оценка качества передачи динамических изображений в

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ФОРМАТЕ
MPEG ПО РЕАЛЬНЫМ КАНАЛАМ СВЯЗИ
Ю.В.Гугель, В.С.Гуров, И.П.Гуров, Н.В.Семенов, М.А.Шалаев
Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики
(технический университет), Санкт-Петербург
Тел.: (812) 222-59-50, e-mail: gurov@green.ifmo.ru
Увеличение пропускной способности каналов передачи информации обеспечивает возможность передачи
по сетям мультимедийной информации на основе Интернет-технологий. Одним из важнейших видов
мультимедийной информации являются динамические изображения (ДИ).
ДИ содержат много избыточной информации, поэтому применяются различные методы сжатия. Наиболее
распространенными являются методы сжатия в стандарте MPEG. В реальных каналах связи возможны потери
некоторого количества информации при передаче в реальном времени. При этом важное значение имеют
оценки потерь качества ДИ в зависимости от характеристик реального канала передачи информации.
Возможны два подхода к оценке качества ДИ: объективная оценка качества принятого изображения с
помощью использования математических методов и субъективная оценка качества на основе методик
экспертных оценок. В большинстве случаев качество принятого изображения разумно оценивать не абсолютно,
а относительно качества передаваемого изображения.
Информация, содержащаяся в ДИ и преобразуемая в системе кодирования-передачи-декодирования, в
конечном счете предназначена для восприятия человеком, поэтому решающую роль при определении качества
ДИ играет именно субъективная оценка. Вместе с тем, объективные оценки позволяют установить
количественные требования к характеристикам системы и выполнить оптимизацию режима ее работы.
Для решения задачи в общем виде нужно найти объективные оценки, которые наилучшем образом
соответствуют субъективным. Такие оценки можно получить в несколько этапов /1/:
– подготавливается представительный набор ДИ, на котором выполняются оценки качества;
– осуществляется объективный анализ качества принятого изображения различными методами, в
результате чего получают оценки качества ДИ для каждого метода оценивания;
– выполняется субъективный анализ принятого изображения наблюдателями-экспертами, которым
демонстрируются ДИ. Оценки разных экспертов для одного и того же ДИ усредняются;
– сравниваются оценки ДИ, полученные объективными и субъективными методами и выясняется, какой из
объективных методов наиболее точно характеризует качество ДИ.
Для получения обоснованных оценок необходимо учитывать тот факт, что ДИ могут существенно
различаться по субъективному информационному наполнению. Так, ДИ в виде клипа с диктором, читающим
новости, будет гораздо менее информационно наполненным в смысле видеоинформации чем, например,
футбольный матч. Поэтому экспертам демонстрируются различные виды динамических изображений (фильмы,
спорт и др.) при различных скоростях видеопотока (1.5, 3.0, 8.3 Mбит/с и т.д.), что приводит к получению
большого количества статистически надежных результатов.
Для тех же видеофрагментов строятся объективные оценки. Затем, основываясь на полученной статистике,
для каждого объективного метода выводится “коэффициент правдивости” в интервале [0..1]. Метод, имеющий
коэффициент наиболее близкий к единице, является наиболее подходящим.
Для того чтобы объективные оценки наиболее соответствовали субъективным, следует учитывать
характерные особенности человеческого восприятия ДИ. Среди этих особенностей можно выделить следующие:
– цветовое разрешение человеческого зрения ниже яркостного /2/;
– человек маловосприимчив к мелким цветным деталям /2/;
– человек плохо замечает ошибки, быстро “проскакивающие” в каком-то одном видеокадре.
При кодировании согласно стандарту MPEG, необходимо учитывать структуру файлов этого формата, а
именно:
– нельзя оценивать каждый декодированный кадр отдельно, так как в MPEG используется межкадровое
предсказание /2/;
– необходимо фиксировать, в каком именно месте произошла потеря пакета при передаче информации по
сети. Если это Intra (I, опорный) кадр, то восстановленное изображение будет содержать ошибку на
протяжении всего времени, пока не будет получен следующий I-кадр. Если это Predicted (P,
предсказываемый) кадр, то ошибка сохранится до следующего P-кадра. Если это Bidirection
(предсказываемый в обе стороны) кадр, то ошибка будет только в этом кадре и не сохранится.
Исходя из вышеперечисленных требований, можно сделать вывод, что объективные методы должны
обладать следующими свойствами:
– выделять контура в изображении, например, с помощью оператора Собела (выделение контуров
необходимо для регистрации границ перепадов яркости);
– наиболее сильно учитывать накопление ошибок при потере пакетов в I-кадрах, и менее в P-кадрах.
На основе вышеизложенного можно заключить, что оценка качества передачи ДИ является достаточно
сложной комплексной проблемой. Представляется целесообразным получать оценки качества при
моделировании процесса передачи ДИ по каналам с варьируемыми характеристиками. Используя
рассмотренные выше подходы к оценке качества ДИ, устанавливаются количественные требования к
характеристикам реальных каналов, при которых обеспечивается заданное качество передачи
видеоинформации.
Литература
1. T1A1.5/96-121. Objective and Subjective Measures of MPEG Video Quality.
2. ISO/IEC 11172. Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1.5
Mbit/s/.
3. ANSI T1.801.03-1996.