浅析数字电视图像质量测量系统

【摘 要】欧洲在20世纪80年代首先提出数字电视的概念，数字电视开始逐渐地普及。我国的广播电视数字技术的发展也十分迅速，数字化与网络化是各地电视台广播电视系统的发展方向.自从开始研究数字电视以来，我国取得了许多成就，伴随着卫星转播全部数字化的实现，许多电视台的制作编辑室、演播室以及播出通道等的数字化改造都已经完成。广播电视主管机构在蓬勃发展的数字化进程中大力的推进着电视的网络化与数字化的进程。数字电视视频测量作为电视数字化中的一个非常重要的部分，越来越受到大家的关注。本文通过对数字电视视频测量全过程的阐述，并有机的将DVB、传输调制测量、TS测量以及画面编码测量结合起来，同时利用分层的观点对问题进行全面的分析和探讨，并规范化表述了个分层的测量要点，供大家参考。

【关键词】数字电视 图像质量 测量

一、引言

随着我国国民经济的快速发展，人民群众的物质生活水平有了极大的改善，与此同时，人民群众对精神文化领域的需求也越来越高。数字电视作为人民群众生活中不可或缺的重要组成部分，得到了越来越广泛的推广和普及。伴随着数字电视技术在广播电视领域中的深深植入，新技术的应用对广播电视系统（包括发射/传输系统、电视播出系统以及接收显示系统）的质量测评提出了更新的测量标准。其中更为重要的就是对数字电视图像质量的测量。本文分析并探讨了数字电视质量测量的标准以及方法。

二、数字电视图像质量测量概述

作为一种视听传媒，电视的系统质量的高低以及行性能的优劣直接决定了其播出时的图像质量以及音质。传统的模拟电视图像在进行图像测量时是将测试信号（比如黑场信号、多波群信号以及彩条信号等）通过对标准信号源送到被测电视制作播出系统之后，通过技术指标（例如信噪比、幅频特性、微分相位以及微分增益等）量化评价电视制作系统输出图像质量[1]。

在进入数字化时代之后，广播电视行业的制作播出系统在其主要的环节当中使用的电路技术与模拟电视完全不同，例如纠错保护的信道编制以及解码，视频压缩的信源码以及解码，再加上高码率的调制以及解调技术等。系统的基本质量直接取决于视频压缩的编码以及解码环节，因此常规模拟电视的失真与此环节导致的图像质量下降两者之间的差别很大。对于评价常规模拟电视的方法以及对其信号和图像的测试显然已经过时，远远做不到对数字电视视频的损伤程度进行正确以及全面的反映。因此针对数字电视图像质量确定一个新的测量系统变得十分重要。

三、主观评价方法

现在，主观评价是测试数字电视图像质量的最重要的方法。系统性能的确定是通过观看者在观看时对被测的图像质量产生的主观方面的反应来进行测试的这样一种方法就是主观评价[2]。

（一）评价系统信号源

评价测试图像信号被评价系统信号源直接送到设备或被测系统的输入端，与此同时，评价系统信号源在主观评价当中还被当作基准图像信号。由于确保评价结果的稳定有效的重要条件之一就是基准图像无缺损，所以应该采用高质量的电视标准信号源设备以及显示器。

（二）主观评价观看时的条件

因为观看位置、观看距离、图像亮度、尺寸、对比度等因素都和电视图像主观质量有很大的关系。所以，上述的观看条件在我国制定的主观评价标准中都有比较详细的说明，如图2[4]所示。

（三）主观评价测试图像

作为主观评价的基础，测试图像直接影响了评价结果，所以，在进行测试图像素材的选择时，既要严格要求，又不能过分要求。伴随着《标准清晰度数字电视主观评价用测试图像》在2007年12月的颁布，我国基本上已经建立了可以使数字电视主观评价要求得到满足的测试图像库[5]。

（四）主观评价测试的方法

所使用的方法是否能够保证评价效果的稳定有效是主观评价的关键。所以采用不同的评价方法针对不同的评价目的是非常重要的。我国在相关标准中已经对双刺激连续质量标度在数字电视基本评价中的运用做出了规定。这个方法除了要现实评分被测系统的输出图像，另外，还要显示评分被测系统的输入图象。在这里，作为评价的基准图像的是输入图像，而作为被测图像的是输出的图像。

对图像的直观质量的真实反映是图像质量的主观评价方法最大的特点，没有技术障碍以及可靠的评价结果等都是其优点。同时，主观评价方法也存在着很多不足，较多的时间的耗费以及较高的费用，再加上质量评价的难以实时实现等都是其不足之处。而且主观评价的结果在实际应用中还会受到观察环境、观看者观测动机以及知识背景等多种因素的影响。不是所有的场合都适用主观评价，因此要想克服这些去电，我们还可以运用客观图像质量评价方法。

四、客观测量方法

在数字电视系统中，图像转码、压缩以及采样设备等都是专业广播设备，很难通过肉眼对不同设备之间图像质量的不同之处进行精细的量化。并且因为主观评价的方法实时性较差且存在随机性，所以很多时候评价视频质量是通过程序或仪器来完成的，这就是所谓的视频质量客观测试方法。对数字视频处理效果的评价有特定算法的程序或仪器运行来完成，不仅使外在条件以及人员的差异在主观评价时的影响得到排除，还可以使财力、物力以及人力得到了大量的节约。如下图3.

伴随着不断深入发展的人眼视觉系统（HVS）研究，在客观图像质量评价方法中，开始越来越多的广泛运用到基于人眼视觉感知的方法。利用HVS生理特征建立起了许多图像质量客观评价模型，而且还在研究成果上有一定的进步。

对图像质量进行客观评价的方法为：以人眼的主观视觉系统为根据进行数学模型的建立，将测试视频和参考视频中人眼较敏感的边缘、连惯性以及亮度等信息通过该数学模型提取出来，然后在给出评价价值之前，先针对这些特征做出查分评价。下图4展示了其处理过程以及基本原理。

由于人眼的主观评价过程基本上为客观测试过程所模拟，所以客观测试的结果主观评价的结果保持了较高的模拟性，高清数字电视图形处理系统基本上可以被客观地反映出来其中的优劣。采用两个视频文件作为数字电视图像质量评价测试的输入，其中一个是参考视频序列经过损伤后、经处理过或经过压缩后的序列版本，而且其中的另一个则是原始的参考视频序列。