CN101984665A - 一种视频传输质量评测的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种视频传输质量评测的方法，其包括以下步骤：获取第一视频；将第一视频进行编码压缩形成第二视频；对第二视频进行解码；对比第一视频的视频序列与解码后第二视频的视频序列，计算出视频序列的峰值信噪比(PSNR)与结构相似度(SSIM)平均值，得出视频在完全传输后的质量。本发明的视频传输质量评测的方法与系统通过将未压缩的第一视频序列进行封装，编码，流提取，格式转换，解码的过程得到的第二视频的视频序列，从得到的参数值评估出视频在完全传输后的质量，从客观数据上评测视频质量，同时实现方法达到简单实用，成本低廉。

Description

一种视频传输质量评测的方法与系统

技术领域

本发明涉及一种评测方法，特别是关于一种视频传输质量评测的方法与系统。

背景技术

无论是传统的有线电视，单向数字电视，双向互动电视，还是网络电视媒体，由于带宽，传输距离等因素的影响，视频在传播过程中势必会损耗，那经过编码，传送，解码后的视频质量是我们最关心的方面，在视频发展越来越快（从黑白到彩色，再到标清，高清，甚至到3D）的情况下，视频压缩传递后的视频质量的评测是非常重要的，它的好坏不仅是评测视频压缩算法好坏的重要依据，同时也影响着在终端观看视频的人的视觉感受。视频评测在行业里一般分为主观评测和客观评测两方面，主观评测是检测视频质量最有效的方法，但其也有系统搭建，测试过程，测试要求过于复杂且不同人的视觉感受差异性等缺点。因此，在视频压缩质量主观评价的同时，建立起与主观质量损伤相关的客观测量，以便在主观条件不具备时，能借助测量仪器或测试系统获得定量的物理参数值表达系统的性能。因此，视频质量的客观评测是评估视频质量好坏的重要依据之一，在现代视频质量评测中已经广泛运用。

一种现有的视频质量评价方法采用：对第一视频进行压缩编码，获取所述第一视频的编码输出信息量；获取所述第一视频的保真编码输出信息量；根据所述编码输出信息量和所述保真编码输出信息量，获得视频质量评价的参数，根据所述参数评价该第一视频经过所述压缩编码所得的第二视频的质量。但是，该技术方案存在一定的缺陷，例如没有覆盖到解码后的视频质量。

而通过客观评测方法与仪器来实现的视频质量客观评测技术中，存在的最大的问题就是所采用的设备价格非常的昂贵。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种客观评测而且方便实现的视频传输质量评测的方法。

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种客观评测而且方便实现的视频传输质量评测的系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种视频传输质量评测的方法，其包括以下步骤：获取第一视频；

将第一视频进行编码压缩形成第二视频；

对第二视频进行解码；

对比第一视频的视频序列与解码后第二视频的视频序列，分别计算出视频序列的峰值信噪比PSNR（Peak Signal to Noise Ratio，峰值信噪比）的平均值与结构相似度SSIM（structural similarity，结构相似度）的平均值，得出视频在完全传输后的质量。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的获取第一视频包括：获取包括未压缩的1080i/50Hz的YUV视频序列的第一视频。

本发明解决进一步技术问题的方案是：获取的第一视频的视频序列包括不同的视频类类型，包括以下之一或其组合：运动复杂，颜色复杂，近景远景，场面复杂。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述将第一视频进行编码压缩形成第二视频包括：第一视频源通过图形工作站进行视频封装后再输出HD-SDI（High Definition-Serial Digital Input）信号到编码压缩设备，所述的编码压缩设备对第一视频进行压缩编码形成第二视频。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述对第一视频进行压缩编码形成第二视频包括：采用H.264压缩算法对第一视频进行压缩编码形成第二视频。或，

采用MPEG2或AVS压缩算法对第一视频进行压缩编码形成第二视频。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述对比第一视频的视频序列与解码后第二视频的视频序列，分别计算出视频序列的PSNR的平均值与SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量的步骤包括：对比第一视频的YUV视频序列与解码后的第二视频的YUV视频序列，分别计算出视频序列前100帧的PSNR的平均值与SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量。

