ITU-T J 240 FRENCH-2004 Framework for remote monitoring of transmitted picture Signal-to-Noise ratio using spread-spectrum and orthogonal transform《使用扩展频谱和正交变换的方法远程操控信噪比图像传输的框架》.pdf

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1、 UNION INTERNATIONALE DES TLCOMMUNICATIONS UIT-T J.240SECTEUR DE LA NORMALISATION DES TLCOMMUNICATIONS DE LUIT (06/2004) SRIE J: RSEAUX CBLS ET TRANSMISSION DES SIGNAUX RADIOPHONIQUES, TLVISUELS ET AUTRES SIGNAUX MULTIMDIAS Mesure de la qualit de service Cadre gnral de surveillance distance du rappo

2、rt signal/bruit de limage mise par talement du spectre et transforme orthogonale Recommandation UIT-T J.240 Rec. UIT-T J.240 (06/2004) i Recommandation UIT-T J.240 Cadre gnral de surveillance distance du rapport signal/bruit de limage mise par talement du spectre et transforme orthogonale Rsum La pr

3、sente Recommandation dcrit un cadre efficace de surveillance distance de la qualit vido, destine aux applications de contribution et de distribution primaire des missions de tlvision numrique. Dans ce cadre, les caractristiques des images sont extraites en chaque point de liaison de la chane de tran

4、smission par talement du spectre et transforme orthogonale. Les caractristiques extraites, savoir les coefficients, sont transmises vers une salle de contrle centrale au moyen dun circuit de donnes qui est distinct du circuit de transmission vido, et la qualit de limage est value en comparant les co

5、efficients. Un cadre dextraction des coefficients est prsent ci-aprs. A lAppendice I est donn un exemple dextraction des coefficients permettant dvaluer le rapport signal/bruit de pointe (PSNR, peak signal-to-noise ratio). Y sont aussi donnes les bases thoriques de lvaluation du rapport PSNR et les

6、rsultats dune simulation montrant lefficacit de ce cadre. Source La Recommandation UIT-T J.240 a t approuve le 29 juin 2004 par la Commission dtudes 9 (2001-2004) de lUIT-T selon la procdure dfinie dans la Recommandation UIT-T A.8. ii Rec. UIT-T J.240 (06/2004) AVANT-PROPOS LUIT (Union international

7、e des tlcommunications) est une institution spcialise des Nations Unies dans le domaine des tlcommunications. LUIT-T (Secteur de la normalisation des tlcommunications) est un organe permanent de lUIT. Il est charg de ltude des questions techniques, dexploitation et de tarification, et met ce sujet d

8、es Recommandations en vue de la normalisation des tlcommunications lchelle mondiale. LAssemble mondiale de normalisation des tlcommunications (AMNT), qui se runit tous les quatre ans, dtermine les thmes dtude traiter par les Commissions dtudes de lUIT-T, lesquelles laborent en retour des Recommandat

9、ions sur ces thmes. Lapprobation des Recommandations par les Membres de lUIT-T seffectue selon la procdure dfinie dans la Rsolution 1 de lAMNT. Dans certains secteurs des technologies de linformation qui correspondent la sphre de comptence de lUIT-T, les normes ncessaires se prparent en collaboratio

10、n avec lISO et la CEI. NOTE Dans la prsente Recommandation, lexpression “Administration“ est utilise pour dsigner de faon abrge aussi bien une administration de tlcommunications quune exploitation reconnue. Le respect de cette Recommandation se fait titre volontaire. Cependant, il se peut que la Rec

11、ommandation contienne certaines dispositions obligatoires (pour assurer, par exemple, linteroprabilit et lapplicabilit) et considre que la Recommandation est respecte lorsque toutes ces dispositions sont observes. Le futur dobligation et les autres moyens dexpression de lobligation comme le verbe “d

