1、 Rec. UIT-R BT.1683 1 RECOMMANDATION UIT-R BT.1683 Techniques de mesure objective de la qualit vido perceptuelle pour la tldiffusion numrique dfinition normale en prsence dune image de rfrence complte (Question UIT-R 44/6) (2004) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) quil nest plu
2、s dmontrer depuis longtemps que la possibilit de mesurer automatiquement la qualit dune squence vido diffuse constitue un atout prcieux pour lindustrie; b) que les mthodes objectives classiques ne conviennent plus parfaitement pour mesurer la qualit vido perue de systmes vido numriques utilisant la
3、compression; c) que les mesures objectives de la qualit vido perue viendront complter les mthodes dessai objectives classiques; d) que les mthodes dvaluation subjectives classiques qui existent actuellement sont chronophages et coteuses et ne sont, en gnral, pas adaptes aux conditions dexploitation;
4、 e) que les mesures objectives de la qualit vido perue peuvent utilement complter les mthodes dvaluation subjective, recommande 1 dutiliser les lignes directrices, les paramtres et les limites indiqus dans lAnnexe 1 pour appliquer les modles dvaluation objective de la qualit vido dcrits dans les Ann
5、exes 2 5; 2 dutiliser les modles dvaluation objective de la qualit vido dcrits dans les Annexes 2 5 pour effectuer des mesures objectives de la qualit vido perue. Annexe 1 Rsum La prsente Recommandation spcifie les mthodes utiliser pour estimer la qualit vido perue dun systme de transmission vido un
6、idirectionnel. Elle sapplique aux signaux en bande de base. Les mthodes destimation qui y sont dcrites sont valables pour: lvaluation du codec, ses spcifications et les essais dhomologation; le contrle de qualit pendant le service, ventuellement en temps rel, la source; le tlcontrle de qualit la des
7、tination, lorsquune copie de la source est disponible; la mesure de qualit dun systme darchivage vido ou dun systme numrique vido qui utilise des techniques de compression et de dcompression numriques, par application unique ou concatnation de ces techniques. 2 Rec. UIT-R BT.1683 Introduction Il nes
8、t plus dmontrer depuis longtemps quil est prcieux pour lindustrie de pouvoir mesurer automatiquement la qualit dune squence vido diffuse. En effet, les radiodiffuseurs ont besoin de tels outils pour remplacer ou complter les essais dvaluation subjective de la qualit qui soit coteux et chronophages.
9、Jusqu prsent les mesures objectives de la qualit ont t faites par calcul de la valeur de crte du rapport signal/bruit (PSNR). Ce rapport est certes un indicateur utile de la qualit mais il a t montr quil donnait une reprsentation moins que satisfaisante de la qualit perceptuelle. Pour saffranchir de
10、s limites lies au rapport PSNR, on sest orient dans les recherches vers la dfinition dalgorithmes permettant de mesurer la qualit perceptuelle dune squence vido diffuse. De tels outils de mesure objective de la qualit perceptuelle peuvent tre utiliss pour tester les performances dun rseau de radiodi
11、ffusion, comme aide dachat dquipements et pour la mise au point de nouvelles techniques de codage vido de radiodiffusion. Ces dernires annes beaucoup de travaux ont t consacrs la mise au point doutils fiables et prcis susceptibles dtre utiliss pour mesurer objectivement la qualit perceptuelle dune s
12、quence vido diffuse. La prsente Recommandation dfinit des modles de calcul objectif dont il a t montr quils taient de meilleurs outils de mesure automatique que le rapport PSNR pour valuer la qualit dune squence vido diffuse. Les modles ont t tests sur des squences 525 lignes et 625 lignes conformes
