特點

• 快速、準確、可重復的客觀圖像質(zhì)量測量
• 基于人類視覺模型的DMOS（差異平均主觀評分）測量
• 能夠在各種HD 視頻（1080i、720p）和SD 視頻格式（525行或625 行）下進行的圖像質(zhì)量測量
• 可用于不同分辨率（從HD到SD，或從HD/SD到CIF）下的圖像質(zhì)量比較
• 可用于基準測試和比較測試的可由用戶配置的觀看條件和顯示模式（選件ADV）
• 提示/ 失真（Attention/Artifact）加權(quán)測量（選件ADV）
• 測量執(zhí)行和觀看（Review）模式中的關(guān)注區(qū)域（ROI）
• 時間域和空間域的自動校準
• 嵌入的由MTS4EA 導入的基準解碼器
• 簡便的回歸測試并自動使用XML腳本（選件ADV），從GUI界面“導出/ 導入”文件
• 提供多個測試結(jié)果觀看選項
• 提供具有同時信號發(fā)生/ 捕獲功能以及雙通道捕獲功能的IP接口（選件IP）
• 嵌入的樣值參考序列和測試序列
• 可由用戶安裝在用戶的個人電腦上

應用

• CODEC 設(shè)計、優(yōu)化和驗證
• 性能測試，傳輸設(shè)備和系統(tǒng)評測
• 數(shù)字電視的原版制作
• 視頻壓縮業(yè)務
• 數(shù)字消費產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)

圖像質(zhì)量分析軟件

PQASW 是一款基于人類視覺系統(tǒng)原理的圖像質(zhì)量分析軟件，它提供了一整套可重復的、并與主觀人眼視覺評估十分接近的客觀圖像質(zhì)量測量。PQASW 的客觀圖像質(zhì)量測量為工程技術(shù)人員優(yōu)化視頻壓縮和圖像重現(xiàn)提供了寶貴的信息，使工程技術(shù)人員能夠為用戶和觀看者提供高質(zhì)量的通用載體和分配傳輸業(yè)務。

壓縮視頻需要新的測試方法

對電視系統(tǒng)而言，zui真實的測量應當是觀察者的滿意程度。我們可以通過測量靜態(tài)測試信號的失真的方法以間接地表征模擬視頻和全帶寬數(shù)字視頻的圖像質(zhì)量特性。但是，表征壓縮電視系統(tǒng)的圖像特性則要困難得多。壓縮系統(tǒng)中的圖像質(zhì)量是隨著數(shù)據(jù)率、圖像的復雜度以及所采用的編碼算法等的變化而動態(tài)地改變。鑒于靜態(tài)測試信號的性質(zhì)，它不能提供壓縮視頻系統(tǒng)中圖像質(zhì)量的真實特性。

在傳統(tǒng)上，人眼觀察測試是按照TU-R Rec. BT.500-11 所描述的方法進行的。在一密閉的受控環(huán)境中播放含有自然內(nèi)容和自然運動的測試場景，觀察者根據(jù)自已對圖像質(zhì)量的感受給出一差值平均主觀計分或DMOS。使用這種方法的擴展測試，經(jīng)整理后可以產(chǎn)生*的主觀評分。不過，這種評估壓縮視頻系統(tǒng)的方法效率低，進行這樣的測試往往需要幾個星期甚至幾個月的時間。進行這樣的測試，費用也可能是非常高昂的，而且所得到的結(jié)果是不可重復的。因此，利用人眼觀察的主觀的DMOS測試對于CODEC設(shè)計是不實用的，對于運行中的質(zhì)量評估而言，效率也是很低的。而PQASW 提供了一種快速的、實用的、可重復的客觀測量，用它來代替圖像質(zhì)量的主觀DMOS 評估。

系統(tǒng)評測

PQASW的用戶界面。可顯示參考視頻序列、被測視頻序列以及差值映像圖和統(tǒng)計圖表。

 

PQASW可用于視頻系統(tǒng)中每一部件的安裝、驗證和故障查找，因為視頻技術(shù)是不可知的：既然系統(tǒng)鏈路中視頻輸入和輸出之間的可見差異是可以量化的，那么就可以把它用于視頻質(zhì)量劣化的評定。不僅可以評測系統(tǒng)中的CODEC 技術(shù)，而且可以評測具有潛在可見差異的任何過程。例如，可以用來評定數(shù)字傳輸錯誤、格式轉(zhuǎn)換（機頂盒中的1080i 至480p 的轉(zhuǎn)換）、3-2 下拉變換、模擬傳輸劣化、數(shù)據(jù)錯誤、慢顯示響應時間（slowdisplay response times）、幀頻降低（用于移動傳輸和、電視會議）等，總之，可以評定所有的圖像轉(zhuǎn)換過程，無論是對它們分別進行評定還是任意的組合評定。