12、evoir“ ainsi que leurs formes ngatives servent noncer des prescriptions. Lutilisation de ces formes ne signifie pas quil est obligatoire de respecter la Recommandation. DROITS DE PROPRIT INTELLECTUELLE LUIT attire lattention sur la possibilit que lapplication ou la mise en uvre de la prsente Recomma

13、ndation puisse donner lieu lutilisation dun droit de proprit intellectuelle. LUIT ne prend pas position en ce qui concerne lexistence, la validit ou lapplicabilit des droits de proprit intellectuelle, quils soient revendiqus par un Membre de lUIT ou par une tierce partie trangre la procdure dlaborat

14、ion des Recommandations. A la date dapprobation de la prsente Recommandation, lUIT avait t avise de lexistence dune proprit intellectuelle protge par des brevets acqurir pour mettre en uvre la prsente Recommandation. Toutefois, comme il ne sagit peut-tre pas de renseignements les plus rcents, il est

15、 vivement recommand aux responsables de la mise en uvre de consulter la base de donnes des brevets du TSB. UIT 2005 Tous droits rservs. Aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite, par quelque procd que ce soit, sans laccord crit pralable de lUIT. Rec. UIT-T J.240 (06/2004) iii TABLE D

16、ES MATIRES Page 1 Domaine dapplication 1 2 Rfrences. 1 2.1 Rfrence normative. 1 2.2 Rfrences informatives . 1 3 Dfinitions 1 4 Abrviations 1 5 Surveillance de la qualit de limage fonde sur lextraction des coefficients de la transforme . 2 5.1 Configuration de la chane de transmission 2 5.2 Extractio

17、n dune caractristique de limage 3 5.3 Ecrtage, arrondi et codage 4 5.4 Informations supplmentaires 4 5.5 Evaluation du rapport signal/bruit de pointe 4 Appendice I Exemple dimplmentation. 6 I.1 Extraction des caractristiques . 6 I.2 Codage coefficients 6 I.3 Calcul de lerreur quadratique moyenne. 7

18、I.4 Fondements thoriques. 7 I.5 Qualit de transmission 8 Rec. UIT-T J.240 (06/2004) 1 Recommandation UIT-T J.240 Cadre gnral de surveillance distance du rapport signal/bruit de limage mise par talement du spectre et transforme orthogonale 1 Domaine dapplication Dans la prsente Recommandation est dcr

19、it un cadre de surveillance automatique distance de la qualit de limage. Dans le cadre propos, les coefficients de la transforme sont extraits de limage mise et transmis loprateur de contrle au moyen dun circuit de donnes distinct. Comme lextraction et la transmission des coefficients se font indpen

20、damment de la transmission vido principale, ce cadre naffecte pas la qualit de limage vido mise. Ceci peut donc sappliquer la surveillance des missions vido qui ncessitent une haute qualit, telles que les applications de contribution et de distribution primaire. 2 Rfrences La prsente Recommandation

21、se rfre certaines dispositions des Recommandations UIT-T et texte suivant qui, de ce fait, en sont partie intgrante. Les versions indiques taient en vigueur au moment de la publication de la prsente Recommandation. Toute Recommandation ou tout texte tant sujet rvision, les utilisateurs de la prsente

22、 Recommandation sont invits se reporter, si possible, aux versions les plus rcentes des rfrences normatives suivantes. La liste des Recommandations UIT-T en vigueur est rgulirement publie. La rfrence un document figurant dans la prsente Recommandation ne donne pas ce document en tant que tel le stat

23、ut dune Recommandation. 2.1 Rfrence normative Recommandation UIT-T J.143 (2000), Prescriptions dutilisateur relatives aux mesures objectives de la qualit vido perue en tlvision numrique par cble. 2.2 Rfrences informatives Recommandation UIT-T J.144 (2004), Techniques de mesure objective de la qualit

