基于TekMOS的編轉碼器測試

王曉東

（作者單位：深圳廣播電影電視集團播控部）

1 研究背景

現在，電視節目高清化越來越普遍，根據廣東省的文件指示，到2020年要徹底實現所有電視節目頻道高清化目標。但在此之前，市面上還會有標清需求，仍然會有標清節目，目前這一階段將是高標清同播的階段，標清到高清的轉變是一個慢慢過渡的過程，在這樣一個過渡階段，仍舊需要重視標清信號的質量，所以，信號質量的測試顯得較為重要，隨著集團的建設發展，將逐步實現所有電視節目頻道高清化的目標。

目前，深圳臺（以下簡稱“我臺”）已經建有五個高標清同播頻道，擬再改造四個標清播出頻道為高標清播出頻道。鑒于我臺之前的幾個高標清同播頻道，雖然能同時輸出高標清基帶信號，即在播出層面實現高標清同播，在編碼傳輸層面分別對高標清信號進行編碼，因此，導致系統鏈路較長，較為復雜，系統節點較多。新改造的高清頻道，在播出層面完全是高清信號，在編碼傳輸環節實現信號轉碼，從而實現信號的高標清同播，這樣就大大簡化了播出系統的架構，優化了系統，使播出系統更加清晰簡單，更便于維護及管理。

電視信號編轉碼的質量，單憑肉眼主觀判斷，無法準確判斷信號的優劣，需要借助現代化測試儀器或軟件進行客觀的判斷及量化，進行準確的信號質量優劣判別。本測試是根據泰克公司的測試軟件TekMOS對信號進行評分測試，TekMOS是泰克獨有的一種非基準圖像質量分析算法，使用機器學習技術提供一個平均意見得分（MOS），這個分值與觀眾評定內容質量等級有很強的關聯性。通過圖形顯示，TekMOS提供了一份簡便易讀的報告，會突出顯示問題，并提供打分依據，從而判定信號質量的優劣。

2 信號測試平臺及環境

本文是基于泰克公司開發的軟件TekMOS進行的圖像質量測試，根據軟件分析編碼后的流文件的評分測試結果，判定編轉碼信號的優劣，進而能判定編轉碼器的性能。

本測試取5段不同序列場景的高清節目素材為測試的基準信號，分別進行編碼及轉碼測試，五個場景涵蓋了運動及靜止畫面狀態各異的視頻圖像，所選五個序列的場景如表1所示。

表1 序列場景

在不同的場景下，分別使用MPEG2標清編碼器、H.264高清編碼器、標清MPEG2和高清H.264混合輸出編轉碼器進行編碼。MPEG2標清編碼器選擇的是Tandberg的E5710，因E5710是我臺13+2標清編碼系統的編碼設備，送下游單位的標清信號均是由此類型編碼器編碼，選此編碼器進行編碼所得到的編碼質量具有一定的參考意義。H.264高清編碼器選擇的是愛立信的CE-X，我處送下游單位天威視訊公司的發布信號，編碼方式是H.264，并且均是使用愛立信公司的編碼設備，設置時采用相同幀內幀間預測編碼[1]。標清MPEG2和高清H.264混合輸出編轉碼器，此處使用的是哈雷的Electra9200，哈雷公司產品Electra9200是一臺高清編碼器，但它能夠同時輸出高標清碼流，即它是帶有下變換的轉碼功能，高標清碼流在進入系統下一節點再進行復用篩選。

因序列場景素材是高清信號，在使用標清編碼器E5710編碼時，需要對信號進行下變換處理，我臺播控系統中高標清同播頻道，標清輸出的信號是通過XHD3903板卡對高清信號做下變換處理，然后再經過13+2編碼系統進行編碼后送下游單位，為保證測試的一致性和可對比性，此處需要將五個序列場景經過XHD3903做下變換處理，所得到的標清信號再送編碼器E5710進行MPEG2方式編碼。

