專利名稱：復(fù)合客觀視頻質(zhì)量測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻和視頻信息信號的客觀質(zhì)量測量領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及對這種客觀質(zhì)量測量作出響應(yīng)的信息壓縮領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及對這種客觀質(zhì)量測量作出響應(yīng)的信息信號記錄器和發(fā)射機以及向發(fā)射機提供控制信號以便響應(yīng)于這種客觀質(zhì)量測量來控制傳輸?shù)囊曨l接收機領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為簡化本文所提供的資料，術(shù)語“觀眾”是指視頻觀眾和/或音頻聽眾，以及視頻一般是指視頻和/或音頻。
視頻質(zhì)量的主觀測試是評估音頻及視頻處理系統(tǒng)時的最終判定。通過對觀眾意見進行民意調(diào)查來得到對所產(chǎn)生質(zhì)量的評估。不過，主觀評分取決于人們的偏好，它在不同的觀眾之間有很大的差異(專家評估與無經(jīng)驗的觀眾極為不同)。此外，觀眾評分甚至在反復(fù)測試時也會出現(xiàn)變化。主觀評估的非確定特性及其昂貴的費用、以及將它用于自動視頻處理(例如，監(jiān)測業(yè)務(wù)質(zhì)量QoS只能以自動方式來實現(xiàn))的不可行性均表明需要穩(wěn)定的客觀方法及裝置來自動評估圖像質(zhì)量。
已提議了不同的客觀方法。這些方法在性能及復(fù)雜度方面極為不同。然而，在各種不同環(huán)境下，沒有一種模型表現(xiàn)出色，而是在某些條件下具有與主觀評估的高度相關(guān)性(高性能)，而在其它環(huán)境下與主觀模型的相關(guān)性非常低。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可參閱以下文檔1.Ali等人的美國專利申請09/734823。
通過引用將上述文檔完整地結(jié)合到本文中。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種用于對諸如視頻和/或音頻信號的數(shù)字信息信號的客觀質(zhì)量測量的方法及裝置。選擇若干不同的客觀量度用于評估視頻序列質(zhì)量。每種量度是一種不同的確定視頻質(zhì)量的自動方法，以及每種量度提供表示信息信號質(zhì)量的某個方面的相應(yīng)客觀結(jié)果。每種量度應(yīng)測量信號質(zhì)量的不同方面。這些量度最好是選擇為盡可能的獨立，但可能有某些重疊。根據(jù)下述統(tǒng)計方法來選擇量度。例如，對于MPEG視頻信號，噪聲測量可能部分與削波測量相關(guān)，但又部分獨立于削波測量。
所選量度的客觀結(jié)果與相關(guān)結(jié)果進行結(jié)合，以確定信息信號的復(fù)合客觀質(zhì)量測量。每種量度最好提供單一的相應(yīng)測量值，而相關(guān)結(jié)果包括各相應(yīng)測量值的單一加權(quán)因子，以及復(fù)合客觀質(zhì)量測量是度量值與其相應(yīng)加權(quán)因子之積的總和。
以統(tǒng)計方法來確定相關(guān)結(jié)果，以使多個觀眾提供的質(zhì)量評價和基于所選量度集合的復(fù)合客觀質(zhì)量測量之間的相關(guān)性為最大。可采用諸如Pierson(皮爾遜)分析或者最好是Spearman(斯皮爾曼)等級相關(guān)分析的回歸分析來進行統(tǒng)計確定。相關(guān)結(jié)果基于客觀質(zhì)量結(jié)果以及采用類似視頻序列的主觀視頻質(zhì)量評價。視頻序列之間的相似性包括它們對客觀質(zhì)量量度至少具有基本相同的結(jié)果。最好將完全相同的視頻序列用于客觀和主觀質(zhì)量測量。
量度選自已知的視頻序列的質(zhì)量相關(guān)量度。進行這種選擇以便在對復(fù)合客觀質(zhì)量測量和主觀結(jié)果之間的相關(guān)性最大化的需要以及同時使確定復(fù)合客觀質(zhì)量測量的成本最低之間進行平衡。也就是說，如果某種已知量度的使用顯著改善了復(fù)合客觀質(zhì)量測量和主觀質(zhì)量評價之間的相關(guān)性，同時又不會增加太多成本或者超過在諸如系統(tǒng)復(fù)雜度或處理時間等系統(tǒng)成本因素方面的某個所需限制，則選用該量度。
主觀質(zhì)量評價是預(yù)定范圍內(nèi)的質(zhì)量評分。測試方法和參與評定的不同觀眾的數(shù)量要足夠多，以便提供對于復(fù)合客觀視頻測量的預(yù)定統(tǒng)計可靠性。執(zhí)行后評定統(tǒng)計分析以改善一組觀眾與另一組觀眾結(jié)果的一致性。例如，刪除未能始終如一地合理地在同一視頻信號的未壓縮和高度壓縮之間進行區(qū)分的那些觀眾的評分。
每個量度最好提供單一測量值，以及相關(guān)結(jié)果是各相應(yīng)單一測量值的單一相關(guān)加權(quán)因子。客觀質(zhì)量測量就是各單一測量值與其相應(yīng)相關(guān)加權(quán)因子之積的總和。在這種情況下，該方法可按照更數(shù)學(xué)的形式表示如下。
根據(jù)所希望的性能等級以及所允許的復(fù)雜度和處理時間，選擇一組客觀量度metric1，metric2，...，metricn。每個量度用來確定相應(yīng)的品質(zhì)值f1，f2，...，fn。每個品質(zhì)值fi的加權(quán)wi(1≤i≤n)由統(tǒng)計分析確定，以使相似視頻序列的復(fù)合客觀質(zhì)量測量F和主觀評價S之間的相關(guān)R達到最大。