13、 la Recommandation UIT-R BT.601 qui caractrise la distribution secondaire de signaux vido numriques de qualit tlvision. Les rsultats obtenus avec les modles dvaluation de la qualit perceptuelle ont t valus dans le cadre de deux valuations parallles de la squence vido soumise lessai1. Dans la premire
14、 valuation, on a utilis une mthode dvaluation subjective normalise, la mthode dchelle de qualit continue double stimulus (DSCQS) pour obtenir auprs de groupes dobservateurs humains des indices subjectifs de la qualit de la squence vido. Voir la Recommandation UIT-R BT.500 Mthode dvaluation subjectiv
15、e de la qualit des images de tlvision. Dans la seconde valuation, les indices objectifs ont t calculs laide de modles de calcul objectif. Pour chaque modle, on a procd plusieurs calculs pour mesurer lexactitude et la cohrence avec lesquelles les indices objectifs permettent de prvoir les indices sub
16、jectifs. Trois laboratoires indpendants se sont chargs de la partie valuation subjective du test. Deux laboratoires, Communications Research Center (CRC, Canada) et Verizon (Etats-Unis dAmrique), ont effectu les tests avec des squences 525/60 Hz et un troisime laboratoire Fondazione Ugo Bordoni (FUB
17、, Italie) avec des squences 625/50 Hz. Plusieurs laboratoires ont labor des modles de calcul objectif de la qualit vido des mmes squences vido tests avec des observateurs humains par CRC, Verizon et FUB. Les rsultats des tests sont donns dans lAppendice 1. La prsente Recommandation comprend les modl
18、es de calcul objectif indiqus dans le Tableau 1. Une description complte des quatre modles de calcul objectif est donne dans les Annexes 2 5. On peut utiliser les quipements dessai de la qualit vido existants en attendant que de nouveaux quipements dessai utilisant lun quelconque des quatre modles c
19、i-dessus soient facilement disponibles. 1Document UIT-R 6Q/14 septembre 2003 Final Report from the Video Quality Experts Group on the Validation of Objective Models of Video Quality Assessment, Phase II (FR-TV2). Rec. UIT-R BT.1683 3 TABLEAU 1 Pour envisager linclusion dun modle quelconque dans la p
20、artie normative de la prsente Recommandation, le modle doit tre vrifi par un organe indpendant ouvert (par exemple, le VQEG) qui effectuera lvaluation technique dans le respect des lignes directrices et des critres de performance fixs par la Commission dtudes 6 des radiocommunications. Lintention de
21、 la Commission dtudes 6 des radiocommunications est de recommander terme une seule mthode de rfrence complte normative. 1 Champ dapplication La prsente Recommandation spcifie les mthodes utiliser pour valuer la qualit vido perue dun systme vido unidirectionnel. Elle sapplique aux signaux en bande de
22、 base. Les estimateurs de la qualit vido objective sont dfinis pour la qualit de bout en bout entre les deux points. Les mthodes destimation sont bases sur le traitement dune squence vido composante numrique 8 bits telle quelle est dfinie dans la Recommandation UIT-R BT.6012. Le codeur peut utiliser
23、 diverses mthodes de compression (par exemple Groupe dexperts pour les images animes (MPEG), Recommandation UIT-T H.263, etc.). Les modles proposs dans la prsente Recommandation peuvent tre utiliss pour valuer un codec (combinaison codeur/dcodeur) ou une concatnation de diverses mthodes de compressi
24、on et dispositifs darchivage de mmoire. Le calcul des estimateurs de qualit objectifs dcrit dans la prsente Recommandation aura peut-tre tenu compte des dgradations dues aux erreurs (erreurs sur les bits, perte de paquets) mais on ne dispose pas actuellement de rsultats dessai indpendants permettant