PQASW 是如何工作的

PQASW采用兩個視頻文件作為它的輸入：一個文件是原始的參考視頻序列，另一個文件是該參考視頻序列經(jīng)過壓縮、損傷后或經(jīng)處理過的序列版本。首先，PQASW 使這兩個視頻序列在空間域和時間域中對準，在這一過程中無需使用嵌入在視頻序列中的校正數(shù)據(jù)。而后儀器對基于人類視覺系統(tǒng)和提示模型（attention models）的測試視頻的質(zhì)量進行分析，輸出與主觀評測高度相關(guān)的質(zhì)量測量結(jié)果。這個測量結(jié)果包括總的圖像質(zhì)量累計度量值、逐幀的測量度量值以及每幀的損傷映射圖示。PQASW也可以提供傳統(tǒng)的圖像質(zhì)量測量結(jié)果，例如PSNR（峰值信雜比），以此作為測量典型視頻損傷和失真檢測的基準損傷診斷工具。

每一參考視頻序列和測試片斷可以有不同的分辨率和不同的幀頻，PQASW 可以提供HD 與SD 之間、SD 與CIF 之間或其它組合之間的圖像質(zhì)量測量結(jié)果。有了這一功能，就可以為諸如格式轉(zhuǎn)換之類的各種視頻再應用（repurposing applications）的評測提供支持。例如，DVD 創(chuàng)作、IP 廣播和半導體器件設(shè)計等。PQASW也能為較長時間長度的視頻序列片斷測試提供支持，此外還可以通過各種轉(zhuǎn)換處理的方式，對視頻片斷的圖像質(zhì)量作出定量分析。

預測人類視覺感受

PQASW測量系統(tǒng)的開發(fā)是基于人類視覺系統(tǒng)模型，并且增加了新的算法規(guī)則，從而對PQA200/300的使用模型作了進一步的改進。利用這種新的擴展技術(shù)，就能夠在預測各種視頻格式（HD、SD、CIF 等）的主觀視頻質(zhì)量等級時進行傳統(tǒng)的PQR 測量。在測量時計入了用于觀看視頻的不同顯示類型（例如隔行掃描或逐行掃描，CRT顯示器或LCD顯示器）以及不同的觀看條件（例如房間的亮度和觀看距離）。

圖像質(zhì)量分析系統(tǒng)

 

為了預測在以下各種變化參數(shù)的亮度刺激下的響應，已開發(fā)了一種人類視覺系統(tǒng)模型：

• 包括超閾值的（supra-threshold）的對比度
• 平均亮度
• 空間頻率
• 時域頻率
• 角度范圍
• 時域范圍
• 環(huán)繞
• 偏心率（Eccentricity）
• 方向
• 自適應效應（Adaptation effects）

A:調(diào)制靈敏度與時域頻率的關(guān)系曲線。


B:調(diào)制靈敏度與空間域頻率的關(guān)系曲線。

 

利用視覺科學文獻中的參考刺激響應數(shù)據(jù)，在上述參數(shù)的適當組合范圍內(nèi)已對PQASW采用的人類視覺模型進行了校正。經(jīng)過這樣的校正后，該模型就能提供高度準確的預測。

在上面幾個圖形中，提供了與人類視覺特性相關(guān)的科學數(shù)據(jù)示例，它們是用來校正PQASW人類視覺系統(tǒng)模型的。其中圖（A）給出了調(diào)制靈敏度與時域頻率的關(guān)系曲線，圖（B）是調(diào)制靈敏度與空間域頻率的關(guān)系曲線。有1400 多個校正點支持高度準確的測量結(jié)果。

C: 參考圖像


D: 感知對比度的映像

 

圖（ C ）為一含有運動場景的參考序列的單幀畫面，圖（D ） 是PQASW從這個參考序列的原始幀中計算得出的感知對比度映像。由感知對比度映像可以看出，觀察者是如何感知這個參考序列的。感知對比度映像的模糊背景是因為攝像機搖鏡頭時的時域掩蔽所引起，而跑步者周圍的黑色則顯示出他與背景之間的高對比度所產(chǎn)生的掩蔽效應。PQASW 能夠創(chuàng)建參考序列和測試序列的感知映像，而后由這兩個感知映像創(chuàng)建感知對比度的差值映像圖，從而可用于基于感知的全參考圖像質(zhì)量測量。