F=maxR{Σi=1nwifi}]]>可采用Spearman等級相關(guān)分析來計算相關(guān)因子R。Spearman相關(guān)系數(shù)的主要優(yōu)點在于它不對主觀及客觀評估之間的關(guān)系假定任何函數(shù)形式，而只是假定一種單調(diào)關(guān)系。相關(guān)系數(shù)定義為rs=1-6*Σ(Xr-Yr)2n(n2-1)]]>其中X和Y分別是主觀及客觀數(shù)據(jù)集的元素，求和是在n對上進行的。
復(fù)合客觀視頻質(zhì)量測量用于調(diào)整視頻序列使用的成本相關(guān)方面。信息信號的成本相關(guān)方面可包括例如壓縮比、帶寬、路由選擇時間、處理時間、存儲空間、延遲時間。數(shù)字視頻信號另外的成本相關(guān)方面包括像素數(shù)量、邊緣削波程度以及確定所表示的灰度級和色彩色調(diào)的數(shù)量的亮度和顏色比特的數(shù)量。音頻信號另外的成本相關(guān)方面可包括聲道的數(shù)量和獨立、最大和/或最小頻率、抽樣率。首先，選擇客觀視頻質(zhì)量測量的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，然后再修改視頻序列以調(diào)整視頻序列的成本相關(guān)方面，從而使所處理視頻序列的客觀視頻質(zhì)量測量滿足客觀視頻質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，這樣，處理后的視頻序列的客觀視頻質(zhì)量測量滿足客觀視頻質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可以是一個簡單的閾值，客觀視頻質(zhì)量測量必須等于或高于這個值。例如，可以控制MPEG編碼多媒體序列的壓縮，從而保持最低客觀視頻質(zhì)量。
視頻信號的客觀質(zhì)量量度最好包括塊邊緣損傷量度、噪聲量度、削波測量量度以及對比度測量量度。這些眾所周知的量度因其相對獨立、簡單性以及高處理速率而被選擇，以便可在視頻編碼器上實時執(zhí)行。這些量度中每一個的例示是本領(lǐng)域已知的，不過，本發(fā)明包括這些量度的特定實現(xiàn)，如下所述。在離線進行處理的情況下，還可包含更復(fù)雜的量度和更高處理時間量度。
噪聲量度可包括將圖像分為多個正方形或矩形塊；根據(jù)人的視覺特征，通過多個濾波器對各個所確定塊中的多個像素的變化進行近似過濾；用各像素的各個濾波器對圖像進行卷積，以便獲得對可感覺有效噪聲的估算；根據(jù)人的感覺力下限lowHPT和人的感覺力上限highHPT對感覺力的估算進行削波，從而僅包括可感覺噪聲；在圖像的小正方形或矩形區(qū)域上求削波響應(yīng)的平均值；選擇具有最小平均削波響應(yīng)的m個塊，其中，m大于1；以及噪聲測量是m個所選塊的平均削波響應(yīng)。
噪聲量度的削波函數(shù)為 人的感覺力上限highHPT和人的感覺力下限lowHPT基于以下模型
HPT＝∫Y(f′)S(f′)df′，其中，Y(f)=100.466(log(f)+0.4)2-0.31,]]>S(f’)是濾波器的空間頻譜響應(yīng)，而f’是空間頻率f的歸一化形式，用于補償視距。
削波量度根據(jù)視頻序列中亮度信號達到其最大允許值的次數(shù)和/或亮度信號達到其最小允許值的次數(shù)來確定測量。
對比度量度根據(jù)包含總能量的第一預(yù)定部分的亮度直方圖下部的寬度和包含直方圖能量的第二預(yù)定部分的亮度直方圖上部的寬度之間的歸一化差異來確定測量，其中，直方圖是相對于視頻序列的多個圖像上的時間的亮度量度。第一和第二預(yù)定部分最好是亮度能量的上5％和下5％。
塊邊緣損傷量度Mh基于圖像塊邊界上平方差的合計。塊邊緣損傷可定義為Mh=||WDc(f)||=Σi=1N/8-i||wi(fc(8i)-fc(8i+1))||2/E,]]>其中f是圖像，Dc是列的差分算子，W是根據(jù)分塊效果的視覺突出定義的加權(quán)矩陣，wi是與圖像列fc的像素對應(yīng)的權(quán)向量，對于(i，j)和(i，j+1)上的像素差，加權(quán)wij定義為 其中，μij是差的任一邊的1行像素帶的平均，σij是其標(biāo)準(zhǔn)偏差，μij是畫面部分的平均亮度的量度，σij是強度變化的量度，因此被用在加權(quán)的分母中；以及歸一化因子E被定義為E=17Σk=17Sk]]>
其中，Sk被定義為Sk=Σi=1N/8-i||wi(fc(8i+k)-fc(8i+k+1))||2.]]>最好，復(fù)合視頻質(zhì)量量度還包括第二統(tǒng)計分析，以將主觀評價的結(jié)果與相似視頻序列的附加客觀質(zhì)量量度結(jié)果以及主觀評價與兩個或兩個以上線性關(guān)系的客觀質(zhì)量量度的相關(guān)結(jié)果相關(guān)。附加客觀質(zhì)量量度與兩個或兩個以上客觀質(zhì)量量度不是線性關(guān)系。在這種情況下，用于第二統(tǒng)計分析的分析類型可以和用于第一統(tǒng)計分析的分析類型相同。附加客觀視頻質(zhì)量最好是清晰度量度，例如，可采用高頻分析來確定清晰度量度。
附圖概述通過下面結(jié)合以下附圖的說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會清楚本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)點，其中

圖1說明本發(fā)明的例示復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元。
圖2說明包括圖1所示復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元的本發(fā)明的信息信號壓縮器。
