基于HEVC的UHD(超高清4K)视频质量评价

2014/08/16 13:56
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Sung-Ho Bae等人在论文《Assessments of Subjective Video Quality on HEVC-Encoded 4K-UHD Video for Beyond-HDTV Broadcasting Services》中,对基于HEVC编码的4K超高清视频序列进行了主观质量评价和客观质量评价。这在目前来说还是比较超前的。在此记录一下其实验过程以及实验结论。


选择序列的过程

选择序列的过程如下图所示。一共对36个测试序列进行筛选。计算Ct(时间复杂度)以及Cs(空间复杂度)。以Cs为横坐标,Ct为纵坐标,散点图如下图所示。

空心的点代表没有被选中的序列。被选中的序列标记成了红点。注意,该图被划分为9个区域,分别表示Ct和Cs的高,中,低(H,M,L),该9个区域每个区域选择一个序列。


选择的序列的Cs(空间复杂度)以及Ct(时间复杂度)如图所示。


选择的序列的内容如图所示。



CU和TU的四叉树结构如下图所示。


编码器配置如下表所示。


预期设定的比特率和实际比特率之间的比较如下表所示。每个序列期望达到18,23,36Mbps三个比特率。通过设定不同的QP,以达到相应的目标比特率。需要注意的是,根据序列内容的不同,设定的QP是不一样的。


下图(a)反映了不同码率的情况下,视频平均PSNR的大小。

(b)反映了不同码率下,同时又是不同Cs(空间复杂度),视频平均PSNR的大小。

(c)反映了不同码率下,同时又是不同Ct(时间复杂度),视频平均PSNR的大小。


估算编码23Mbps的视频序列需要的QP值是通过下图所示的方法。如图所示,横坐标为QP,纵坐标为码率。已知QP为21的时候,码率大概为38Mbps,QP为24的时候,码率大概为17Mbps。则大致可以估计出,如果想要码率达到23Mbps,QP值应该取23(这两个数竟然一样,实在是一个巧合)


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。)如下图所示。


4组主观评价实验的测试序列参数如下表所示。


4组实验的数据量太大了,这里不一一说明,只列出几张结果图。

第一组实验实验结果如图所示。注意第一组实验观察距离是0.75H。(a)图是各种序列的平均值。(b)图分为三种:低Cs,中Cs,高Cs。(c)图分为三种:低Ct,中Ct,高Ct。


第二组实验实验结果如图所示。注意第二组实验观察距离是1.5H。依然是三个图。(a)图是各种序列的平均值。(b)图分为三种:低Cs,中Cs,高Cs。(c)图分为三种:低Ct,中Ct,高Ct。


第一组实验数据和第二组实验数据之间的比较。测试序列数量还是很多的。注意第一组实验观察距离是0.75H,第二组实验观察距离是1.5H。

整体来说差别不是很大,但是离近些的话,会更容易感受到视频质量的下降。画红色圈的序列表现比较明显。


第三组实验数据和第四组实验数据之间的比较。受损YUV420序列与受损YUV444序列之间的比较。第三组实验和第四组实验都是使用YUV444序列进行编码的。第三组实验解码后的受损序列是YUV420格式的。第四组实验解码后的受损序列是YUV444格式的。

使用YUV444格式编码的话,编码UV数据需要相对比较大的数据量。因而在码率相同的情况下,使用YUV420格式编码的时候Y的数据量会比YUV444大一些。从实验结果来看,YUV420序列的质量要好于YUV444。尤其在序列“Chuno−LM 18,23Mbps”,以及“MapleTree−HL 18,23,36Mbps”序列上表现明显。


第二组实验数据和第四组实验数据之间的比较。第二组实验数据是YUV420编码后解码得到YUV420数据。第四组实验数据是YUV444编码后解码得到YUV444数据。



论文地址:http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?reload=true&arnumber=6480797


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