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超高清内容清晰度用户体验质量评价

作者：朱文瀚翟广涛陶梅霞杨小康张文军

来源：《中兴通讯技术》2021年第01期

无参考质量评价算法，以预测目标内容的用户感知体验，并区分原始4K和伪4K内容。通过

对目标内容进行分割，利用局部方差选择了3个代表性子块代替全局来提高计算效率。针对超

高清内容的特性，提取了复杂度特征、频域特征和像素统计特征。采用支持向量回归的方法将

这些提取的特征融合为一个质量指标，以预测目标内容的质量分数。实验结果表明，本模型可

以有效地评估用户感知体验，并具有良好的辨别真假4K内容的能力。

关键词：用户体验质量；无参考质量评价；超高清；自由能原理；频域分析；自然图像统

计

Abstract：Inresponsetotheurgentdemandforassessingthequalityofexperienceofultrahigh

definitioncontentinmultimediaindustries，anon-referencequalityassessmentmodelisproposedto

predicttheperceptualqualityofthetargetcontentanddistinguishpristine4Kandpseudo4Kcontents.

Ourmodelsegmentstheimageandchoosesthreerepresentativepatchesbylocalvariancestoimprove

computingefficiency.Accordingtothecharacteristicsofultra-highdefinitioncontent，complexity

features，frequencydomainfeaturesandpixelstatisticsfeaturesareextractedfromtherepresentative

patches.Thesupportvectorregressorisemployedtoaggregatetheseextractedfeaturesasanoverall

qualitymetrictopredictthequalityscoreofthetargetimage.Theexperimentalresultsdemonstrate

distinguishingtrueandpseudo4Kcontents.

Keywordsqualityofexperience；non-referencequalityassessment；ultra-highdefinition；

free-energyprinciple；frequencydomainanalysis；naturalscenestatistics

随着数字电视与多媒体行业的高速发展，超高清内容已经成为新一代电视、电脑显示器甚

至手机屏幕的流行配置。由于超高清图像和视频在改善用户体验方面有着很强的作用，在适当

的观看距离下，4K视频有生动的细节呈现，清晰度高，能显著增强视觉体验，因此，超高清

内容成了时下最火热的话题之一。2012年，国际电信联盟（ITU）发布超高清电视的国际标准

ITU-RBT.2020建议书[1]。该标准正式规范了4K分辨率为3840×2160像素，宽高比为

169。此后，各国制定了相应的超高清图像和视频标准，以更加规范该行业[2]。例如，中国

国家广播电影电视总局发布了用于生产和节目交换的超高清电视系统的参数值（GY/T307—

2017）和针对超高清电视图像质量的主观评估方法（T/CSMPTE3—2018）。在消费市场上，

各种电子设备制造商以4K为卖点，宣称其数字设备支持超高清内容。许多网络视频运营商还

推出了超高清节目源，例如，Netflix、YouTube、乐视网、优酷和百视通都有4K视频直播服

务。此外，智能手机行业将其注意力转向4K，越来越多的高端智能手机以可以拍摄和生成4K

图像和视频为卖点。

然而，超高清行业的发展同样会带来一些问题。根据Akamai最近的统计数据，只有21%

的美国家庭网速在15Mbit/s以上，这一传输速率