ITU-R BT 1683 SPANISH-2004 Objective perceptual video quality measurement techniques for standard definition digital broadcast television in the presence of a full reference《在具备一个完.pdf

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1、 Rec. UIT-R BT.1683 1 RECOMENDACIN UIT-R BT.1683 Tcnicas de medicin objetiva de la calidad de vdeo perceptual para la radiodifusin de televisin digital de definicin convencional en presencia de una referencia completa (Cuestin UIT-R 44/6) (2004) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, consider

2、ando a) que la capacidad de medir automticamente la calidad del vdeo de radiodifusin se ha considerado desde hace tiempo de enorme inters para la industria; b) que los mtodos objetivos convencionales ya no resultan plenamente adecuados para la medicin de la calidad de vdeo percibida de los sistemas

3、de vdeo digital con compresin; c) que las mediciones objetivas de la calidad de vdeo percibida complementarn los mtodos de prueba objetiva convencionales; d) que los actuales mtodos formales de evaluacin subjetiva son lentos y costosos y no suelen estar adaptados a las condiciones de funcionamiento;

4、 e) que la medicin objetiva de la calidad de vdeo percibida puede resultar til como complemento de los mtodos de evaluacin subjetiva, recomienda 1 se utilicen las directrices, objeto y restricciones que figuran en el Anexo 1 al aplicar los modelos de calidad de vdeo objetiva que figuran en los Anexo

5、s 2-5; 2 se utilicen los modelos de calidad de vdeo objetiva de los Anexos 2-5 para la medicin objetiva de la calidad de vdeo percibida. Anexo 1 Resumen En la presente Recomendacin se especifican mtodos para estimar la calidad de vdeo percibida de un sistema de transmisin de vdeo unidireccional. Est

6、a Recomendacin es aplicable a las seales en banda base. Los mtodos de estimacin de esta Recomendacin son aplicables a: la evaluacin, especificacin y pruebas de aceptacin de cdecs; la supervisin potencial de la calidad en servicio, en tiempo real, en la fuente; la supervisin remota de la calidad del

7、destino cuando hay disponible una copia de la fuente; la medicin de la calidad de un sistema de almacenamiento de vdeo o de un sistema digital que utilice tcnicas de compresin y descompresin de vdeo, ya sea en un solo paso o mediante una combinacin de estas tcnicas. 2 Rec. UIT-R BT.1683 Introduccin

8、La capacidad de medir automticamente la calidad del vdeo de radiodifusin se ha considerado desde hace tiempo de enorme inters para la industria. La industria de la radiodifusin necesita que estos instrumentos sustituyan o complementen las costosas y lentas pruebas de la calidad subjetiva. Tradiciona

9、lmente, las mediciones de la calidad objetiva se han obtenido mediante clculo de la relacin seal/ruido de cresta (PSNR). A pesar de su utilidad como indicador de la calidad, se ha demostrado que la PSNR es una representacin poco satisfactoria de la calidad perceptual. Para superar las limitaciones a

10、sociadas a la PSNR, se han llevado a cabo investigaciones para definir algoritmos que permitan medir la calidad perceptual del vdeo de radiodifusin. Estos instrumentos de medicin de la calidad perceptual objetiva pueden aplicarse a las pruebas de calidad de funcionamiento de una red de radiodifusin,

11、 como ayuda en la adquisicin de equipos y para el desarrollo de nuevas tcnicas de codificacin del video de radiodifusin. En estos ltimos aos se han dedicado ingentes esfuerzos al desarrollo de instrumentos fiables y precisos que puedan utilizarse para medir con objetividad la calidad perceptual del

12、vdeo de radiodifusin. En la presente Recomendacin se definen modelos computacionales objetivos que han demostrado ser mejores que la PSNR como instrumentos de medida automticos para la evaluacin de la calidad del vdeo de radiodifusin. Estos modelos se probaron con material de 525 lneas y de 625 lnea

