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数字电视视频全域测量体系

2007-09-27 湖北电视台 肖冰 李东 肖湘波 依马狮网


    【摘要】 本文阐述了数字电视视频测量的全过程,将画面编码测量、DVB TS测量、传输调制测量相结合,并以分层的观点来全面分析问题,对各分层测量要点进行规范化的表述。
    【关键词】 测量  数字电视  视频  TS流  QAM



    当前,数字技术已深深植入广播电视领域,各种新技术、新标准、新运用层出不穷,非模拟时代可比。今天最前沿的技术,转眼便成过眼黄花。GB2097-1997《彩色电视广播测试图》是模拟彩色电视广播工程中的国家标准,使用非常广泛,可用该图来测评整个广播电视系统(包括电视播出系统、发射/传输系统和接收显示系统)的质量情况,用以发现和解决问题。对于数字视频信号,该方法不再有效和准确,也不再被信任。有必要对此进行深入探讨,以建立新一代的电视测量观点。

    编码测量(第三层)
    由于数字电视视频编码系统对图像进行有损压缩和失真的表现大异于昔者,因此要进行编码测量,通过测量仪器仿真人眼的视觉效应,过滤分析,对原始图象和压缩图象进行特征差异比较、图象数据差异比较来代替主观评价。
    整体来说,影响数字电视系统视频图象质量的因素有输入视频的质量、输入视频的特性、使用的编码算法和编码参数。视频损伤常出现在高速运动、高度细节、圆周性运动、高频噪声、圆片颗粒和纹状等中,常见的损伤类型有块状、模糊/污损状、边缘噪杂、块状出错、飞虫噪声、量化噪声等。但是,人的视觉图象质量的等级度量并不完全取决于这些,在主观上,画面亮度上的差异比色度上的更易觉察,前景上的差异比背景上的更易觉察,平坦场面上的差异比活动场面上的更易察觉。只能参照原始基准图象来测量图象质量的好坏,并且当客观测量的结果与主观评估基本一致时才有效。编码测量的理论和方法要充分考虑人眼对比的敏感度、空间时间的响应、色度的感觉灵敏度等特点。
    根据运用最普遍的数字电视编码系统—MPEG-2视频的基本原理及其引入图像失真的机理和失真表现,可挑选了一些具有复杂快速运动、场景切换、色彩鲜艳和细节丰富等特点的素材作为测试图像序列,要具有非常容易实现和精确的压缩编码的特性,以此来进行主观画面编码测量。
    1.名称:花园 Flower Garden
    特征:花园全景图像序列,色彩细节丰富。
    动作:低速摇镜头
    2.名称:足球 Soccer
    特征:典型的快速运动图像序列。
    动作:快速运动 
    3.名称:海港 Kiel Harbor
    特征:海港全景图像序列,亮度细节丰富。
    动作:推镜头
    4.名称:溪谷 Tempete 
    特征:垂直、水平方向清晰度,亮度、色彩细节丰富。
    动作:随机运动
    5.名称:青年女子Susie 
    特征:人体肤色,谈吐的表情
    动作:慢速运动
    6.名称:乒乓球Table Tennis
    特征:乒乓球快速随机运动
    动作:变焦和摇镜头
    7.名称:滑雪Ski Race 
    特征:滑雪运动,高亮度
    动作:摇、焦推镜头
    8.名称:汽车赛Auto Race 
    特征:汽车快速运动 
    动作:快速摇摄
    9.名称:圆盘BBC Disc 
    特征:随机运动
    动作:圆周性运动
    10.名称:戏剧女旦Diva 
    特征:戏剧画面和字幕
    动作:慢速运动
    11.名称:活动和日历Mobile and Calendar
    特征:随机慢速运动,背景是鲜艳的动画和移动的挂历。
    动作:慢速运动
    12.名称:帆船Sailboat 
    特征:帆船的色彩和运动
    动作:慢速运动
    13.名称:毛线球Balls of Wool 
    特征:毛线球色彩和运动
    动作:中速运动
    14.名称:水浪Popple 
    特征:色彩的运动
    动作:摇镜头,旋转变换
    15.名称:水池Lilly Pond 
    特征:亮度清晰度
    动作:静态图像

    传送流测量(第二层)
    数字电视信号都要编码打包成传送流(TS)形式,通过异步串行接口ASI传输播出,其可以有不同数据速率,因此可发送和接收不同速率的MPEG2数据。ASI系统第2层(最高层)使用MPEG2标准ISO/IEC 13818-1(SYSTEM),第1层是信号的传输编码,包括同步插入、并/串转换等,第0层(最低层)是基于1SO/IEC CD 14165-1的FC信道,FC支持多种物理传输媒介,如同轴电缆、光纤等。
    推荐的传送流系统测试指标分为三个等级,第一级是可正确解码所必须的几个参数,第二级是达到同步后可连续工作必须的参数和需要周期监测的参数,第三级是依赖于应用的几个参数。这是数字电视质量的客观技术指标,尽管它们不能直接用于图像质量的主观评价,但影响着数字信号的质量和整个系统的稳定性,其中第一二级直接关系到传送流能否被正确解码,以及解码后节目图像和伴音的效果。
    以下是传送码流的测量标准规范TR101-290及分析注释
    一.基本 
    1.TS同步丢失  transport_sync_loss 
    连续5个TS包至少有2个同步字段sync_byte丢失。
    2.同步字节错  sync_byte_error 
    TS包的sync_byte≠0x47。
    3.PAT错  PAT_error 
    0x0000包两次间隔>0.5s或该包table_ID≠0x00或加扰控制段transport_scrambling_control≠0。
    4.连续计数错  continuity_count_error 
    同PID的包计数不为线形增加,乱序,重复,丢包。
    5.PMT错  PMT_error 
    0x0000包指的tabl

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