■ 王志麟 錢偉勇

王志麟：中國鐵路通信信號上海工程集團(tuán)有限公司，高級工程師，上海，200436

錢偉勇：中國鐵路通信信號上海電信測試中心，高級工程師，上海，200436

隨著數(shù)字通信媒體技術(shù)在有線電視、衛(wèi)星、因特網(wǎng)、3G通信等領(lǐng)域迅速發(fā)展，MPEG-4與H.264壓縮格式成為當(dāng)前主流視頻壓縮技術(shù)，并在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用，在保證圖像質(zhì)量前提下，可大大降低通道帶寬和存儲空間容量要求。由于數(shù)字視頻壓縮技術(shù)完全不同于傳統(tǒng)模擬視頻技術(shù)，壓縮視頻質(zhì)量測試遠(yuǎn)比模擬視頻質(zhì)量測試復(fù)雜得多，因而對數(shù)字視頻壓縮系統(tǒng)質(zhì)量測試提出了全新的挑戰(zhàn)。

1 視頻系統(tǒng)測試技術(shù)的差異性

在傳統(tǒng)模擬視頻中，圖像質(zhì)量客觀測試一般采用信號質(zhì)量測試評估技術(shù)，主要測試方法是輸出一系列的測試指標(biāo)，包括信號幅度、頻率響應(yīng)、信噪比、K系數(shù)評估、微分增益失真（常稱作DG）、微分相位失真（常稱作DP）等。

用一組標(biāo)準(zhǔn)信號對模擬視頻系統(tǒng)圖像質(zhì)量客觀評估得出的指標(biāo)結(jié)果與人眼主觀MOS（Mean Opinion Score）評估的測試結(jié)果存在很強(qiáng)的數(shù)字相關(guān)性。這種數(shù)字相關(guān)性可達(dá)到95%以上，但信號質(zhì)量測試技術(shù)只適用于線性模擬視頻系統(tǒng)。隨著壓縮視頻技術(shù)的出現(xiàn)，系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，信號質(zhì)量測試技術(shù)已無法滿足圖像經(jīng)過系統(tǒng)編解碼模數(shù)轉(zhuǎn)化后的測試要求。信號質(zhì)量評估法與主觀MOS評估法對壓縮數(shù)字視頻系統(tǒng)圖像質(zhì)量測試結(jié)果的數(shù)字相關(guān)性小于50%（見圖1）。因此，壓縮數(shù)字視頻圖像質(zhì)量測試必須采用更復(fù)雜的測試場景和全新的客觀質(zhì)量評估手段。

2 壓縮數(shù)字視頻系統(tǒng)客觀測試方法

2.1 基本碼流分析測試

選擇專用視頻壓縮分析工具如MTS4000等對各類保存的壓縮流媒體文件進(jìn)行分析，可查驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)編碼器的全部語法是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求?；敬a流部分是傳輸流應(yīng)當(dāng)透明送交的有效載荷。傳輸流在傳送基本碼流時(shí)，不考慮被傳送的基本碼流是否合乎標(biāo)準(zhǔn)。即對傳輸流順應(yīng)性測試只意味著檢驗(yàn)該傳輸流能否不失真地傳送基本碼流，并不能說明基本碼流在其構(gòu)建之初是否有正確的組成?；敬a流的結(jié)構(gòu)或句法是由壓縮器決定的。因此對基本碼流的測試實(shí)質(zhì)上是壓縮器測試的一種形式。應(yīng)當(dāng)注意，某一壓縮器雖能產(chǎn)生順應(yīng)性句法，仍可能出現(xiàn)較差的視頻質(zhì)量。由于壓縮器是基于算法規(guī)則而不具有確定性，如果壓縮器工作于通用性較差的運(yùn)行模式，那么基本碼流就可能表現(xiàn)為時(shí)好時(shí)差的不順應(yīng)性。

2.2 客觀圖像質(zhì)量測試方法

客觀圖像質(zhì)量測試包括完整源視頻（也稱圖像差值法）、簡化源視頻（也稱特征抽取法）和無源視頻（也稱單端式測試）3種測試方法。前兩種方法是雙端的，即有實(shí)際源視頻的精確復(fù)制品，或是從源視頻中抽取出來的某種簡化信息。圖像差值法利用完整的源視頻和經(jīng)過被測系統(tǒng)處理后的視頻進(jìn)行圖像質(zhì)量（劣化）測試（見圖2），使用基于數(shù)學(xué)計(jì)算矩陣處理各種圖像或圖像序列。所得到的數(shù)據(jù)代表過濾的圖像版本，該圖像包含相當(dāng)數(shù)量與原始圖像類似的數(shù)據(jù)。一般來說，像素與像素在源視頻過濾版本和劣化圖像之間的差別可用來測定客觀質(zhì)量評分，它具有與圖像變化有關(guān)的完整信息，是最精確的方法。通常使用一套十分復(fù)雜的計(jì)算方法，是基于包括暫態(tài)和彩色響應(yīng)的人眼視覺系統(tǒng)的模型。由于圖像差值法使用了復(fù)雜的處理算法，其精度優(yōu)于另外兩種方法，可作為數(shù)字視頻系統(tǒng)質(zhì)量評估的主要手段。

由于完整的源視頻是可以利用的，從而能進(jìn)行另一類不太復(fù)雜的計(jì)算，例如傳統(tǒng)上使用峰值信號與噪聲之比來評估源圖像與被處理圖像之間的差別。由于圖像在空間和時(shí)間上的復(fù)雜程度不同，因而會產(chǎn)生有關(guān)序列不一致的結(jié)果，但它仍然是有用的基準(zhǔn)，并可用來檢測圖像之間人眼不一定能察覺的細(xì)微差別。采用圖像客觀評估系統(tǒng)處理問題是人類感知圖像質(zhì)量的過程，但人類視覺響應(yīng)具有高度非線性特征，由于壓縮數(shù)字視頻系統(tǒng)的復(fù)雜性，很多圖像具有非線性特征，圖像客觀評估系統(tǒng)并不一定能完全替代感知。因此，當(dāng)圖像客觀評估系統(tǒng)輸出的各類客觀評估參數(shù)值與主觀MOS評估數(shù)據(jù)相近時(shí)，圖像客觀評估系統(tǒng)方可采信。

3 結(jié)束語

數(shù)字視頻系統(tǒng)質(zhì)量測試與評估方法將隨著各類新技術(shù)發(fā)展而逐漸成熟，對系統(tǒng)圖像質(zhì)量的客觀評估必將成為數(shù)字視頻系統(tǒng)評估的主要手段。