本发明解决进一步技术问题的方案是：提供一种视频传输质量评测的系统，其包括：图像处理工作站，用于获取第一视频；编码压缩设备，用于将所述第一视频进行编码压缩形成第二视频；图像处理设备，用于对第二视频进行解码；并对比第一视频的视频序列与解码后第二视频的视频序列，分别计算出视频序列的峰值信噪比PSNR的平均值与结构相似度SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的图像处理工作站包括至少2G的内存，SAS硬盘，独立的显卡以及视频播放卡。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的图像处理工作站获取第一视频包括未压缩的1080i/50Hz的YUV视频序列。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的第一视频的视频序列包括不同的视频类类型，包括以下之一或其组合：运动复杂，颜色复杂，近景远景，场面复杂。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的图像处理设备对比第一视频的YUV视频序列与解码后的第二视频的YUV视频序列，分别计算出视频序列前100帧的PSNR的平均值与SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量。

相较于现有技术，本发明的视频传输质量评测的方法与系统通过将未压缩的第一视频序列进行封装，编码，流提取，格式转换，解码的过程得到的第二视频的视频序列，从得到的参数值评估出视频在完全传输后的质量，从客观数据上评测视频质量，同时实现方法达到简单实用，成本低廉。

附图说明

图1是本发明的一种视频传输质量评测的方法流程示意图。

图2是本发明的一种视频传输质量评测的系统的结构示意图。

具体实施方式

以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

如图1至图2所示，本发明提供一种视频传输质量评测的方法，该方法采用的是同一压缩算法（H.264），不同硬件设备的视频压缩，评测出来视频质量的好坏是评估各高清编码设备的重要依据，为我们主观评测的结果提供一个客观数据的支持。该方案还可以延伸为各不同压缩算法（H.264,MPEG2,AVS）好坏的评估。

H.264是一种高性能的视频编解码技术。目前国际上制定视频编解码技术的组织有两个，一个是“国际电联（ITU-T）”，它制定的标准有H.261、H.263、H.263+等，另一个是“国际标准化组织（ISO）”它制定的标准有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。而H.264则是由两个组织联合组建的联合视频组（JVT）共同制定的新数字视频编码标准，所以它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4高级视频编码（Advanced Video Coding，AVC），而且它将成为MPEG-4标准的第10部分。因此，不论是MPEG-4 AVC、MPEG-4 Part 10，还是ISO/IEC 14496-10，都是指H.264。 

H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。举个例子，原始文件的大小如果为88GB，采用MPEG-2压缩标准压缩后变成3.5GB，压缩比为25∶1，而采用H.264压缩标准压缩后变为879MB，从88GB到879MB，H.264的压缩比达到惊人的102∶1！H.264为什么有那么高的压缩比？低码率（Low Bit Rate）起了重要的作用，和MPEG-2和MPEG-4 ASP等压缩技术相比，H.264压缩技术将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。尤其值得一提的是，H.264在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像。

H.264是在MPEG-4技术的基础之上建立起来的，其编解码流程主要包括5个部分：帧间和帧内预测（Estimation）、变换（Transform）和反变换、量化（Quantization）和反量化、环路滤波（Loop Filter）、熵编码（Entropy Coding）。 

H.264/MPEG-4 AVC（H.264）是1995年自MPEG-2视频压缩标准发布以后的最新、最有前途的视频压缩标准。H.264是由ITU-T和ISO/IEC的联合开发组共同开发的最新国际视频编码标准。通过该标准，在同等图象质量下的压缩效率比以前的标准提高了2倍以上，因此，H.264被普遍认为是最有影响力的行业标准。

 H.264标准的关键技术

1.帧内预测编码：

　　帧内编码用来缩减图像的空间冗余。为了提高H.264帧内编码的效率，在给定帧中充分利用相邻宏块的空间相关性，相邻的宏块通常含有相似的属性。因此，在对一给定宏块编码时，首先可以根据周围的宏块预测（典型的是根据左上角的宏块，因为此宏块已经被编码处理），然后对预测值与实际值的差值进行编码，这样，相对于直接对该帧编码而言，可以大大减小码率。 

H.264提供6种模式进行4×4像素宏块预测，包括1种直流预测和5种方向预测，相邻块的A到I共9个像素均已经被编码，可以被用以预测，如果我们选择模式4，那么，a、b、c、d4个像素被预测为与E相等的值，e、f、g、h4个像素被预测为与F相等的值，对于图像中含有很少空间信息的平坦区，H.264也支持16×16的帧内编码。

