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前沿
数字视频技术是近年来信息技术领域中飞速发展的一个学科,将电视技术、计算机技术和通信技术结合在一起,在电视系统中得到了广泛的应用并已经进入千家万户的日常生活中。可是随着数字视频技术迅速发展,视频图像测量技术的发展却不够完善,研究并不很成熟。
1997年后,图像质量客观测量方法和仪器问世,不仅减少了对人力、物力的需求,而且测量时间大大缩短,其结果与主观评价较吻合,甚至可做到实时监测。数字视频图像测量技术是根据编解码技术对测量信号进行编解码,在输出端通过图像、波形和数据监视器,依据的视频质量评价的方法对输入的原始信号的质量进行评价,并且可以直观地观察到各种因素对图像质量产生的影响。本文对当前数字视频图像质量测量技术做了一个比较完整的归纳与总结,供大家参考。
概况
一直以来,国际组织均在视频质量测量的研究上投入了大量的精力,目前参与研究的组织如下:
1、ITU-R(国际电信联盟无线电通信部门)的WP(Working Party)6Q小组,全名性能测量和质量控制(Performance assessment andquality control)。
从2000年开始,他们在数字视频质量测量方法研究、编码器评测、移动网络下的视频质量测试、IP网络下视频的表现力、非专家用户的视频感受、视频压缩算法等领域展开研究,2007年解散。七年间它们贡献了217篇文档,其中视频质量测量以及测量方法的文档38篇,参见
http://www.itu.int/md/R03-WP6Q-C/en。
2、ITU_T(国际电信联盟电信标准化部门)的SG(StudyGroup)9小组,2009年成立至今,致力于电视和音频传输和宽带网络(Television and sound transmission and integrated broadband cable networks)方面的研究。参见
http://www.itu.int/TIU-T/stdyqroups/com09/index.asp。
3、ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)的SG12小组,2009年成立至今。致力于性能、服务质量和体验质量(Performance,Qos and QOE)方面的研究。参见http://www.itu.int/ITU-T/studyqroups/com12/index.asp。
4、IEEE的广播技术协会,他们贡献了客观评价方法的重要算法基石JND。参见
http://www.ieee/org/prblications_standards/index.html。
他们出品的找不同法(Just-noticeableDifference)JND:
http://en.wikipedia.org/wiki/just-noticeable_difference。
5ITU(国际电信联盟)的VQEG(视频质量专家组),1997年成立至今,主要致力于数字视频的设备质量实测和客观评价算法研究(主要是全参考和部分参考系),目前已取得2个算法的阶段性成果,仍有5个测试项目在进行中。参见
http://www.its.bldrdoc.gov/vqeg/。
6、中国国家广电总局,于1999年3月颁布《电视节目技术质量奖励力怯》,2002年起广电总局电视节目技术质量奖正式命名为金帆奖,其中刚件二(视频图形制作技术质量评定办法)对视频质量的技术指标提出了要求(偏主观评价)。参见
http://www.chinasarft.gov.cn/articles/2007/06/01/20070911140604770417.html。
2007年发布《数字电影母版技术质量管理办法(暂行)》对数字电影源的拷贝做出了要求,参见
http://www.chinasarft.gov.cn/articles/2008/07/17/20080717103602420151.html。
主观测量方法简介及优缺点分析
方法:
1、双刺激损伤评价法(Double Stimulus ImpairmentScale)DSIS:看原始图像再看编码后图像,比较之打分,循环。
2、双刺激连续质量评价法(DoubIe Stimulus Continuous Quality Scale)DSCQS:将已处理的图像序列和相应的基准图像序列交替播放给评论者看,每个图像持续10s(典型时间),按此播放顺序在处理图像的前后都有一个直接的质量比较。每个图像之后有2s灰画面间隔,可在此期间打分。对每个序列给一个平均分作为测试值;即随机显示原始图像或者编码后图像,比较之打分,循环。
