測量高清圖像系統(tǒng)性能，圖像質(zhì)量分析儀是如何實現(xiàn)的？

HD(高清)電視系統(tǒng)的目的是創(chuàng)造一種新的品質(zhì)體驗(QoE)。這種QoE由幾個因素決定，其中最重要的就是圖像和聲音質(zhì)量。質(zhì)量與內(nèi)容之間呈反比關(guān)系。當(dāng)質(zhì)量相同時，內(nèi)容就成為決定節(jié)目優(yōu)劣的關(guān)鍵，而內(nèi)容相同時，質(zhì)量則成為決定因素。無論如何，電視總是一種商業(yè)行為，每家運(yùn)營商都必須確定一種策略來平衡內(nèi)容與質(zhì)量之間的矛盾。

　　測試與測量的目的不外乎提高和管理節(jié)目質(zhì)量。與汽車行業(yè)類似，我們必需接受這樣一個事實，那就是質(zhì)量控制并不是一個在節(jié)目制作后期進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ)的過程，必須從一開始就著手，并且在節(jié)目制作過程中的每一個環(huán)節(jié)都貫徹執(zhí)行。

　　盡管模擬信號與全帶寬數(shù)字視頻的質(zhì)量能夠通過測量靜態(tài)測試信號的失真來間接表征，但壓縮電視系統(tǒng)面臨更加艱巨的挑戰(zhàn)。一個壓縮系統(tǒng)中的圖像質(zhì)量可能隨數(shù)據(jù)率、圖像復(fù)雜度以及所采用的編碼算法不同而動態(tài)變化。測試信號的靜態(tài)本質(zhì)并不能反映圖像質(zhì)量的真實特征。此時，可以采用帶有正常內(nèi)容與運(yùn)動圖像的測試場景來測量信號質(zhì)量，并根據(jù)觀眾的報告確定測量結(jié)果，但這種評估壓縮視頻系統(tǒng)性能的方法效率低得可憐。泰克公司的圖像質(zhì)量分析儀PQA500則為圖像質(zhì)量的主觀評估提供了一種快速、實用、可重復(fù)并且客觀的測量方案。

　　PQA500介紹

　　PQA500的輸入是兩個視頻文件：一個原始參考視頻序列文件和一個經(jīng)壓縮或處理過的受損參考文件。首先，PQA500無需視頻序列中內(nèi)嵌的校準(zhǔn)條紋即可對這兩個輸入序列進(jìn)行空間和時間的對齊，然后根據(jù)人類視覺系統(tǒng)與注意力模型對測試視頻的質(zhì)量進(jìn)行分析，并輸出一個與主觀評價高度相關(guān)的質(zhì)量測量結(jié)果，其中包括輸入視頻的整體質(zhì)量報告、逐幀測量結(jié)果以及每一幀圖像的受損圖。此外，PQA500還提供了PSNR(峰值信噪比)等作為行業(yè)基準(zhǔn)的傳統(tǒng)圖像質(zhì)量測量數(shù)據(jù)，以及用于測量典型視頻損傷和檢測圖像瑕疵的圖像損傷診斷工具包。

　　每一個參考視頻序列和測試短片都有不同的分辨率和幀速率。PQA500可進(jìn)行HD和SD之間、SD和CIF之間及其它多種組合方式下的圖像質(zhì)量測量。PQA500還支持時間不限的測量短片，允許通過各種轉(zhuǎn)換技術(shù)對整部電影的圖像質(zhì)量進(jìn)行定量測試。

　　SMPTE372M標(biāo)準(zhǔn)

　　為了獲得最佳品質(zhì)的視頻材料，1080p50或1080p60格式成了最佳選擇。由于這兩種格式需要在后期制作中進(jìn)行RGB 4:4:4處理，因此需要高速接口來處理額外的數(shù)據(jù)。目前，大多數(shù)設(shè)備都依靠雙鏈路來實現(xiàn)這一高速接口，但SMPTE 372M雙鏈路標(biāo)準(zhǔn)在傳輸視頻和音頻數(shù)據(jù)時支持多種模式與色彩空間。要提供一流的測量結(jié)果，必須進(jìn)行單通道分析、通道間時序測量，并為色彩分級應(yīng)用提供組合波形與矢量。泰克公司的WFM/WVR7120模塊化波形監(jiān)測產(chǎn)品系列就能為此類應(yīng)用提供詳盡的分析，其精度足以在1.5Gbit/s下進(jìn)行可靠的物理層測量。

