【摘 要】歐洲在20世紀(jì)80年代首先提出數(shù)字電視的概念，數(shù)字電視開始逐漸地普及。我國(guó)的廣播電視數(shù)字技術(shù)的發(fā)展也十分迅速，數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化是各地電視臺(tái)廣播電視系統(tǒng)的發(fā)展方向.自從開始研究數(shù)字電視以來，我國(guó)取得了許多成就，伴隨著衛(wèi)星轉(zhuǎn)播全部數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，許多電視臺(tái)的制作編輯室、演播室以及播出通道等的數(shù)字化改造都已經(jīng)完成。廣播電視主管機(jī)構(gòu)在蓬勃發(fā)展的數(shù)字化進(jìn)程中大力的推進(jìn)著電視的網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)字化的進(jìn)程。數(shù)字電視視頻測(cè)量作為電視數(shù)字化中的一個(gè)非常重要的部分，越來越受到大家的關(guān)注。本文通過對(duì)數(shù)字電視視頻測(cè)量全過程的闡述，并有機(jī)的將DVB、傳輸調(diào)制測(cè)量、TS測(cè)量以及畫面編碼測(cè)量結(jié)合起來，同時(shí)利用分層的觀點(diǎn)對(duì)問題進(jìn)行全面的分析和探討，并規(guī)范化表述了個(gè)分層的測(cè)量要點(diǎn)，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視 圖像質(zhì)量 測(cè)量

一、引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民群眾的物質(zhì)生活水平有了極大的改善，與此同時(shí)，人民群眾對(duì)精神文化領(lǐng)域的需求也越來越高。數(shù)字電視作為人民群眾生活中不可或缺的重要組成部分，得到了越來越廣泛的推廣和普及。伴隨著數(shù)字電視技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的深深植入，新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)廣播電視系統(tǒng)（包括發(fā)射/傳輸系統(tǒng)、電視播出系統(tǒng)以及接收顯示系統(tǒng)）的質(zhì)量測(cè)評(píng)提出了更新的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。其中更為重要的就是對(duì)數(shù)字電視圖像質(zhì)量的測(cè)量。本文分析并探討了數(shù)字電視質(zhì)量測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)以及方法。

二、數(shù)字電視圖像質(zhì)量測(cè)量概述

作為一種視聽傳媒，電視的系統(tǒng)質(zhì)量的高低以及行性能的優(yōu)劣直接決定了其播出時(shí)的圖像質(zhì)量以及音質(zhì)。傳統(tǒng)的模擬電視圖像在進(jìn)行圖像測(cè)量時(shí)是將測(cè)試信號(hào)（比如黑場(chǎng)信號(hào)、多波群信號(hào)以及彩條信號(hào)等）通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源送到被測(cè)電視制作播出系統(tǒng)之后，通過技術(shù)指標(biāo)（例如信噪比、幅頻特性、微分相位以及微分增益等）量化評(píng)價(jià)電視制作系統(tǒng)輸出圖像質(zhì)量[1]。

在進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代之后，廣播電視行業(yè)的制作播出系統(tǒng)在其主要的環(huán)節(jié)當(dāng)中使用的電路技術(shù)與模擬電視完全不同，例如糾錯(cuò)保護(hù)的信道編制以及解碼，視頻壓縮的信源碼以及解碼，再加上高碼率的調(diào)制以及解調(diào)技術(shù)等。系統(tǒng)的基本質(zhì)量直接取決于視頻壓縮的編碼以及解碼環(huán)節(jié)，因此常規(guī)模擬電視的失真與此環(huán)節(jié)導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降兩者之間的差別很大。對(duì)于評(píng)價(jià)常規(guī)模擬電視的方法以及對(duì)其信號(hào)和圖像的測(cè)試顯然已經(jīng)過時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到對(duì)數(shù)字電視視頻的損傷程度進(jìn)行正確以及全面的反映。因此針對(duì)數(shù)字電視圖像質(zhì)量確定一個(gè)新的測(cè)量系統(tǒng)變得十分重要。

三、主觀評(píng)價(jià)方法

現(xiàn)在，主觀評(píng)價(jià)是測(cè)試數(shù)字電視圖像質(zhì)量的最重要的方法。系統(tǒng)性能的確定是通過觀看者在觀看時(shí)對(duì)被測(cè)的圖像質(zhì)量產(chǎn)生的主觀方面的反應(yīng)來進(jìn)行測(cè)試的這樣一種方法就是主觀評(píng)價(jià)[2]。

（一）評(píng)價(jià)系統(tǒng)信號(hào)源

評(píng)價(jià)測(cè)試圖像信號(hào)被評(píng)價(jià)系統(tǒng)信號(hào)源直接送到設(shè)備或被測(cè)系統(tǒng)的輸入端，與此同時(shí)，評(píng)價(jià)系統(tǒng)信號(hào)源在主觀評(píng)價(jià)當(dāng)中還被當(dāng)作基準(zhǔn)圖像信號(hào)。由于確保評(píng)價(jià)結(jié)果的穩(wěn)定有效的重要條件之一就是基準(zhǔn)圖像無缺損，所以應(yīng)該采用高質(zhì)量的電視標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)備以及顯示器。