圖3說明包括圖1所示復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元的本發(fā)明的信息信號記錄器。
圖4說明包括圖1所示復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元的本發(fā)明的信息信號發(fā)射機。
圖5說明本發(fā)明的信息信號分配網(wǎng)絡(luò)，其中具有包括類似于圖1所示復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元的本發(fā)明的信息信號接收機。
圖6說明本發(fā)明的攝像機，其中具有包括圖5所示復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元的本發(fā)明的視頻發(fā)射機。
發(fā)明的詳細說明圖1說明本發(fā)明的復(fù)合客觀測量單元100。多個第一分立客觀質(zhì)量確定單元102-108接收信息信號并根據(jù)不同的相應(yīng)客觀質(zhì)量量度，確定相應(yīng)的分立客觀質(zhì)量測量。每種量度自動提供相對獨立的客觀質(zhì)量測量并自動執(zhí)行。對于視頻信號，本例中的第一分立客觀質(zhì)量確定單元可包括噪聲量度、削波量度、對比度量度以及塊邊緣損傷量度。第一相關(guān)單元112提供下述相關(guān)結(jié)果。第一組合單元114將第一量度確定單元的分立客觀質(zhì)量測量與第一相關(guān)單元的相關(guān)結(jié)果進行組合，以產(chǎn)生第一復(fù)合客觀質(zhì)量測量116。
例如，各個分立客觀質(zhì)量測量可以是單一測量值，而相關(guān)結(jié)果可以是各單一測量值的單一加權(quán)因子，以及這種組合可以是每個測量值與其相應(yīng)加權(quán)因子之積的總和。如果量度不是線性關(guān)系，則還要求更復(fù)雜的組合。
從統(tǒng)計分析確定相關(guān)結(jié)果，從而使多個觀眾提供的主觀質(zhì)量評價與通過將分立客觀質(zhì)量測量與相關(guān)結(jié)果組合形成的第一復(fù)合客觀視頻質(zhì)量測量之間的相關(guān)性為最大。統(tǒng)計分析最好是包括諸如Pierson回歸分析或者最好是Spearman等級相關(guān)分析的回歸分析。根據(jù)對第一視頻信號的主觀質(zhì)量評價以及相似視頻信號的客觀質(zhì)量評價來執(zhí)行統(tǒng)計分析。第一和第二視頻信號之間的相似性至少包括類似相似信號的分立客觀質(zhì)量測量要類似，并且相似信號最好實際上為同一信號。獲取主觀評價的步驟最好是經(jīng)過仔細設(shè)計及控制，以提供最合理的合理統(tǒng)計準(zhǔn)確度以及不同組觀眾的重復(fù)性。例如，(主觀質(zhì)量評價和復(fù)合客觀質(zhì)量測量之間的)相關(guān)性的10％的標(biāo)準(zhǔn)偏差或者從一個相似觀眾組到另一組的相關(guān)結(jié)果的10％的標(biāo)準(zhǔn)偏差(例如相應(yīng)量度的加權(quán))。
這些量度選自已知客觀質(zhì)量量度。隨著其它客觀質(zhì)量量度的發(fā)展，可對它們進行評估以結(jié)合到本發(fā)明中。選擇這些量度以提供主觀質(zhì)量評價和復(fù)合客觀視頻測量之間的最高相關(guān)性，而不需要系統(tǒng)(即復(fù)合客觀視頻測量單元)中的過度復(fù)雜度或者處理時間。所有第一量度102-108的量度結(jié)果應(yīng)當(dāng)是線性關(guān)系，以便使組合單元中所需的復(fù)雜度和計算時間為最小。如果一個或多個所選量度與這些第一量度不是線性關(guān)系，則最好如下所述進行附加處理。選擇了所選的噪聲、削波、對比度以及塊邊緣損傷量度的原因在于它們共同提供復(fù)合客觀質(zhì)量測量和主觀結(jié)果之間的高相關(guān)性，并且它們簡單并能夠以足夠的速率進行處理，以允許對MPEG視頻編碼器中的成本相關(guān)因素進行實時控制。當(dāng)視頻處理可離線執(zhí)行或當(dāng)執(zhí)行音頻處理時，應(yīng)選擇其它量度。
客觀質(zhì)量確定單元102-106所用的質(zhì)量量度都是單向量度(即它們不需要訪問原信號)，因此，只將修改信號被提供給那些單元。如圖所示，客觀質(zhì)量確定單元108的質(zhì)量量度是雙向量度(即需要原信號及修改信號的輸入的量度)，因此，給出了該量度的原始視頻信號的輸入。視頻信號的優(yōu)選量度是噪聲量度、削波量度、對比度量度以及塊邊緣損傷量度，并且所有這些量度均為單向量度，因此，在優(yōu)選視頻實施例中，將不需要將原始視頻信號輸入到單元108。
當(dāng)一個或多個所選量度不是線性關(guān)系時，所選量度則最好分為一個或多個線性關(guān)系量度組。然后，附加處理級被用于各后續(xù)量度組。第一處理級的量度組最好包括多個量度。在每個后續(xù)組處理級中，后續(xù)組的量度結(jié)果以及前一組的復(fù)合客觀質(zhì)量測量與附加相關(guān)結(jié)果進行組合，以便使主觀評價和后續(xù)組所提供的復(fù)合客觀質(zhì)量測量之間的相關(guān)性為最大。例如，對于后續(xù)級，該組的每個量度可提供單一測量值，以及該組的相關(guān)結(jié)果可包括該組的各個量度的單一加權(quán)因子加上上一組的復(fù)合客觀質(zhì)量測量的單一加權(quán)因子。在這種情況下，可用將上一組的復(fù)合客觀質(zhì)量測量與其相應(yīng)加權(quán)因子之積加上該組中每個量度所產(chǎn)生的測量值與其相應(yīng)加權(quán)因子之積的總和來執(zhí)行組合。
