基于PQA600的电视节目制播全链路图像质量分析_呼倩.pdf

208电视技术 第 46 卷第 12 期(总第 565 期)SUPERVISION&TESTING监管与检测文献引用格式：呼倩.基于 PQA600 的电视节目制播全链路图像质量分析 J.电视技术，2022，46（12）：208-211.HU Q.Image quality analysis of TV program production and broadcasting based on PQA600J.Video Engineering，2022，46（12）：208-211.中图分类号：TN931.3 文献标识码：A DOI：10.16280/j.videoe.2022.12.053基于 PQA600 的电视节目制播全链路图像质量分析呼 倩（西北大学 文学院，陕西 西安 710061）摘要：随着广播电视系统数字技术的飞速发展，电视系统数字信号的测试标准正在不断完善。当前，关于数字视频的研究集中在抖动、眼图等接口指标上，而评价方法决定了数字图像质量的评价质量。数字电视系统测量方法可以分为主观评价和客观评价两种方法。基于此，对于电视节目直播全链路的图像质量进行探讨，利用 PQA600 图像质量分析仪来分析全链路各个节点和端到端的电视节目图像质量，为提高电视节目全链路图像质量提供参考。关键词：PQA600；直播全链路；图像质量Image Quality Analysis of TV Program Production and Broadcasting Based on PQA600HU Qian(School of Arts,Northwest University,Xian 710061,China)Abstract:With the rapid development of digital technology in radio and television system,the test standard of digital signal in television system is constantly improving.The current research on digital video focuses on jitter,eye diagram and other interface indicators.The evaluation method determines the quality of digital image evaluation.The current digital television system measurement methods can be divided into subjective evaluation and objective evaluation methods.In this paper,the image quality of the whole link of live TV program is discussed,and the PQA600 image quality analyzer is used to analyze the image quality of TV programs at each node and end to end of the whole link,providing a reference for improving the image quality of TV programs in the whole link.Keywords:PQA600;live broadcast full link;image quality0 引 言图像质量测试是利用观看者对于图像质量的主观反应确定系统性能。当前，许多国家的电视测试中心均对于数字图像质量主观评价方法进行了深入研究，提出了单刺激法、双刺激法。其中，双刺激法包括双刺激连续质量评分方法 DSCQS 和双刺激连续质量评分方法 DSCQS1。单刺激方法代表单刺激 11 级质量评分方法（简称 SSQS11 方法）1。在本文中，PQA600 用于分析电视节目从输出到解码器输出的图像质量，以提高节目的最终图像质量。电视节目制作和传播的全过程包括节目采集、编辑、编码和传播。因为人眼具有主观性和单体差异，所以会对于图像产生不同的感受。另外，观看距离、灯光、电视等因素也是导致观众评价结果出现差异的主要原因。为了避免这一问题，需要利用专用设备进行图像质量评价，排除主观评价时外在条件和人员主观差异的影响2。PQA600 是基于人类视觉系统概念的图像质量测量方法，能够对于电视节目直播的全链路实现图像质量分析。1 PQA600 的图像质量测量原理PQA600 对于未处理的原始视频序列播出时，PQA 采集经被测设备或系统处理之后的视频序列。PQA 以两个视频文件为输入，在时间域、空间域下，将选择的两个视频序列进行对准，以此实现帧同步。利用仪器分析对依据提示模型（attention models）和人类视觉系统（HVS）视频质量进行测试，输出结果与主观评测之间具有高度相关（PQR，DMOS），包括总体图像质量累计度量值、每帧损伤映射图示以 电视技术 第 46 卷第 12 期(总第 565 期)209 SUPERVISION&TESTING监管与检测及逐帧测量度量值。（1）图像质量评分（Picture Quality Rating，PQR）。PQR 基于 JND（Just Noticeable Difference）视觉判断模型。利用 PQA600 将处理之后的图像序列素材和源图像序列素材进行对比，寻找存在的差异。这一差异就是图像质量损失。PQR值的范围为025 s，值越高表示失真情况越严重3。PQR 值和主观评价得到的值具有一定关联。一般来说，主观评价得分较高的序列，客观图像质量分析的 PQR 值也相对较小。