24、 vido perue pour la tlvision numrique par cble en prsence dun signal de rfrence complet. Recommandation UIT-T J.147 (2002), Mthode de mesure objective de la qualit dimage par utilisation des signaux de test en service. Recommandation UIT-R BT.656-4 (1998), Interfaces pour les signaux vido numriques

25、en composantes dans les systmes de tlvision 525 lignes et 625 lignes fonctionnant au niveau 4:2:2 de la Recommandation UIT-R BT.601 (Partie A). 3 Dfinitions La prsente Recommandation dfinit le terme suivant: 3.1 nud: point de liaison de la chane de transmission. 4 Abrviations La prsente Recommandati

26、on utilise les abrviations suivantes: DEC dcodeur (decoder) ENC codeur (encoder) 2 Rec. UIT-T J.240 (06/2004) OT transforme orthogonale (orthogonal transform) PSNR rapport signal/bruit de pointe (peak signal-to-noise ratio) SS talement du spectre (spread spectrum) WHT transforme de Walsh-Hadamard (W

27、alsh-Hadamard transform) 5 Surveillance de la qualit de limage fonde sur lextraction des coefficients de la transforme 5.1 Configuration de la chane de transmission La configuration dune chane de transmission donne est reprsente dans la Figure 1. On suppose que le signal en bande de base est prsent

28、chaque extrmit (nuds 0 et 1) du circuit de transmission vido, qui incorpore des quipements de codage et de dcodage. Le signal vido est subdivis aux nuds 0 et 1 en un signal de transmission principal et des signaux qui aboutissent dans un extracteur de caractristiques. Les informations sur les caract

29、ristiques extraites sont transmises un estimateur du rapport signal/bruit de pointe (PSNR, peak signal-to-noise ratio) au moyen dun circuit de donnes qui est distinct du circuit de transmission vido. Lestimateur du rapport PSNR mesure la qualit de transmission en employant les informations sur les c

30、aractristiques obtenues en chaque nud. Nud 0 Nud 1Transmission vidoEstimateur durapport PSNRTerminal desurveillanceTransmission des caractristiques de limage(transmission des donnes)Signal vidosourceSignal vidoreuTransmission vidoFigure 1/J.240 Configuration de base Bien que la configuration de la F

31、igure 1 convienne la surveillance dune liaison unique, elle peut tre tendue de manire permettre la surveillance dune chane de transmission en reproduisant en cascade la liaison unique comme indiqu dans la Figure 2. Dans la Figure 2, les extracteurs sont relis chacun des nuds de la chane de transmiss

32、ion et des informations sur les caractristiques sont transmises lestimateur du rapport PSNR. Au niveau de lestimateur du rapport PSNR, des informations sont choisies sur les caractristiques de deux nuds entre lesquels la qualit de transmission est surveille et le rapport PSNR est valu en employant l

33、es informations choisies sur les caractristiques. Rec. UIT-T J.240 (06/2004) 3 Signal vidoreuENC DEC ENC DEC x nExtracteur decaractristiquesExtracteur decaractristiquesDEC ENC Nud 0Nud 1Extracteur decaractristiquesEstimateur du rapport PSNRNud iNud LQualit de limageTransmission des caractristiquesde

34、 limage (transmission des donnes)Transmission vidoExtracteur decaractristiquesSignal vidosourceFigure 2/J.240 Surveillance dune chane de transmission 5.2 Extraction dune caractristique de limage La caractristique de limage est extraite de chaque bloc de pixels aprs la division de limage dentre en bl

35、ocs de dimension Nx Ny. Lorsque le nombre de pixels dans les directions horizontale et verticale nest pas gal un multiple de Nxet Nyrespectivement, des pixels supplmentaires de valeur moyenne sont ajouts en guise de remplissage pour que le nombre de pixels soit gal Nxet Ny. Dans la Figure 3 est illu

36、stre lopration dextraction dune caractristique de limage. La caractristique de limage est obtenue en combinant ltalement du spectre et la transforme orthogonale. Soit xf(b)(n) et sPN(b)(n) le signal dentre du bloc b dans la trame f et la squence de pseudo-bruit (PN, pseudo-noise) du bloc b respectiv