每個后續(xù)附加處理級需要附加統(tǒng)計分析來將主觀質(zhì)量評價與后續(xù)客觀質(zhì)量量度的結(jié)果相關(guān)，以及與上一處理級的復(fù)合客觀質(zhì)量測量相關(guān)，以預(yù)定相關(guān)結(jié)果(如單一加權(quán)因子)。用于確定每個處理狀態(tài)的相關(guān)結(jié)果的統(tǒng)計分析方法最好類似于以上對第一處理級所述的情況。
本例示實施例的第二級包括一個或多個第二客觀質(zhì)量確定單元120-122，其中每個單元提供分立的客觀質(zhì)量測量。第二相關(guān)單元122提供相關(guān)結(jié)果，用于使主觀評價(如上所述)和第二復(fù)合客觀質(zhì)量測量之間的相關(guān)性為最大。第二組合單元124將相關(guān)結(jié)果與第二分立客觀質(zhì)量測量以及上一級的復(fù)合客觀質(zhì)量測量相關(guān)進行組合，以便生成第二復(fù)合客觀質(zhì)量測量126。
對于視頻信號，第二組量度中的唯一量度最好是清晰度量度?？蛇x擇其它第二量度，但與第一量度中的情況一樣，第二量度確定單元中的所有量度結(jié)果都應(yīng)當(dāng)是線性關(guān)系。
如上所述，視頻信號的客觀質(zhì)量量度最好包括噪聲量度。在噪聲量度中，圖像分為多個正方形或矩形塊；以及根據(jù)人的視覺特征，通過多個濾波器對每個所確定塊中的多個像素的變化進行近似過濾。然后，用在各像素上的每個濾波器對圖像進行卷積，以便獲得對可感覺有效噪聲的估算。根據(jù)人的感覺力下限lowHPT和人的感覺力上限highHPT對感覺力的估算進行削波，從而僅包含可感覺的噪聲。
在圖像的小正方形或矩形區(qū)域上對削波響應(yīng)進行平均。然后再選擇具有最小平均削波響應(yīng)的m個塊，其中，m大于1；以及噪聲量度大約為m個所選塊的平均削波響應(yīng)。數(shù)量m可以是預(yù)定數(shù)量，或者可通過預(yù)定方法確定各圖像的m。
更具體地說，削波函數(shù)為 人的感覺力上限highHPT和人的感覺力下限lowHPT基于以下模型HPT＝∫Y(f′)S(f′)df′，其中，Y(f)=100.466(log(f)+0.4)2-0.31,]]>
S(f’)是濾波器的空間頻譜響應(yīng)，f’是空間頻率f的歸一化型式，用于補償視距。
如上所述，客觀質(zhì)量量度包括取決于以下一個或兩個方面的削波量度亮度信號達到其最大值的次數(shù)以及亮度信號達到其最小允許值的次數(shù)。
如上所述，視頻信號的客觀質(zhì)量量度包括對比度量度，它取決于包括總能量的第一預(yù)定部分的亮度直方圖下部和包括直方圖能量的第二預(yù)定部分的亮度直方圖上部的寬度之間的歸一化差異，其中，直方圖是相對于視頻信號的多個圖像上的時間的亮度量度。
如上所述，視頻信號的客觀質(zhì)量量度還包括塊邊緣損傷量度，它基于圖像的塊邊界上平方差的合計。塊邊緣損傷量度Mh被定義為Mh=||WDc(f)||=Σi=1N/8-i||wi(fc(8i)-fc(8i+1))||2/E,]]>其中f是圖像，Dc是列的差分算子，W是根據(jù)分塊效果的視覺突出定義的加權(quán)矩陣，wi是與圖像列fc的像素對應(yīng)的權(quán)向量，對于(i，j)和(i，j+1)上的像素差，加權(quán)wij被定義為 其中，μij是差值任一邊的1行像素帶的平均，σij是其標(biāo)準(zhǔn)偏差，μij是畫面部分的平均亮度的量度，σij是強度變化的量度，因此被用在加權(quán)的分母中；以及歸一化因子E被定義為E=17Σk=17Sk]]>其中，Sk被定義為
Sk=Σi=1N/8-i||wi(fc(8i+k)-fc(8i+k+1))||2.]]>對于音頻信號，所選客觀量度可包括噪聲量度以及高頻、低頻削波量度。
圖2說明本發(fā)明的例示信息信號壓縮器140。信息壓縮器包括圖1所示復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元100，以提供復(fù)合客觀質(zhì)量測量126。有損壓縮單元142根據(jù)輸入信息信號146提供有損壓縮信息信號144。有損解壓縮單元148根據(jù)有損壓縮信息信號144向復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元100提供有損解壓縮信息信號150。在某些情況下，量度可設(shè)計用來直接對壓縮信息信號進行操作，在這種情況下，可去掉有損解壓縮單元148。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)152和復(fù)合客觀質(zhì)量測量126被提供給壓縮控制單元154，后者向有損壓縮單元142提供壓縮控制信號156。根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)152以及復(fù)合客觀質(zhì)量測量126來控制有損壓縮單元142的壓縮，從而在有損壓縮信息信號144中，復(fù)合客觀質(zhì)量測量基本滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
對于視頻信號，有損壓縮可以是視頻的MPEG壓縮。
質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可以簡單地要求復(fù)合客觀質(zhì)量測量閾值應(yīng)保持在預(yù)定閾值之上，或者可要求閾值滿足至少一個預(yù)定的時間百分比，或者可以更為復(fù)雜。
圖3說明包括圖1所示復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元100的本發(fā)明的一種信息信號記錄器170。記錄單元172在媒體174上記錄信號174。
