CN101895788B - 一种视频编码性能客观评价方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种视频编码性能客观评价方法，所述方法包括以下步骤：判定待评测编码器的实际输出比特率与目标比特率的相对误差在特定范围内；求取最大窗口比特率；求取图像质量指标PSNR，即PSNR-Y、PSNR-U、PSNR-V；根据最大窗口比特率与PSNR的值，构建条件率失真曲线图，考察性能，获取比较结果。本发明可通过条件率失真曲线图，获取不同编码技术在视频压缩性能和对网络传输的适应性能上的综合评价，也可通过在相等PSNR值下，比较编码器最大窗口比特率，获取编码器的网络传输性能优劣，还可通过在相同最大窗口比特率下，比较PSNR的值，获取编码器在图像客观质量上的压缩性能。
Description
技术领域
本发明涉及视频编码技术领域，尤其涉及一种视频编码性能客观评价方法。
背景技术
一种视频编码技术的优劣主要取决于视频压缩性能和对网络传输的适应性。编码技术的视频压缩性能决定了，经过其压缩处理以后的视频图像的质量，而对网络传输的适应性则决定了，经过其压缩后的视频码流能否在网络中稳定传输，码流接收端是否会经常性的陷入缓冲。
一方面，对视频质量的评估，目前的主流的客观质量评价方法，就是利用率失真性能客观地衡量编码后的图像相对于原始图像的失真度，从而获取编码器的压缩性能。这通常是通过信噪比数据分析。另一方面，目前主要利用码率波动特性来衡量编码器的传输性能，即视频编码器对网络传输的适应性，这对移动信道尤其重要。移动信道具有资源受限，易错(error-prone)的特性。编码器输出的码流，如果波动特征明显，会导致终端播放器频繁陷入缓冲。
目前常规的客观评价方法就是利用上述两个方法，把视频压缩性能和对网络传输的适应性两者独立开来进行评价。从而致使在需要综合评价编码技术在上述两个性能的综合水平上，陷入困难的境地。
发明内容
本发明实施例的目的在于提出一种视频编码性能客观评价方法，旨在解决现有技术视频编码性能客观评价方法不能综合评价视频压缩性能和对网络传输的适应性问题。
本发明实施例方法是这样实现的：
求取最大窗口比特率；
求取图像质量指标PSNR，即PSNR-Y、PSNR-U、PSNR-V；
根据最大窗口比特率与PSNR的值，构建条件率失真曲线图，考察性能，获取比较结果。
本发明实施例的另一目的在于提出一种视频编码性能客观评价系统，所示系统包括：
最大窗口获取模块，用于求取时间窗口内最大平均比特率(即最大窗口比特率MWBR)；
图像质量指标获取模块，用于求取图像质量指标PSNR，即PSNR-Y、PSNR-U、PSNR-V；
图像质量评测模块，用于根据以最大窗口比特率、PSNR值为横坐标和纵坐标所构建的条件率失真曲线图，获取不同编码技术在视频压缩性能和对网络传输的适应性能上的综合评价，并用于通过在相等PSNR值下，比较编码器最大窗口比特率，获取编码器的网络传输性能优劣，并用于通过在相同最大窗口比特率下，比较PSNR的值，获取编码器在图像客观质量上的压缩性能。
本发明的有益效果：本发明实施例通过根据最大窗口比特率、PSNR值为横坐标和纵坐标所构建的条件率失真曲线图，可获取不同编码技术在视频压缩性能和对网络传输的适应性能上的综合评价，也可通过在相等PSNR值下，比较编码器最大窗口比特率，获取编码器的网络传输性能优劣，也可通过在相同最大窗口比特率下，比较PSNR的值，获取编码器在图像客观质量上的压缩性能。
附图说明
图1是本发明实施例一种视频编码性能客观评价方法流程图；
图2是本发明实施例对同一片源，经过不同编码器编码获取不同码流的最大窗口比特率与PSNR-Y所构建条件率失真曲线图的性能解读图；
图3是本发明实施例对同一片源，经过不同编码器编码获取不同码流的最大窗口比特率与PSNR-Y所构建条件率失真曲线图的另一性能解读图；
图4是本发明实施例一种视频编码性能客观评价系统示意图，
图5是图4一种视频编码性能客观评价系统中最大窗口获取模块详细示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。应当理解，此处所描写的具体实施例，仅仅用于解释本发明，并不用以限制本发明。
