基于HEVC 的UHD(超高清 4K)视频的主观质量评价

2014/08/16 13:48
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Philippe Hanhart等人在论文《Subjective quality evaluation of the upcoming HEVC video compression standard》中对新一代视频编码标准HEVC (H.265) 做了主观质量评价以及客观质量评价试验。在此记录一下他们的实验过程以及结果。


该论文使用的4个测试序列如下表所示,可以看出分辨率都是UHD(超高清 4K)的。


测试序列的内容如下图所示。


分别计算了4个序列的TI(时间复杂度)和SI(空间复杂度),并以散点图的形式统计了一下,如下图所示。

有关TI和SI可以参考:衡量视频序列特性的TI(时间信息)和SI(空间信息)


实验使用的编码器参数设置如下表所示。该实验使用H.264作为进行对比的编码标准。


3个测试序列的码率如下表所示。表3是期望达到的码率。表4是实际的码率。表5是为了达到期望的码率而设置的QP。

对于一种编码标准(HEVC或H.264),每个测试序列设定了R1——R5五个码率。


下图是使用客观质量评价算法PSNR得到的结果。可以看出,同等视频质量的前提下(即同等PSNR的情况下),HEVC的码率要明显低于H.264的码率。但是具体低多少码率则跟序列的内容有关。


下图是主观评价实验会用到的DSIS(双刺激损伤评价法(Double Stimulus Impairment Scale):看原始图像,再看编码后图像,比较之打分,循环。)的示意图。


下表所示是测试的硬件配置。


下图所示是主观评价实验室的环境,符合ITU的建议。


下图是主观评价实验的结果。感觉主观实验趋势不像客观实验那么“整齐”啊,连出来的“线”比较乱。


这张图乍一看感觉很高深。我也琢磨了半天。现在解释一下。A代表AVC(H.264),H代表HEVC,R1-R5代表五种码率。例如PeopleOnStreet序列的A-R5代表AVC码率为R5的视频序列(查一下发现码率为20Mbps)。纵坐标代表条件A(Condition A),横坐标代表条件B(Condition B)。当处于条件A的序列视频质量比条件B的序列的质量好的时候,图中显示白色。当A比B差的时候,图中为黑色。如果A和B差不多的话,就是灰色了。每个视频序列都会和其他9个视频序列作比较。


下图反映了主观评价的视频质量和客观评价的视频质量之间的关系。横坐标为客观的PSNR,纵坐标为主观的MOS。PeopleOnStreet和Sintel2两个序列总体上还是比较符合规律的。Traffic序列看上去不太符合规律啊。。。

注:PSNR和MOS的对应关系可以参考: 全参考视频质量评价方法(PSNR,SSIM)以及相关数据库



下表列出了同等视频质量的前提下,HEVC相对于H.264节约的码率。

问题的关键是什么算做“同等视频质量”。左边一列使用客观指标PSNR作为衡量视频质量的标准。右边一列使用主观评价的结果MOS作为衡量视频质量的标准。



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