HDTV(1920x1080)码率和视频质量关系的研究

Hans Hoffmann等人在论文《Studies on the Bit Rate Requirements for a HDTV Format With 1920 x 1080 pixel Resolution, Progressive Scanning at 50 Hz Frame Rate Targeting Large Flat Panel Displays》中,研究了HDTV的码率和视频质量之间的关系。在此记录一下论文的内容。

注:论文题目翻译过来意思是《基于大型平板显示器的HDTV格式视频(分辨率为1920x1080,逐行扫描,帧率为50Hz)的码率的要求的研究》

   

 本文用到的视频序列格式的说明:

 

主观评价实验室环境如下图所示:

显示器的设置如下表所示(显示器选项也真不少啊)。

 使用PLUGE信号测量峰值亮度的结果如下所示。

  全屏幕的亮度测量测量结果如下表所示。一共取了5种信号:白,黑,红,绿,蓝。

上图的详细数据如下表所示。

对比度测试

显示器的对比度测试如下图所示。取了屏幕上的5块区域,中间1块是白色的,其他的是黑色的,测量这5块区域的亮度。

测试图像分辨率为1920x1080。每一块区域大小为200x200。黑色的RGB系数是(0, 0, 0),白色的系数是 (255, 255, 255) ,灰色的系数(127,127,127)。

 测试的结果如下所示。白色区域是Lw。对于黑色区域:左=1,上=2,右=3,下=4.

 亮度测量设备使用美能达色彩亮度计CS100的结果:

   

  亮度测量设备使用Thoma TMF6的结果:

均匀性测试 :

显示器的黑,白,彩色的均匀性测试如下图所示。取了显示器上不同位置的9个点。

测量设备使用美能达色彩亮度计CS100。

测试的结果如下图所示(在此仅列出一部分数据,数据量太大占篇幅)。

 数字灰度取值(0-255)和实际亮度之间的对应关系

测试数据如下表所示(注:每个数字灰度值测了5遍)。

可以将该表的数据转化为下图。

 横坐标是数字取值,取值范围从0-255,即RGB取值从(0,0,0),(1,1,1),(3,3,3)...至(255,255,255)。

 纵坐标是实测的亮度值。可见实际上这两者之间不是严格的线性关系。

   

 主观评价的座位

一共有6个,分为2排,距离分别是显示器高度的3倍和4倍。

 实验系统

结构如下图所示。视频服务器通过DVI将视频信号输送到显示器。有一台计算机用于控制视频服务器。

 实验中使用了双刺激损伤标度(The Double Stimulus Impairment Scale ,DSIS)主观质量评价的方法,如下图所示。也就是一段参考序列,一段损伤序列,不再细说方法。

参考:视频主观质量评价方法

 测试序列Crowd Run的截图(这个序列使用的还真是挺广泛的)

首先来看一下主观评价的试验结果:

 从实验结果来看,可以得出以下结论:

1.观看距离比较近(3H)的主观质量要差于观看距离比较远(4H)的主观质量

2.随着码率的下降,视频的质量逐渐下降

3.同等码率下1080i/25的主观质量要低于1080p/50(这个结果是比较惊人的,造成这种结果可能有多种原因:显示器,编码器等等)

4.1080i/25随着码率的下降,主观质量下降明显更快。

5.1080p/50和720p/50随着码率的下降,主管质量下降的趋势比较雷同。

 

参与测试的序列的复杂度如下表所示。从上到下复杂度依次递减。

 下表所示式编码器设置的参数。编码器为JVT9.0。实验选择了3个QP值:20,27,35,编码三个档次的视频(对应"极好","好","一般")。

实验步骤如下图所示。很清晰,不再多说。

实验结果如下图所示。"极好","好","一般"分别画在95,75,55的质量分数的位置。纵坐标为相对节约的码率。

需要注意的是,有一条浅蓝色的线(sample saving),意思是说在不经过压缩编码的情况下,数据量相对于1080/p50节约了多少(其实就是单位时间里像素数相对于1080p/50少了多少)。

可以看出来,视频质量越高,相对节约的码率就越大。

单看1080i/50,效果不甚理想,因为他在任何视频质量下基本上都没有超过sample saving。

   

 剩下这几种格式的效果都在预期之中。

posted @ 2015-05-17 15:55  Mr.Rico  阅读(...)  评论(...编辑  收藏