本发明实施例根据最大窗口比特率、PSNR值为横坐标和纵坐标的条件率失真曲线图，获取不同编码技术在视频压缩性能和对网络传输的适应性能上的综合评价，并用于通过在相等PSNR值下，比较编码器最大窗口比特率，获取编码器的网络传输性能优劣，并用于通过在相同最大窗口比特率下，比较PSNR的值，获取编码器在图像客观质量上的压缩性能。
实施例一
本发明实施例提出的条件率失真性能，一方面用峰值信噪比即PSNR(PeakSignal to Noise Ratio)来表示编解码图像与原始图像的失真度，衡量编码器在视频客观质量上的压缩性能，另一方面将常规的率失真性能中的平均比特率替换为最大窗口比特率，表示编码器的传输性能。
如图1所示，为本发明实施例视频质量评测方法的流程图，所述方法包括以下步骤：
S101，待评测编码器对同一片源进行编解码，获取编码后的码流和解码序列；
S102，根据所述码流判断待评测编码器的实际输出比特率与目标比特率的相对误差是否在特定范围内，是则进入步骤S103，否则进入步骤S106；
考虑到编码的目标比特率与编码器的实际输出比特率存在不一致的可能，为了进行平等的性能测试，要求所有的编码器实际输出比特率与目标比特率的相对误差在特定范围之内，即：
abs(bitratet arg et-bitrateactual)/bitrate t arg et*100％≤Thres
其中，Thres为判定阈值，bitratet arg et为目标比特率，bitrateactual为实际输出比特率，Thres为判定阈值，其由所需达到的试验精度确定，abs(bitratet arg et-bitrateactual)为取bitratet arg et-bitrateactual的绝对值。
满足此条件的才可以进入视频条件率失真性能的实质评价阶段。
S103，求取最大窗口比特率；
由于在实际的流媒体传输中，客户端具有一定的缓冲时长(时间窗)，即客户端是否陷入缓冲，取决于该时间窗口内最大比特率是否超过实际传输带宽。本发明实施例提出基于实际传输中的时间窗，进行码率波动性能的衡量，并把时间窗口内最大平均比特率，称为最大窗口比特率MWBR。
最大窗口比特率计算方法如下：
A)：根据实际传输中的客户端缓冲时长，确定时间窗；
B)：计算每个时间窗内的输出平均比特率作为一个数据点(即一个窗口比特率值)；
C)：删除窗口比特率最大值，消除偶然因数；
D)：将剩余窗口比特率序列降序排列，取前若干个窗口比特率的平均值作为最大窗口比特率；
S104，求取图像质量指标PSNR，即PSNR-Y、PSNR-U、PSNR-V；
S105，根据最大窗口比特率与PSNR的值，构建条件率失真曲线图，获取比较结果，考察性能，END。
以最大窗口比特率MWBR为横坐标，以PSNR为纵坐标绘制条件率失真曲线图，根据曲线图来比较图像的质量。不同编码器的对应不同的性能曲线，曲线位置越高，表示该曲线对应的编码技术在图像客观质量的压缩及网络传输上的综合性能就越好；相同图像质量下(PSNR值相等)，比较不同编码器最大窗口比特率的高低，最大窗口比特率越低，编码器的网络传输性能越好；相同最大窗口比特率(即相同网络传输性能)下，PSNR的值越高，经过编码器压缩的图像客观质量越高。
S106，修改目标比特率，进入步骤S101
图2是本发明实施例对同一片源，经过不同编码器编码获取的不同码流的最大窗口比特率与PSNR-Y所构建条件率失真曲线图的性能解读图，其中两条实线是两个编码器的条件率失真曲线，虚线是单性性能对比辅助线。
编码器1对应的曲线高于编码器2对应的曲线，即在图像客观质量与网络传输性的综合指标上，编码器1优于编码器2；
相同图像质量下，网络传输性能比较：当两个编码器的PSNR-Y相等时，编码器1最大窗口比特率小于编码器2最大窗口比特率，即在相同图像质量下，编码器1比编码器2具有更好的网络传输性能；
图3是本发明实施例对同一片源，经过不同编码器编码获取不同码流的最大窗口比特率与PSNR-Y所构建条件率失真曲线图的另一性能解读图，其中两条实线是两个编码器的条件率失真曲线，虚线是单性性能对比辅助线。