3、单刺激法(Single Stimulus Methods)SSM:混杂原始和转码后图像给测试者评价,让其打分,重复播放图像的叫SSMR。不重复播放图像的叫做S5M。
4、单刺激连续质量评价法(Double StimuIus Continuous Quality Scale)DSCQS:评价时间长达30min,评论者在观看的同时通过调节一个滑板的位置给出评分。计算机每秒钟扫描滑板2次;持续观看,连续打分。
优点:
1、模拟、数字系统皆可使用;
2、动静态图像皆可使用。
缺点:
1、实施困难,代价昂贵;
2、无法实时评测。
客观测量方法趋势简介
全参考客观评价体系
1、基于全像素失真统计的评价方法:PSNR、VQM(PSNR前先过人眼模拟过滤器)、MSE、MAE、RMS、SNR、STD、MM。
2、基于视觉感知的评价方法:将损伤用人眼可感知的单位来评估,IEEE的JND用于此。进一步,用人眼注意力来给画面不同部分增加不同权重来计算。
3、基于图像理解和模糊处理的评价方法:基于图像识别,把测试图像与现有的图像库中的图像对比并评分。
部分参考客观评价体系
1、基于原数据的信息提取方法。主要基于侦测非期望特征和期望特征的方法,期望特征:频域特征、空域特征、时域特征、色域特征、结构特征、dct域特征、小波域特征等,非期望特征:块效应、图像模糊、色度失真、边缘忙乱、图像拖尾、蚊虫效应、国像停顿、图像抖动等。
2、基于非原数据的信息添加方法。如:注入信息流侦测误码率,注入水印图像侦测图像劣化程度。
无参考客观评价体系
基于对已知劣化(如块效应、边缘模糊)的检测和评价。
结束语
研究证明客观质量测试与主观评价结果的相关系数已达到90%左右。这表明:客观质量估算完全能提供一个相对简单的质量尺度,能很好地预测主观评价的图像质量。另外,客观测试模型的质量尺度比经常使用的MSE和PSNR尺度要准确得多(一般MSE的相关性为r=0.8039;PSNR的相关性为r=0.6141),但在客观图像质量测量方面仍需进行一些研究,以使客观测量结果达到与主观评价结果同样的可信度。
数字视频技术是近年来信息技术领域中飞速发展的一个学科,将电视技术、计算机技术和通信技术结合在一起,在电视系统中得到了广泛的应用并已经进入千家万户的日常生活中。可是随着数字视频技术迅速发展,视频图像测量技术的发展却不够完善,研究并不很成熟。
1997年后,图像质量客观测量方法和仪器问世,不仅减少了对人力、物力的需求,而且测量时间大大缩短,其结果与主观评价较吻合,甚至可做到实时监测。数字视频图像测量技术是根据编解码技术对测量信号进行编解码,在输出端通过图像、波形和数据监视器,依据的视频质量评价的方法对输入的原始信号的质量进行评价,并且可以直观地观察到各种因素对图像质量产生的影响。本文对当前数字视频图像质量测量技术做了一个比较完整的归纳与总结,供大家参考。
概况
一直以来,国际组织均在视频质量测量的研究上投入了大量的精力,目前参与研究的组织如下:
1、ITU-R(国际电信联盟无线电通信部门)的WP(Working Party)6Q小组,全名性能测量和质量控制(Performance assessment andquality control)。
从2000年开始,他们在数字视频质量测量方法研究、编码器评测、移动网络下的视频质量测试、IP网络下视频的表现力、非专家用户的视频感受、视频压缩算法等领域展开研究,2007年解散。七年间它们贡献了217篇文档,其中视频质量测量以及测量方法的文档38篇,参见
http://www.itu.int/md/R03-WP6Q-C/en。
2、ITU_T(国际电信联盟电信标准化部门)的SG(StudyGroup)9小组,2009年成立至今,致力于电视和音频传输和宽带网络(Television and sound transmission and integrated broadband cable networks)方面的研究。参见
http://www.itu.int/TIU-T/stdyqroups/com09/index.asp。