13、s conforme con la Recomendacin UIT-R BT.601, caracterstico de la distribucin secundaria de vdeo de calidad de televisin con codificacin digital. La calidad de funcionamiento de los modelos de calidad perceptual se determin mediante dos evaluaciones paralelas de material de vdeo de prueba1. En la pri

14、mera evaluacin se utiliz el mtodo de doble estmulo con escala de calidad continua (DSCQS) subjetivo estndar para obtener los ndices subjetivos de la calidad del material de vdeo determinados por equipos de observadores (Recomendacin UIT-R BT.500 Metodologa para la evaluacin subjetiva de la calidad d

15、e las imgenes de televisin). En la segunda evaluacin, se obtuvieron los ndices objetivos a partir de modelos computacionales objetivos. Para cada modelo se computaron varias mtricas a fin de medir la precisin y coherencia con la que los ndices objetivos predecan los subjetivos. La parte de la prueba

16、 correspondiente a la evaluacin subjetiva se llev a cabo en tres laboratorios independientes. Dos de stos, Communications Research Center (CRC, Canad) y Verizon (Estados Unidos de Amrica), realizaron la prueba utilizando secuencias de 525/60 Hz, mientras que el tercero, Fondazione Ugo Bordoni (FUB,

17、Italia), realiz la prueba utilizando secuencias de 625/50 Hz. Varios laboratorios proponentes elaboraron modelos computacionales objetivos de la calidad de vdeo a partir de las mismas secuencias de vdeo ensayadas con observadores humanos por CRC, Verizon y FUB. Los resultados de las pruebas se prese

18、ntan en el Apndice 1. La presente Recomendacin contiene los modelos computacionales objetivos relacionados en el Cuadro 1. En los Anexos 2-5 se facilita una descripcin completa de los cuatro modelos computacionales objetivos citados. Pueden seguir utilizndose los equipos de prueba de la calidad de v

19、deo existentes mientras no se disponga de equipos de prueba que implementen alguno de los cuatro modelos anteriores. 1Doc. UIT-R 6Q/14 septiembre de 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

20、 BT.1683 3 CUADRO 1 Para que un modelo pueda considerarse incluido en la seccin normativa de la presente Recomendacin en el futuro, debe ser verificado por un organismo abierto e independiente (tal como el VQEG) que realice su evaluacin tcnica con sujecin a las directrices y criterios de calidad de

21、funcionamiento establecidos por la Comisin de Estudio 6 de Radiocomunicaciones. La intencin de la Comisin de Estudio 6 de Radiocomunicaciones es recomendar, finalmente, un nico mtodo de referencia normativa completa. 1 Objeto En esta Recomendacin se especifican mtodos para estimar la calidad de vdeo

22、 percibida de un sistema de vdeo unidireccional. Esta Recomendacin es aplicable a las seales en banda base. Los estimadores de la calidad de funcionamiento objetiva de vdeo se definen para la calidad extremo a extremo entre dos puntos. Los mtodos de estimacin se basan en el procesamiento del vdeo de

23、 componente digital de 8 bits definido en la Recomendacin UIT-R BT.6012. El codificador puede utilizar varios mtodos de compresin (por ejemplo el Grupo de Expertos en imgenes en movi-miento (MPEG) Recomendacin UIT-T H.263, etc.). Los modelos propuestos en esta Recomen-dacin pueden utilizarse para ev

24、aluar un cdec (combinacin de codificador/decodificador) o una combinacin de varios mtodos de compresin y dispositivos de almacenamiento en memoria. Aunque en el clculo de los estimadores de la calidad objetiva descrito en esta Recomendacin se considera la degradacin provocada por errores (por ejempl

25、o, errores en los bits, paquetes rechazados), no se dispone an de resultados de pruebas independientes para validar la utilizacin de estimadores en los sistemas con degradacin por errores. El material de pruebas de validacin no contena errores de canal. 2Esto no impide la implementacin de mtodos de

26、medida para sistemas de vdeo unidireccional que utilicen entradas y salidas de vdeo compuesto. La especificacin de la conversin entre el dominio de vdeo compuesto y el de componentes no figura en la presente Recomendacin. En la Norma SMPTE 170M, por ejemplo, se especifica un mtodo para realizar esta