DMOS 和PSNR 的預測比較

E: 參考圖像


F: 被測圖像


G: PSNR 映像圖


H: DMOS 的感知差值映像圖

 

在以上的例子中，參考圖像（E）是來自Vclips 庫文件中的一個場景，被測圖像（F）則是通過壓縮系統(tǒng)后的圖像，其圖像質(zhì)量有所降低。與參考圖像（E）相比較，被測圖像（F）中跑步者周圍的背景有些模糊。我們可以用PQASW對參考視頻與被測視頻片斷之間的差異進行PSNR測量，其結(jié)果為PSNR映像圖（G）。在PSNR映像圖（G）中，白色加亮區(qū)域表示的是原始圖像與被測的已劣化圖像之間的較大差異區(qū)域。我們再用PQASW進行另一種測量即利用預測DMOS 算法，它生成的DMOS 感知差值映像用圖（H）表示。在這個感知對比度差值映像即圖（H）中，白色區(qū)域表示的是參考圖像和被測圖像之間的較大差異區(qū)域。PQASW 在創(chuàng)建的感知對比度差值映像中，結(jié)合使用人類視覺模型，能夠確定觀察者在觀看視頻時實際感知的圖像質(zhì)量。

在預測的DMOS 測量方式中，是利用感知對比度差值映像（H）來測定圖像質(zhì)量。由圖（H）可見，慢跑者的劣化程度較其背景中的樹的劣化程度要輕，因此，這種DMOS測量能夠正確地分辨出兩圖像之間的差異，其結(jié)果與觀察者的感受是*的。然而，PSNR 測量使用的是差值映像圖（G），由圖（G）可見，它不能正確地分辨參考圖像和被測圖像之間的較大差異區(qū)域，與觀察者的實際感受不*。

提示模式（Attention Model）

提示映像的例子：跑步者被加亮

 

在PQASW 中，融合了一種新的提示模式，為預測人眼關(guān)注點（focus of attention）提供支持。該模式包括：

• 目標的運動
• 人的膚色檢測識別
• 位置
• 對比度
• 形狀
• 目標的大小
• 明顯的失真導致觀察者注意力的分散

用戶可以定制這些提示參數(shù)，以強化或忽略某項功能。每項測量均可使用提示模式，可由用戶配置。在評估一些特定應用時，提示模式是特別有用的。例如，如果被評測內(nèi)容是運動節(jié)目，要求觀察者高度關(guān)注該場景的一些局部區(qū)域。提示模式映像圖示中的加亮區(qū)域表示人眼敏感的區(qū)域。

失真檢測

失真檢測設(shè)置

 

在失真檢測（Artifact Detection）報告中給出圖像邊緣處多種不同的變化：

• 邊緣損失或邊緣模糊
• 邊緣附加有振鈴或雜波
• 相對垂直或水平方向的旋轉(zhuǎn)或邊緣塊效應
• 圖像塊中的邊緣損失或DC 塊效應

失真檢測能以任意組合方式如同主觀和客觀測量的加權(quán)參數(shù)那樣工作。利用這些不同的測量組合，有助于進行深入的研究以改善系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。

例如，它有助于回答這樣的問題：“較多地使用去塊效應濾波（de-blocking filtering）能夠改善DMOS 嗎？”或者，“應當較少地使用前置濾波處理（pre-filtering）嗎？”

如果邊緣塊加權(quán)的DMOS 大于模糊加權(quán)的DMOS，那么邊緣塊則是主要的失真，這時也許應當考慮較多地使用去塊效應濾波。

在某些應用中，當邊緣增多時，例如出現(xiàn)振鈴和雜波，它們比其它失真更令人討厭。針對這樣的應用，用戶可以定制加權(quán)并進行配置，以反映觀察者的感受，從而改善DMOS 的預測。

同樣地，也可以使用這些失真加權(quán)測量PSNR，以確定每一失真對PSNR 測量有多大的影響。

上述的提示模式和失真檢測均可以與感知測量或主觀測量結(jié)合使用。舉例來說，這樣我們就可以在zui有可能出現(xiàn)特別明顯失真的地方去測量其失真程度到底如何。

全面的圖像質(zhì)量分析

為了比較測試序列和參考序列之間的亮度，PQASW 提供了全參考（full-reference，F(xiàn)R）圖像測量。同時也提供了無參考（無reference，NR）測量，它*于被測視頻的亮度信號。另外，還可以進行部分參考測量（Reduced reference，RR），它是人工提取無參考測量中的差值。這組測量包括：

