввода-вывода и хранения больших объемов информации.

Производительность технического комплекса определяется, с одной стороны, производительностью его составных частей, а с другой - согласованностью составных частей, отсутствием простоев их из-за ожидания друг друга; совмещением во времени различных операций.

Технический комплекс - микропроцессорный комплект; интерфейс ввода-вывода; устройства ввода-вывода - представляет собой последовательно соединенную систему с параллельными ветвями со стороны УВВ. Производительность такой системы зависит от быстродействия микропроцессорного комплекта, пропускной способности интерфейса ввода-вывода, производительности и способа подключения УВВ, наличия специальных “ускорителей” в различных устройствах, а также от принятой в системе технологии обмена информацией между отдельными частями технического комплекса (при этом нужно учитывать, что одним из элементов этого комплекса может являться человек-оператор, воспринимающий выводимую информацию и обладающий определенными параметрами, например, такими, как время реакции - величиной, не сопоставимой с временем выполнения операций электронной частью комплекса, или время восприятия информации, инерционность зрения, к которым приходится подстраивать программно-технические комплексы.

Поскольку высококачественное изображение требует очень больших объемов памяти для хранения каждого кадра изображения, для воспроизведения фильмов необходимо выводить на экран не менее 24 кадров в секунду (чтобы устранить мелькание изображения), а человеку необходимо для восприятия изображения не менее 30 с., для хранения фильмов реальной длительности в цифровом виде нужны запоминающие устройства очень большого объема. Это удорожает такие системы и приводит к поиску способов сжатия информации, для чего нашли широкое распространение как программные, так и аппаратурные преобразователи.

Обилие разновидностей обрабатываемой в системах компьютерной графики и анимации информации приводит к необходимости использования различных устройств ввода: клавиатур, систем координатного ввода, оптических читающих устройств, устройств ввода акустической информации, анимационных устройств ввода и др. и соответствующих устройств вывода информации: дисплеев, графических экранных станций синтезаторов. речи, акустических систем, анимационных устройств вывода и др.

В состав анимационных устройств ввода-вывода входят видеокамера, видеомагнитофон и телевизор, а также преобразователи видеосигналов.

В основе цветного телевидения лежат особенности человеческого зрения:

глаз имеет ограниченную разрешающую способность - две точки, угловое расстояние между которыми меньше одной минуты, воспринимаются глазом слитно;

цветовое восприятие человека субъективно: слабый фиолетовый сигнал воспринимается как красный; сильный (яркий) фиолетовый имеет серый оттенок.

Три цветные элементарные точки на экране образуют триаду. Для того чтобы триада воспринималась как одна точка, угловое расстояние между отдельными точками должно быть меньше одной минуты. При расстоянии от глаза до экрана 1 м линейные размеры точек должны составлять доли миллиметра. При диагонали экрана 61 см общее число триад на экране должно быть около 500 000 (это эквивалентно 1000 пиксел при 500 пикселных строках).

Стандарт телевидения - 525 строк на экране. При чересстрочной развертке частота смены полукадров - 50 герц. Для того чтобы видеосигнал мог перенести каждый элемент кадра (триаду), он должен иметь частоту (f):

f=N/2T,

где N - число элементов изображения (триад) на экране; Т - время передачи одного кадра (1/25 с).

Тогда

f=500000/(2/25)=6250000=6,25 МГц.

Это достаточно большая частота, но для передачи видеосигнала от телецентра к телевизионному приемнику необходима радиочастота, примерно в 10 раз большая. Поэтому диапазон частот телевещания охватывает частоты от 48,5 до 230 МГц.

Несущая частота используется как энергия для переноса информации. Когда на нее накладывается видеосигнал, образуются модулированные радиочастотные колебания. Сам процесс наложения видеосигнала на несущую частоту называется модуляцией.