王曉東

（作者單位：深圳廣播電影電視集團播控部）

1 研究背景

現(xiàn)在，電視節(jié)目高清化越來越普遍，根據(jù)廣東省的文件指示，到2020年要徹底實現(xiàn)所有電視節(jié)目頻道高清化目標(biāo)。但在此之前，市面上還會有標(biāo)清需求，仍然會有標(biāo)清節(jié)目，目前這一階段將是高標(biāo)清同播的階段，標(biāo)清到高清的轉(zhuǎn)變是一個慢慢過渡的過程，在這樣一個過渡階段，仍舊需要重視標(biāo)清信號的質(zhì)量，所以，信號質(zhì)量的測試顯得較為重要，隨著集團的建設(shè)發(fā)展，將逐步實現(xiàn)所有電視節(jié)目頻道高清化的目標(biāo)。

目前，深圳臺（以下簡稱“我臺”）已經(jīng)建有五個高標(biāo)清同播頻道，擬再改造四個標(biāo)清播出頻道為高標(biāo)清播出頻道。鑒于我臺之前的幾個高標(biāo)清同播頻道，雖然能同時輸出高標(biāo)清基帶信號，即在播出層面實現(xiàn)高標(biāo)清同播，在編碼傳輸層面分別對高標(biāo)清信號進行編碼，因此，導(dǎo)致系統(tǒng)鏈路較長，較為復(fù)雜，系統(tǒng)節(jié)點較多。新改造的高清頻道，在播出層面完全是高清信號，在編碼傳輸環(huán)節(jié)實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)碼，從而實現(xiàn)信號的高標(biāo)清同播，這樣就大大簡化了播出系統(tǒng)的架構(gòu)，優(yōu)化了系統(tǒng)，使播出系統(tǒng)更加清晰簡單，更便于維護及管理。

電視信號編轉(zhuǎn)碼的質(zhì)量，單憑肉眼主觀判斷，無法準(zhǔn)確判斷信號的優(yōu)劣，需要借助現(xiàn)代化測試儀器或軟件進行客觀的判斷及量化，進行準(zhǔn)確的信號質(zhì)量優(yōu)劣判別。本測試是根據(jù)泰克公司的測試軟件TekMOS對信號進行評分測試，TekMOS是泰克獨有的一種非基準(zhǔn)圖像質(zhì)量分析算法，使用機器學(xué)習(xí)技術(shù)提供一個平均意見得分（MOS），這個分值與觀眾評定內(nèi)容質(zhì)量等級有很強的關(guān)聯(lián)性。通過圖形顯示，TekMOS提供了一份簡便易讀的報告，會突出顯示問題，并提供打分依據(jù)，從而判定信號質(zhì)量的優(yōu)劣。

2 信號測試平臺及環(huán)境

本文是基于泰克公司開發(fā)的軟件TekMOS進行的圖像質(zhì)量測試，根據(jù)軟件分析編碼后的流文件的評分測試結(jié)果，判定編轉(zhuǎn)碼信號的優(yōu)劣，進而能判定編轉(zhuǎn)碼器的性能。

本測試取5段不同序列場景的高清節(jié)目素材為測試的基準(zhǔn)信號，分別進行編碼及轉(zhuǎn)碼測試，五個場景涵蓋了運動及靜止畫面狀態(tài)各異的視頻圖像，所選五個序列的場景如表1所示。

表1 序列場景

在不同的場景下，分別使用MPEG2標(biāo)清編碼器、H.264高清編碼器、標(biāo)清MPEG2和高清H.264混合輸出編轉(zhuǎn)碼器進行編碼。MPEG2標(biāo)清編碼器選擇的是Tandberg的E5710，因E5710是我臺13+2標(biāo)清編碼系統(tǒng)的編碼設(shè)備，送下游單位的標(biāo)清信號均是由此類型編碼器編碼，選此編碼器進行編碼所得到的編碼質(zhì)量具有一定的參考意義。H.264高清編碼器選擇的是愛立信的CE-X，我處送下游單位天威視訊公司的發(fā)布信號，編碼方式是H.264，并且均是使用愛立信公司的編碼設(shè)備，設(shè)置時采用相同幀內(nèi)幀間預(yù)測編碼[1]。標(biāo)清MPEG2和高清H.264混合輸出編轉(zhuǎn)碼器，此處使用的是哈雷的Electra9200，哈雷公司產(chǎn)品Electra9200是一臺高清編碼器，但它能夠同時輸出高標(biāo)清碼流，即它是帶有下變換的轉(zhuǎn)碼功能，高標(biāo)清碼流在進入系統(tǒng)下一節(jié)點再進行復(fù)用篩選。

因序列場景素材是高清信號，在使用標(biāo)清編碼器E5710編碼時，需要對信號進行下變換處理，我臺播控系統(tǒng)中高標(biāo)清同播頻道，標(biāo)清輸出的信號是通過XHD3903板卡對高清信號做下變換處理，然后再經(jīng)過13+2編碼系統(tǒng)進行編碼后送下游單位，為保證測試的一致性和可對比性，此處需要將五個序列場景經(jīng)過XHD3903做下變換處理，所得到的標(biāo)清信號再送編碼器E5710進行MPEG2方式編碼。

