[发明专利]用于在视频信号编码和传输过程中评估视频信号质量的方法与设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于评估在编码、传输和解码之后所得的视频信号质量的方法与设备。具体地，本发明涉及在传输期间视频信号因数据包丢失而受损的情况下视频信号的可感知的质量的评估和建模。

背景技术

在很多视频分配服务中，例如，如用于IPTV(互联网协议TV)的基于IP的视频正变得越来越重要，且正越来越多地用于取代模拟或非基于数据包的传输方法。保持高水平的服务质量是广播提供商向内容提供商和顾客负有的主要责任。例如，在如在IPTV服务中所涉及的大规模视频分配网络中，只有全自动质量监控探头(quality monitoring probes)才满足这一要求。

为了获得诸如非交互式流视频(non-interative streaming video)(IPTV，VoD)或静态视频(DVD)的视频服务用户的高满意度，除了技术性能指标，这样的监控探头也需要提供在给定监控间隔服务用户所感受到的视频质量的估计。

为此，开发了技术视频质量模型(它们提供了用户所感知的视频质量的工具估计)，由此成为用户的技术模型。例如，这些模型可输出在用户侧接收的视频与原始的非劣化的视频(non-degraded video)之间的相似度。另外，作为更复杂解决方案的代表，人类视觉系统(Human Visual System，HVS)可使用技术系统建模。最后，这样的模型应该提供与用户提供的评价相对应的质量估计，这可通过在大量的主观质量测试结果上训练该技术模型获得。

视频质量模型和由此的测量系统通常按以下分类：

质量模型类型

·全参考型(FR)：要求参考信号。

·部分参考型(Reduced-Reference，RR)：要求从源信号提取的部分信息。

·无参考型(NR)：不要求参考信号。

输入参数类型

·基于信号／媒体型：要求解码的图像(像素信息)。

·基于参数型：要求比特流水平信息。信息可覆盖从仅要求数据包报头语法分析的数据包报头信息到比特流的部分至全解码。

应用类型

·网络规划型：为了识别最好可能的实施，在服务实施前的规划阶段使用模型或测量系统。

·服务监控型：在服务运营期间使用该模型。

可在参考文献[1]，[2]或[3]中找到视频质量模型的类型的相关信息。

在IPTV的情况下，主要失真由视频压缩和视频数据包丢失造成。在视频数据包丢失情况下影响所感知的视频质量的因素为：

a)丢失数据包的数量

b)数据包丢失分布(例如，其可就在给定突发性丢失情况下丢失数据包的平均数量进行描述)以及这种突发的分布。

c)GOP结构，包括

i)GOP长度，即，不要求先前或者另外的帧被解码的帧，所谓的“关键帧”或“I-帧”之间的距离。一个图片组覆盖一个I-帧和直到视频序列的下一个I-帧的所有帧。

ii)每个GOP中B与P帧的数量和再分配，这个帧也就是预测(P-)与双向(B-)帧。

iii)GOP“类型”：开GOP或闭GOP；当GOP打开时，可使用自后面或前面GOP的参考帧对属于一个GOP的帧进行编码；当GOP关闭时，只有来自当前GOP的参考帧才可用作对编码当前GOP的参考。

d)由数据包丢失损坏的帧的帧类型。如果丢失发生在I-帧或P-帧，该数据包丢失就会传播到参考受损帧的所有帧，通常直到下一个(参考)I-帧，而如果丢失发生在B-帧，则丢失不会传播，除了在分级的B-帧编码的情况下。在分级编码的情况下，一些B-帧也用作其他B-帧的参考帧。参考B-帧中的丢失由此也会传播到从属的B-帧上。

e)每帧的数据包的数量。该数量取决于比特率和视频的时-空复杂度。比特率越高，要求更多的数据包来传输帧。视频的时-空复杂度影响数据包在帧内的分布：基本上，视频的空间复杂度越高，I-帧或P-与B-帧所要求的数据包越多(如果要求空间／内预测宏块捕获信息)，且视频的时间复杂度越高，要求越多的数据包传输P-与B-帧。反过来，每帧的数据包的数量越高，包含在数据包中的像素的对应的数量越低。考虑到一定的丢失概率，帧包含的数据包越多，在该帧中发生数据包丢失的概率越高，且如果该帧是参考帧，则该丢失传播的概率也越高。