如何用圖像質量分析儀快速測量高清圖像的系統性能?

2020-11-26 OFweek維科網

        HD(高清)電視系統的目的是創造一種新的品質體驗(QoE)。這種QoE由幾個因素決定，其中最重要的就是圖像和聲音質量。質量與內容之間呈反比關係。當質量相同時，內容就成為決定節目優劣的關鍵，而內容相同時，質量則成為決定因素。無論如何，電視總是一種商業行為，每家運營商都必須確定一種策略來平衡內容與質量之間的矛盾。

 

        測試與測量的目的不外乎提高和管理節目質量。與汽車行業類似，我們必需接受這樣一個事實，那就是質量控制並不是一個在節目製作後期進行修修補補的過程，必須從一開始就著手，並且在節目製作過程中的每一個環節都貫徹執行。

 

        儘管模擬信號與全帶寬數字視頻的質量能夠通過測量靜態測試信號的失真來間接表徵，但壓縮電視系統面臨更加艱巨的挑戰。一個壓縮系統中的圖像質量可能隨數據率、圖像複雜度以及所採用的編碼算法不同而動態變化。測試信號的靜態本質並不能反映圖像質量的真實特徵。此時，可以採用帶有正常內容與運動圖像的測試場景來測量信號質量，並根據觀眾的報告確定測量結果，但這種評估壓縮視頻系統性能的方法效率低得可憐。泰克公司的圖像質量分析儀PQA500則為圖像質量的主觀評估提供了一種快速、實用、可重複並且客觀的測量方案。

 

PQA500介紹

 

       PQA500的輸入是兩個視頻文件：一個原始參考視頻序列文件和一個經壓縮或處理過的受損參考文件。首先，PQA500無需視頻序列中內嵌的校準條紋即可對這兩個輸入序列進行空間和時間的對齊，然後根據人類視覺系統與注意力模型對測試視頻的質量進行分析，並輸出一個與主觀評價高度相關的質量測量結果，其中包括輸入視頻的整體質量報告、逐幀測量結果以及每一幀圖像的受損圖。此外，PQA500還提供了PSNR(峰值信噪比)等作為行業基準的傳統圖像質量測量數據，以及用於測量典型視頻損傷和檢測圖像瑕疵的圖像損傷診斷工具包。

 

        每一個參考視頻序列和測試短片都有不同的解析度和幀速率。PQA500可進行HD和SD之間、SD和CIF之間及其它多種組合方式下的圖像質量測量。PQA500還支持時間不限的測量短片，允許通過各種轉換技術對整部電影的圖像質量進行定量測試。

 

SMPTE 372M標準

 

        為了獲得最佳品質的視頻材料，1080p50或1080p60格式成了最佳選擇。由於這兩種格式需要在後期製作中進行RGB 4:4:4處理，因此需要高速接口來處理額外的數據。目前，大多數設備都依靠雙鏈路來實現這一高速接口，但SMPTE 372M雙鏈路標準在傳輸視頻和音頻數據時支持多種模式與色彩空間。要提供一流的測量結果，必須進行單通道分析、通道間時序測量，並為色彩分級應用提供組合波形與矢量。泰克公司的WFM/WVR7120模塊化波形監測產品系列就能為此類應用提供詳盡的分析，其精度足以在1.5Gbit/s下進行可靠的物理層測量。

 

唇同步問題

 

       電視信號中最讓人討厭的品質損傷是音視頻的不同步。這種問題在業界被稱作唇同步問題。當音頻處理與視頻處理的時間出現差異，二者沒有正確對齊時，就會產生這種問題。

 

       業界已經有人嘗試利用在線測試和糾正方法來解決這個問題，但大多數編碼方案實際上都砍掉了輔助數據域，而傳統在線測試信號就位於這個輔助數據域內。隨著多通道音頻和壓縮格式的環繞聲音頻的日益普及，這一問題解決起來變得更加困難。

 

        因此利用一組特定的音視頻程序進行離線測試仍是可選的方法之一。儘管大多數信號採用的測試模式需要依靠操作員的聽覺與視覺來尋找音視頻之間的正確定時關係，但泰克提供的獲獎測試程序如今不但在高端分析儀中有，在新的WFM7120也有集成。

 

        在使用這種測試程序時，首先要將一組相關的音頻與視頻測試信號送入系統，然後由波形監視器對這組音、視頻之間的時序差異進行精確測量。該測試信號支持SD和HD數字格式。

 

跨層監測 

 

         HDTV能否取得商業成功，關鍵取決於能否為收看者提供最佳的圖像質量。在衛星和有線電視應用中處於領先地位的標準是H.264/MPEG-4 Part 10，而在IP領域佔主導地位的是VC-1和H.264。

 

        要想充分利用這些視頻編解碼器的所有潛在好處，就必須正確地調試信號傳送通道，不論這種通道是衛星傳輸、有線傳輸、地面傳輸還是IP傳輸。在移動電視中使用的是CIF或QCIF等解析度較低的格式，但存在的問題與IP通道非常相似。對於傳統的衛星電視、有線電視或地面廣播電視等系統來說，必須同時關注射頻域和視頻域。

 

        這種方法被稱作跨層監測，是一種預處理方法，在遇到傳輸問題時能進行快速的故障隔離與故障根源識別。為了達到規模效益，泰克公司在其儀器中引入了射頻通道輪流檢測機制，可以在各個通道間進行智能的循環檢測，同時仍能優先處理關注度較高或價值較高的通道。在IP域，現在已經可以實現跨許多段的快速監測，能立刻指示重要的信號故障並加以深入診斷，從而幫助設計人員正確查找問題所在。

 

MTM400 MPEG、射頻和IP監視器可確保服務質量要求和服務等級約定得到追蹤和滿足。

 

基礎數據流分析

 

        為了改善H.264質量，泰克還開發了一套測試套件用於基礎數據流分析，以提高編程效率。該套件包含一個H.264復接器、一個緩存分析儀和一個傳輸流分析儀。其中H.264復接器可以幫助用戶利用泰克的Vclips測試數據流庫創建測試傳輸流，緩衝器分析儀用於驗證機頂盒設計和數據流的一致性，傳輸流分析儀則用於確保傳輸的是經H.264編碼的數據流。

 

       該測試套件配合MT430等測試硬體就能進行實時測量。為了改善連接性與跨層測試功能，升級後的MT430已具備多種射頻與IP接口。

 

       要支持HDTV的端到端測試需要不同域中的各種測試工具與專業技術，例如未壓縮的多種格式視頻和音頻、用於播放的壓縮視頻以及存儲與工作流程所需的文件型視頻等域。

 

 


圖1：泰克公司的PQA500圖像質量分析卡和MTM 400 MPEG傳輸數據流監測

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