简析数字电视图像质量的主观评价
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【编者按】 2003年国家提出广播电视数字化建设工程，并决定首先从有线电视入手，近年来，有线电视由模拟向数字化整体转换工作也基本实现，这样原有的模拟电视工程技术的测试理论及方法也失去了应有的意义。从2010年开始，在广播电视一年一度的技术维护年检工作中，有线电视传输的数字图像及声音的测试，由于缺乏数字测试仪器，依据《 GB/T22123-2008数字电视接收设备图像和声音主观评价方法》（此标准由中华人民共和国信息产业部制订、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会）进行主观测试。《简析对数字电视图像质量的主观评价》一文，从基于人眼看到的数字电视图像效果的质量及主观评价方面来细释国家标准，以提高业内人士的关注。
在传统的模拟电视系统工程技术中，有着及其规范和直观的图像基带测试理论和主观评价方法，对于目前数字电视节目制作系统（电视台节目制作）和传输系统（有线数字电视传输）来讲，传统的模拟电视测量方法以及主观评价体系将失去意义，需要一套新的理论、新的测试方法和新的主观评价体系。这些理论、测试方法和主观评价体系，同样是基于人眼看到的效果来评价电视节目图像的质量，即电视节目图像质量的测试标准都必须由基于从事测试的主观评价观看者对所看到图像的满意度来定量的，这一点极为重要，因为电视的对象是人们的双眼，而不是人们使用的仪器。这些所定量的电视节目图像质量的测试标准，是基于人们主观评价的统计，并非是绝对的、但它又必须是一个度量的衡值。
一. 信号对图像质量的影响
数字化的电视图像不经过压缩，是难以传输和保存的，体现不出其价值和先进性。随着视频图像压缩技术的发展，使数字电视商用成为可能。国际上，对于经过压缩过的视频图像的测试都是用未压缩的视频图像信号的质量来参考的。
在已经压缩（数字）和未压缩（模拟）视频图像信号的混合系统/环境中，视频图像质量的测试包括两个部分：即信号质量和图像质量。
信号质量的测试使用一套测试的方法和信号，它们可以是全场或是垂直消隐期中的某一行。这种测试在传统模拟的非压缩视频系统中是一种间接的测试方法，由于这种测试是在实际图像之外。毫无疑问，它将对传统模拟系统的图像质量提供了一个很好的表述。
而在压缩（数字）的视频系统中，图像质量的变化取决于数据率、图像复杂性和所使用的编码计算方法（计算机的程序），这时传统测试信号的静态特性已不能提供图像质量的真实描述。因此，对压缩（数字）视频系统中图像质量的实际测量，需要一整套的实际图像测试信号，这要比传统测试信号复杂多。这些复杂序列导致的编码过程的非线性失真是图像内容的函数。
然而，这并不能排除对传统信号测量的需要。对于大多数有效的压缩方法，输入视频信号应尽可能地干净。
幅度或直流电平等等的问题将会导致图像信号被切割或不能充分利用8bit，255级信号电平。如果输入的视频信号分辨率很低，编码会更容易，然而它可能并不代表所需要的图像质量。任何使图像更复杂的干扰都会在压缩图像的质量上有所反映。这包括振铃、抖动、噪声和复合到分量处理的产物。因此，这些干扰应当在压缩编码前去掉。
数字视频压编编码处理对图像材料十分敏感。压缩码率的设定（通常表示成Mb/s）就是通知编码器有多少数据或有多少比特数可用来对图像进行压缩处理。目前使用MPEG的重要优势就是它采用时间压缩，编码器可以通过大量的图像帧来决定分配的比特数。这样，就可以在给定的图像组序列编码时，给复杂的图像分配较多的比特数，给简单的图像分配较少的比特数。一般情况下，可视细节直接依赖于分配给编码器的码率。如果一个图像由于包含高速的运动或有大量的空间细节将需要大量的比特数，编码器将丢掉一些图像细节。这些信息的丢弃应尽量减少可觉察的图像质量损失。如果大量的细节被丢弃，损伤会非常明显，失真或损伤将在许多方面表现出来。
二. 压缩导致了电视图像质量的损失
对于从事数字电视节目制作系统（电视台节目制作）和传输系统（有线数字电视传输）的广大工程技术人员来讲，数字信号和模拟信号的图像质量失真的问题是完全不同的，在数字信号中有如下六种关于视频损伤的类型。
1. 块
数字电视图像信号在编码/压缩时，是将图像分割一个个块来进行的，由于基本块编码结构将使通过传输接收（解码/解压）到的图像有很明显的变形。
2. 错误的块
如果接收（解码/解压）到的数字电视图像与当前或前一场没有一点相似处，一旦其中一个或多个块产生失真，就会在相邻的块之间产生较大的对比差异，屏幕上将出现明显的与周围不协调的错误的块。
3. 边缘忙乱
失真主要集中在物体的边缘，表现为时域中变化的尖峰或空域的不同噪声。
4. 模糊或轮廓不清
在单个帧中（空间域为例），以减少每个水平扫描线的像素数来减少带宽，这将导致图像模糊或轮廓不清。
5. 蚊子噪声
这产生于相邻像素之间的量化错误，是由编码/压缩引起的。由于场景内容的不同，量化间隔的尺度会有变化，产生的量化错误像微微发光的闪烁亮块或众多的亮点，就像“蚊子”一样在一幅场景中随时闪现在物体的周围。
6. 量化噪声
对于模拟信号的不精确的数字标示将出现在模拟到数字的信号处理过程中，很明显，视频分辨率的数字化描述对于输入的经过数字采样的模拟视频信号是有限的。
三. 模拟和数字电视图像质量换算
我国的广播电影电视行业标准已经定义了模拟和数字电视图像质量的主观评价方法。
国家《数字电视图像质量主观评价方法》（中华人民共和国广播电影电视行业标准GY/T134-1999/4）中，规定了我国数字电视图像质量的主观评价方法是在“一般要求”的条件下，采用“两种评价方法”进行主观评价。
“一般要求”包括七个方面：观看条件、评价系统、信号源、测试素材的选择、观看员、评价测试阶段和结果表达。
“两种评价方法”即：双刺激连续质量标度法和双刺激损伤标度法。
但这种主观评价方法需要有一定数目的静止和运动的物体图像序列，加之需要许多人（其中并非全部是电视专业人士），并耗上很长的时间、精力，不很适应实际工作的需要。
在实际的工作中，电视工程技术人员通过日常的主观评价，已经逐渐明白在不同比特率下，以及在不同压缩格式下的所能得到的图像质量换算，见“不同比特率、不同压缩格式下能得到同等的图像质量换算参考表”。这样电视工程技术人员只要按照具体的应用，选择一个合适的压缩格式和比特率即可获得所需要的电视节目的图像质量。B&P
参考文献
1.中华人民共和国广播电影电视行业标准《GY/T 134-1998 数字电视图像质量主观评价方法》
2.中华人民共和国广播电影电视行业标准《GY/T134-1999/4数字电视图像质量主观评价方法》
3.中华人民共和国国家标准《GB/T 22123-2008数字电视接收设备图像和声音主观评价方法》