呼 倩

（西北大學(xué) 文學(xué)院，陜西 西安 710061）

0 引 言

圖像質(zhì)量測試是利用觀看者對于圖像質(zhì)量的主觀反應(yīng)確定系統(tǒng)性能。當(dāng)前，許多國家的電視測試中心均對于數(shù)字圖像質(zhì)量主觀評價方法進(jìn)行了深入研究，提出了單刺激法、雙刺激法。其中，雙刺激法包括雙刺激連續(xù)質(zhì)量評分方法DSCQS和雙刺激連續(xù)質(zhì)量評分方法DSCQS1。單刺激方法代表單刺激11級質(zhì)量評分方法（簡稱SSQS11方法）[1]。在本文中，PQA600用于分析電視節(jié)目從輸出到解碼器輸出的圖像質(zhì)量，以提高節(jié)目的最終圖像質(zhì)量。電視節(jié)目制作和傳播的全過程包括節(jié)目采集、編輯、編碼和傳播。因為人眼具有主觀性和單體差異，所以會對于圖像產(chǎn)生不同的感受。另外，觀看距離、燈光、電視等因素也是導(dǎo)致觀眾評價結(jié)果出現(xiàn)差異的主要原因。為了避免這一問題，需要利用專用設(shè)備進(jìn)行圖像質(zhì)量評價，排除主觀評價時外在條件和人員主觀差異的影響[2]。PQA600是基于人類視覺系統(tǒng)概念的圖像質(zhì)量測量方法，能夠?qū)τ陔娨暪?jié)目直播的全鏈路實現(xiàn)圖像質(zhì)量分析。

1 PQA600的圖像質(zhì)量測量原理

PQA600對于未處理的原始視頻序列播出時，PQA采集經(jīng)被測設(shè)備或系統(tǒng)處理之后的視頻序列。PQA以兩個視頻文件為輸入，在時間域、空間域下，將選擇的兩個視頻序列進(jìn)行對準(zhǔn)，以此實現(xiàn)幀同步。利用儀器分析對依據(jù)提示模型（attention models）和人類視覺系統(tǒng)（HVS）視頻質(zhì)量進(jìn)行測試，輸出結(jié)果與主觀評測之間具有高度相關(guān)（PQR，DMOS），包括總體圖像質(zhì)量累計度量值、每幀損傷映射圖示以及逐幀測量度量值。

（1）圖像質(zhì)量評分（Picture Quality Rating，PQR）。PQR基于JND（Just Noticeable Difference）視覺判斷模型。利用PQA600將處理之后的圖像序列素材和源圖像序列素材進(jìn)行對比，尋找存在的差異。這一差異就是圖像質(zhì)量損失。PQR值的范圍為0～25 s，值越高表示失真情況越嚴(yán)重[3]。PQR值和主觀評價得到的值具有一定關(guān)聯(lián)。一般來說，主觀評價得分較高的序列，客觀圖像質(zhì)量分析的PQR值也相對較小。另外，PQR值要比觀眾肉眼觀看的效果更為準(zhǔn)確，所以能夠檢測出低于視覺門限的圖像損傷?；谌搜垡曈X模型的測試原理如圖1所示。

圖1 基于人眼視覺模型的測試原理

（2）差異平均主觀分（Differential Mean Opinion Score，DMOS），根據(jù)主管電視質(zhì)量評價的ITU-R BT.5600技術(shù)，同時考慮觀眾視覺，顯示測試序列和參考序列之間的差異[4]。這一方式是測量觀眾看到測試序列和參考序列之間的差異程度。感官差異顯示出了觀眾肉眼中可以觀察到的序列中的差異位置。

（3）峰值信噪比（Peak Signal Noise Ratio，PSNR），意味著信號有效功率和影響自身表示精度的破壞性噪聲功率的比值。圖像壓縮領(lǐng)域中，信號重建質(zhì)量的測量采用PSNR方法。該方法是一種評價圖像的客觀標(biāo)準(zhǔn)。圖像壓縮后，參考PSNR值，能夠判斷某一個程序是否可以獲得滿意結(jié)果。

在主觀評價與PQR值之間，可以用PQR值為刻度顯示與主觀評價相關(guān)的兩個尺度。其中，DSCQS尺度，其值為0～100；五級損傷尺度，值為1～5。不同的測試序列得到的測試結(jié)果不同，但這三個度量能夠定義廣泛的一般關(guān)系。DSCQS結(jié)果為0，代表存在可見損傷，對應(yīng)于五個損傷級別中的第五個，相應(yīng)的PQR值介于3和5。

2 全鏈路圖像質(zhì)量測試數(shù)據(jù)分析

利用PQA600對制播鏈路上各個節(jié)點的圖像質(zhì)量進(jìn)行檢測，并對圖像質(zhì)量損失節(jié)點進(jìn)行分析，基于此提出處理措施。