相同最大窗口比特率下(如图3所示)，图像客观质量性能比较：当两个编码器的最大窗口比特率相等时，编码器1的PSNR-Y大于编码器2的PSNR-Y，即在相同的最大窗口比特率下，编码器1客观质量优于编码器2。
本发明实施例提出了一种视频编码性能客观评价方法-条件率失真性能，来综合评价编码技术在视频客观质量上的压缩性能和网络传输性能。本发明实施例首先通过建立以最大窗口比特率为横坐标，以PSNR值为纵坐标的条件率失真曲线图，然后根据曲线图，一方面可以获取不同编码技术在视频压缩性能和对网络传输的适应性能上的综合评价，即曲线越高对应的编码技术性能越好；另一方面亦可以获取单项性能的比较：通过在相等PSNR值下，比较编码器最大窗口比特率，获取编码器的网络传输性能优劣；通过在相同最大窗口比特率下，比较PSNR的值，获取编码器在图像客观质量上的压缩性能。
实施例二
图4所示为本发明实施例一种视频编码性能客观评价系统示意图，所述系统包括，编解码模块，平均码率判定模块，最大窗口获取模块、图像质量指标获取模块、图像质量评测模块。
编解码模块，用于对同一片源进行编解码并获取编码后的码流与解码序列；
平均码率判定模块，用于根据所述码流判定待评测编码器的实际输出比特率与目标比特率的相对误差是否在特定范围内，其中所述特定范围为：
abs(bitratet arg et-bitrateactual)/bitrate t arg et*100％≤Thres
其中，Thres为判定阈值，bitratet arg et为目标比特率，bitrateactual为实际输出比特率，Thres为判定阈值，其由所需达到的试验精度确定，abs(bitratet arg et-bitrateactual)为取bitratet arg et-bitrateactual的绝对值。
目标比特率修改模块，用于修改所述目标比特率以使所述实际输出比特率与所述目标比特率的相对误差在所述特定范围内；
最大窗口获取模块，用于求取时间窗口内最大平均比特率(即最大窗口比特率MWBR)；
图像质量指标获取模块，用于求取图像质量指标PSNR，即PSNR-Y、PSNR-U、PSNR-V；
图像质量评测模块，用于通过以最大窗口比特率、PSNR值为横坐标和纵坐标构建的条件率失真曲线图来获取不同编码技术在视频压缩性能和对网络传输的适应性能上的综合评价，并用于获取不同编码技术网络传输性能和视频压缩性能单项性能的比较(即在相等PSNR值下，比较编码器最大窗口比特率，获取编码器的网络传输性能优劣，最大窗口比特率越低，编码器的网络传输性能越好；在相同最大窗口比特率下，比较PSNR的值，获取编码器在图像客观质量上的压缩性能，PSNR的值越高，编码器在图像客观质量上的压缩性能越好)。
图5是图3视频质量评测系统中最大窗口获取模块详细示意图。
其中，最大窗口获取模块包括时间窗确定模块、数据点获取模块、偶然因素消除模块、最大窗口选定模块。所述时间窗确定模块用于根据实际传输中的客户端缓冲时长，确定时间窗；所述数据点获取模块用于计算每个时间窗内的输出平均比特率作为一个数据点(即一个窗口比特率值)；所述偶然因素消除模块用于删除窗口比特率最大值，消除偶然因数；最大窗口选定模块用于将剩余窗口比特率序列降序排列，取前若干个窗口比特率的平均值作为最大窗口比特率。
本发明实施例通过根据最大窗口比特率、PSNR值为横坐标和纵坐标的条件率失真曲线图，获取不同编码技术在视频压缩性能和对网络传输的适应性能上的综合评价，并用于通过在相等PSNR值下，比较编码器最大窗口比特率，获取编码器的网络传输性能优劣，并用于通过在相同最大窗口比特率下，比较PSNR的值，获取编码器在图像客观质量上的压缩性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种视频编码性能客观评价方法，其特征在于,所述方法包括以下步骤：
求取最大窗口比特率；
求取图像质量指标峰值信噪比PSNR，即亮度峰值信噪比PSNR-Y、U色度峰值信噪比PSNR-U、V色度峰值信噪比PSNR-V；
根据最大窗口比特率与PSNR的值，构建条件率失真曲线图，获取编码器的视频编码性能；
其中，所述求取最大窗口比特率的方法包括：