3、ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)的SG12小组,2009年成立至今。致力于性能、服务质量和体验质量(Performance,Qos and QOE)方面的研究。参见http://www.itu.int/ITU-T/studyqroups/com12/index.asp。
4、IEEE的广播技术协会,他们贡献了客观评价方法的重要算法基石JND。参见
http://www.ieee/org/prblications_standards/index.html。
他们出品的找不同法(Just-noticeableDifference)JND:
http://en.wikipedia.org/wiki/just-noticeable_difference。
5ITU(国际电信联盟)的VQEG(视频质量专家组),1997年成立至今,主要致力于数字视频的设备质量实测和客观评价算法研究(主要是全参考和部分参考系),目前已取得2个算法的阶段性成果,仍有5个测试项目在进行中。参见
http://www.its.bldrdoc.gov/vqeg/。
6、中国国家广电总局,于1999年3月颁布《电视节目技术质量奖励力怯》,2002年起广电总局电视节目技术质量奖正式命名为金帆奖,其中刚件二(视频图形制作技术质量评定办法)对视频质量的技术指标提出了要求(偏主观评价)。参见
http://www.chinasarft.gov.cn/articles/2007/06/01/20070911140604770417.html。
2007年发布《数字电影母版技术质量管理办法(暂行)》对数字电影源的拷贝做出了要求,参见
http://www.chinasarft.gov.cn/articles/2008/07/17/20080717103602420151.html。
主观测量方法简介及优缺点分析
方法:
1、双刺激损伤评价法(Double Stimulus ImpairmentScale)DSIS:看原始图像再看编码后图像,比较之打分,循环。
2、双刺激连续质量评价法(DoubIe Stimulus Continuous Quality Scale)DSCQS:将已处理的图像序列和相应的基准图像序列交替播放给评论者看,每个图像持续10s(典型时间),按此播放顺序在处理图像的前后都有一个直接的质量比较。每个图像之后有2s灰画面间隔,可在此期间打分。对每个序列给一个平均分作为测试值;即随机显示原始图像或者编码后图像,比较之打分,循环。
3、单刺激法(Single Stimulus Methods)SSM:混杂原始和转码后图像给测试者评价,让其打分,重复播放图像的叫SSMR。不重复播放图像的叫做S5M。
4、单刺激连续质量评价法(Double StimuIus Continuous Quality Scale)DSCQS:评价时间长达30min,评论者在观看的同时通过调节一个滑板的位置给出评分。计算机每秒钟扫描滑板2次;持续观看,连续打分。
优点:
1、模拟、数字系统皆可使用;
2、动静态图像皆可使用。
缺点:
1、实施困难,代价昂贵;
2、无法实时评测。
客观测量方法趋势简介
全参考客观评价体系
1、基于全像素失真统计的评价方法:PSNR、VQM(PSNR前先过人眼模拟过滤器)、MSE、MAE、RMS、SNR、STD、MM。
2、基于视觉感知的评价方法:将损伤用人眼可感知的单位来评估,IEEE的JND用于此。进一步,用人眼注意力来给画面不同部分增加不同权重来计算。
3、基于图像理解和模糊处理的评价方法:基于图像识别,把测试图像与现有的图像库中的图像对比并评分。
部分参考客观评价体系
1、基于原数据的信息提取方法。主要基于侦测非期望特征和期望特征的方法,期望特征:频域特征、空域特征、时域特征、色域特征、结构特征、dct域特征、小波域特征等,非期望特征:块效应、图像模糊、色度失真、边缘忙乱、图像拖尾、蚊虫效应、国像停顿、图像抖动等。
2、基于非原数据的信息添加方法。如:注入信息流侦测误码率,注入水印图像侦测图像劣化程度。
无参考客观评价体系
基于对已知劣化(如块效应、边缘模糊)的检测和评价。
结束语
研究证明客观质量测试与主观评价结果的相关系数已达到90%左右。这表明:客观质量估算完全能提供一个相对简单的质量尺度,能很好地预测主观评价的图像质量。另外,客观测试模型的质量尺度比经常使用的MSE和PSNR尺度要准确得多(一般MSE的相关性为r=0.8039;PSNR的相关性为r=0.6141),但在客观图像质量测量方面仍需进行一些研究,以使客观测量结果达到与主观评价结果同样的可信度。