2.帧间预测编码：

　　帧间预测编码利用连续帧中的时间冗余来进行运动估计和补偿。H.264的运动补偿支持以往的视频编码标准中的大部分关键特性，而且灵活地添加了更多的功能，除了支持P帧、B帧外，H.264还支持一种新的流间传送帧——SP帧，如图3所示。码流中包含SP帧后，能在有类似内容但有不同码率的码流之间快速切换，同时支持随机接入和快速回放模式。 

(1)不同大小和形状的宏块分割：

　　对每一个16×16像素宏块的运动补偿可以采用不同的大小和形状，H.264支持7种模式。小块模式的运动补偿为运动详细信息的处理提高了性能，减少了方块效应，提高了图像的质量。 

(2)高精度的亚像素运动补偿：

在H.263中采用的是半像素精度的运动估计，而在H.264中可以采用1/4或者1/8像素精度的运动估值。在要求相同精度的情况下，H.264使用1/4或者1/8像素精度的运动估计后的残差要比H.263采用半像素精度运动估计后的残差来得小。这样在相同精度下，H.264在帧间编码中所需的码率更小。 

(3)多帧预测：

　　H.264提供可选的多帧预测功能，在帧间编码时，可选5个不同的参考帧，提供了更好的纠错性能，这样更可以改善视频图像质量。这一特性主要应用于以下场合：周期性的运动、平移运动、在两个不同的场景之间来回变换摄像机的镜头。 

(4)去块滤波器：

　　H.264定义了自适应去除块效应的滤波器，这可以处理预测环路中的水平和垂直块边缘，大大减少了方块效应。 

3.整数变换：

　　在变换方面，H.264使用了基于4×4像素块的类似于DCT的变换，但使用的是以整数为基础的空间变换，不存在反变换，因为取舍而存在误差的问题。与浮点运算相比，整数DCT变换会引起一些额外的误差，但因为DCT变换后的量化也存在量化误差，与之相比，整数DCT变换引起的量化误差影响并不大。此外，整数DCT变换还具有减少运算量和复杂度，有利于向定点DSP移植的优点。 

4.量化：

　　H.264中可选32种不同的量化步长，这与H.263中有31个量化步长很相似，但是在H.264中，步长是以12.5%的复合率递进的，而不是一个固定常数。 

在H.264中，变换系数的读出方式也有两种：之字形(Zigzag)扫描和双扫描。大多数情况下使用简单的之字形扫描；双扫描仅用于使用较小量化级的块内，有助于提高编码效率。 

5.熵编码：

　　视频编码处理的最后一步就是熵编码，在H.264中采用了两种不同的熵编码方法：通用可变长编码（UVLC）和基于文本的自适应二进制算术编码（CABAC）。

本发明提供一种视频传输质量评测的方法，其包括以下步骤：

获取第一视频，主要以1080i/50HZ为主作为第一视频，获取的第一视频提取的视频序列是不同的视频类类型，如运动复杂，颜色复杂，近景远景，场面复杂。

将第一视频进行编码压缩形成第二视频；第一视频源通过图形工作站进行视频封装后再输出HD-SDI信号(High Definition-Serial Digital Input，高清串行数字信号)到编码压缩设备，编码压缩设备采用H.264压缩算法的编码压缩设备进行压缩编码形成第二视频；所述的第一视频通过图像处理工作站以及编码压缩设备进行编码压缩，其中图像处理工作站需要配置高内存（至少2G），高磁盘IO性能（至少SAS硬盘），高显存（独立的显卡），视频播放卡（此方案中采用的是BLACKMAGIC公司的DECKLINK-STUDIO）；编码压缩设备都是采用的H.264压缩算法。

对第二视频进行解码；通过图像处理设备将第二视频经过抓流，格式转换，解码后成为YUV视频序列；图像处理设备采用的是免费开放的开源软件ffmpeg和Elecard相关软件对第二视频进行解码，其结构图如图2所述；YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰阶值；而“U”和“V” 表示的则是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

对比第一视频的YUV视频序列与解码后第二视频的YUV视频序列，计算出视频序列前100帧的PSNR（Peak Signal to Noise Ratio，峰值信噪比）与SSIM（structural similarity，结构相似度）平均值，得出视频在完全传输后的质量。