37、ement, o n est lindice de pixel. La caractristique de limage Rfb est alors obtenue comme suit en employant la transforme orthogonale (OT, orthogonal transform): () 0Amp kXbRbff= (1) () ()()() ()()()() nsnxOTnxSSOTkXbPNbfbfbf= (2) o SSOT dsigne ltalement du spectre et la transforme orthogonale (SSOT,

38、 spread spectrum and orthogonal transform), AmpZ la composante amplitude de Z et k0la position du coefficient extrait. La caractristique Rfb peut aussi tre dfinie comme suit en appliquant la transforme orthogonale inverse 1OT aprs multiplication par une autre squence de pseudo-bruit 2PNs ; () 0Amp n

39、ybRbff= (3) () ()()() ()()()() kskXOTnxSSOTnybPNbfbfbf212= (4) o 0n est la position du coefficient extrait (dans ce cas, celle dun pixel). Cette deuxime implmentation accrot lefficacit de ltalement du spectre en rendant alatoire, outre le domaine des frquences, le domaine spatial. 4 Rec. UIT-T J.240

40、 (06/2004) TransformeorthogonaleinverseChoix dun coefficientet calcul de lamplitudeEcrtage, arrondiet codageProduction du code de tempsMUXTransformeorthogonaleRf bTf t = 0Temps t0Cbf ()nSPN()n()bFigure 3/J.240 Fonctionnement de lextracteur de caractristiques Quant aux squences de pseudo-bruit, on pe

41、ut employer diffrentes squences pour les diffrents blocs. Mais on doit employer la mme squence de pseudo-bruit en tous les nuds de la chane de transmission pour un des blocs de limage. Ceci est une condition ncessaire pour que les nuds soient synchroniss, comme dcrit au 5.3. 5.3 Ecrtage, arrondi et

42、codage Le coefficient extrait Rf b est transfr vers le circuit de donnes. Comme il est gnralement rel, il fait lobjet dun crtage et dun arrondi afin de limiter sa longueur en bits. Un codage de compression peut accessoirement lui tre appliqu afin de comprimer les donnes, lorsque la distribution de p

43、robabilit du coefficient Rfb est biaise et que la quantit dinformations devrait donc en principe tre rduite. Tous les coefficients cods dans une trame ou dans un champ sont regroups et les donnes sont produites. 5.4 Informations supplmentaires Des informations supplmentaires concernant le temps Tf p

44、euvent tre produites au niveau de lextracteur de caractristiques, destination de lestimateur du rapport PSNR. Ces informations dcrivent la correspondance du numro de trame ou de champ avec le temps de sortie des coefficients, qui est multiplex avec les coefficients cods Cfb au stade final de lextrac

45、tion des caractristiques. Lorsquun code de temps tel que le code LTC ou VITC est disponible, il peut tre transmis au lieu du temps de sortie. Ceci est employ pour corriger le dcalage des caractristiques de limage au niveau de lestimateur du rapport PSNR. 5.5 Evaluation du rapport signal/bruit de poi

46、nte Le fonctionnement de lestimateur du rapport PSNR est illustr dans la Figure 4. Tout dabord, les informations multiplexes provenant des deux nuds situs aux extrmits de la liaison surveille sont dmultiplexes et on obtient les coefficients cods C0fb et C1fb et les informations concernant le temps T

47、0f et T1f. Lorsque lordre darrive des coefficients et des informations concernant le temps ne concide pas avec lordre de sortie de lextracteur de caractristiques, les informations reues doivent tre tries de manire que les coefficients et les informations concernant le temps soient rangs suivant le numro de trame. Puis, lorsque les coefficients sont cods, on les dcode et on obtient les coefficients D0fb et D1fb. On effectue ensuite la correction pour le dcalage entre deux nuds en employant l