信號174包括有損壓縮信息信號144，但可為不同形式，例如信道編碼以及包括諸如糾錯信息的附加信息。包含在記錄信號174中的有損壓縮信息信號144的復(fù)合客觀質(zhì)量測量基本滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)152。該圖中其余裝置的操作在前面結(jié)合其它附圖進行了說明。媒體可以是諸如DVD或CD盤之類的光盤，其中，有損壓縮信息信號記錄在環(huán)形或螺旋形紋跡中。
圖4說明包括圖1所示復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元100的本發(fā)明的信息信號發(fā)射機200。發(fā)射單元202通過傳輸媒體206發(fā)射信號204。
信號1204包括有損壓縮信息信號144，但可以不同形式，例如信道編碼，以及包括諸如糾錯信息的附加信息。包含在發(fā)射信號174中的有損壓縮信息信號144的復(fù)合客觀質(zhì)量測量基本滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)152。該圖中其余裝置的操作在前面結(jié)合其它附圖進行了說明。
傳送媒體可以是用于光傳輸信號的光纖，或者傳輸媒體可以是用于電子傳輸信號的導(dǎo)體，或者傳輸媒體可以是用于電磁無線電發(fā)射信號戶外空間，或者傳輸媒體可以是用于磁存儲、光存儲或固態(tài)存儲信號的記錄載體。
圖5說明本發(fā)明的信息信號分配網(wǎng)絡(luò)220，其中包含圖4所示傳輸系統(tǒng)的部件。接收機222包括接收單元224，它從所傳送信息信號204中恢復(fù)有損壓縮信息信號144。壓縮控制單元154向控制信號發(fā)射單元226提供壓縮控制信號156，控制信號發(fā)射單元226通過傳輸媒體206發(fā)射所傳送控制信號228?？刂菩盘柦邮諉卧?30從所傳送控制信號228恢復(fù)壓縮控制信號156，該壓縮控制信號156被提供給有損壓縮單元142。復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元232與圖1所示單元相似，只是其操作并不取決于圖1所示原始信息信號與修改信息信號的組合。該圖中其余裝置的操作在前面結(jié)合其它附圖進行了說明。
圖6說明本發(fā)明的攝像機250，其中具有圖4所示傳輸系統(tǒng)的部件和圖5所示復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元。入射光252由光學(xué)系統(tǒng)254聚焦到成像系統(tǒng)256。到達成像系統(tǒng)的光強度至少部分由光圈258控制。成像系統(tǒng)256通過放大器260向有損壓縮單元142提供輸入圖像信號146。光圈258由光圈控制單元264控制，以及放大器260的增益由增益控制單元266進行控制。光圈控制單元和增益控制單元最好對質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)152以及復(fù)合客觀質(zhì)量測量126作出響應(yīng)。該圖中其余裝置的操作在前面結(jié)合其它附圖進行了說明。
輸入信息信號146是視頻信號，以及有損壓縮單元142最好是MPEG編碼器，從而使有損解壓縮單元148是MPEG解碼器。
參照特定優(yōu)選實施例公開了本發(fā)明，以便使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造及使用本發(fā)明，以及描述實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可修改這些實施例或增加其內(nèi)容，或者提供其它實施例，并不背離本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明的范圍僅由以下權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括根據(jù)兩個或兩個以上不同的各自分立的客觀量度來確定復(fù)合客觀質(zhì)量量度，從而根據(jù)將信息信號質(zhì)量的主觀評價與相似信息信號的客觀質(zhì)量測量相關(guān)的第一統(tǒng)計分析來確定所述信息信號質(zhì)量；根據(jù)所述復(fù)合客觀質(zhì)量量度，選擇用于其它信息信號的復(fù)合客觀質(zhì)量測量的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；修改所述其它信息信號的成本相關(guān)方面，使所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量滿足所述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述兩個或兩個以上不同的分立客觀量度中的每一量度產(chǎn)生相應(yīng)的單一測量值，以及所述相關(guān)是加權(quán)因子，而所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量是所述測量值中的每個值與其相應(yīng)加權(quán)因子之積的總和；所有所述兩個或兩個以上不同的各自分立的客觀量度具有線性關(guān)系；所述第一統(tǒng)計分析包括回歸分析，以及所述回歸分析是Spearman等級相關(guān)分析；所述信息信號是視頻信號；所述視頻信號的所述成本相關(guān)方面選自以下一個或多個方面壓縮比、帶寬、路由選擇時間、存儲空間、像素數(shù)量；對于所述兩個或兩個以上不同的各自分立的客觀量度，所述相似信息信號至少具有大約相同的客觀質(zhì)量測量；所述相似信息信號是相同的信息信號；所述主觀質(zhì)量評價基于預(yù)定范圍內(nèi)的質(zhì)量評分和測試方法，以及不同質(zhì)量評估人的數(shù)量足夠大，以提供所述復(fù)合客觀質(zhì)量量度的預(yù)定統(tǒng)計可靠性；所述兩個或兩個以上不同的各自分立的客觀量度包括噪聲量度、削波量度、對比度量度以及塊邊緣損傷量度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于選擇一組兩個或兩個以上分立客觀量度metric1，metric2，...