FTP傳輸高清視頻文件壓縮編碼的評(píng)價(jià)和分析

杜 劍 張艷瑩

1.2.內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)部分高清新聞素材回傳采用FTP 方式進(jìn)行，編碼及碼率為I 幀MPEG-2_50 Mbps，這種傳輸方式經(jīng)常因互聯(lián)網(wǎng)帶寬環(huán)境原因造成傳輸時(shí)間過長而影響效率，甚至因傳輸失敗而影響節(jié)目制作。為了在圖像質(zhì)量不下降的同時(shí)能大幅降低視頻文件碼率，內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)技術(shù)部門采用客觀化主觀評(píng)價(jià)方法，對(duì)FTP 傳輸?shù)娜N高清視頻文件編碼及碼率進(jìn)行了對(duì)比和分析，找出了圖像質(zhì)量與碼率的最佳結(jié)合點(diǎn)。

1 評(píng)價(jià)方法

用泰克圖像質(zhì)量分析儀PQA600A 播放高清測(cè)試序列，非編工作站通過HD-SDI 接口按100Mbps碼率采集視頻，由非編工作站轉(zhuǎn)碼輸出I 幀MPEG-2_50Mbps、H.264_20Mbps、H.264_10Mbps三種碼率視頻，圖像質(zhì)量分析儀回采視頻，并以原始高清視頻序列作為基準(zhǔn)，對(duì)比分析三種碼率視頻質(zhì)量，最終確定出最適合的編碼格式和碼率。

1.1 測(cè)試序列

從國家《GB/T 31001-2014 高清晰度數(shù)字電視主觀評(píng)價(jià)用測(cè)試圖像》標(biāo)準(zhǔn)中選擇16 個(gè)具有一定苛刻度的高清視頻序列。苛刻度是圖像被壓縮的難易程度，以每像素所需平均比特?cái)?shù)表示，數(shù)值大說明壓縮難度大。（見圖1、表1）

圖1 測(cè)試序列的苛刻度分布

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

主要評(píng)價(jià)3 個(gè)參數(shù)指標(biāo)，包括PQR、DMOS、PSNR。

1.2.1 PQR

PQR （Picture Quality Rating）圖像 質(zhì)量等級(jí)，是基于人眼JND 模型的主觀評(píng)價(jià)方法。JND（Just Noticeable Distortion）恰可察覺失真，是人眼視覺的一種界限，低于這一閾值時(shí)，人眼不能察覺，類似于用兩枚針同時(shí)刺激皮膚，在一定部位和刺激強(qiáng)度下，當(dāng)兩枚針的間距小于某值時(shí)，人只感覺有一枚在刺激皮膚，這是人生理、心理機(jī)能共同決定的一種直覺現(xiàn)象。1 個(gè)JND 表示有75%的觀察者可以分辨出差異，2 個(gè)JND 表示93.75%的觀察者可以察覺出差異，3 個(gè)JND 表示98.44%的觀察者可以察覺出差異。1 JND=1 PQR，PQR 的分值從0 至無窮大，如果PQR 的測(cè)量值較高，則無意義。（見表2）

表1 測(cè)試序列的考察內(nèi)容

表2 PQR評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 DMOS

DMOS（Differential Mean Opinion Score）差異平均主觀評(píng)分，是人眼感知參考序列與測(cè)試序列之間差異程度的主觀評(píng)價(jià)方法。分值在0 至100 之間，測(cè)試結(jié)果僅在與質(zhì)量最差參考視頻比較時(shí)才有意義。（見表3）

表3 DMOS 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表4 三種編碼的測(cè)試值

1.2.3 PSNR

PSNR（Peak Signal-to-Noise Ratio）峰值信噪比，是通過圖像間絕對(duì)差值來檢測(cè)圖像質(zhì)量的方法。PSNR 值的單位是dB，PSNR 值與人眼測(cè)試的相關(guān)性很弱，質(zhì)量越好，值越高，當(dāng)測(cè)試圖像與參考圖像無差異時(shí)，其值為無窮大。

2 結(jié)果對(duì)比

16 個(gè)測(cè)試序列中三種編碼及碼率視頻的圖像質(zhì)量評(píng)分見表4，苛刻度高的視頻圖像質(zhì)量明顯出現(xiàn)劣化，PQR 和DMOS 的值越小，圖像質(zhì)量越好，PSNR 值越高，圖像質(zhì)量越好。0 PQR = 0 DMOS = 大約80dB PSNR，除此以外，不同測(cè)量單位之間沒有直接的轉(zhuǎn)換關(guān)系。（見表5）

表5 三種編碼的平均分值對(duì)比

3 對(duì)比結(jié)論

將100Mbps 碼率高清視頻轉(zhuǎn)碼為I 幀MPEG-2_50Mbps、H.264_20 Mbps、H.264_10 Mbps 三種碼率的高清視頻后，圖像質(zhì)量都不同程度下降，在三種編碼視頻中，I 幀MPEG-2_50Mbps 的主觀評(píng)分值最好，H.264_10 Mbps 的主觀評(píng)分值最差。

I 幀 MPEG-2_50Mbps 與 H.264_20 Mbps 之間的平均分值差距較小，I 幀MPEG-2_50Mbps 對(duì)于處理苛刻度高的視頻有明顯優(yōu)勢(shì)，H.264_20 Mbps 對(duì)于處理苛刻度較低的視頻更有利。在FTP 傳輸中針對(duì)苛刻度高的視頻建議采用I 幀MPEG-2_50Mbps 方式編碼，對(duì)于常規(guī)普通畫面視頻建議采用H.264_20 Mbps 方式編碼。