视频质量评估方法及规范 赵大军’,刘思平’,李冶文 ,俞航 (1中国移动通信集团设计院有限公司,北京1 00080;2中国移动通信集团公司,北京1 00032) 摘 要 在视频业务应用(如视频电话)越来越广泛的今天,研究其质量评估方法具有十分重要的意义。本文结合 ITU—T规范介绍了视频质量评估的研究背景和现状、评估方法、规范进展等,其中包含了一些还在研究的规 范,使得对视频质量评估的国际规范进程有了一定了解,对以后的研究工作和业务的更好开展都有着促进作用。 关键词视频质量评估;QoS;QoE;客观评估 文献标识码A 文章编号1008—5599(2011)04—0041—05 中图分类号TN919.8 1 视频质量评估研究背景和现状 随着移动通信技术的不断发展,社会信息交流需求 的急剧增加,个人移动通信的迅速普及,无线网络可以 求等一系列规范,但尚无针对移动无线视频业务的评估 方法规范,一些方法中也未考虑网络性能的影响。201 1 年SG12会议中,华为也向SG12提交了一份文档,讨 论视频多播服务从一个组播会话转换到另一个所引起的 视频质量退化问题,希望开启一个新的研究项目。国内 学者也对QoE做了一些研究,如文献[1】利用不同业务 提供多元化的业务。伴随3G业务的深入,绘声绘色、 图文并茂的移动音视频业务无疑将成为3G业务模式中 核心的业务。在视频业务应用范围扩展的同时,人们也 对该业务的质量提出了更高的要求。ITU—T认为从网 络和终端的端到端传送性能的角度,研究性能,业务的 质量(QoS)和体验质量(QoE)非常重要,专门成立了 Study Group 12。 的关键性能指标(KPI)来映射关键质量指标(KQI), 再用KQI来反映用户的体验质量(QoE),但没有考虑 用户对视频内容的感知质量。因此,如何准确评估用户 对视频的感知质量还有待深入研究。 然而移动无线视频又通常具有较低分辨率、较低比 特率、无线传输等特性,其对质量评估的影响有待进一 步的研究。类似视频电话的交互式应用也需进一步研究 2视频质量评估方法 般来说,视频质量评估方法分为主观评估和客观 一其质量评估方法。目前,ITU已经制定了一些针对数字 电视和多媒体应用的视频质量评估规范,还制定了IP 视频电话质量评估的意见模型、客观感知多媒体模型需 收稿日期:20¨一03—0 评估。 2.1主观评估 主观评估,即是直接利用人对视频的主观感受给出 ・2011年第4期・ 41 视频质量度量。主观评估通常具有一些不足之处 ,如 耗时长、成本高、个体差异性、无法进行实时监测、无 法定位质量问题等。虽然主观评估存在诸多缺点,但在 视频业务的服务中,人是最后的视频服务接受者,主观 评价方式无疑是最中肯的质量评价,能够直观地反映出 视频业务质量的好坏。因此,往往采用主观评价作为客 观评价的基准。当然,主观评估和客观评估是互补的, 而不是可交换的,主观评估适合于研究相关目的,客观 评估适合于设备技术规范和日常系统性能测量与监控。 2.2客观评估 客观评估是利用评估模型来自动计算视频质量。客 观质量评估模型能用于多种目的 :规划、实验室测试、 荷信息被加密也可采用,但不能考虑编码失真和质量对 视频内容的依赖性,主要用作网络中间点或终端点的网 络探查。 图2数据分组层模型 2.2.5比特流层模型(bitstream layer models) 监控等。规划即是系统实现前评估感知业务质量;实验 室测试是设备开发过程中在实验室评估系统感知业务质 量;监控是系统运营时评估系统感知业务质量。按照不 同的评估模型输入信息区分 ,客观评估方法可分为以 下5类。 2.2.1媒体层模型(media layer mode1) 和负载信息)l _’1模型I r—_I -1质量分 I —参数提取函1数(分缉头r _.1比特流层l输出l媒体 图3比特流层模型 此类模型利用编码比特流信息(如MPEG编码中 的DCT系数)分析视频内容的特性,考虑了分组丢失 对内容的影响,但如果载荷信息被加密就不能应用。其 可看作是媒体层模型和参数分组层模型的组合,主要用 于网络中间点或端点的质量监控。 2.2.4规划模型(planning models) 图1媒体层模型 此模型输入信息是视频文件,通过其中的像素结构 信息及一些特征参数并结合人类视觉特性来评估视频 质量。按照是否需要源视频文件又可有全参考(FR)、 图4规划模型 无参考(NR)、部分参考(RR)模型之分,其应用范 围也有些稍微的不同,如图1所示。FR主要用于实验 室质量评估,NR、RR主要用于系统终端或中间点质 量监控。 2.2.2数据分组层模型(packet layeP modes) 此模型用质量规划参数(如编码方案、比特率、分 组丢失率、延迟等)作为输入,不涉及传输视频的内容 特性,主要用于网络规划、终端设计。 2.2.5混合模型(hybrid models) 在实际应用中,常常根据客观实验条件对上述评估 模型进行组合,使用尽可能多的信息评估质量或减少复 此类模型仅利用分组头信息进行评估质量,即使载 42 ・2011年第4期・ 杂度。 量评估规范J.246 和J.247 】。J.246是指导选择当部 分参考信号可获得时的合适的客观感知视频质量测量方 3 ITU-T规范进展 3.1主观评估规范 在主观评估方法中,P.910 、P.91l 分别描述了 法,适用于4Mbit/s或低一些的移动电话、PDA、电脑 桌面监控等电信业务。此规范中建议的方法与J.249中 附录A的Yonsei模型相同。 