• Critical Viewing（臨界觀察，基于人類視覺系統(tǒng)模型，全參考）圖像質(zhì)量
• Casual Viewing（隨機觀察，提示加權(quán)，全參考或無參考）圖像質(zhì)量
• 峰值信雜比（PSNR，全參考）
• Focus of Attention（用于全參考和無參考測量）
• 失真檢測（全參考，不包括DC 塊效應）
• DC 塊效應（全參考和無參考）

配置測量對話框


編輯測量對話框

 

除了按照默認的ITU BT-500條件進行測量之外，用戶還可以通過預置和用戶定義的組合方式，例如顯示類型、觀看條件、人類視覺響應（統(tǒng)計上的）、關(guān)注點（focus of attention）和失真檢測等，使PQASW能夠支持上述測量。利用用戶可配置的條件特性，有助于優(yōu)化CODEC 參數(shù)，使之適合于特定的應用，通過在幾種不同的測量條件下的測量結(jié)果，以進一步研究什么樣的條件會影響圖像質(zhì)量測量結(jié)果。也可以修改預配置的測量組來設(shè)置用戶定義的測量條件，然后在配置測量對話菜單中作為一種附加的測量組保存并調(diào)用。

使用簡便的界面

PQASW 具有兩種模式：測量模式和觀看模式。測量模式是用來執(zhí)行配置對話框中選中的測量。在測量執(zhí)行期間，屏幕上顯示出累計的數(shù)據(jù)和差值映像圖（difference map）結(jié)果并保存在系統(tǒng)硬盤中。觀看模式是用來察看先前保存的累計結(jié)果和由測量模式或執(zhí)行XML 腳本創(chuàng)建的映像圖。在觀看模式中，用戶可以選擇多種結(jié)果，還可以利用平鋪模式（Tile Mode）的同時顯示以并排比較每項測量結(jié)果。通過對不同的CODEC 參數(shù)和（或）不同的測量配置的測量結(jié)果映射圖的比較，可以十分方便地對任意差異的根源作進一步的研究。

多種結(jié)果顯示

綜合圖形顯示

 

在綜合圖形顯示、6 平鋪顯示或者疊加顯示中，合成的映像圖可以與參考視頻和測試視頻同步顯示。

在綜合圖形顯示中，用戶可以觀察到視頻重放期間的多個測量圖形，包括條形曲線圖、參考視頻、測試視頻以及差值映像圖。可以提供每一視頻幀和整個視頻序列的標準參數(shù)和感知累計度量的總合測量結(jié)果。

6 個平鋪顯示

 

在6 平鋪顯示中，可以為用戶提供兩個測量項的并列顯示，其中每一測量項由參考視頻、測試視頻和差值映像圖所組成，這樣便于相互之間進行比較。

參考圖像和映像圖的疊加顯示

 

在重疊顯示中，為用戶提供了參考視頻和差值映像圖的混合疊加顯示，用戶可以使用漸變條（fader bar）以調(diào)整它們之間的混合比例，以分別對應于各個映射圖、參考視頻和測試視頻中的損傷。

PQASW的出錯日志記錄和告警可用來幫助用戶有效地跟蹤引起視頻質(zhì)量故障的原因。

所有的測量結(jié)果、數(shù)據(jù)和圖形均可以在需要查驗時再次調(diào)出顯示。

自動時域/ 空間域校準

對被選擇的關(guān)注空間區(qū)域自動執(zhí)行空間對準

 

PQASW支持自動空間域校準和時間域校準，也可以采用人工校準。

在測量模式中，可以單獨選擇您關(guān)注的空間范圍以進行自動空間域校準。空間域校準可以測量每一方向上的裁剪、比例和位移，甚至可以跨越不同的分辨率和寬高比（例如，在校準SD 至HD 視頻時）。如果在標準的有效區(qū)內(nèi)存在額外的空白部分，就可以利用自動空間域校準功能進行裁剪測量。

利用自動空間域和時域校準，就能夠在不同的分辨率和不同的幀頻的參考視頻和測試視頻之間進行圖像質(zhì)量測量。

關(guān)注區(qū)域

在觀看模式（Review mode）中，利用ROI 以進行更深入圖像質(zhì)量 評測研究

 

有兩種類型的空間/ 時域關(guān)注區(qū)域 （ROI）: 輸入和輸出。輸入ROI用來去掉測量過程中那些不為用戶所關(guān)注的空間域和時間域。例如，在對具有不同寬高比的參考視頻和測試視頻進行測量時，可以使用輸入空間ROI。如果只是對被選視頻幀進行測量和為了減少測量執(zhí)行時間，則可以使用輸入時域ROI。輸入時域ROI 也可稱為時域同步。