（二）主觀評(píng)價(jià)觀看時(shí)的條件

因?yàn)橛^看位置、觀看距離、圖像亮度、尺寸、對(duì)比度等因素都和電視圖像主觀質(zhì)量有很大的關(guān)系。所以，上述的觀看條件在我國(guó)制定的主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中都有比較詳細(xì)的說明，如圖2[4]所示。

（三）主觀評(píng)價(jià)測(cè)試圖像

作為主觀評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，測(cè)試圖像直接影響了評(píng)價(jià)結(jié)果，所以，在進(jìn)行測(cè)試圖像素材的選擇時(shí)，既要嚴(yán)格要求，又不能過分要求。伴隨著《標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視主觀評(píng)價(jià)用測(cè)試圖像》在2007年12月的頒布，我國(guó)基本上已經(jīng)建立了可以使數(shù)字電視主觀評(píng)價(jià)要求得到滿足的測(cè)試圖像庫(kù)[5]。

（四）主觀評(píng)價(jià)測(cè)試的方法

所使用的方法是否能夠保證評(píng)價(jià)效果的穩(wěn)定有效是主觀評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。所以采用不同的評(píng)價(jià)方法針對(duì)不同的評(píng)價(jià)目的是非常重要的。我國(guó)在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)對(duì)雙刺激連續(xù)質(zhì)量標(biāo)度在數(shù)字電視基本評(píng)價(jià)中的運(yùn)用做出了規(guī)定。這個(gè)方法除了要現(xiàn)實(shí)評(píng)分被測(cè)系統(tǒng)的輸出圖像，另外，還要顯示評(píng)分被測(cè)系統(tǒng)的輸入圖象。在這里，作為評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)圖像的是輸入圖像，而作為被測(cè)圖像的是輸出的圖像。

對(duì)圖像的直觀質(zhì)量的真實(shí)反映是圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)方法最大的特點(diǎn)，沒有技術(shù)障礙以及可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果等都是其優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，主觀評(píng)價(jià)方法也存在著很多不足，較多的時(shí)間的耗費(fèi)以及較高的費(fèi)用，再加上質(zhì)量評(píng)價(jià)的難以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)等都是其不足之處。而且主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用中還會(huì)受到觀察環(huán)境、觀看者觀測(cè)動(dòng)機(jī)以及知識(shí)背景等多種因素的影響。不是所有的場(chǎng)合都適用主觀評(píng)價(jià)，因此要想克服這些去電，我們還可以運(yùn)用客觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。

四、客觀測(cè)量方法

在數(shù)字電視系統(tǒng)中，圖像轉(zhuǎn)碼、壓縮以及采樣設(shè)備等都是專業(yè)廣播設(shè)備，很難通過肉眼對(duì)不同設(shè)備之間圖像質(zhì)量的不同之處進(jìn)行精細(xì)的量化。并且因?yàn)橹饔^評(píng)價(jià)的方法實(shí)時(shí)性較差且存在隨機(jī)性，所以很多時(shí)候評(píng)價(jià)視頻質(zhì)量是通過程序或儀器來完成的，這就是所謂的視頻質(zhì)量客觀測(cè)試方法。對(duì)數(shù)字視頻處理效果的評(píng)價(jià)有特定算法的程序或儀器運(yùn)行來完成，不僅使外在條件以及人員的差異在主觀評(píng)價(jià)時(shí)的影響得到排除，還可以使財(cái)力、物力以及人力得到了大量的節(jié)約。如下圖3.

伴隨著不斷深入發(fā)展的人眼視覺系統(tǒng)（HVS）研究，在客觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法中，開始越來越多的廣泛運(yùn)用到基于人眼視覺感知的方法。利用HVS生理特征建立起了許多圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)模型，而且還在研究成果上有一定的進(jìn)步。

對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)的方法為：以人眼的主觀視覺系統(tǒng)為根據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立，將測(cè)試視頻和參考視頻中人眼較敏感的邊緣、連慣性以及亮度等信息通過該數(shù)學(xué)模型提取出來，然后在給出評(píng)價(jià)價(jià)值之前，先針對(duì)這些特征做出查分評(píng)價(jià)。下圖4展示了其處理過程以及基本原理。

由于人眼的主觀評(píng)價(jià)過程基本上為客觀測(cè)試過程所模擬，所以客觀測(cè)試的結(jié)果主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果保持了較高的模擬性，高清數(shù)字電視圖形處理系統(tǒng)基本上可以被客觀地反映出來其中的優(yōu)劣。采用兩個(gè)視頻文件作為數(shù)字電視圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)測(cè)試的輸入，其中一個(gè)是參考視頻序列經(jīng)過損傷后、經(jīng)處理過或經(jīng)過壓縮后的序列版本，而且其中的另一個(gè)則是原始的參考視頻序列。

