2019年第8章数字视频测量和分析.ppt

1．TS
MPEG传输码流有着极其复杂的结构， 但是MPEG协议分析工具可以用逻辑方式 解析结构，从而使得使用者可以观察任何 结构上的细节。
分析仪是通过传输流中的节目专用信 息(PSI)、数据中的节目关联表(PAT)和节 目映射表(PMT)来创建分层观察的，这些 表中的PID信息显示在图标下面。
解复用器或解码器锁定传输流的能力 取决于节目专用信息数据(PSI)发送的频率。
8.4 数字电视图像质量主观评价
8.4.1 图像质量主观评价的一般要求
主观评价(Subjective Assessment)是直 接利用观察者对被测系统质量的直接反应 来确定电视系统性能的测量方法。
1．
2．
信号源作为被测试系统的输入提供直 接的参考图像。信号源应具有所用制式的 最佳图像质量，在显示的一对图像中的参 考图像上应避免出现缺陷，这样有助于获 得稳定的测试结果。
(1)量化噪声是在视频信号数字化过程 中引入的，会随着压缩系统降低比特率处
。
(2)块误码是出现在DCT压缩系统中的 一种棋盘形的误码效果。
(3)分解力下降是由于压缩系统利用人 类视觉系统中的有限分辨力去除图像中的 冗余信息引起的。虽然人眼对色度的分辨 力更低，但是无压缩图像已经利用这一点 作了压缩，压缩系统会对色度进行更大的
(4)边缘忙乱是图像量化的另一种效果， 失真主要集中在物体的边缘，表现为时域 中变化的尖峰或空域的不同噪声，主要由 于从图像的高分解力部分去除更多的信息
(5)蚊子噪声是产生于相邻像素之间的 量化错误，由于压缩引起的。由于场景内 容不同，量化间隔的尺度会有变化，从而 产生出像蚊子那样随时闪现在一幅场景中
8.3 MPEG协议分析和监测测量
MPEG系统故障通常分为两大类：第 一类，传输系统正确地进行复用并将信息 从编码器送到解码器，不存在误码和增加 的抖动，但编码器和解码器本身有错误； 第二类，编码器和解码器状态良好，但是 传输层破坏了数据。
8.3.1 MPEG传输码流协议分析
根据MPEG传输码流的构成，可以把 MPEG协议分析分成三个层面：针对传输 码流的分析，如节目服务信息PSI/SI、节 目时钟基准PCR以及传送带分析等内容； 针对打包的基本码流分析，包括对视频、 音频以及时间标记等的分析；针对基本码 流的协议分析，如视频基本码流分析、音 频基本码流分析和数据基本码流分析。
Continuous
Quality-scale Method)
这种方法可以用来评价一个新系统的
质量或者传输通道对图像质量的影响，即
最佳条件下确定电视系统性能。
2．双刺激损伤标度法
( The Double-stimulus Impairment Scale Method)
双刺激损伤标度法也被称作EBU法， 可以用来评价一个新系统或传输通道的损 伤效果，即确定系统在非最佳条件下保持 图像质量的能力。
8.1.2
首先，我们定义几个有关视频质量测 量方面的基本概念。
(1)主观测量是根据观看者提供的图像 质量意见得出的测量结果。
(2)客观测量是指借助仪器，使用人工 手段读取测量结果，或者利用数学算法自 动得出测量结果。
(3)直接测试是指使用有一定意义的图 像素材进行测试的，通常也称为图像质量 测试。
3．GOP
使用Mobile/Calendar测试序列，该序 列具有慢速随机运动的特性，采用8Mbit/s 码率编码。
用于图像差值法的滤波器参数应符合 人 类 视 觉 系 统 模 型 ( HVS)。 这 一 模 型 的 应 用将提供一个独立于视频素材、缺陷类型 和压缩技术的视频质量度量。
萨诺夫(Sarnoff)实验室的研究人员投 入了大量精力和时间研究人类视觉系统， 并将在这一领域获得知识应用到电视显示 和图像质量评价中。
通过对主观和客观图像质量测量的对 比可以得出这样的结论：主观测量结果会 有某种程度的不确定性，某些场景的主观 质量与客观质量没有很好的相关性就能说 明这个问题。
