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如何用圖像質(zhì)量分析儀去測(cè)量高清圖像的系統(tǒng)性能
2015-09-23
測(cè)試與測(cè)量的目的不外乎提高和管理節(jié)目質(zhì)量。與汽車行業(yè)類似，我們必需接受這樣一個(gè)事實(shí)，那就是質(zhì)量控制并不是一個(gè)在節(jié)目制作后期進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ)的過(guò)程，必須從一開(kāi)始就著手，并且在節(jié)目制作過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都貫徹執(zhí)行。
盡管模擬信號(hào)與全帶寬數(shù)字視頻的質(zhì)量能夠通過(guò)測(cè)量靜態(tài)測(cè)試信號(hào)的失真來(lái)間接表征，但壓縮電視系統(tǒng)面臨更加艱巨的挑戰(zhàn)。一個(gè)壓縮系統(tǒng)中的圖像質(zhì)量可能隨數(shù)據(jù)率、圖像復(fù)雜度以及所采用的編碼算法不同而動(dòng)態(tài)變化。測(cè)試信號(hào)的靜態(tài)本質(zhì)并不能反映圖像質(zhì)量的真實(shí)特征。此時(shí)，可以采用帶有正常內(nèi)容與運(yùn)動(dòng)圖像的測(cè)試場(chǎng)景來(lái)測(cè)量信號(hào)質(zhì)量，并根據(jù)觀眾的報(bào)告確定測(cè)量結(jié)果，但這種評(píng)估壓縮視頻系統(tǒng)性能的方法效率低得可憐。泰克公司的圖像質(zhì)量分析儀PQA500則為圖像質(zhì)量的主觀評(píng)估提供了一種快速、實(shí)用、可重復(fù)并且客觀的測(cè)量方案。
PQA500介紹
PQA500的輸入是兩個(gè)視頻文件：一個(gè)原始參考視頻序列文件和一個(gè)經(jīng)壓縮或處理過(guò)的受損參考文件。首先，PQA500無(wú)需視頻序列中內(nèi)嵌的校準(zhǔn)條紋即可對(duì)這兩個(gè)輸入序列進(jìn)行空間和時(shí)間的對(duì)齊，然后根據(jù)人類視覺(jué)系統(tǒng)與注意力模型對(duì)測(cè)試視頻的質(zhì)量進(jìn)行分析，并輸出一個(gè)與主觀評(píng)價(jià)高度相關(guān)的質(zhì)量測(cè)量結(jié)果，其中包括輸入視頻的整體質(zhì)量報(bào)告、逐幀測(cè)量結(jié)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(yè)基準(zhǔn)的傳統(tǒng)圖像質(zhì)量測(cè)量數(shù)據(jù)，以及用于測(cè)量典型視頻損傷和檢測(cè)圖像瑕疵的圖像損傷診斷工具包。
每一個(gè)參考視頻序列和測(cè)試短片都有不同的分辨率和幀速率。PQA500可進(jìn)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(zhì)量測(cè)量。PQA500還支持時(shí)間不限的測(cè)量短片，允許通過(guò)各種轉(zhuǎn)換技術(shù)對(duì)整部電影的圖像質(zhì)量進(jìn)行定量測(cè)試。
SMPTE 372M標(biāo)準(zhǔn)
為了獲得最佳品質(zhì)的視頻材料，1080p50或1080p60格式成了最佳選擇。由于這兩種格式需要在后期制作中進(jìn)行RGB 4:4:4處理，因此需要高速接口來(lái)處理額外的數(shù)據(jù)。目前，大多數(shù)設(shè)備都依靠雙鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)這一高速接口，但SMPTE 372M雙鏈路標(biāo)準(zhǔn)在傳輸視頻和音頻數(shù)據(jù)時(shí)支持多種模式與色彩空間。要提供一流的測(cè)量結(jié)果，必須進(jìn)行單通道分析、通道間時(shí)序測(cè)量，并為色彩分級(jí)應(yīng)用提供組合波形與矢量。泰克公司的WFM/WVR7120模塊化波形監(jiān)測(cè)產(chǎn)品系列就能為此類應(yīng)用提供詳盡的分析，其精度足以在1.5Gbit/s下進(jìn)行可靠的物理層測(cè)量。
唇同步問(wèn)題
電視信號(hào)中最讓人討厭的品質(zhì)損傷是音視頻的不同步。這種問(wèn)題在業(yè)界被稱作唇同步問(wèn)題。當(dāng)音頻處理與視頻處理的時(shí)間出現(xiàn)差異，二者沒(méi)有正確對(duì)齊時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生這種問(wèn)題。