首先在時(shí)間域以及空間域中對(duì)這兩種不同的視頻序列進(jìn)行校準(zhǔn)，視頻序列中的校正數(shù)據(jù)無需在這一過程中進(jìn)行嵌入。其次，儀器開始分析基于人類提示模型以及視覺系統(tǒng)的測(cè)試質(zhì)量，一般情況下，測(cè)試輸出的質(zhì)量測(cè)量結(jié)果會(huì)與主觀評(píng)測(cè)出現(xiàn)高度的相關(guān)。而最后的這個(gè)測(cè)量結(jié)果不僅包括逐幀的測(cè)量度量值以及總的圖像質(zhì)量雷擊度量值，還包括了每幀的損傷映射圖示。

伴隨著不斷深入發(fā)展的人眼視覺系統(tǒng)（HVS）研究，在客觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法中，開始越來越多的廣泛運(yùn)用到基于人眼視覺感知的方法。利用HVS生理特征建立起了許多圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)模型，而且還在研究成果上有一定的進(jìn)步。

作為HVS的一個(gè)顯著特征，視覺敏感度帶通特性的表示方法為對(duì)比度敏感函數(shù)（CSF0）。由于是空間頻率的函數(shù)，CSF具有帶通濾波器的性質(zhì)。并且因?yàn)樵诜轿灰约翱臻g頻率上視覺感知具有的多通道分解性，可以將HVS看作是相鄰的多個(gè)并列視覺通道。由于其具有正交相位移多尺度特性、不變性以及線性等特點(diǎn)，這些視覺通道對(duì)豎直以及水平方向產(chǎn)生的刺激特別敏感，對(duì)其他角度的不是很敏感。以視覺通道的頻帶來對(duì)應(yīng)劃分圖像，可以利用二維小波變換來完成。因?yàn)槎喾直媛蕿V波器組可以看做小波分解，就在很大程度上適用于視覺通道，從而實(shí)現(xiàn)更加方便的頻帶劃分。

以圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)算法為根據(jù)，一些測(cè)試儀器廠家開始了針對(duì)客觀評(píng)測(cè)圖形質(zhì)量的儀器的開發(fā)與應(yīng)用，這些儀器基本上可以客觀評(píng)測(cè)圖像的整體質(zhì)量。泰克公司生產(chǎn)的采用了以人類視覺模型作為根據(jù)的PQA600評(píng)測(cè)系統(tǒng)，這種圖像質(zhì)量分析系統(tǒng)提供的客觀圖像質(zhì)量測(cè)量服務(wù)不僅可以重復(fù)，更可以做到與人眼主觀視覺評(píng)估非常的相近。該系統(tǒng)不僅可以在高清下變換的質(zhì)量評(píng)估中應(yīng)用，還可以在比較不同分辨率的圖像質(zhì)量中進(jìn)行應(yīng)用。由于是以人眼視覺模型的測(cè)量為依據(jù)，該系統(tǒng)和主觀評(píng)測(cè)比較起來，不僅具有快速高效的特點(diǎn)，還具有很好的重復(fù)性。

五、結(jié)語

筆者介紹并回顧了近年來的各種數(shù)字電視圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法，以供大家參考?，F(xiàn)在，廣播電視行業(yè)高清和標(biāo)清節(jié)目同播、高清節(jié)目的制作都得到了很大的改善，并仍然在不斷地推進(jìn)過程中。伴隨著不斷普及的高清晰度、大屏幕的平板電視，人民群眾無論是對(duì)測(cè)試圖像質(zhì)量的方法還是評(píng)價(jià)規(guī)則，還是對(duì)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性等都有著越來越高的要求。

觀看者對(duì)圖像質(zhì)量的滿意度一定要在視頻質(zhì)量的測(cè)試中反映出來，這才是數(shù)字電視圖像質(zhì)量測(cè)試的最終目的。與主管評(píng)測(cè)結(jié)果相同的前提下，客觀測(cè)試才會(huì)真正的有意義，由于主觀評(píng)價(jià)在實(shí)際的應(yīng)用中有著很多的不足與局限，并且其操作方法也相當(dāng)復(fù)雜，所以，我們一定要認(rèn)真深入的研究人眼視覺模型，構(gòu)建起更為客觀更為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)體系，不僅可以使數(shù)字電視圖像質(zhì)量的評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、方法以及手段進(jìn)一步的提高，更可以推進(jìn)我國(guó)數(shù)字電視事業(yè)的迅猛發(fā)展。我們有理由相信，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，不僅可以滿足高清數(shù)字電視圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)要求，更能真正滿足人民群眾對(duì)數(shù)字電視的要求。

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