25、 de valider lutilisation des estimateurs pour des systmes prsentant des dgradations dues des erreurs. Le matriel dessai de validation ne contenait pas derreurs sur les canaux. 2Cela nexclut pas la mise en oeuvre de la mthode de mesure pour des systmes vido unidirectionnels qui utilisent une entre vi
26、do et des sorties vido composites. Les spcifications de la conversion entre le domaine composite et le domaine composante nentrent pas dans le cadre de la prsente Recommandation. Par exemple, la norme SMPTE 170M spcifie une mthode pour effectuer cette conversion dans le cas dun systme NTSC. Numro du
27、 modle Nom Initiateur Groupe dexperts en qualit vido (VQEG) Pays Annexe 1 British Telecom D Royaume-Uni 2 2 Yonsei University/Radio Research Laboratory/SK Telecom E Core (Rp. de) 3 3 Centre de recherche et de dveloppement en tlcommunication (CPqD) F Brsil 4 4 National Telecommunications and Informat
28、ion Administration (NTIA)/Institute for Telecommunication Sciences (ITS) H Etats-Unis dAmrique 5 4 Rec. UIT-R BT.1683 1.1 Application La prsente Recommandation donne des estimations de la qualit vido pour diffrentes classes de tlvision (TV0-TV3), et pour la classe vido multimdia (MM4) dfinie dans lA
29、nnexe B de la Recommandation UIT-T P.911. Les applications des modles destimation dcrits dans la prsente Recommandation sont notamment les suivantes: valuation du codec, spcification du codec, essai dhomologation, contenu de la prcision limite dcrite ci-dessous; contrle de la qualit pendant le servi
30、ce, ventuellement en temps rel, la source; tlcontrle de la qualit au point de destination lorsquon dispose dune copie de la source; mesures de qualit dun systme darchivage ou de transmission qui utilise des techniques de compression ou de dcompression vido, par passage unique ou concatnation de tell
31、es techniques. 1.2 Limitations Les modles destimation dcrits dans la prsente Recommandation ne peuvent tre utiliss pour remplacer les essais subjectifs. Les valeurs de corrlation entre deux essais subjectifs conus et excuts avec soin (par exemple dans deux laboratoires diffrents) se situent normalem
32、ent dans la fourchette 0,92-0,97. La prsente Recommandation ne donne pas de moyens permettant de quantifier dventuelles erreurs destimation. Les utilisateurs de la prsente Recommandation devraient comparer les rsultats des valuations subjectives et objectives disponibles pour avoir une ide de la fou
33、rchette des erreurs destimation des indices de qualit vido. Les performances prvues des modles destimation ne sont pas actuellement valides pour des systmes vido comportant des dgradations dues des erreurs sur les canaux de transmission. Annexe 2 Modle 1 TABLE DES MATIRES Page 1 Introduction 5 2 Mod
34、le dimage de BTFR. 5 3 Dtecteurs . 6 3.1 Conversion des squences dentre. 6 3.2 Recadrage et dcalage. 7 3.3 Adaptation. 8 3.3.1 Statistiques dadaptation. 10 3.3.2 Rapport PSNR adapt 10 3.3.3 Vecteurs dadaptation . 10 Rec. UIT-R BT.1683 5 Page 3.4 Analyse frquentielle dans le domaine spatial 11 3.4.1
35、Transforme pyramidale 11 3.4.2 Rapport SNR pyramidal. 13 3.5 Analyse de la texture 13 3.6 Analyse des contours 14 3.6.1 Dtection des contours . 14 3.6.2 Diffrenciation des contours 14 3.7 Analyse du rapport PSNR adapt . 15 4 Intgration. 15 5 Alignement . 16 6 Rfrences bibliographiques 16 Annexe 2a 1
36、7 1 Introduction Loutil dvaluation automatique de la qualit vido avec une image de rfrence complte de BT (BTFR, BT full-reference) permet davoir des prvisions de la qualit vido qui sont reprsentatives des jugements de qualit de ltre humain. Cet outil de mesure objective simule numriquement les carac