另外，PQR 值要比观众肉眼观看的效果更为准确，所以能够检测出低于视觉门限的图像损伤。基于人眼视觉模型的测试原理如图 1 所示。参考视频可感知特征提取测试视频时间、空间偏移，增益调整可感知特征差提取可感知特征差分计算可感知特征综合加权计算视频质量测量结果图 1 基于人眼视觉模型的测试原理（2）差异平均主观分（Differential Mean Opinion Score，DMOS），根据主管电视质量评价的 ITU-R BT.5600 技术，同时考虑观众视觉，显示测试序列和参考序列之间的差异4。这一方式是测量观众看到测试序列和参考序列之间的差异程度。感官差异显示出了观众肉眼中可以观察到的序列中的差异位置。（3）峰值信噪比（Peak Signal Noise Ratio，PSNR），意味着信号有效功率和影响自身表示精度的破坏性噪声功率的比值。图像压缩领域中，信号重建质量的测量采用 PSNR 方法。该方法是一种评价图像的客观标准。图像压缩后，参考 PSNR 值，能够判断某一个程序是否可以获得满意结果。在主观评价与 PQR 值之间，可以用 PQR 值为刻度显示与主观评价相关的两个尺度。其中，DSCQS 尺度，其值为 0 100；五级损伤尺度，值为1 5。不同的测试序列得到的测试结果不同，但这三个度量能够定义广泛的一般关系。DSCQS 结果为 0，代表存在可见损伤，对应于五个损伤级别中的第五个，相应的 PQR 值介于 3 和 5。2 全链路图像质量测试数据分析利用 PQA600 对制播链路上各个节点的图像质量进行检测，并对图像质量损失节点进行分析，基于此提出处理措施。2.1 测试链路DNXHD 120 Mbs-1编码方法用于在生产结束时收集测试图像序列，将其打包并转码为 MPEG2-IBP 50 Mbs-1硬件文件，并将其发送到广播系统。发送硬盘驱动服务器将硬件文件解码后，恢复为HD-SDI 信号。播出后经过总控系统中的基带光端机将其发送到有线电视网络和地球站，经过编码传输，形成标清信号5。高清信号和电视传输使用 H.264 8 Mbs-1编码方式，高清卫星信号采用AVS+12 Mbs-1。2.2 测试节点选取 9 个节点进行测试，信号格式包括标清信号和高清信号，其中 6 个高清信号，3 个标清信号。测试信号格式与测试项目如表 1 所示。表 1 测试内容测试 节点信号 格式测试项目T1高清打包服务器 MPEG2-IBP 50 Mbs-1文件解码输出T2高清播出服务器 MPEG2-IBP 50 Mbs-1文件解码输出T3高清制作网 DnxHD120 Mbs-1编码文件解码输出T4高清高清机顶盒输出T5高清H.264 Mbs-1高清解码器输出T6高清AVS+高清解码器输出T7标清有线传输 MPEG2 标清解码器输出T8标清地球站 MPEG2 标清解码器输出T9标清下变换器输出2.3 测试设备仪器测试所需要的仪器如表 2 所示。210电视技术 第 46 卷第 12 期(总第 565 期)SUPERVISION&TESTING监管与检测表 2 测试仪器序号设备数量厂家1PQA6001上海五久自动化设备有限公司2高清机顶盒1同洲3AVS+高清解码器1流金岁月4MPEG2 标清解码器1爱立信5H.264 高清解码器1爱立信3 测试结果在电视节目的制作与播出过程中，根据关键节点来分析图像质量。电视节目制播全链路 PQR 值测试结果如表 3 所示。4 结果分析4.1 高清节目直播前链路图像质量分析从表3的结果可以看出，制作系统使用DNXHD 120 Mbs-1编码方法。这一方法收集的文件对程序的图像质量的损伤非常小，几乎没有损坏。经过制作系统转码生成的 MPEG2-IBP 50 Mbs-1文件会影响图像质量，但观众很难用肉眼感知6。对于相同的 MPEG2-IBP 50 Mbs-1文件，非可编程卡的图像质量输出相对低于硬盘广播服务器的输出，但差距较小。而卫星使用的 AVS+12 Mbs-1编码方式与有线电视传输用的 H.264 编码方式相比较，因为卫星使用的方式具有较高的编码码率，因此图像质量损失要更低。家用高清机顶盒和广播级别的解码器相对来说，机顶盒因为使用民用级别的解码芯片，所以图像质量损失大约在 10%。4.2 高清标清同播电视节目制播全链路图像质量分析卫星传输和有线电视传输的编码方式、码率相表 3 电视节目直播全链路 PQR 值测试节点PQR 值类型测试序列 1测试序列 2测试序列 3测试序列 4测试序列 5平均T1最小值 0.0320.028 0.048 0.0280.042 0.036最大值 2.4101.079 1.328 0.7641.149 1.346整体值 1.3620.817 1.048 0.6720.866 0.953T2最小值 0.0540.048 0.161 0.0720.087 0.084最大值 3.1841.907 2.904 1.9484.407 2.798整体值 2.6961.389 2.098 1.0882.329 1.920T3最小值 0.1120.081 0.161 0.0680.154 0.115最大值 3.6981.866 3.307 1.5272.660 2.612整体值 2.7611.372 2.217 1.0702.034 1.891T4最小值 0.2130.113 0.268 0.1040.198 0.179最大值 6.5063.124 5.712 2.9456.476 4.953整体值 5.6842.508 4.761 1.8965.467 4.063T5最小值 0.6850.081 0.545 0.0990.545 0.391最大值 8.7463.987 8.627 3.2359.034 6.726整体值 7.2152.955 6.136 1.9336.998 5.047T6最小值 1.1380.766 1.101 0.6670.844 0.911最大值 8.8615.798 7.593 3.6558.883 6.958整体值 7.1864.