3.3.3.3 Контроль качества изображений в цифровых телевизионных системах

Очевидно, что для контроля качества работы ЦТВ системы не­достаточно анализа протоколов цифрового потока и измерения пара­метров модулированного сигнала. Основным критерием испытаний ЦТВ систем является качество восстановленного после декодирова­ния изображения, оценка которого используется для проверки ра­ботоспособности системы сравнения кодеков, выбора эффективных алгоритмов кодирования и декодирования видеоинформации и ре­шения других задач.

Рисунок 3.92 - Оценка качества изображения с использованием сравнения эталонной и испытуемой видеопоследовательностей

Для оценки качества изображений в ЦТВ системах использу­ют субъективные экспертизы. Существующие методы субъективной оценки качества основаны на визуальном сравнении изображений, соответствующих видеосигналам на входе и

307

выходе проверяемой си­стемы или определении качества изображений, отвечающего сигналу на выходе системы. Такие экспертизы используют в качестве испы­тательных неподвижные изображения, которые слабо характеризуют качество сжатого изображения. Для субъективной оценки качества изображений в современных ЦТВ системах может применяться про­цедура с одним стимулом и непрерывной оценкой качества. Эта про­цедура, в которой качество непрерывно оценивается за длительный период: от 10 до 20 минут. Данные берутся на непрерывной шкале каждые несколько секунд. Оценкой является распределение количе­ства времени, которое занимает частная оценка. Этот метод хорошо согласуется с изменением во времени качества сегодняшних цифро­вых систем, однако при использовании этого метода содержание про­граммы сильно влияет на оценку качества изображения.

Такие экспертизы требуют большого объема испытаний и значи­тельных затрат времени. Это затрудняет практическое применение стандартных методов в процессе эксплуатации систем и в аналогич­ных случаях, когда требуется достаточно быстрая оценка качества ТВ изображений, в том числе в реальном времени.

Длительность процесса оценки и объем испытаний заметно уменьшаются, если перейти к объективным методам определения ка­чества изображения. Они основываются на инструментальном изме­рении изменений параметров цифрового видеосигнала, вносимых си­стемой, включая выпадение отдельных его фрагментов и появление новых компонентов в виде помех .

Существуют следующие системы для объективной оценки и из­мерений качества изображений в цифровом .телевидении.

1. Системы с применением источника эталонного сигнала, соот­ветствующего видеопоследовательности до ее кодирования (рисунок 3.92). В этих системах, отличающихся высокой точностью ре­зультатов измерений, используется сравнение эталонного сигнала с сигналом на выходе проверяемого участка тракта или всего трак­та. Очевидным методом сравнения сигналов является вычисление

Рисунок 3.93 - . Оценка качества с использованием сравнения параметров на входе и выходе проверяемого тракта

разности между ними без какой-либо фильтрации или обработки. Если разность нулевая, то изображения идентичны. Когда сигналы отличаются, может быть рассчитана среднеквадратическая ошибка. Другим способом выражать отличие сигналов является вычисление отношения сигнал/шум, при котором

308

рассчитывается логарифм от­ношения квадрата максимального сигнала к среднеквадратической ошибке. Однако хорошо известно, что такой критерий может давать ошибочные показания. Например, рассмотрим сравнение двух ти­пов искажений: один — добавление шумов, которые вызывают из­менение пяти уровней квантования, и второй — добавление несколь­ко меньшего числа блоковых ошибок, которые вызывают изменение двух уровней квантования. Последнее искажение имеет меньшее зна­чение среднеквадратической ошибки, однако субъективно восприни­мается значительно хуже.

Из-за этого был предложен ряд методов улучшения оценки каче­ства, основанных на разности сигналов, например, метод моделиро­вания зрительной системы человека. Базирующийся на этом методе качественный показатель изображения был разработан для автома­тической и точной оценки воспринимаемой величины различия ме­жду эталонной и испытуемой последовательностью.

Общим недостатком этих и подобных им методов является то, что результаты зависят от выбора эталонных видеопоследовательностей. Поэтому для их использования необходимо иметь набор стандарти­зованных видеопоследовательностей. Кроме того, необходимо очень точно совмещать сравниваемые последовательности.

Такие системы не предназначены для работы в реальном време­ни и их используют, например, для исследований качества ТВ изобра­жений в цифровых кодеках или системе в целом, включая устройства для кодирования, передачи и декодирования сигналов.

2. Системы, основанные на сравнении параметров эталонного и проверяемого цифровых сигналов (рисунок 3.93). Эти системы имеют меньшую точность, работают в реальном времени и могут применять­ся для проверки готовности службы для гарантии прозрачности про­цесса передачи цифровых сигналов, а также при контроле цифровых сетей передач. Очевидным преимуществом этого метода по сравне­нию с предыдущим является то, что измерительная информация о качестве эталонной видеопоследовательности занимает небольшой объ­ем.

Рисунок 3.94 - . Оценка качества изображения по выходной видеопоследователь­ности

Ее можно легко передать в пункт измерений вместе с цифровым сигналом программы ТВ вещания или каким-либо другим способом, где она сравнивается с аналогичной информацией, соответствующей проверяемому сигналу. В этом случае не требуется иметь в пункте измерений прямой доступ к эталонной видеопоследовательности.

3. Системы, основанные на анализе лишь проверяемого цифрово­го сигнала (рисунок 3.94). Так как сведения об эталонной видеопоследо­вательности в

309

пункте приема отсутствуют, то результаты измерений отражают ухудшение качеств изображения, как в процессе, цифро­вого кодирования, так и при передаче по каналу. Разделить эти виды искажений практически невозможно. Однако такие методы широко применяются для проверки готовности службы.

Методы объективной оценки качества ТВ изображений исполь­зуются в

следующих цифровых системах:

1. Испытания кодеков и устройств для статистического мульти­плексирования цифровых сигналов многопрограммного ТВ вещания.

2. Контроль ЦТВ сетей в перерывах между передачами и в про­цессе передачи.

3. Контроль эталонных видеопоследовательностей до их коди­рования.

4. Непрерывный контроль и прогнозирование качества изобра­жений в процессе вещания в реальном масштабе времени.