Одной из тенденций рынка охранного телевидения является многообразие присутствующих на нем видекодеков. Чуть ли не каждый разработчик программноаппаратных средств CCTV стремится разработать свои уникальные алгоритмы сжатия видео и провозгласить их превосходство над остальными. Так как заявления разработчика могут не всегда соответствовать действительности, то потребитель нуждается в независимой экспертной оценке качества видеокодеков. Проведение экспертной оценки обычно выполняют известные лаборатории, научные сообщества на основе двух основных методов: субъективное тестирование и использование объективных метрик качества.
При субъективном тестировании группе экспертов предъявляются фрагменты видео, сжатые различными кодеками, и они выставляют качеству этих фрагментов оценки по некоторой шкале. Далее экспертные оценки обрабатываются тем или иным образом, и получается интегрированный показатель качества, например MOS (mean opinion score).
Достоинством данного способа является простота интерпретаций полученных оценок, так как они непосредственно связаны с человеческим восприятием. Существенными недостатками являются зависимость результатов от опыта экспертов, а также принципиальная невоспроизводимость результатов. Последний недостаток означает также и то, что результаты тестирования, проведенные в двух фирмахконкурентах, будут диаметрально противовоположными. Поэтому вопрос о достоверности субъективных оценок является открытым.
Конечно, потребителю хотелось бы иметь более надежные оценки качества видеокодеков. При этом желательно, чтобы эти оценки обладали свойством повторяемости. И здесь на сцену выступают объективные метрики качества видео, в случае которых не только другие эксперты, но и сам потребитель может повторить все эксперименты. Сам процесс тестирования также весьма технологичен: нажал на кнопку – получил результат.
В данной статье будут рассмотрены применяемые для оценки качества видео объективные метрики, показаны их достоинства и недостатки, возникающие при использовании данных метрик проблемы. Но прежде чем перейти к самим метрикам, необходимо сказать несколько слов про особенности человеческого восприятия видео, так как эти особенности влияют как на построение алгоритмов сжатия, так и объективных метрик оценки качества.
ОСОБЕННОСТИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ
Знание особенностей человеческого зрения позволяет строить объективные метрики оценки качества видео, наиболее близко коррелирующие с субъективными оценками.
К наиболее важным свойствам человеческого зрения отнесем следующие.
Чувствительность к изменению яркости изображения. Зрение человека способно адаптироваться к широкому диапазону яркостей, и в каждом диапазоне человек способен различить определенные уровни яркостей. Эта разрешающая способность зависит не от разности уровней яркости, а от отношения этой разности к среднему значению яркости, т. е. от контраста.
Частотная чувствительность человеческого зрения проявляется в том, что человек гораздо более восприимчив к низкочастотному, чем к высокочастотному шуму. Это связано с неравномерностью амплитудно-частотной характеристики системы зрения человека.
Особенностью цветового восприятия человека является то, что некоторые цвета могут сосуществовать в его восприятии (например, красноватый желтый ощущается как оранжевый), а другие – не могут (противоположные цвета). Именно эта особенность используется при представлении изображений различными цветоразностными схемами.
Эффект маскирования в пространственной области заключается в увеличении порога обнаружения видеосигнала в присутствии другого сигнала, обладающего аналогичными характеристиками. Поэтому, аддитивный шум гораздо заметнее на гладких участках изображения, чем на высокочастотных, то есть в последнем случае наблюдается маскирование. Наиболее сильно эффект маскирования проявляется, когда оба сигнала имеют одинаковую ориентацию и местоположение.
Эффект маскирования во временной области заключается в том, что из-за инерционности зрения человек не сразу обнаруживает изменение яркости сцены видеопоследовательности.