基于主观和客观图像质量选取AVS+优化参数的评测方法

□ 杨锐 房靖基 范冠平

2014年3月18日，国家新闻出版广电总局与工业和信息化部联合发布了《广播电视先进视频编解码（AVS+）技术应用实施指南》（新广电【2014】075号）,《指南》按照“快速推进、平稳过渡、增量优先、兼顾存量”的原则，明确了分类、分步骤推进AVS+在卫星、有线、地面数字电视及互联网电视和IPTV等领域应用的时间表。从2014年7月1日起，AVS+将在全国广电高清领域全面铺开。AVS+的应用实施，预计将从央视开始，逐步推广到各地的高清频道。AVS+央视高清及省级高清频道已经推广接近30路，后续还会有更多的上星高清频道转换AVS+格式。

随着经济的发展、技术的发展，电视用户对视频节目的质量要求越来越高，从标清到高清、到3D，每一次技术的变革都给观众带来全新的体验。而近几年出现的4K超高清技术，给观众以极致的感官享受，日渐普及的4K电视也成为消费者在购买电视产品时的重要依据。

随着国家的发展，人民的生活水平也在不断提高，4K等高清电视也逐步走进每家每户，用户更加注重直播频道的观看效果，目前IPTV基本上都是使用H.264的数字视频压缩格式进行传输播放。在头端编码方面，不同的编码转码为H.264的参数会对画面质量造成一定的影响，通过评测选取一个转码参数很有必要。

一、主观评测机顶盒的解码能力

每个运营商在用户家投放的机顶盒一般都有多款型号，而每款机顶盒使用的内置芯片CPU都各有不用，导致同一文件在不同机顶盒播放显示效果有差异。在此次测试中，机顶盒1表现最佳，优于机顶盒2和机顶盒3，所以选择性能好的机顶盒，让用户体验更好的观看效果。

（一）测试方法

使用同一个CCTV-1高清视频文件，在三款不同型号机顶盒通过4K电视进行播放，通过17个观测人员对播放画质进行评分比对。

1.素材参数

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2.评分规则

使用同一个CCTV-1高清视频文件，在三款不同型号机顶盒通过4K电视进行播放，测试人员根据视觉效果进行打分，评分为10分制。

（二）评分结果

使用同一个CCTV-1高清视频文件，在三款不同型号机顶盒通过4K电视进行播放对比，总共有17人参加了主观画质评分，评分对比结果如下：

二、基于品牌——画质测试仪器评测编码参数

（一）感知视频质量值解析

感知视频质量值，能够准确地检测到视频信号中的失真，并且同时给出PVQ计分。PVQ计分类似于平均主观计分(Mean Opinion Score,MOS)。当传送流中没有所谓技术“错误”时，可以使用感知视频质量值计分测量，以度量压缩域中的视频质量。PVQ计分提供PVQ的最小值、最大值和平均值，它对因过压缩引起的某些失真十分敏感，对色度细节的影响特别明显。

（二）测试拓扑

（三）测试原理

对比转码器不同参数输出码流进行测试，使用品牌一画质测试仪器进行感知视频质量值评分。值等级可实时划分为0至5级(5级为质量最佳)。

（四）测试结果

对比转码器不同参数输出码流进行测试，使用品牌一画质测试仪器进行感知视频质量e值，对编码参数进行调整后感知视频质量值有所提升，增加了0.15。评分如下：

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三、基于品牌二画质测试仪器评测编码参数

（一）PSNR值解析

峰值信噪比（PSNR），是“Peak Signalto Noise Ratio”的缩写，是一种评价图像的客观标准，具有一定局限性。peak的中文意思是顶点，而ratio的意思是比率的。整个意思就是到达噪音比率的顶点信号。PSNR一般用于最大值信号和背景噪音之间的一个工程项目。通常影像压缩之后，输出的影像都会在某种程度上与原始影像不同。为了衡量经过处理后的影像品质，我们通常会参考PSNR值来衡量某个处理程序能否令人满意。它是原图像与被处理图像之间的均方误差相对于(2^n-1)^2的对数值(信号最大值的平方，n是每个采样值的比特数)，它的单位是dB。MATLAB用法的公式如下：

其数学公式如下图所示：

其中，MSE是原图像与处理图像之间均方误差。Peak就是指8bits表示法的最大值255。MSE指MeanSquareError，I(角标 n)指原始影像第 n 个 pixel值，P(角标 n)指经处理后的影像第n个pixel值。PSNR的单位为dB。所以PSNR值越大，就代表失真越少。

（二）DMOS值解析

差异平均主观评分(DMOS),被ITU R BT.500描述的主观评定预测测量。人是图像的最终接收者，因此，主观质量评价是最为可靠的图像质量评价方法。最常用的方法是平均主观分值法(MOS)和差分主观分值法(DMOS)。平均主观分值法(MOS)是通过不同观测者对于图像质量评价得出的主观分值进行平均来得到归一化的分值，用这个分值来表示该图像质量。它一般有五个标准：优，良，中，差，劣。对应这五个标准有两种类型的分值：图像主观绝对分值和图像主观相对分值，主观绝对分值意思是观测者对于图像本身的主观分值，主观相对分值意思是观测者对于图像在一组图像中的相对其他图像的主观分值，如表1和2所示。

表1 图像主观绝对分值

表2 图像主观相对分值

差分主观分值法(DMOS)，它是建立在平均主观分值法(MOS)分值基础上，它的计算公式如下：

这里，di,j代表观测者对于参考图像和失真图像评分的差异值。最后对di,j′取平均值，可以得到DMOS值。好品质=较低的数字。

（三）PQR 值解析

PQR–图像质量等级建基于Just Noticeable Difference(JND)概念，通过观察者能注意到参考图像和测试图像差异的值进行判断。参考图像和测试图像的差异值越小，说明品质越好，差异值越高说明品质越差。

（四）测试原理及拓扑

第1步：

使用接收机进行等节目AVS+流录制，使用视频切割软件对进行流进行多个场景的切割。

第2步：

使用推流软件将步骤1中切割好的场景分别使用推流软件输入转码器进行转码H.264输出。

第3步：

将接收机录制的场景流作为基准，将第2步转码器输出录制的场景与基准进行比对、打分，最终输出PSNR值、PQR值、DMOS值比对。

（五）测试结果

将接收机录制的场景流作为基准，将转码器输出的场景与基准进行比对，对某品牌二画质测试仪器打分，输出PSNR值、PQR值、DMOS值进行比对。经编码优化后输出画质进行评测打分有明显提高。测试数据如下：

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四、结语

随着AVS+技术的不断完善及推进，我国拥有自主知识产权的“AVS+”视音频编码标准将进入大规模应用阶段。随着经济的发展、技术的发展，电视用户对视频节目的质量要求越来越高。现在IPTV产业正在引领超高清视频时代，致力于为用户提供全4K新体验，目前已颁布我国自主知识产权的第二代数字音视频编解码技术标准AVS2。AVS2的编解码效率及复杂度与H.265大致相当，支持超高分辨率(4K以上)、高帧率、高量化精度、高动态范围视频的高效压缩，我们可以共同探讨是否可以使用AVS+转码为H.264的参数调优方法，使用专业仪器设备通过不断的测试调试出一个AVS2优化的参数，为广大用户提供全新的视觉。