業(yè)界已經(jīng)有人嘗試?yán)迷诰€測(cè)試和糾正方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但大多數(shù)編碼方案實(shí)際上都砍掉了輔助數(shù)據(jù)域，而傳統(tǒng)在線測(cè)試信號(hào)就位于這個(gè)輔助數(shù)據(jù)域內(nèi)。隨著多通道音頻和壓縮格式的環(huán)繞聲音頻的日益普及，這一問(wèn)題解決起來(lái)變得更加困難。
因此利用一組特定的音視頻程序進(jìn)行離線測(cè)試仍是可選的方法之一。盡管大多數(shù)信號(hào)采用的測(cè)試模式需要依靠操作員的聽(tīng)覺(jué)與視覺(jué)來(lái)尋找音視頻之間的正確定時(shí)關(guān)系，但泰克提供的獲獎(jiǎng)測(cè)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(cè)試程序時(shí)，首先要將一組相關(guān)的音頻與視頻測(cè)試信號(hào)送入系統(tǒng)，然后由波形監(jiān)視器對(duì)這組音、視頻之間的時(shí)序差異進(jìn)行精確測(cè)量。該測(cè)試信號(hào)支持SD和HD數(shù)字格式。
跨層監(jiān)測(cè)
HDTV能否取得商業(yè)成功，關(guān)鍵取決于能否為收看者提供最佳的圖像質(zhì)量。在衛(wèi)星和有線電視應(yīng)用中處于領(lǐng)先地位的標(biāo)準(zhǔn)是H.264/MPEG-4 Part 10，而在IP領(lǐng)域占主導(dǎo)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(diào)試信號(hào)傳送通道，不論這種通道是衛(wèi)星傳輸、有線傳輸、地面?zhèn)鬏斶€是IP傳輸。在移動(dòng)電視中使用的是CIF或QCIF等分辨率較低的格式，但存在的問(wèn)題與IP通道非常相似。對(duì)于傳統(tǒng)的衛(wèi)星電視、有線電視或地面廣播電視等系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，必須同時(shí)關(guān)注射頻域和視頻域。
這種方法被稱作跨層監(jiān)測(cè)，是一種預(yù)處理方法，在遇到傳輸問(wèn)題時(shí)能進(jìn)行快速的故障隔離與故障根源識(shí)別。為了達(dá)到規(guī)模效益，泰克公司在其儀器中引入了射頻通道輪流檢測(cè)機(jī)制，可以在各個(gè)通道間進(jìn)行智能的循環(huán)檢測(cè)，同時(shí)仍能優(yōu)先處理關(guān)注度較高或價(jià)值較高的通道。在IP域，現(xiàn)在已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)跨許多段的快速監(jiān)測(cè)，能立刻指示重要的信號(hào)故障并加以深入診斷，從而幫助設(shè)計(jì)人員正確查找問(wèn)題所在。
MTM400 MPEG、射頻和IP監(jiān)視器可確保服務(wù)質(zhì)量要求和服務(wù)等級(jí)約定得到追蹤和滿足。
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流分析
為了改善H.264質(zhì)量，泰克還開(kāi)發(fā)了一套測(cè)試套件用于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流分析，以提高編程效率。該套件包含一個(gè)H.264復(fù)接器、一個(gè)緩存分析儀和一個(gè)傳輸流分析儀。其中H.264復(fù)接器可以幫助用戶利用泰克的Vclips測(cè)試數(shù)據(jù)流庫(kù)創(chuàng)建測(cè)試傳輸流，緩沖器分析儀用于驗(yàn)證機(jī)頂盒設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)流的一致性，傳輸流分析儀則用于確保傳輸?shù)氖墙?jīng)H.264編碼的數(shù)據(jù)流。
該測(cè)試套件配合MT430等測(cè)試硬件就能進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。為了改善連接性與跨層測(cè)試功能，升級(jí)后的MT430已具備多種射頻與IP接口。
要支持HDTV的端到端測(cè)試需要不同域中的各種測(cè)試工具與專業(yè)技術(shù)，例如未壓縮的多種格式視頻和音頻、用于播放的壓縮視頻以及存儲(chǔ)與工作流程所需的文件型視頻等域。
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