為保證測試平臺及數(shù)據(jù)的一致性，保證測試基準(zhǔn)公平公正，便于測試結(jié)果比對，需要做多組對比測試實驗，標(biāo)清編碼器的視頻部分基本設(shè)置如下表2所示，音頻編碼方式均為MPEG Layer 2，碼率為256 kbps，立體聲編碼。

表2 標(biāo)清編碼基本設(shè)置

Electra9200需要在軟件界面分別設(shè)置高、標(biāo)清編碼方式，標(biāo)清編碼參數(shù)參照表2設(shè)置，高清編碼器設(shè)置相同的GOP長度[2]，高清編碼參數(shù)參照表3所示。

表3 高清編碼基本設(shè)置

TekMOS是基于文件的方式進行檢測評分，不同序列場景的基帶信號經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)碼后進入TekMOS模板進行分析測試，每個序列場景均需要進行流化處理，流信號測試流程如下圖1所示。

圖1 信號測試流程

3 信號測試過程及圖像

將各個序列場景的流信號經(jīng)TekMOS分析，第一個場景馬拉松人群信號經(jīng)編碼器E5710、CE-X、Electra9200編碼后，再經(jīng)過上述的流化處理，經(jīng)過TekMOS軟件模板分析后，信號質(zhì)量評分測試圖如下圖2、3、4、5所示，其他的序列場景信號依次經(jīng)編碼器編轉(zhuǎn)碼，再經(jīng)TekMOS評分測試，所得評分圖像不一一累述。

圖2 馬拉松人群E5710的TekMOS得分圖

圖3 馬拉松人群CE-X的TekMOS得分圖

4 測試結(jié)果分析

根據(jù)TekMOS軟件模板測試，得出各個場景下編轉(zhuǎn)碼器的測試評分。在TekMOS軟件模板設(shè)計時，是基于三方面因素判斷信號優(yōu)劣，主要是噪音、馬賽克、清晰度等方面判定測試信號質(zhì)量。評分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計是以5分為滿分計算，得分為3.5分為良好，再根據(jù)各個序列場景信號所得分?jǐn)?shù)的高低，以及與標(biāo)識值3.5分相對比，從而判定編碼后信號質(zhì)量的優(yōu)劣。

下表4所示為E5710標(biāo)清編碼器和Electra9200編碼器標(biāo)清輸出流的測試結(jié)果，以流信號得分的平均值作為重要的參考數(shù)據(jù)分析為依據(jù)，橫向比較容易發(fā)現(xiàn)標(biāo)清信號經(jīng)Electra9200編碼后其測評平均分基本都大于E5710編碼后的測評平均分，在樹木森林這個序列場景中，Electra9200編碼器的測評評分略低于E5710編碼器，且后面三個序列場景平均得分均大于3.5分標(biāo)識值，說明其編碼質(zhì)量較好。

表5所示為CE-X高清編碼器和Electra9200編碼器高清輸出流的測試結(jié)果，同樣以流信號得分的平均值作為重要的參考數(shù)據(jù)分析為依據(jù)，橫向比較容易發(fā)現(xiàn)高清信號經(jīng)Electra9200編碼后其測評平均分都大于CE-X編碼后的測評平均分，后面四個序列場景平均得分均大于3.5分標(biāo)識值。將上述編碼器輸出碼流分別用同一解碼器原Tandberg公司的RX8200進行解碼，主觀觀察在某些圖像上是可以看出各個圖像質(zhì)量的好壞，信號經(jīng)Electra9200編碼輸出后再解碼，仔細觀察，在某些細節(jié)上標(biāo)高清圖像質(zhì)量是分別優(yōu)于E5710和CE-X的，這也說明其編碼質(zhì)量較好，能夠滿足系統(tǒng)需求，測試結(jié)果如表5所示。

5 結(jié)語

我臺新改造四個標(biāo)清頻道為高標(biāo)清同播頻道，目前項目正在進行中。擬采用Electra9200編碼器對四個高清頻道基帶信號進行編碼，編碼輸出為混合的高標(biāo)清碼流，從而實現(xiàn)高標(biāo)清同播，然后在編碼復(fù)用環(huán)節(jié)挑出需要的碼流分別送下游單位使用。

基于TekMOS的信號質(zhì)量評分測試，從信號測試圖像能夠看出信號在哪些方面失分較多，進而在拍攝或是編碼器設(shè)置上進行彌補。TekMOS的編轉(zhuǎn)碼質(zhì)量測試能夠較好地分辨出信號的質(zhì)量優(yōu)劣，各個序列場景經(jīng)過主、客觀測試評分，顯示出Electra9200編碼器編碼質(zhì)量較好，此編碼器能夠滿足播出系統(tǒng)需求。

表4 標(biāo)清編碼信號測評評分表

表5 高清編碼信號測評評分表

圖4 馬拉松人群Electra9200的TekMOS標(biāo)清流得分圖

圖5 馬拉松人群Electra9200的TekMOS高清流得分圖