基于主觀和客觀圖像質量選取AVS+優化參數的評測方法

□ 楊銳 房靖基 范冠平

2014年3月18日，國家新聞出版廣電總局與工業和信息化部聯合發布了《廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）技術應用實施指南》（新廣電【2014】075號）,《指南》按照“快速推進、平穩過渡、增量優先、兼顧存量”的原則，明確了分類、分步驟推進AVS+在衛星、有線、地面數字電視及互聯網電視和IPTV等領域應用的時間表。從2014年7月1日起，AVS+將在全國廣電高清領域全面鋪開。AVS+的應用實施，預計將從央視開始，逐步推廣到各地的高清頻道。AVS+央視高清及省級高清頻道已經推廣接近30路，后續還會有更多的上星高清頻道轉換AVS+格式。

隨著經濟的發展、技術的發展，電視用戶對視頻節目的質量要求越來越高，從標清到高清、到3D，每一次技術的變革都給觀眾帶來全新的體驗。而近幾年出現的4K超高清技術，給觀眾以極致的感官享受，日漸普及的4K電視也成為消費者在購買電視產品時的重要依據。

隨著國家的發展，人民的生活水平也在不斷提高，4K等高清電視也逐步走進每家每戶，用戶更加注重直播頻道的觀看效果，目前IPTV基本上都是使用H.264的數字視頻壓縮格式進行傳輸播放。在頭端編碼方面，不同的編碼轉碼為H.264的參數會對畫面質量造成一定的影響，通過評測選取一個轉碼參數很有必要。

一、主觀評測機頂盒的解碼能力

每個運營商在用戶家投放的機頂盒一般都有多款型號，而每款機頂盒使用的內置芯片CPU都各有不用，導致同一文件在不同機頂盒播放顯示效果有差異。在此次測試中，機頂盒1表現最佳，優于機頂盒2和機頂盒3，所以選擇性能好的機頂盒，讓用戶體驗更好的觀看效果。

（一）測試方法

使用同一個CCTV-1高清視頻文件，在三款不同型號機頂盒通過4K電視進行播放，通過17個觀測人員對播放畫質進行評分比對。

1.素材參數

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2.評分規則

使用同一個CCTV-1高清視頻文件，在三款不同型號機頂盒通過4K電視進行播放，測試人員根據視覺效果進行打分，評分為10分制。

（二）評分結果

使用同一個CCTV-1高清視頻文件，在三款不同型號機頂盒通過4K電視進行播放對比，總共有17人參加了主觀畫質評分，評分對比結果如下：

二、基于品牌——畫質測試儀器評測編碼參數

（一）感知視頻質量值解析

感知視頻質量值，能夠準確地檢測到視頻信號中的失真，并且同時給出PVQ計分。PVQ計分類似于平均主觀計分(Mean Opinion Score,MOS)。當傳送流中沒有所謂技術“錯誤”時，可以使用感知視頻質量值計分測量，以度量壓縮域中的視頻質量。PVQ計分提供PVQ的最小值、最大值和平均值，它對因過壓縮引起的某些失真十分敏感，對色度細節的影響特別明顯。

（二）測試拓撲

（三）測試原理

對比轉碼器不同參數輸出碼流進行測試，使用品牌一畫質測試儀器進行感知視頻質量值評分。值等級可實時劃分為0至5級(5級為質量最佳)。

（四）測試結果

對比轉碼器不同參數輸出碼流進行測試，使用品牌一畫質測試儀器進行感知視頻質量e值，對編碼參數進行調整后感知視頻質量值有所提升，增加了0.15。評分如下：

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三、基于品牌二畫質測試儀器評測編碼參數

（一）PSNR值解析

峰值信噪比（PSNR），是“Peak Signalto Noise Ratio”的縮寫，是一種評價圖像的客觀標準，具有一定局限性。peak的中文意思是頂點，而ratio的意思是比率的。整個意思就是到達噪音比率的頂點信號。PSNR一般用于最大值信號和背景噪音之間的一個工程項目。通常影像壓縮之后，輸出的影像都會在某種程度上與原始影像不同。為了衡量經過處理后的影像品質，我們通常會參考PSNR值來衡量某個處理程序能否令人滿意。它是原圖像與被處理圖像之間的均方誤差相對于(2^n-1)^2的對數值(信號最大值的平方，n是每個采樣值的比特數)，它的單位是dB。MATLAB用法的公式如下：