此时的客观数据便能评价出该第一视频经过编码，解码后所得的第二视频的质量。

本发明提供一种视频传输质量评测的系统，其包括：图像处理工作站，用于获取第一视频；编码压缩设备，用于将所述第一视频进行编码压缩形成第二视频；图像处理设备，用于对第二视频进行解码；并对比第一视频的视频序列与解码后第二视频的视频序列，分别计算出视频序列的峰值信噪比PSNR的平均值与结构相似度SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量。

所述的图像处理工作站包括至少2G的内存，SAS硬盘，独立的显卡以及视频播放卡。

所述的图像处理工作站获取第一视频包括未压缩的1080i/50Hz的YUV视频序列。

所述的第一视频的视频序列包括不同的视频类类型，包括以下之一或其组合：运动复杂，颜色复杂，近景远景，场面复杂。

所述的图像处理设备对比第一视频的YUV视频序列与解码后的第二视频的YUV视频序列，分别计算出视频序列前100帧的PSNR的平均值与SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量。

本发明的视频传输质量评测的方法与系统通过将未压缩的第一视频序列进行封装，编码，流提取，格式转换，解码的过程得到的第二视频的视频序列，从得到的参数值评估出视频在完全传输后的质量，从客观数据上评测视频质量，同时实现方法达到简单实用，成本低廉。

Claims (11)

1.一种视频传输质量评测的方法，其包括以下步骤：

获取第一视频；

将第一视频进行编码压缩形成第二视频；

对第二视频进行解码；

对比第一视频的视频序列与解码后第二视频的视频序列，分别计算出视频序列的峰值信噪比PSNR的平均值与结构相似度SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量。

2.根据权利要求1所述的视频传输质量评测的方法，其特征在于，所述的获取第一视频包括：获取包括未压缩的1080i/50Hz的YUV视频序列的第一视频。

3.根据权利要求2所述的视频传输质量评测的方法，其特征在于：获取的第一视频的视频序列包括不同的视频类类型，包括以下之一或其组合：运动复杂，颜色复杂，近景远景，场面复杂。

4.根据权利要求1所述的视频传输质量评测的方法，其特征在于，所述将第一视频进行编码压缩形成第二视频包括：将所述的第一视频的视频源封装后再输出HD-SDI信号，进行压缩编码形成第二视频。

5.根据权利要求4所述的视频传输质量评测的方法，其特征在于，所述对第一视频进行压缩编码形成第二视频包括：采用H.264压缩算法对第一视频进行压缩编码形成第二视频；或，

采用MPEG2或AVS压缩算法对第一视频进行压缩编码形成第二视频。

6.根据权利要求1所述的视频传输质量评测的方法，其特征在于，所述对比第一视频的视频序列与解码后第二视频的视频序列，分别计算出视频序列的PSNR的平均值与SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量的步骤包括：对比第一视频的YUV视频序列与解码后的第二视频的YUV视频序列，分别计算出视频序列前100帧的PSNR的平均值与SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量。

7.一种视频传输质量评测的系统，其特征在于，包括：

图像处理工作站，用于获取第一视频；

编码压缩设备，用于将所述第一视频进行编码压缩形成第二视频；

图像处理设备，用于对第二视频进行解码；并对比第一视频的视频序列与解码后第二视频的视频序列，分别计算出视频序列的峰值信噪比PSNR的平均值与结构相似度SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量。

8.根据权利要求7所述的视频传输质量评测的系统，其特征在于，所述的图像处理工作站包括至少2G的内存，SAS硬盘，独立的显卡以及视频播放卡。

9.根据权利要求7所述的视频传输质量评测的系统，其特征在于，所述的图像处理工作站获取第一视频包括未压缩的1080i/50Hz的YUV视频序列。

10.根据权利要求9所述的视频传输质量评测的系统，其特征在于，所述的第一视频的视频序列包括不同的视频类类型，包括以下之一或其组合：运动复杂，颜色复杂，近景远景，场面复杂。

11.根据权利要求9所述的视频传输质量评测的系统，其特征在于，所述的图像处理设备对比第一视频的YUV视频序列与解码后的第二视频的YUV视频序列，分别计算出视频序列前100帧的PSNR的平均值与SSIM的平均值，得出视频在完全传输后的质量。

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