，metricn；每個量度用來確定相應(yīng)的品質(zhì)值f1，f2，...，fn；每個品質(zhì)值fi的加權(quán)wi(1≤i≤n)由統(tǒng)計分析確定，以使所述同一信息信號序列的所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量F和主觀評價S之間的相關(guān)R達到最大；F=maxR{Σi=1nwifi}]]>采用Spearman等級相關(guān)分析來計算所述相關(guān)因子R；所述相關(guān)系數(shù)被定義為rs=1-6*Σ(Xr-Yr)2n(n2-1)]]>其中，X和Y分別是所述主觀及客觀數(shù)據(jù)集合的所述元素，所述求和是在n對上進行的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述信息信號是視頻信號，以及所述兩個或兩個以上不同的各自分立的客觀量度包括噪聲量度，所述噪聲量度包括以下步驟將所述圖像分為多個正方形或矩形塊；根據(jù)人的視覺特征，通過多個濾波器對每個所述所確定的塊中多個像素的所述變化進行近似過濾；用各個所述像素的各個所述濾波器對所述圖像進行卷積，以獲得對可感覺有效噪聲的估算；根據(jù)人的感覺力下限lowHPT和人的感覺力上限highHPT，通過削波函數(shù)對感覺力的所述估算進行削波，從而僅包括可感覺噪聲；在所述圖像的所述小正方形或矩形區(qū)域上對所述削波響應(yīng)進行平均；選擇具有最小平均削波響應(yīng)的m個塊，其中m大于1；以及所述噪聲量度大約是所述m個所選塊的所述平均削波響應(yīng)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述削波函數(shù)為 所述人的感覺力上限highHPT和所述人的感覺力下限lowHPT基于以下模型HPT＝∫Y(f′)S(f′)df′，其中，Y(f)=100.466(log(f)+0.4)2-0.31,]]>S(f’)是所述濾波器的空間頻譜響應(yīng)，而f’是所述空間頻率f的歸一化形式，用于補償視距。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述兩個或兩個以上不同的各自分立的客觀量度包括削波量度，所述信息信號是視頻信號，而所述削波量度的結(jié)果取決于以下一個或兩個方面所述亮度信號達到其最大值的次數(shù)以及所述亮度信號達到其最小允許值的次數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述信息信號是視頻信號，而所述兩個或兩個以上不同的各自分立的客觀量度包括對比度量度，它取決于包括總能量的第一預(yù)定部分的亮度直方圖下部的寬度和包括所述直方圖的能量的第二預(yù)定部分的亮度直方圖上部的寬度之間的歸一化差異，其中，所述直方圖是相對于所述信息信號的多個圖像的時間上的亮度量度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述信息信號是分組編碼視頻信號，而所述兩個或兩個以上不同的各自分立的客觀量度包括基于圖像塊邊界上平方差的合計的塊邊緣損傷量度。
9.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于塊邊緣損傷量度Mh被定義為Mh=||WDc(f)||=Σi=1N/8-i||wi(fc(8i)-fc(8i+1))||2/E,]]>其中f是圖像，Dc是列的差分算子，W是根據(jù)分塊效果的視覺突出定義的加權(quán)矩陣，wi是與圖像列fc的像素對應(yīng)的權(quán)向量，對于(i，j)和(i，j+1)上的像素差，所述加權(quán)wij定義為 其中，μij是所述差的任一邊的1行像素帶的平均，σij是其標(biāo)準(zhǔn)偏差，μij是所述畫面部分的平均亮度的量度，σij是強度變化的量度，因此被用在所述加權(quán)的分母中；以及所述歸一化因子E定義為E=17Σk=17Sk]]>其中Sk定義為Sk=Σi=1N/8-i||wi(fc(8i+k)-fc(8i+k+1))||2.]]>
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述復(fù)合客觀質(zhì)量量度還基于第二統(tǒng)計分析，以便根據(jù)至少一個附加的各自分立的客觀質(zhì)量量度，將所述信息信號質(zhì)量的主觀評價與所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量以及所述相似信息信號質(zhì)量的附加客觀測量相關(guān)，所述至少一個附加的各自分立的客觀質(zhì)量量度與所述兩個或兩個以上不同的各自分立的客觀量度中的任一個都不是線性關(guān)系。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于用于所述第二統(tǒng)計分析的所述統(tǒng)計分析方法與用于所述第一統(tǒng)計分析的所述統(tǒng)計分析方法相似。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述至少一個附加的各自分立的客觀質(zhì)量量度是清晰度量度。