其數學公式如下圖所示：

其中，MSE是原圖像與處理圖像之間均方誤差。Peak就是指8bits表示法的最大值255。MSE指MeanSquareError，I(角標 n)指原始影像第 n 個 pixel值，P(角標 n)指經處理后的影像第n個pixel值。PSNR的單位為dB。所以PSNR值越大，就代表失真越少。

（二）DMOS值解析

差異平均主觀評分(DMOS),被ITU R BT.500描述的主觀評定預測測量。人是圖像的最終接收者，因此，主觀質量評價是最為可靠的圖像質量評價方法。最常用的方法是平均主觀分值法(MOS)和差分主觀分值法(DMOS)。平均主觀分值法(MOS)是通過不同觀測者對于圖像質量評價得出的主觀分值進行平均來得到歸一化的分值，用這個分值來表示該圖像質量。它一般有五個標準：優，良，中，差，劣。對應這五個標準有兩種類型的分值：圖像主觀絕對分值和圖像主觀相對分值，主觀絕對分值意思是觀測者對于圖像本身的主觀分值，主觀相對分值意思是觀測者對于圖像在一組圖像中的相對其他圖像的主觀分值，如表1和2所示。

表1 圖像主觀絕對分值

表2 圖像主觀相對分值

差分主觀分值法(DMOS)，它是建立在平均主觀分值法(MOS)分值基礎上，它的計算公式如下：

這里，di,j代表觀測者對于參考圖像和失真圖像評分的差異值。最后對di,j′取平均值，可以得到DMOS值。好品質=較低的數字。

（三）PQR 值解析

PQR–圖像質量等級建基于Just Noticeable Difference(JND)概念，通過觀察者能注意到參考圖像和測試圖像差異的值進行判斷。參考圖像和測試圖像的差異值越小，說明品質越好，差異值越高說明品質越差。

（四）測試原理及拓撲

第1步：

使用接收機進行等節目AVS+流錄制，使用視頻切割軟件對進行流進行多個場景的切割。

第2步：

使用推流軟件將步驟1中切割好的場景分別使用推流軟件輸入轉碼器進行轉碼H.264輸出。

第3步：

將接收機錄制的場景流作為基準，將第2步轉碼器輸出錄制的場景與基準進行比對、打分，最終輸出PSNR值、PQR值、DMOS值比對。

（五）測試結果

將接收機錄制的場景流作為基準，將轉碼器輸出的場景與基準進行比對，對某品牌二畫質測試儀器打分，輸出PSNR值、PQR值、DMOS值進行比對。經編碼優化后輸出畫質進行評測打分有明顯提高。測試數據如下：

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四、結語

隨著AVS+技術的不斷完善及推進，我國擁有自主知識產權的“AVS+”視音頻編碼標準將進入大規模應用階段。隨著經濟的發展、技術的發展，電視用戶對視頻節目的質量要求越來越高。現在IPTV產業正在引領超高清視頻時代，致力于為用戶提供全4K新體驗，目前已頒布我國自主知識產權的第二代數字音視頻編解碼技術標準AVS2。AVS2的編解碼效率及復雜度與H.265大致相當，支持超高分辨率(4K以上)、高幀率、高量化精度、高動態范圍視頻的高效壓縮，我們可以共同探討是否可以使用AVS+轉碼為H.264的參數調優方法，使用專業儀器設備通過不斷的測試調試出一個AVS2優化的參數，為廣大用戶提供全新的視覺。