27、 conversin en NTSC. Nmero del modelo Nombre Proponente del Grupo de Expertos en Calidad de Vdeo (VQEG) Pas Anexo 1 British Telecom D Reino Unido 2 2 Yonsei University/Radio Research Laboratory/SK Telecom E Corea (Rep. de) 3 3 Centro de Investigacin y Desarrollo en Telecomunicaciones (CPqD) F Brasil

28、4 4 National Telecommunications and Information Administration (NTIA)/Institute for Telecommunication Sciences (ITS) H Estados Unidos de Amrica 5 4 Rec. UIT-R BT.1683 1.1 Aplicacin En esta Recomendacin se facilitan estimaciones de la calidad de vdeo para las clases de vdeo de televisin (TV0-TV3) y l

29、a clase de vdeo multimedios (MM4) definidas en el Anexo B de la Recomendacin UIT-T P.911. Entre las aplicaciones de los modelos de estimacin descritos en la presente Recomendacin se encuentran las siguientes: la evaluacin, especificacin y pruebas de aceptacin de cdecs; la supervisin potencial de la

30、calidad en servicio, en tiempo real, en la fuente; la supervisin remota de la calidad del destino cuando hay disponible una copia del origen; la medicin de la calidad de un sistema de almacenamiento de vdeo o de un sistema digital que utilice tcnicas de compresin y descompresin de vdeo, ya sea en un

31、 solo paso o mediante una combinacin de estas tcnicas. 1.2 Restricciones Los modelos de estimacin descritos en la presente Recomendacin no pueden utilizarse para sustituir las pruebas subjetivas. Los valores de correlacin entre dos pruebas subjetivas cuidadosamente diseadas y ejecutadas (es decir, e

32、n dos laboratorios diferentes) suelen estar en el intervalo 0,92 a 0,97. En esta Recomendacin no se facilita ningn medio de cuantificar los errores potenciales de estimacin. Es conveniente que los lectores de la presente Recomendacin analicen la comparacin de los resultados subjetivos y objetivos di

33、sponibles para hacerse una idea del intervalo de error de estimacin de los ndices de calidad de vdeo. La calidad de funcionamiento predicha por los modelos de estimacin no est validada an para los sistemas de vdeo con degradacin por errores en el canal de transmisin. Anexo 2 Modelo 1 NDICE Pgina 1 I

34、ntroduccin . 5 2 Modelo de BTFR 5 3 Detectores 6 3.1 Conversin de la entrada . 6 3.2 Recorte y desplazamiento 7 3.3 Emparejamiento . 8 3.3.1 Estadsticas de emparejamiento 10 3.3.2 MPSNR 10 3.3.3 Vectores de emparejamiento . 10 Rec. UIT-R BT.1683 5 Pgina 3.4 Anlisis espacial de frecuencia 11 3.4.1 La

35、 transformada piramidal 11 3.4.2 SNR piramidal . 13 3.5 Anlisis de textura . 13 3.6 Anlisis de los bordes 14 3.6.1 Deteccin de los bordes 14 3.6.2 Diferenciacin de los bordes . 14 3.7 Anlisis de la MPSNR . 15 4 Integracin . 15 5 Registro 16 6 Referencias Bibliogrficas . 16 Anexo 2a 17 1 Introduccin

36、El instrumento de evaluacin automtica de la calidad de vdeo de referencia completa de la BT (BTFR, BT full-reference) elabora predicciones de la calidad de vdeo representativas de las estimaciones humanas de la calidad. Este instrumento de medicin objetiva simula digitalmente las caractersticas del

37、sistema visual humano (HVS, human visual system) para elaborar predicciones precisas de la calidad de vdeo y ofrece una alternativa viable a las lentas y costosas evaluaciones subjetivas formales. En las pruebas VQEG2 se utiliz una implementacin del modelo en soporte lgico, y la calidad de funcionam

38、iento resultante se present en un informe de la prueba1. 2 Modelo de BTFR El algoritmo BTFR consiste en una deteccin seguida de una integracin como se muestra en la Fig. 1. La deteccin supone el clculo de un conjunto de parmetros perceptuales significativos del detector, a partir de secuencias de vd