为了使客观图像质量测量结果与主观 评价结果有很好的相关性，必须保证输入 到图像质量矩阵的两个序列的处理方法与 主观测量所用的方式相同。
1．不同视频类型、压缩比与图像
第8章 数字视频测量和分析
8.1 视频测量概念 8.2 串行数字视频测量 8.3 MPEG协议分析和监测测量 8.4 数字电视图像质量主观评价 8.5 数字图像质量客观测量
8.1 视频测量概念
8.1.1
全部指标测量可以通过一台测试仪器 如WFM601或WM700T来完成。由于信号 在功能层之间进行了不同的处理，因此， 对不同功能层需要用不同的分析方法。
图8-43 萨诺夫人类视觉感知模型
8.5.3 运用JND模型进行图像
基于人类视觉模型和图像质量等级 (PQR)可以提供快速、可重复的客观图像 质量测量，这种图像质量评估方法可以用 在数字电视设备开发、压缩算法优化设计、 系统设备验收和评估、系统监测以及复用 编码器带宽分配等应用领域。
被测系统的输入是一些用于直接测试 的短参考序列，这些参考序列使用实际的 图像而不是测试信号。
(2)误码测试必须提供使用若干已经定 义的伪随机比特流序列信号中的一种，而 这些测试信号与串行数字视频比特流信号 不存在相似特征，数字视频设备无法处理
(3)如果一个数字视频系统工作在安全 区，由随机噪声产生的误码大约为每百年 一次，码率(BER)为10-18，可见误码率测试
(4)误码率测试必须停播进行，测试所 有的比特往往要花费很长一段时间，在广
3．
目前，国际上已经利用各种方法开发 制作了多种电视主观评价所需的测试素材。
4．
观看员是指参加主观评价的评分人员。 观看员通常有两种类型：专业观看员和非 专业观看员。
5．
每个测试过程应遵循一定的测试程序， 通常分为说明示范和评价打分阶段。
6．
国际上推荐使用的评分制有三种：质 量制、图像损伤制和比较制。
3．其他可供选用的主观评价方法
除了前面介绍的两种主观评价方法以 外，还有其他各种主观评价方法，如单刺 激方法(Single-Stimulus Methods)、刺激比 较法(Stimulus-comparison Methods)和单刺 激 连 续 质 量 评 价 法 ( Single Stimulus Continuous Quality Evaluation)等。
这组测试可以了解不同节目内容对图 像质量的影响。
2 ． 不 同 比 特 率 的 4 ∶ 2 ∶ 2 ，
4∶2∶0和JPEG编码与图像质量的
这一组测试使用Mobile/Calendar测试 序列，该序列具有慢速随机运动的特性， 码率从4Mbit/s到40Mbit/s变化，分别测试 了MPEG 4∶2∶2和4∶2∶0以及JPEG编 解码的结果。
复用分配图用图表形式显示传输流分 配给每个PID或节目的带宽比例。
解释观察可以分析MPEG码流中的数 据，这些数据包括单个的传输流数据包、 表格或节目基本码流数据包。
传输流完全依靠通过编码器对句法的 精确使用来传输节目素材。
在MPEG传输码流中正确传送节目时 钟数据十分重要，这是因为节目时钟数据 控制解码过程的全部定时。
3．
在ITU-RBT.1363-1中给抖动下的定义 为：抖动是数字信号的跳变沿相对于理想 位置在时间上的变化。
4．
相同大小的抖动量因抖动速率不同， 会对数字接收机产生截然不同的影响。
(1)
绝对抖动是信号上非常低到非常高的 频率所有抖动频率分量的集合。实际上不 可能精确地测出绝对抖动，这是因为很难 产生一个绝对基准的数据沿。
2．PES
完成传输层分析后，就可以进入下一 层PES分析。PES分析包括查验PES图像格 式包头和控制标记，检查使视频、音频同 步的PTS/DTS时间标记，传输目标解码器 (T-STD)缓冲器分析等。
8.3.2 数字电视信号质量的监
MPEG-2传输流作为数字电视传输的 基带信号，在日常运行环境中，通常需要 连续或周期性地监测MPEG-2传输流，检 查MPEG-2传输流的完整性，对TS流中的 重要参数进行快速检查。