2.1 測試鏈路

DNXHD 120 Mb·s-1編碼方法用于在生產(chǎn)結(jié)束時收集測試圖像序列，將其打包并轉(zhuǎn)碼為MPEG2-IBP 50 Mb·s-1硬件文件，并將其發(fā)送到廣播系統(tǒng)。發(fā)送硬盤驅(qū)動服務(wù)器將硬件文件解碼后，恢復(fù)為HD-SDI信號。播出后經(jīng)過總控系統(tǒng)中的基帶光端機(jī)將其發(fā)送到有線電視網(wǎng)絡(luò)和地球站，經(jīng)過編碼傳輸，形成標(biāo)清信號[5]。高清信號和電視傳輸使用H.264 8 Mb·s-1編碼方式，高清衛(wèi)星信號采用AVS+12 Mb·s-1。

2.2 測試節(jié)點

選取9個節(jié)點進(jìn)行測試，信號格式包括標(biāo)清信號和高清信號，其中6個高清信號，3個標(biāo)清信號。測試信號格式與測試項目如表1所示。

表1 測試內(nèi)容

2.3 測試設(shè)備儀器

測試所需要的儀器如表2所示。

表2 測試儀器

3 測試結(jié)果

在電視節(jié)目的制作與播出過程中，根據(jù)關(guān)鍵節(jié)點來分析圖像質(zhì)量。電視節(jié)目制播全鏈路PQR值測試結(jié)果如表3所示。

4 結(jié)果分析

4.1 高清節(jié)目直播前鏈路圖像質(zhì)量分析

從表3的結(jié)果可以看出，制作系統(tǒng)使用DNXHD 120 Mb·s-1編碼方法。這一方法收集的文件對程序的圖像質(zhì)量的損傷非常小，幾乎沒有損壞。經(jīng)過制作系統(tǒng)轉(zhuǎn)碼生成的MPEG2-IBP 50 Mb·s-1文件會影響圖像質(zhì)量，但觀眾很難用肉眼感知[6]。對于相同的MPEG2-IBP 50 Mb·s-1文件，非可編程卡的圖像質(zhì)量輸出相對低于硬盤廣播服務(wù)器的輸出，但差距較小。而衛(wèi)星使用的AVS+12 Mb·s-1編碼方式與有線電視傳輸用的H.264編碼方式相比較，因為衛(wèi)星使用的方式具有較高的編碼碼率，因此圖像質(zhì)量損失要更低。家用高清機(jī)頂盒和廣播級別的解碼器相對來說，機(jī)頂盒因為使用民用級別的解碼芯片，所以圖像質(zhì)量損失大約在10%。

表3 電視節(jié)目直播全鏈路PQR值

4.2 高清標(biāo)清同播電視節(jié)目制播全鏈路圖像質(zhì)量分析

衛(wèi)星傳輸和有線電視傳輸?shù)木幋a方式、碼率相同，測試結(jié)果也非常相似。而高標(biāo)清同播的電視節(jié)目與高清電視節(jié)目對比，可以看出前者的可見圖像質(zhì)量損失主要發(fā)生在處理過程中，但當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)清晰度程序更改為高清程序時，由于圖像分辨率和振幅比的原因，測試結(jié)果不能簡單地用于評估圖像質(zhì)量的損失。測試中使用的HD解碼器的HDMI輸出信號為HD格式，所以標(biāo)清頻道機(jī)頂盒輸出信號測試結(jié)果存在不確定性，未進(jìn)行統(tǒng)計[7]。

4.3 PQR的測試數(shù)據(jù)注意事項

首先，PQR的測試數(shù)據(jù)不是線性疊加的，最后的測試結(jié)果并不是將各個環(huán)節(jié)的測試結(jié)果相加即可。其次，PQR值較低時，其具有更高的可信度。但是當(dāng)PQR值＞9時，可信度大幅下降。最后，在測試過程中，由于信號問題，當(dāng)比較圖像時，會出現(xiàn)錯誤幀和邊緣圖像像素。如果無法進(jìn)行準(zhǔn)確的比較，也會導(dǎo)致錯誤的測試結(jié)果。

5 結(jié) 語

基于本文研究結(jié)果來看，電視節(jié)目的制播全鏈路，可以使用更好的編碼方法、廣播級設(shè)備和更高的編碼速度來減少圖像質(zhì)量損失。然而，這些方法涉及生產(chǎn)和傳輸效率、編碼和存儲帶寬利用率等，需要進(jìn)一步投資。電視節(jié)目最重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)是觀眾滿意度，節(jié)目的內(nèi)容等是最終影響圖像質(zhì)量的主要因素。