根据实际传输中的客户端缓冲时长，确定时间窗；
计算每个时间窗内的输出平均比特率作为一个窗口比特率值；
删除窗口比特率最大值，消除偶然因数；
将剩余窗口比特率序列降序排列，取前若干个窗口比特率的平均值作为最大窗口比特率。
2.如权利要求1所述视频编码性能客观评价方法，其特征在于,步骤“求取最大窗口比特率”之前还包括步骤：
判定待评测编码器的实际输出比特率与目标比特率的相对误差在特定范围内。
3.如权利要求2所述视频编码性能客观评价方法，其特征在于,步骤“判定待评测编码器的实际输出比特率与目标比特率的相对误差在特定范围内”之前还包括步骤：
待评测编码器对同一片源进行编解码，获取编码后的码流和解码序列。
4.如权利要求2或3所述的一种视频编码性能客观评价方法，其特征在于，所述特定范围为：
abs(bitratetarg et-bitrateactual)/bitratetarg et*100%≤Thres
其中，Thres为判定阈值，bitratetarg et为目标比特率，bitrateactual为实际输出比特率，abs（bitratetarg et-bitrateactual）为取bitratetg et-bitrateactual的绝对值。
5.如权利要求1所述的视频编码性能客观评价方法，其特征在于，所述“根据最大窗口比特率与PSNR的值，构建条件率失真曲线图，获取编码器的视频编码性能”的步骤包括：
根据以最大窗口比特率、PSNR值为横坐标和纵坐标所构建的条件率失真曲线图，获取不同编码技术在视频压缩性能和对网络传输的适应性能上的综合评价，或通过在相等PSNR值下，比较编码器最大窗口比特率，获取编码器的网络传输性能，或可通过在相同最大窗口比特率下，比较PSNR的值，获取编码器在图像客观质量上的压缩性能。
6.一种视频编码性能客观评价系统，其特征在于，所述系统包括：
最大窗口获取模块，用于获取最大窗口比特率；
图像质量指标获取模块，用于求取图像质量指标峰值信噪比PSNR，即亮度峰值信噪比PSNR-Y、U色度峰值信噪比PSNR-U、V色度峰值信噪比PSNR-V；
图像质量评测模块，用于根据最大窗口比特率、PSNR值为横坐标和纵坐标所构建的条件率失真曲线图，获取不同编码技术在视频压缩性能和对网络传输的适应性能上的综合评价，并用于通过在相等PSNR值下，比较编码器最大窗口比特率，获取编码器的网络传输性能，并用于通过在相同最大窗口比特率下，比较PSNR的值，获取编码器在图像客观质量上的压缩性能；
其中，所述最大窗口获取模块包括：
时间窗确定模块，用于根据实际传输中的客户端缓冲时长，确定时间窗；
数据点获取模块，用于计算每个时间窗内的输出平均比特率作为一个窗口比特率值；
偶然因素消除模块，用于删除窗口比特率最大值，消除偶然因数；
最大窗口选定模块，用于将剩余窗口比特率序列降序排列，取前若干个窗口比特率的平均值作为最大窗口比特率。
7.如权利要求6所述视频编码性能客观评价系统，其特征在于，所述系统还包括：
平均码率判定模块，与所述最大窗口获取模块相连，用于判定待评测编码器的实际输出比特率与目标比特率的相对误差是否在特定范围内；
目标比特率修改模块，与所述平均码率判定模块相连，用于修改所述目标比特率以使所述实际输出比特率与所述目标比特率的相对误差在所述特定范围内。
8.如权利要求7所述视频编码性能客观评价系统，其特征在于，所述系统还包括：
编解码模块，与所述平均码率判定模块和所述目标比特率修改模块相连，用于对同一片源进行编解码并获取编码后的码流与解码序列。
9.如权利要求8所述视频编码性能客观评价系统，其特征在于，所述特定范围为：
abs(bitratetarg et-bitrateactual)/bitratetarg el*100%≤Thres
其中，bitratetarg et为目标比特率，bitrateactual为实际输出比特率，Thres为判定阈值，abs（bitratetarg et-bitrateactual）为取bitratetarg et-bitrateactual的绝对值。
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