13.一種復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元，包括多個客觀質(zhì)量確定單元，每個單元采用不同的各自分立的客觀質(zhì)量量度，用于根據(jù)輸入信息信號來提供各自的客觀質(zhì)量測量；相關(guān)單元，用于提供每個各自的客觀質(zhì)量測量的相關(guān)結(jié)果；組合單元，用于將所述客觀質(zhì)量測量與所述各自的相關(guān)結(jié)果組合以生成復(fù)合客觀質(zhì)量測量。
14.一種信息信號修改裝置，包括信息信號修改單元，用于根據(jù)復(fù)合客觀質(zhì)量測量和預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，用可變的量對輸入信息信號進行修改，以及用于提供所述修改的信息信號；復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元包括多個客觀質(zhì)量確定單元，每個單元采用不同的各自分立的客觀質(zhì)量量度，用于根據(jù)所述修改的信息信號來提供各自的客觀質(zhì)量測量；相關(guān)單元，用于提供每個各自的客觀質(zhì)量測量的相關(guān)結(jié)果；組合單元，用于將所述客觀質(zhì)量測量與所述各自的相關(guān)結(jié)果組合以生成所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量。
15.如權(quán)利要求14所述的信息信號修改裝置，其特征在于所述信息信號修改單元是信息信號壓縮單元；所述信息信號修改裝置還包括修改控制單元，它根據(jù)所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量和所述預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來提供修改的控制信號；以及所述信息信號修改單元根據(jù)所述修改控制信號、也就是所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量及所述預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來改變所述修改。
16.如權(quán)利要求14所述的信息信號修改裝置，其特征在于所述信號修改單元是有損信息信號壓縮單元，而所述修改的信息信號是有損壓縮信息信號；所述信息信號修改裝置還包含有損信息信號解壓縮單元，用于根據(jù)所述有損壓縮信息信號來提供有損解壓縮信息信號；以及所述客觀質(zhì)量確定單元根據(jù)所述有損解壓縮信息信號來提供所述各自的客觀質(zhì)量測量。
17.一種信息信號記錄器，包括信息信號修改單元，用于根據(jù)復(fù)合客觀質(zhì)量測量和預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，用可變的量對輸入信息信號進行修改，以及用于提供修改的信息信號；記錄單元，用于在記錄媒體上記錄所述修改的信息信號；復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元包括多個客觀質(zhì)量確定單元，每個單元采用不同的各自分立的客觀質(zhì)量量度，用于根據(jù)所述修改的信息信號來提供各自的客觀質(zhì)量測量；相關(guān)單元，用于提供每個各自的客觀質(zhì)量測量的相關(guān)結(jié)果；組合單元，用于將所述客觀質(zhì)量測量與所述各自的相關(guān)結(jié)果組合以生成所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量。
18.一種信息信號發(fā)射機，包括信息信號修改單元，用于根據(jù)復(fù)合客觀質(zhì)量測量和預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，用可變的量對輸入信息信號進行修改，以及用于提供修改的信息信號；發(fā)射單元，在傳輸媒體上發(fā)生所述修改的信息信號；復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元包括多個客觀質(zhì)量確定單元，每個單元采用不同的各自的量度，用于根據(jù)所述修改的信息信號來提供各自分立的客觀質(zhì)量測量；相關(guān)單元，用于提供每個各自分立的客觀質(zhì)量測量的相關(guān)結(jié)果；組合單元，用于將所述分立的客觀質(zhì)量測量與所述各自的相關(guān)結(jié)果組合以生成所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量。
19.一種攝像機，包括成像系統(tǒng)，用于根據(jù)入射光來提供數(shù)字視頻信號；光學(xué)系統(tǒng)，用于將入射光聚焦到所述成像系統(tǒng)上；視頻信號修改單元，用于根據(jù)復(fù)合客觀質(zhì)量測量和預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，用可變的量對所述視頻信號進行修改，以及用于提供修改的信息信號；發(fā)射單元，在媒體上發(fā)生所述修改的視頻信號；復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元包括多個客觀質(zhì)量確定單元，每個單元采用不同的各自的量度，用于根據(jù)所述修改的視頻信號來提供各自分立的客觀質(zhì)量測量；相關(guān)單元，用于提供每個各自分立的客觀質(zhì)量測量的相關(guān)結(jié)果；組合單元，用于將所述分立的客觀質(zhì)量測量與所述各自的相關(guān)結(jié)果組合以生成所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量。
