数字视频质量评价.doc

绪论 1.研究背景 随着全国范围内的数字有线电视的普及，一些大中城市已经逐步完成有线电视的数字化改造，数字电视的概念也开始逐渐成为人们日常生活中的组成部分。在大多数用户开始体会到由此带来的各种便利的同时，高清晰的图像质量也开始成为一些用户的需求，各地的高清频道也在积极筹备和陆续开播中。但是，由于高清电视系统投入价格不菲，还不能在短时期内完全取代标清播出系统；处于节省带宽的考虑，某些不需要以高清格式传输的电视信号可以通过标清格式传输；加上高清接收终端高昂的价格以及传统的收看习惯等原因，使得标清电视播出系统以及接收终端还会长期存在。 在一部分人对画面清晰度提出更高要求的同时，更多的用户开始意识到信息接收高效性和实时性的重要，这部分用户更注重于收看场合的随意性和便捷性，手机电视、移动电视业也渐渐进入我们的视线，随着移动多媒体广播行业标准（CMMB）的颁布以及各地电视台移动数字化系统的完善，加上2008北京奥运的推动，移动接收终端已经无处不在。由于考虑到无线传输技术水平，移动电视中使用的视频格式又不同于现有的标清、高清电视标准。 随着信息化社会的不断进步，电视节目已经不仅仅存在于广大用户的客厅卧室，更多的出现在城市的各个角落，我国正处于多种接收终端，多种分辨率视频共存的数字电视时代。高清、标清、移动多媒体甚至IPTV等多种电视系统将会在一定时期内共存是我们不得不面临的一个现状。 因此，各地电视台在电视节目的转播、制作、播出过程中，都需要考虑各种播出系统对视频信号源的共享使用问题，难免会需要将高清素材下采样变换为标清格式适用于标清播出，或者将标清素材上采样变换为高清格式，亦或者将标清素材下变换为适用于移动多媒体播出的CIF格式。由于要兼顾多种分辨率系统并存的播出现状，同时需要考虑经过格式变换、压缩编码、传输等多个处理环节后，会产生大量分辨率不同、图像质量不一的视频；而对于观看节目的终端用户而言，画面质量是他们关心的主要问题之一，丝毫明显的画面损伤都是不能容忍的。因此，对于视频图像质量的准确评价是一项重要的研究课题。 2.数字视频质量评价研究现状 数字视频质量评估方法（VQM: Video-Quality Metric）的研究是当前的一大热点，1997年ITU（International Telecommunication Union）VQEG（Video Quality Experts Group）致力于视频质量测量方法的标准化工作Mean Squared Error, 简称MSE）和峰值信噪比（Peak Signal-to-Noise Ratio, 简称PSNR）。 根据失真视频与其相应的原始参考视频的比较程度，可以把视频质量客观评价方法分成三大类：基于全参考帧的视频质量测量（FR-VQM，Full-Reference Video Quality MetricRR-VQM，Reduced- ReferenceNR-VQM，Non- Reference它是使用压缩前后两段视频的全部数据进行比对，涉及的运算量非常大；对于接收端而言，很难及时获得测试视频原始序列的全部数据，因此不适合实时的质量监测。FR-VQM典型的是Sarnoff的JND metric视觉模型以及泰克（Tektronix）公司的PQA300、PQA500。（RRVQM）将失真图像序列进行运算得到一些代表图像特征的统计数值，然后将这些数值与保存的相应得无失真图像序列的统计数值进行比较，通过传统的回归分析选择和校正统计数值。即利用从原始参考视频抽取的特征信息，判断视频的失真程度，从而得到失真视频的质量。压缩参考VQM不易受到重合失真的影响，但是压缩参考VQM存在两个缺点：很多在理论上可能精确符合无失真原始图像统计特性的图像，主观上看起来可能会存在很大的差异，通过增加更多的统计数据可以改善这一缺点，但数据增加到极限时，这种方法将演变成全参考VQM。其次，压缩参考VQM很难适应观看条件变化的场合，因为统计特性随着这些条件的变化而变化。典型的例子是NISTNTIA（National Institute for Telecommunication Sciences National Telecommunications and Information Administration）开发的标准清晰度视频序列的VQM模型。（NR-VQM如提取边缘能量差、水平和垂直边缘能量、空间频率差、活动能量差等技术指标，用来检测视频序列的缺陷。由于这种方法本身不需要任何来自原始视频图像的数据，而仅仅在接收端对压缩受损视频图像进行测量，因此具有最大的研究难度和运算量典型的是Rohde Schwarz公司的SSCQE（Single Stimulus Continuous Quality Ev