為保證測試平臺及數據的一致性，保證測試基準公平公正，便于測試結果比對，需要做多組對比測試實驗，標清編碼器的視頻部分基本設置如下表2所示，音頻編碼方式均為MPEG Layer 2，碼率為256 kbps，立體聲編碼。

表2 標清編碼基本設置

Electra9200需要在軟件界面分別設置高、標清編碼方式，標清編碼參數參照表2設置，高清編碼器設置相同的GOP長度[2]，高清編碼參數參照表3所示。

表3 高清編碼基本設置

TekMOS是基于文件的方式進行檢測評分，不同序列場景的基帶信號經過編碼轉碼后進入TekMOS模板進行分析測試，每個序列場景均需要進行流化處理，流信號測試流程如下圖1所示。

圖1 信號測試流程

3 信號測試過程及圖像

將各個序列場景的流信號經TekMOS分析，第一個場景馬拉松人群信號經編碼器E5710、CE-X、Electra9200編碼后，再經過上述的流化處理，經過TekMOS軟件模板分析后，信號質量評分測試圖如下圖2、3、4、5所示，其他的序列場景信號依次經編碼器編轉碼，再經TekMOS評分測試，所得評分圖像不一一累述。

圖2 馬拉松人群E5710的TekMOS得分圖

圖3 馬拉松人群CE-X的TekMOS得分圖

4 測試結果分析

根據TekMOS軟件模板測試，得出各個場景下編轉碼器的測試評分。在TekMOS軟件模板設計時，是基于三方面因素判斷信號優劣，主要是噪音、馬賽克、清晰度等方面判定測試信號質量。評分標準設計是以5分為滿分計算，得分為3.5分為良好，再根據各個序列場景信號所得分數的高低，以及與標識值3.5分相對比，從而判定編碼后信號質量的優劣。

下表4所示為E5710標清編碼器和Electra9200編碼器標清輸出流的測試結果，以流信號得分的平均值作為重要的參考數據分析為依據，橫向比較容易發現標清信號經Electra9200編碼后其測評平均分基本都大于E5710編碼后的測評平均分，在樹木森林這個序列場景中，Electra9200編碼器的測評評分略低于E5710編碼器，且后面三個序列場景平均得分均大于3.5分標識值，說明其編碼質量較好。

表5所示為CE-X高清編碼器和Electra9200編碼器高清輸出流的測試結果，同樣以流信號得分的平均值作為重要的參考數據分析為依據，橫向比較容易發現高清信號經Electra9200編碼后其測評平均分都大于CE-X編碼后的測評平均分，后面四個序列場景平均得分均大于3.5分標識值。將上述編碼器輸出碼流分別用同一解碼器原Tandberg公司的RX8200進行解碼，主觀觀察在某些圖像上是可以看出各個圖像質量的好壞，信號經Electra9200編碼輸出后再解碼，仔細觀察，在某些細節上標高清圖像質量是分別優于E5710和CE-X的，這也說明其編碼質量較好，能夠滿足系統需求，測試結果如表5所示。

5 結語

我臺新改造四個標清頻道為高標清同播頻道，目前項目正在進行中。擬采用Electra9200編碼器對四個高清頻道基帶信號進行編碼，編碼輸出為混合的高標清碼流，從而實現高標清同播，然后在編碼復用環節挑出需要的碼流分別送下游單位使用。

基于TekMOS的信號質量評分測試，從信號測試圖像能夠看出信號在哪些方面失分較多，進而在拍攝或是編碼器設置上進行彌補。TekMOS的編轉碼質量測試能夠較好地分辨出信號的質量優劣，各個序列場景經過主、客觀測試評分，顯示出Electra9200編碼器編碼質量較好，此編碼器能夠滿足播出系統需求。

表4 標清編碼信號測評評分表

表5 高清編碼信號測評評分表

圖4 馬拉松人群Electra9200的TekMOS標清流得分圖

圖5 馬拉松人群Electra9200的TekMOS高清流得分圖