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如何用图像质量分析仪快速测量高清图像的系统性能？ |
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作者：Winfried Schultz |
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HD(高清)电视系统的目的是创造一种新的品质体验(QoE)。这种QoE由几个因素决定，其中最重要的就是图像和声音质量。质量与内容之间呈反比关系。当质量相同时，内容就成为决定节目优劣的关键，而内容相同时，质量则成为决定因素。无论如何，电视总是一种商业行为，每家运营商都必须确定一种策略来平衡内容与质量之间的矛盾。
测试与测量的目的不外乎提高和管理节目质量。与汽车行业类似，我们必需接受这样一个事实，那就是质量控制并不是一个在节目制作后期进行修修补补的过程，必须从一开始就着手，并且在节目制作过程中的每一个环节都贯彻执行。
尽管模拟信号与全带宽数字视频的质量能够通过测量静态测试信号的失真来间接表征，但压缩电视系统面临更加艰巨的挑战。一个压缩系统中的图像质量可能随数据率、图像复杂度以及所采用的编码算法不同而动态变化。测试信号的静态本质并不能反映图像质量的真实特征。此时，可以采用带有正常内容与运动图像的测试场景来测量信号质量，并根据观众的报告确定测量结果，但这种评估压缩视频系统性能的方法效率低得可怜。泰克公司的图像质量分析仪PQA500则为图像质量的主观评估提供了一种快速、实用、可重复并且客观的测量方案。
PQA500介绍
PQA500的输入是两个视频文件：一个原始参考视频序列文件和一个经压缩或处理过的受损参考文件。首先，PQA500无需视频序列中内嵌的校准条纹即可对这两个输入序列进行空间和时间的对齐，然后根据人类视觉系统与注意力模型对测试视频的质量进行分析，并输出一个与主观评价高度相关的质量测量结果，其中包括输入视频的整体质量报告、逐帧测量结果以及每一帧图像的受损图。此外，PQA500还提供了PSNR(峰值信噪比)等作为行业基准的传统图像质量测量数据，以及用于测量典型视频损伤和检测图像瑕疵的图像损伤诊断工具包。
图1：泰克公司的PQA500图像质量分析卡和MTM 400 MPEG传输数据流监测
每一个参考视频序列和测试短片都有不同的分辨率和帧速率。PQA500可进行HD和SD之间、SD和CIF之间及其它多种组合方式下的图像质量测量。PQA500还支持时间不限的测量短片，允许通过各种转换技术对整部电影的图像质量进行定量测试。
SMPTE 372M标准
为了获得最佳品质的视频材料，1080p50或1080p60格式成了最佳选择。由于这两种格式需要在后期制作中进行RGB 4:4:4处理，因此需要高速接口来处理额外的数据。目前，大多数设备都依靠双链路来实现这一高速接口，但SMPTE 372M双链路标准在传输视频和音频数据时支持多种模式与色彩空间。要提供一流的测量结果，必须进行单通道分析、通道间时序测量，并为色彩分级应用提供组合波形与矢量。泰克公司的WFM/WVR7120模块化波形监测产品系列就能为此类应用提供详尽的分析，其精度足以在1.5Gbit/s下进行可靠的物理层测量。
唇同步问题
电视信号中最让人讨厌的品质损伤是音视频的不同步。这种问题在业界被称作唇同步问题。当音频处理与视频处理的时间出现差异，二者没有正确对齐时，就会产生这种问题。
业界已经有人尝试利用在线测试和纠正方法来解决这个问题，但大多数编码方案实际上都砍掉了辅助数据域，而传统在线测试信号就位于这个辅助数据域内。随着多通道音频和压缩格式的环绕声音频的日益普及，这一问题解决起来变得更加困难。
因此利用一组特定的音视频程序进行离线测试仍是可选的方法之一。尽管大多数信号采用的测试模式需要依靠操作员的听觉与视觉来寻找音视频之间的正确定时关系，但泰克提供的获奖测试程序如今不但在高端分析仪中有，在新的WFM7120也有集成。
在使用这种测试程序时，首先要将一组相关的音频与视频测试信号送入系统，然后由波形监视器对这组音、视频之间的时序差异进行精确测量。该测试信号支持SD和HD数字格式。
跨层监测
HDTV能否取得商业成功，关键取决于能否为收看者提供最佳的图像质量。在卫星和有线电视应用中处于领先地位的标准是H.264/MPEG-4 Part 10，而在IP领域占主导地位的是VC-1和H.264。
要想充分利用这些视频编解码器的所有潜在好处，就必须正确地调试信号传送通道，不论这种通道是卫星传输、有线传输、地面传输还是IP传输。在移动电视中使用的是CIF或QCIF等分辨率较低的格式，但存在的问题与IP通道非常相似。对于传统的卫星电视、有线电视或地面广播电视等系统来说，必须同时关注射频域和视频域。
这种方法被称作跨层监测，是一种预处理方法，在遇到传输问题时能进行快速的故障隔离与故障根源识别。为了达到规模效益，泰克公司在其仪器中引入了射频通道轮流检测机制，可以在各个通道间进行智能的循环检测，同时仍能优先处理关注度较高或价值较高的通道。在IP域，现在已经可以实现跨许多段的快速监测，能立刻指示重要的信号故障并加以深入诊断，从而帮助设计人员正确查找问题所在。
MTM400 MPEG、射频和IP监视器可确保服务质量要求和服务等级约定得到追踪和满足。
基础数据流分析
为了改善H.264质量，泰克还开发了一套测试套件用于基础数据流分析，以提高编程效率。该套件包含一个H.264复接器、一个缓存分析仪和一个传输流分析仪。其中H.264复接器可以帮助用户利用泰克的Vclips测试数据流库创建测试传输流，缓冲器分析仪用于验证机顶盒设计和数据流的一致性，传输流分析仪则用于确保传输的是经H.264编码的数据流。
该测试套件配合MT430等测试硬件就能进行实时测量。为了改善连接性与跨层测试功能，升级后的MT430已具备多种射频与IP接口。
要支持HDTV的端到端测试需要不同域中的各种测试工具与专业技术，例如未压缩的多种格式视频和音频、用于播放的压缩视频以及存储与工作流程所需的文件型视频等域。
作者：Winfried Schultz
Tektronix视频仪器营销经理
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(9/4/2008) |
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