如果只對某些子區(qū)域或者時域區(qū)間的預先計算的測量結(jié)果進行復查，那么可以使用輸出ROI。操作者使用鼠標即可以迅速完成對輸入空間ROI區(qū)域的選擇，測量軟件只會給出被選空間區(qū)域的計分。如果只是為了了解某些特定損傷映像圖中的空間區(qū)域，那么使用這種輸出ROI 方式是一種有效的測量方式。可以在圖形上通過標記來設(shè)置輸出時域ROI區(qū)間，對于具有多個場景的視頻流而言，用戶可以使用這種方式以得到特定場景的測量結(jié)果。采用這種測量方式，用戶所得到的測量結(jié)果也不會對人眼視覺模型中的初始瞬態(tài)帶來任何影響。每一參數(shù)均嵌入在這種遞歸循環(huán)的測量過程中。

XML 腳本的自動測試

腳本樣本。


配置測量對話框中的導入/ 導出腳本


測量結(jié)果文件樣本

 

手動操作作出限制。可以從測量配置菜單中導出或?qū)肽_本文件，這樣可以更方便地創(chuàng)建和管理腳本文件。通過PQASW 用戶接口或者使用能夠讀出創(chuàng)建的.csv文件格式的任意電子表格應用程序，可以觀察到腳本操作的測量結(jié)果。為了更快地獲得測量結(jié)果，可以同時執(zhí)行多個腳本。

IP 接口

發(fā)生/ 捕獲

 

PQASW 的IP 接口具有壓縮視頻的產(chǎn)生和捕獲功能，而且這兩種工作模式可以同時運行。

利用PQASW的IP接口的壓縮視頻的同時發(fā)生和捕獲功能，用戶就可以直接將保存在電腦中的參考視頻短片從PC 機的IP 端口送入到被測設(shè)備中，同時又將被測設(shè)備的測試視頻輸出返回到PC機中即被PC 機所捕獲。采用這種測量方式，當用戶需要使用某種視頻信號以對被測設(shè)備進行圖像測量時，就可以不必使用其它的外接視頻信號源。而且，利用該軟件的信號發(fā)生功能，在進行圖像測量時，還可以直接使用視頻編輯軟件創(chuàng)建的文件并將它作為圖像質(zhì)量測量的參考序列和測試序列。

雙通道捕獲

 

利用PQASW的IP接口的雙通道捕獲功能，用戶可以捕獲兩路實況視頻信號以分別作為參考視頻和測試視頻，這樣便于對被測設(shè)備的實際運行狀況進行評測。

在以上兩種模式中，利用MTS4EA 導入的嵌入式基準解碼器，可以將捕獲的壓縮視頻流解碼為非壓縮文件，這樣，用戶就可以直接進行圖像質(zhì)量測量，而不必使用任何其它附加工具，也不需要其它手動操作過程。

 

IP 接口支持的文件格式

PQASW分析軟件的IP接口選件可以產(chǎn)生和捕獲以下格式的壓縮視頻文件:

• .mpg
• .ts
• .trp

測量支持的文件格式

除另行說明外，所有格式均支持8 比特，測量使用8MSB：

• .yuv （UYVY, YUY2, YUV4:4:4, YUV4:2:0_planar）
• .v210（10 比特，UYVY，3 分量32 比特）
• .rgb（BGR24，GBR24）
• .avi （未壓縮，BGR32，丟棄alpha 通道）/BGR24 / UYVY /YUY2 / v210）
• ARIB ITE 格式（4:2:0 planer 含3個單獨的文件 （.yyy, .bbb, .rrr））
• .vcap（由PQA600 視頻捕獲創(chuàng)建）
• .vcap 10（10 比特，由PQA500/600 視頻捕獲創(chuàng)建）

?

在進行圖像質(zhì)量測量之前可以在內(nèi)部將以下壓縮文件變換為非壓縮文件：

?

基本流

• H.264/AVC/MPEG-4 Part 10- 基本類，擴展類，主類，高級10，高級4:2:2 和高級4:4:4 類，全部為1 級至5:1 級
• MPEG-2 －主類（主級，高級，高級1440），4:2:2 類（主級和高級）
• VC-1 － 所有類別和級別
• MPEG-4 Part 2 －簡單類（0 至5 級）和高級簡單類（0 至5 級）
• H.263 基本類

系統(tǒng)層

以下視頻流中所包含的基本流:

• MPEG-2 傳送流流/ 節(jié)目流
• MP4 第1, 12 和15 部分
• ASF
• 3GPP
• DVD VOB
• Quicktime MOV

?

慢跑者視頻文件


街景視頻文件

 

嵌入的樣值視頻文件