2．EDH
(1)EDH (2)
EDH通常有两种误码测试方法：固定 图形测试法和在线EDH误码检测和处理。
① ② 在线EDH
8.2.3 SDI
SDI 检 测 场 也 被 称 作 “ 病 理 检 测 信 号”(Pathological Signal)，它并不是增强 测试信号，但是由于它是一种全场测试信 号，需要进行停播测试。
(4)间接测试是使用专门设计与图像具 有相同格式的测试信号进行测试的，也称
(5)不停播测试是通过直接评价节目素 材或间接测量节目素材中插入的测试信号
(6)停播测试是使用适当的测试场景进 行直接测试，或使用全场测试信号进行非
实际上，在模拟电视系统中对色度信 号进行了压缩处理，但是为了区别数字视 频压缩系统，通常人们将模拟电视系统当 作无压缩系统看待。
漂移(Wander)也包含在绝对抖动之中， 数字信号跳变位置以非常低的频率变化(典 型值为10Hz以下)称为漂移。
(2)
定时抖动是抖动频率高于规定速率(典 型值为10Hz或更低)的信号跳变位置的变化。
(3)
在ITU-RBT.1363-1中，给校正抖动下 的定义是：信号的跳变位置相对于从该信 号中提取的时钟跳变位置的变化。
在压缩数字视频系统中进行无压缩视 频的信号质量测量仍然很重要，这是由于
(1)输入视频压缩编码器的信号要遵循 适当的标准，并尽可能为有效的编码提供
(2)字幕和特技效果等视频处理不能在
(3)由于压缩编解码的成本和质量原因， (4)不同压缩方式之间进行转换的惟一
使用数字压缩技术会增加现代电视系 统中发生的失真类型，新出现的失真类型 有以下几种。
(6)块误码是出现在使用基于精确的运 动补偿或因码率限制而采取丢帧处理的时 间压缩系统中，产生与运动相关的图像缺
8.2 串行数字视频测量
8.2.1
1．
眼图可用来确定和检验串行数字信号 的传输质量。
2．串行数字信号的波形特性及参量
从眼图中可以反应出串行数字信号的 模拟波形特性。
眼图观测项目通常包括：幅度、时钟 周期、上升和下降时间、过冲和下冲以及 抖动等参量。
8.5 数字图像质量客观测量
8 . 5 . 1 视 频 质 量 度 量 ( Video-
Quality Metric)
为了更好地测试压缩视频系统，人们 研究开发了多种图像质量客观测试方法， 这些方法大致可以分为两类：特征提取法 和图像差值法。在很多时候，两者可以起 到互补作用。
特征提取法使用数学计算提取一幅图 像(空间特征)或一组图像序列(时间特征)的 特征，通常每帧图像会得到一定量的数据 (比如几百个字节数据)，这些数据要比用 来传送的压缩图像数据少得多，比较计算 得到的参考图像和劣化图像的特征值可以 得到客观质量评分。
7．
主观测量得到的最终数据需要进行处 理，通常利用数理统计和概率分布理论进 行统计和分析，包括理论概率分布类型的 选择、置信度的确定和逻辑函数类型的选 取，以及正交设计、方差分析与回归分析 等。
8.4.2 图像质量主观评价方法
1 ． 双 刺 激 连 续 质 量 标 度 法 ( The
Double-stimulus
图像差值使用一个基于矩阵的数学运 算处理每帧图像或图像序列，处理后的数 据代表滤波后的图像数据，包含有与原始 图像数据相似的大量数据。
视频质量度量(VQM)主要通过对数字 图像运用某些质量分析算法，由软件提供 客观图像质量的测量值。
8.5.2 基于人类视觉系统模型
基于特征提取参数计算的图像差值方 法的测试结果依赖于应用或压缩技术。
(4)
低频抖动是定时抖动和校正抖动之间 的差，它所覆盖的频率范围是f1~f3。
8.2.2
百度文库．
由于串行数字视频系统的特性不同于 一般的数字系统，传统的误码率测试方法 并不适合数字电视系统使用。主要原因如 下。
(1)误码率常被用于引起噪声的随机误 码统计。而典型的串行数字视频系统工作 在基本上无随机噪声误码的环境，其主要 误码为脉冲误码，与随机噪声误码不同的 是它具有间隔出现的特点，一个数据字的