3.3.3.3 Контроль якості зображень в цифрових телевізійних системах
Очевидно, що для контролю якості роботи ЦТВ системи недостатньо аналізу протоколів цифрового потоку і вимірювання параметрів модульованого сигналу. Основним критерієм випробувань ЦТВ систем є якість відновленого після декодування зображення, оцінка якого використовується для перевірки працездатності системи порівняння кодеків, вибору ефективних алгоритмів кодування і декодування відеоінформації і рішення інших задач.
Рисунок
3.92 - Оцінка якості зображення з
використанням порівняння еталонної і
випробовуваної відеопослідовностей
Для оцінки якості зображень в ЦТВ системах використовують суб'єктивні експертизи. Існуючі методи суб'єктивної оцінки якості засновані на візуальному порівнянні зображень, відповідних відеосигналам на вході і виході системи, що перевіряється, або визначенні якості зображень, що відповідає сигналу на виході системи. Такі експертизи використовують як випробувальних нерухомі зображення, які слабо характеризують якість стислого зображення. Для суб'єктивної оцінки якості зображень в сучасних системах ЦТВ може застосовуватися процедура з одним стимулом і безперервною оцінкою якості. Ця процедура, в якій якість безперервно оцінюється за тривалий період: від 10 до 20 хвилин. Дані беруться на безперервній шкалі кожні декілька секунд. Оцінкою є розподіл кількості часу, який займає приватна оцінка. Цей метод добре узгоджується із зміною в часі якості сьогоднішніх цифрових систем, проте при використанні цього методу зміст програми сильно впливає на оцінку якості зображення.
Такі експертизи вимагають великого об'єму випробувань і значних витрат часу. Це утрудняє практичне застосування стандартних методів в процесі експлуатації систем і в аналогічних випадках, коли потрібна достатньо швидка оцінка якості ТБ зображень, зокрема в реальному часі.
Тривалість процесу оцінки і об'єм випробувань помітно зменшуються, якщо перейти до об'єктивних методів визначення якості зображення. Вони грунтуються на інструментальному вимірюванні змін параметрів цифрового відеосигналу, що вносяться системою, включаючи випадання окремих його фрагментів і появу нових компонентів у вигляді перешкод .
Існують наступні системи для об'єктивної оцінки і вимірювань якості зображень в цифровому .телевидении.
1. Системи із застосуванням джерела еталонного сигналу, відповідного відеопослідовності до її кодування (рисунок 3.92). У цих системах, що відрізняються високою точністю результатів вимірювань, використовується порівняння еталонного сигналу з сигналом на виході ділянки тракту або всього тракту, що перевіряється. Очевидним методом порівняння сигналів є обчислення
Рисунок 3.93 - . Оцінка якості з використанням порівняння параметрів на вході і виході тракту, що перевіряється
різниці між ними без якої-небудь фільтрації або обробки. Якщо різниця нульова, то зображення ідентичні. Коли сигнали відрізняються, може бути розрахована среднеквадратическая помилка. Іншим способом виражати відмінність сигналів є обчислення відношення сигнал/шум, при якому розраховується логарифм відношення квадрата максимального сигналу до среднеквадратической помилки. Проте добре відомо, що такий критерій може надавати помилкові свідчення. Наприклад, розглянемо порівняння двох типів спотворень: один — додавання шумів, які викликають зміну п'яти рівнів квантування, і другий — додавання декілька меншого числа блокових помилок, які викликають зміну двох рівнів квантування. Останнє спотворення має менше значення среднеквадратической помилки, проте суб'єктивно сприймається значно гірше.
Через це були запропоновані ряд методів поліпшення оцінки якості, заснованих на різниці сигналів, наприклад, метод моделювання зорової системи людини. Якісний показник зображення, що базується на цьому методі, був розроблений для автоматичної і точної оцінки сприйманої величини відмінності між еталонною і випробовуваною послідовністю.
Загальним недоліком цих і подібних ним методів є те, що результати залежать від вибору еталонних відеопослідовностей. Тому для їх використання необхідно мати набір стандартизованних відеопослідовностей. Крім того, необхідно дуже точно суміщати порівнювані послідовності.
Такі системи не призначені для роботи в реальному часі і їх використовують, наприклад, для досліджень якості ТБ зображень в цифрових кодеках або системі в цілому, включаючи пристрої для кодування, передачі і декодування сигналів.
2. Системи, засновані на порівнянні параметрів еталонного і такого, що перевіряється цифрових сигналів (рисунок 3.93). Ці системи мають меншу точність, працюють в реальному часі і можуть застосовуватися для перевірки готовності служби для гарантії прозорості процесу передачі цифрових сигналів, а також при контролі цифрових мереж передач. Очевидною перевагою цього методу в порівнянні з попереднім є те, що вимірювальна інформація про якість еталонної відеопослідовності займає невеликий об'єм.
Малюнок 3.94 - . Оцінка якості зображення по вихідній відеопослідовності
Її можна легко передати в пункт вимірювань разом з цифровим сигналом програми ТБ віщання або яким-небудь іншим способом, де вона порівнюється з аналогічною інформацією, відповідною сигналу, що перевіряється. В цьому випадку не потрібно мати в пункті вимірювань прямого доступу до еталонної відеопослідовності.
3. Системи, засновані на аналізі цифрового сигналу, що лише перевіряється (рисунок 3.94). Оскільки відомості про еталонну відеопослідовність в
пункті прийому відсутні, то результати вимірювань відображають погіршення якостей зображення, як в процесі, цифрового кодування, так і при передачі по каналу. Розділити ці види спотворень практично неможливо. Проте такі методи широко застосовуються для перевірки готовності служби.
Методи об'єктивної оцінки якості ТБ зображень використовуються в
наступних цифрових системах:
Випробування кодеків і пристроїв для статистичного мультиплексування цифрових сигналів багатопрограмного ТБ віщання.
Контроль ЦТВ мереж в перервах між передачами і в процесі передачі.
Контроль еталонних відеопослідовностей до їх кодування.
Безперервний контроль і прогнозування якості зображень в процесі віщання в реальному масштабі часу.