视频高标清交叉变换测试方法探究

视频高标清交叉变换测试方法探究

潘玉洪

（南京广播电视集团，南京210001）

【摘要】通过主观评价客观测试和视频分量指标测试两种方法对比，发现五阶梯视频分量线性度测试，对设备性能有着很好的区分度；五阶梯线性度测试在一般非线性编辑工作站中与视频码率高低也有很强的关联度；信号的合法有效性可能对数字非线性视频系统处理能力有要求。

【关键词】交叉变换,PQR,DMOS,分量指标,分量编码相干性,信号的合法与有效.

0引言

数字电视技术由标清向高清的发展过程中，高标清节目的混合制作和播出是一个必然的阶段，高标清交叉变换就成为这个阶段不可或缺的关键设备。选择一款高性价比的交叉变化设备成为各电视台和专业公司共同的企求。本文通过对3种不同型号交叉变换设备的测试，给出详细分析，并特别分析了分量信号之间编码相干性对客观视频分量指标测试的影响，分析了测试信号的有效性对测试结果的影响，希望就数字视频非线性压缩系统客观指标测量方法研究提供新思路。

1.测试内容分类

评估一个交叉变换设备的好坏基本通过以下三个方面进行测试：接口特性及眼图指标、视频分量指标和图像主观评价客观测量。

本文重点对视频分量指标测试和图像主观评价客观测试两方面进行分析。视频分量指标的测量对于非压缩的线性系统有着良好的评估效果，但是对于存在压缩和码变换的非线性系统评估有着较大的局限性，但对于同样测试环境下的两个系统横向比较，还是有着一定的说服力。与之不同的主观评价客观测试则对所有系统，不管是线性系统还是非线性系统，都有着极好的评估效果。通过主观评价客观测试确定交叉变换设备性能优劣，进而对比分析视频分量指标测试，以求探讨两种测试结论相一致。

2.图像主观评价客观测量

图像主观评价客观测量就是通过专业设备对经过待测系统后的特定测试图像序列的损伤程度，模拟人的主观感觉进行客观性测试。因测试结果与测试图像的类型和测试仪器内的评估模型设置有关，因此评估不同交叉变换设备性能，需要采用统一的测试图像序列，统一的评估模型设置。实验结果还发现PQR和DMOS测试对不同的设备有着较好的区分度，本次测试以PQR、DMOS和PSNR值为依据。

特别说明：PQR图像质量评分（Picture Quality Rating ）、DMOS差分中值数（Difference Mean Opinion Score）和PSNR峰值信噪比（PeakSignal-to-Noise Ratio），均为泰克公司客观评价图像质量损伤指标（详见泰克公司有关资料）。表格内的平均值和最大值分别为Park joy、Old town、Into tree、Duck、Crown run五种场景测试平均值的平均和最大值的平均。

PQR值=l：图像质量基本没有损伤；

PQR值=3：图像质量损伤可察觉但不明显；

PQR值=lO：图像质量损伤明显。

DMOS值越大显示图像损伤越大；

PSNR值越大显示图像损伤越小；

测试结果如下：

表1 交叉变换下变换各图像序列测试结果比较

按以上测试PQR、DMOS和PSNR值设备质量排序：#3、#1、#2。

表2 交叉变换上变换各图像序列测试结果比较

DMOS、PSNR值设备质量排序：#3、#1、#2；

测试说明：

1、某些图像序列对有的厂家设备无法完成测试，原因不明，因此数据有缺项；

2、采用通用的五种测试序列进行PQR、DMOS、PSNR测试，取测试数据的算术平均为

该设备的测试值；

3、测试分下变换和上变换两种工作模式；

测试评估设备性能排序如下：

下变换：#3设备6.73、1#设备8.11、#2设备10.33

上变换：#1设备6.60、#3设备6.89、#2设备9.78

综上测试可以判断#1、#3设备为一类，#2设备为二类。该结果也与各厂家设备定位完全一致。

3.视频分量指标的测量

交叉变换分量指标测试主要是线性度和幅频特性。

数字信号发生器产生三个独立的分量Y、Pb、Pr信号，其带宽为全视频带宽，进入变换系统后，通常要进行必要的数据压缩，以降低对系统软硬件的要求。据相关理论分析这种压缩变换一种可能是导致测试信号分量之间原独立性破坏，带来了三个分量之间的相互影响，暂称为“相干性”；另一种可能是压缩比过大，压缩过程中测试信号无效部分损伤严重，甚至被完全丢弃，因此影响线性度测试结果。具体测试分析见下。

3.1、#1设备测试分析

设备测试结果截图1-3

图1 #1下变换线性度测试

图2 #1上变换线性度测试

图3 #1上变换频响（二）

分析：

#1设备线性度测试，从图1、图2显示三个分量保持了较好的线性度。

从图3频响测试中发现色差信号对亮度分量产生了串扰，也就产生了所谓的“相干性”，相干性导致Y通道频响测试不准确。因此建议频响测试应以Y通道为主，其它色差分量关闭。

从Y通道频响来看，该设备对高频分量有明显提升。

3.2、#2设备测试分析

设备测试结果截图4-6

图4 #2下变换线性度测试

图5 #2上变换线性度测试（一）

图6 #2上变换线性度测试CCIR17（二）

分析：

从图4、图5可以看出，五阶梯线性度测试，三个分量的线性度表现一般或者说较差。

从图5和图6线性度测试对比显示，不同的测试信号导致通道线性度测试不一致。一般阶梯波信号测试线性显示比较差，但CCIR17行测试Y线性度良好。这说明不是简单的通道线性度劣化而是与测试信号有关。一般认为分量之间编码相干性和测试信号的无效性导致线性度测试结果变差。同时测试中发现彩条信号在变换过程中保持良好。

3.3、#3设备测试分析

限于篇幅，相应测试截图无法提供，但以下分析真实、客观。

#3设备线性度测试，同样五阶梯信号三个分量保持了较好的线性度。

频响测试同样发现色差信号对亮度分量产生了一定的串扰，导致Y通道频响测试不准确。

从Y通道频响来看，该设备高频分量有明显不足。

综上，根据五阶梯分量线性度测试排序#1、#3为一类产品，#2为二类产品。该结论与主观评价客观测试结论一致。

4.测试信号合法和有效性分析

信号的合法与非法：

视频信号在其使用的格式中，其电压幅度在规范的范围内，称为合法，否则就是非法。标准的视频信号发生器产生的信号都是合法的。

信号的有效与无效：

信号处于彩色色域内并在转换成其它格式时仍保持合法的视频信号为有效信号，否则就是无效信号。目前标准信号发生器产生的合法信号仅有约25%为有效信号，彩条信号为合法有效信号。RGB三基色信号有效范围约为0—700mv，超出该范围的三基色信号将无法在现有彩色域里显示。如此根据《ITU-R BT.601-6建议书》分析5阶梯信号有效性如下：

阶梯序Y Cb Cr Cg B R G