　　唇同步問題

　　電視信號中最讓人討厭的品質(zhì)損傷是音視頻的不同步。這種問題在業(yè)界被稱作唇同步問題。當(dāng)音頻處理與視頻處理的時間出現(xiàn)差異，二者沒有正確對齊時，就會產(chǎn)生這種問題。

　　業(yè)界已經(jīng)有人嘗試?yán)迷诰€測試和糾正方法來解決這個問題，但大多數(shù)編碼方案實際上都砍掉了輔助數(shù)據(jù)域，而傳統(tǒng)在線測試信號就位于這個輔助數(shù)據(jù)域內(nèi)。隨著多通道音頻和壓縮格式的環(huán)繞聲音頻的日益普及，這一問題解決起來變得更加困難。

　　因此利用一組特定的音視頻程序進(jìn)行離線測試仍是可選的方法之一。盡管大多數(shù)信號采用的測試模式需要依靠操作員的聽覺與視覺來尋找音視頻之間的正確定時關(guān)系，但泰克提供的獲獎測試程序如今不但在高端分析儀中有，在新的WFM7120也有集成。

　　在使用這種測試程序時，首先要將一組相關(guān)的音頻與視頻測試信號送入系統(tǒng)，然后由波形監(jiān)視器對這組音、視頻之間的時序差異進(jìn)行精確測量。該測試信號支持SD和HD數(shù)字格式。

　　跨層監(jiān)測

　　HDTV能否取得商業(yè)成功，關(guān)鍵取決于能否為收看者提供最佳的圖像質(zhì)量。在衛(wèi)星和有線電視應(yīng)用中處于領(lǐng)先地位的標(biāo)準(zhǔn)是H.264/MPEG-4Part10，而在IP領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的是VC-1和H.264。

　　要想充分利用這些視頻編解碼器的所有潛在好處，就必須正確地調(diào)試信號傳送通道，不論這種通道是衛(wèi)星傳輸、有線傳輸、地面?zhèn)鬏斶€是IP傳輸。在移動電視中使用的是CIF或QCIF等分辨率較低的格式，但存在的問題與IP通道非常相似。對于傳統(tǒng)的衛(wèi)星電視、有線電視或地面廣播電視等系統(tǒng)來說，必須同時關(guān)注射頻域和視頻域。

　　這種方法被稱作跨層監(jiān)測，是一種預(yù)處理方法，在遇到傳輸問題時能進(jìn)行快速的故障隔離與故障根源識別。為了達(dá)到規(guī)模效益，泰克公司在其儀器中引入了射頻通道輪流檢測機(jī)制，可以在各個通道間進(jìn)行智能的循環(huán)檢測，同時仍能優(yōu)先處理關(guān)注度較高或價值較高的通道。在IP域，現(xiàn)在已經(jīng)可以實現(xiàn)跨許多段的快速監(jiān)測，能立刻指示重要的信號故障并加以深入診斷，從而幫助設(shè)計人員正確查找問題所在。

　　MTM400 MPEG、射頻和IP監(jiān)視器可確保服務(wù)質(zhì)量要求和服務(wù)等級約定得到追蹤和滿足。

　　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流分析

　　為了改善H.264質(zhì)量，泰克還開發(fā)了一套測試套件用于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流分析，以提高編程效率。該套件包含一個H.264復(fù)接器、一個緩存分析儀和一個傳輸流分析儀。其中H.264復(fù)接器可以幫助用戶利用泰克的Vclips測試數(shù)據(jù)流庫創(chuàng)建測試傳輸流，緩沖器分析儀用于驗證機(jī)頂盒設(shè)計和數(shù)據(jù)流的一致性，傳輸流分析儀則用于確保傳輸?shù)氖墙?jīng)H.264編碼的數(shù)據(jù)流。

　　該測試套件配合MT430等測試硬件就能進(jìn)行實時測量。為了改善連接性與跨層測試功能，升級后的MT430已具備多種射頻與IP接口。

　　要支持HDTV的端到端測試需要不同域中的各種測試工具與專業(yè)技術(shù)，例如未壓縮的多種格式視頻和音頻、用于播放的壓縮視頻以及存儲與工作流程所需的文件型視頻等域。