39、eo sin distorsionar (de referencia) y distorsionadas (degradadas). Estos parmetros se introducen a continuacin en el integrador que produce una estimacin de la calidad de vdeo percibida mediante la oportuna ponderacin. La seleccin de detectores y factores de ponderacin se basa en el conocimiento de

40、las propiedades de enmasca-ramiento espacial y temporal del HVS y se determina mediante experimentos de calibracin. Este modelo soporta los tipos de vdeo de entrada 625 (720 576) entrelazado a 50 campos/s y 525 (720 486) entrelazado a 59,94 campos/s en el formato YUV422. 6 Rec. UIT-R BT.1683 1683-01

41、Detectores IntegracinCalidad de vdeo predichaVdeo de referenciaVdeo degradadoTextureDegPySNR(3,3)EDiffXPerCentMPSNRSegVPSNRFIGURA 1Modelo de evaluacin de la calidad de vdeo de referencia completa MPSNR: PSNR emparejada3 Detectores El mdulo de deteccin del algoritmo BTFR calcula ciertas medidas espac

42、iales, temporales y basadas en frecuencia a partir de las secuencias de entrada en formato YUV, como muestra la Fig. 2. 1683-02Recorte ydesplazamientoEmparejamientoReferenciaemparejada(Mref)Degradado (DegYUVField(x,y)VdeodegradadoVdeo dereferenciaOffset X, Offset YAnlisis defrecuenciaespacialAnlisis

43、YUVPSNRDeteccinde bordesAnlisis detexturaTextureDegEDifSegVPSNRPySNR(3,3)XperCentMPSNRFIGURA 2Deteccin3.1 Conversin de la entrada En primer lugar, se convierten las secuencias de entrada del formato entrelazado YUV422 al formato no entrelazado YUV444 de bloque, de modo que cada campo sucesivo se rep

44、resenta mediante las matrices Ref Y, Ref U y Ref V: 1.0,1.0),( = YyXxyxYRef (1) 1.0,1.0),( = YyXxyxUfRe (2) 1.0,1.0),( = YyXxyxVRef (3) siendo: X : nmero de pxeles horizontales de un campo Y : nmero de pxeles verticales. Para une entrada YUV422, debe repetirse cada valor U y V para obtener las matri

45、ces (2) y (3) de resolucin completa. Rec. UIT-R BT.1683 7 3.2 Recorte y desplazamiento Esta rutina recorta con desplazamiento la secuencia de entrada degradada y recorta sin desplazamiento la secuencia de entrada de referencia. Los parmetros de desplazamiento XOffset y YOffset se determinan externam

46、ente y definen el nmero de pxeles horizontales y verticales en que la secuencia degradada est desplazada con respecto a la de referencia. El origen de la imagen se define en el ngulo superior izquierdo de la misma, siendo el incremento horizontal positivo hacia la derecha y el incremento vertical po

47、sitivo hacia abajo con respecto a la imagen. El valor XOffset = 2 indica que los campos degradados estn desplazados a la derecha dos pxeles mientras que el valor YOffset = 2 indica un desplazamiento hacia abajo de dos pxeles. Para un campo de entrada cuyos valores YUV estn almacenados en formato YUV

48、444 (vase el 3.1) en las matrices InYField, InUField, e InVField, la salida recortada y desplazada se calcula mediante las ecuaciones (4) a (20). XOffsetXStart = (4) xxCXStartCXStart =xxCXXEndCXXEnd (7) YOffsetYStart = (8) yyCYStartCYStart =yyCYYEndCYYEnd (11) X e Y son las dimensiones horizontal y vertical del campo, respectivamente. Cxy Cy son el nmero de pxeles a recortar de izquierda a derecha y de arriba a abajo. Para las secuencias de 625, 10,30,288,720 =yxCCYX (12) Para las secuencias de 525, 10,30,243,720 =yxCCYX (13) Xstart, Xend, Ystart e Yend de