37、tristiques du systme visuel humain (HVS, human visual system) pour donner des prvisions prcises de la qualit vido et constitue une alternative viable aux valuations subjectives classiques qui sont coteuses et chronophages. Une mise en oeuvre logicielle du modle a t intgre dans les tests VQEG2 et les
38、 rsultats correspondants ont t prsents dans un rapport sur les essais1. 2 Modle dimage de BTFR Lalgorithme BTFR effectue une dtection suivie dune intgration (voir la Fig. 1). Par dtection, on entend le calcul dun ensemble de paramtres du dtecteur perceptuellement significatifs partir de la squence v
39、ido non dforme (de rfrence) et de la squence vido dforme (dgrade). Ces paramtres constituent alors les donnes dentre pour lintgrateur qui donne une estimation de la qualit vido perue avec une pondration approprie. Le choix des dtecteurs et des facteurs de pondration est fonction de caractristiques d
40、e masquage spatial et temporel connues du HVS et dtermin par talonnage. Le modle accepte des squences vido dentre de type 625 (720 576) entrelaces 50 trames/s et 525 (720 486) entrelaces 59,94 trames/s en format YUV422. 6 Rec. UIT-R BT.1683 1683-01Dtecteurs IntgrationQualit vido prvueSquence vido de
41、rfrenceSquence vidodgradeTextureDegPySNR (3,3)EDiffXPerCentMPSNRSegVPSNRFIGURE 1Modle dvaluation de la qualit vido avec une image de rfrence complteMPSNR: rapport PSNR adapt3 Dtecteurs Le module de dtection de lalgorithme BTFR effectue un certain nombre de mesures frquentielles dans le domaine tempo
42、rel et le domaine spatial partir des squences dentre formates YUV (voir la Fig. 2). 1683-02Recadrageet dcalageAdaptationRfrence adapte(Mref)Degraded (DegYUVField(x,y)Squence vidodgradeSquence vidode rfrenceOffset X, Offset YAnalyse frquen-tielle dans ledomaine spatialAnalyseYUVPSNRDtectionde contour
43、sAnalysede textureTextureDegEDifSegVPSNRPySNR (3,3)XperCentMPSNRFIGURE 2Dtection3.1 Conversion des squences dentre Tout dabord, les squences dentre sont converties du format entrelac YUV422 un format desentrelac de bloc YUV444 de sorte que chaque trame successive est reprsente par des tableaux RefY,
44、 RefU et RefV: 1.0,1.0),( = YyXxyxYRef (1) 1.0,1.0),( = YyXxyxUfRe (2) 1.0,1.0),( = YyXxyxVRef (3) o: X : nombre de pixels horizontaux dans une trame Y : nombre de pixels verticaux. Pour une squence dentre YUV422, chaque valeur de U et chaque valeur de V doivent tre rptes pour obtenir les matrices (
45、2) et (3) avec une rsolution complte. Rec. UIT-R BT.1683 7 3.2 Recadrage et dcalage Cette routine recadre, avec dcalage, la squence dentre dgrade et recadre, sans dcalage, la squence dentre de rfrence. Les paramtres de dcalage XOffset et YOffset, dtermins extrieurement, dfinissent de combien de pixe
46、ls horizontaux et verticaux la squence est dcale par rapport la squence de rfrence. Lorigine de limage est situe dans le coin suprieur gauche, avec un dplacement positif horizontal vers la droite et vertical vers le bas. Une valeur du paramtre XOffset de 2 indique que les trames dgrades sont dcales
47、vers la droite de 2 pixels et une valeur du paramtre YOffset de 2 indique un dcalage vers le bas de 2 pixels. Pour une trame dentre avec des valeurs YUV archives en format YUV444 ( 3.1) dans des tableaux InYField, InUField et InVField, la squence de sortie recadre et dcale est calcule selon les expressions (4) (20). XOffsetXStart = (4) xxCXStartCXStart =xxCXXEndCXXEnd (7) YOffsetYStart = (8) yyCYStartCYStart =yyCYYEndCYYEnd (11)