20.如權(quán)利要求19所述的攝像機，其特征在于所述媒體是光記錄載體。
21.一種信息信號接收機，包括接收機單元，用于從傳輸媒體恢復(fù)修改的信息信號；解壓縮單元，用于對所述修改的信息信號進行解壓縮以提供有損解壓縮信息信號；壓縮控制單元，它根據(jù)所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量和預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來提供壓縮控制信號；復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元包括多個量度確定單元，用于根據(jù)所述有損解壓縮信息信號來提供各自分立的客觀質(zhì)量測量；相關(guān)單元，用于提供每個各自分立的客觀質(zhì)量測量的相關(guān)結(jié)果；組合單元，將所述分立的客觀質(zhì)量測量與所述各自的相關(guān)結(jié)果組合以生成所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量。
22.一種信息信號網(wǎng)絡(luò)，包括信息信號修改單元，用于根據(jù)壓縮控制信號，用可變的量對輸入信息信號進行壓縮；發(fā)射單元，用于在傳輸媒體上發(fā)射所述修改的信息信號；接收機單元，用于從傳輸媒體上恢復(fù)所述修改的信息信號；解壓縮單元，用于對所述修改的信息信號進行解壓縮，以提供有損解壓縮信息信號；壓縮控制單元，它根據(jù)所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量和預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來提供壓縮控制信號；控制信號傳輸單元，用于在所述傳輸媒體上傳送來自所述壓縮控制單元的所述壓縮控制信號；控制信號接收單元，用于從所述傳輸媒體恢復(fù)所述壓縮控制信號，以及傳遞所述壓縮控制信號，以便向所述信息信號修改單元提供所述壓縮控制信號；復(fù)合客觀質(zhì)量確定單元包括多個量度確定單元，用于根據(jù)所述有損解壓縮信息信號來提供各自分立的客觀質(zhì)量測量；相關(guān)單元，用于提供每個各自分立的客觀質(zhì)量測量的相關(guān)結(jié)果；組合單元，用于將所述分立的客觀質(zhì)量測量與所述各自的相關(guān)結(jié)果組合以生成所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量。
23.一種由權(quán)利要求1所述的方法產(chǎn)生的修改信息信號。
24.一種具有可變有損壓縮的修改信息信號，其中調(diào)整有損壓縮以提供等于或高于預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合客觀質(zhì)量測量。
25.一種記錄載體，由以下方法產(chǎn)生根據(jù)兩個或兩個以上不同的各自分立的客觀量度來確定復(fù)合客觀質(zhì)量量度，從而根據(jù)將信息信號質(zhì)量的主觀評價與相似信息信號的客觀質(zhì)量測量相關(guān)的第一統(tǒng)計分析來確定所述信息信號質(zhì)量；根據(jù)所述復(fù)合客觀質(zhì)量量度，選擇另一信息信號的復(fù)合客觀質(zhì)量測量的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；修改所述其它信息信號的成本相關(guān)方面，以提供修改信號，從而使所述修改信號的所述復(fù)合客觀質(zhì)量測量滿足所述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；以及產(chǎn)生包含所述修改信息信號的記錄載體。
26.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述信息信號是音頻信號。
全文摘要
對信息信號成本相關(guān)方面的修改進行控制，使信息信號的復(fù)合客觀質(zhì)量測量滿足預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)結(jié)果與修改信號的客觀量度結(jié)果組合，以生成修改信號的復(fù)合客觀質(zhì)量測量。從將主觀評價與相似信號的客觀質(zhì)量量度結(jié)果相關(guān)的統(tǒng)計分析確定相關(guān)結(jié)果。選擇客觀質(zhì)量量度，用于確定復(fù)合客觀質(zhì)量測量。采用相似信號從多人獲取主觀評價。選擇相似信息信號的客觀質(zhì)量量度，以提供主觀評價和所產(chǎn)生的復(fù)合客觀質(zhì)量測量之間最近的相關(guān)性。產(chǎn)生質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以一致的方式使成本相關(guān)方面最小化，以滿足硬件限制，同時又向觀眾提供最大的滿足度。信息信號可以是視頻和/或音頻信號，以及成本相關(guān)方面可以是壓縮比或像素數(shù)量或處理時間或帶寬或者其它方面。
文檔編號H04N17/00GK1698281SQ02802192
公開日2005年11月16日 申請日期2002年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月1日
發(fā)明者A·瓦里德, V·Z·基斯 申請人:菲利浦電子北美公司