当全参考信号可获得时,规范ITU—T J.247提供 了选择适当的客观感知视频质量评估方法的指导,适用 于4Mbit/s的电信业务或者低一些的手机、PDA、桌面 电脑,对ITU—T P.911附录B定义的视频级别TV3 到MM5B提供视频质量估计。此规范基于VQEG的测 试工作描述了4个模型:模型A(NTT,Japan)、模型 B(OPTICOM,Germany)、模型C(Psytechnics,UK)、 模型D(Yonsei University,Korea)。VQEG MM—I 测试表明:对VGA分辨率,建议采用模型B、C、D; 对CIF分辨率,建议采用模型B、C;对QCIF分辨率, 建议采用模型A、B、C。 多媒体应用的视频和视听质量评估,J.140描述了数字 有线电视的图像质量评估,P.920[6 描述了量化终端和 通信性能的影响的交互式评估方法。P.920只对测试条 件与环境做了一些制定,未说明测试方法。P.911、P.920 还在ITU—T SG9中继续研究更新。下面主要介绍P.910 的测试方法。 P.910描述多媒体应用(如视频会议、存储和检索 应用、视频医疗应用等)单向整体视频质量的非交互主 观评估方法。规范中描述了4种测试方法。 (1)Absolute category rating(ACR)绝对种类评 分; (2)Absolute category rating with hidden J.mm—noref规范是无参考的客观感知多媒体视频 质量测量,描述多媒体环境中感知视频质量测量的无参 考方法。这些方法应该能测量压缩和传输误差带来的失 reference(A CR—HR)带隐藏参考的绝对种类评分; (3)Degradation category rating(D CR)损伤种 类评分; 真,形成3种视频格式(QCIF、CIF、VGA)的模型。 J.vqhdtv规范将描述HDTV的客观感知多媒体视 频质量测量的无参考、部分参考、全参考方法。这些方 法应该能测量压缩和传输误差带来的失真。201 1年1月 SG9已经通过了其中的全参考模型,作为一个新的规范 J.341。 (4)Pair comparison method(PC)成对比较法。 具体方法细节可参看规范。 3.2客观评估规范 ITU—T基于VQEG的测试工作已经制定了一些客 观评估模型规范,也还有一些研究项目正在进行。表1 为客观评估模型的相关规范。 媒体层模型中,J.144/J.249主要是针对数字有 线电视应用的视频质量评估规范。基于VQEG的MM Phase I测试工作,ITU—T制定了针对多媒体的视频质 P.NAMS是ITU—T SG12和VQEG正在共同研 究的用于IPTV质量监控的数据分组层客观评估模型。 P.NBAMS是ITU—T SG12和VQEG针对比特流模型 进行的新的研究项目,其定义及标准化范围还在讨论中。 这两个项目在SG12中同时进行,在2011年1月的会议 表1 客观评估模型的相关规范 模型类别 媒体层 参数分组层 比特流层 参数规划 混合 模型输入信息 视频文件 相关规范 分组头信息 分组头信息和载荷信息 质量规划参数 .多种模型输入信息组合 J.bRvqm J.144 J.249 J.246 J.247 PJ.mm-noref J.vqhdtv NAMS P.NBAMS G.1070 G.0MVAS 注:以字母命名的规范即为还在研究的项目。 ・2011年第4期・ 43 中通过了两个文档:一为描述如何产生音频、视频、视 听序列;另一为描述主观测试训练数据库。 参数规划模型的客观评估规范有G.1070和G. OMVAS,G.1070 描述了一个基于IP网络的点到点交 另外,在ITU T 2011年1月的会议上,还通过 了一些新的视频相关研究问题:不同内容下的MOS解 释、3D—IPTV的QoE需求、网真的QoE需求、多播视 频实时直播的QoE需求、IPTV性能相关问题等。 互视频电话应用的意见模型。在输入参数上,此规范用 网络、应用程序和终端设备参数来计算多媒体质量,假 设视频电话应用于专用的视频电话终端、桌面PC、笔 记本PC、PDA和移动电话。语音带宽限定在电话频段 (300~3400Hz)。意见模型输人参数是在QoE/QoS规 划中重要的视频和语音质量参数。模型包含3个函数: 视频质量估计、语音质量估计、多媒体质量整合函数。 规范中提供了以上函数的基本公式。模型输出是多媒 体质量(MMq)、由语音质量影响的视频质量(Vq(Sq))、 由视频质量影响的语音质量(sq(vq))。模型对终端、环 本文结合ITU—T相关规范,总结了视频质量评估 的方法及制定的一些模型。从VQEG的测试工作和已有 模型方法来看,现在的规范模型主要是针对数字有线电 视和多媒体的单向应用的质量评估,还没有针对类似移 动视频电话的交互式应用的模型方法。在评估方法上, 大部分规范都需要源视频内容或信息,这给实际应用带 来诸多不便,如何在无源视频条件下获得恰当的视频质 量评估,这是以后研究的方向,同时,如何结合网络性 能参数和视频内容二者来评估用户对视频的感知质量也 是未来研究重点。 4总结 境和评估内容假定了一些特定条件,在其它评估条件的 质量估计还在研究中。因此,当前规范存在局限性。规 范中视频和语音质量估计函数的系数通过查询预先给每 个视频和语音编译码准备的表来确定,利用规范附录A 提供的方法来创建用于视频的表,用ITU—T P.833或 者P.834创建语音的表。在规范附录I、Ⅱ中分别提供 了用于视频(QVGA、QQVGA)质量估计和多媒体质 量估计的临时系数值。在2009年SG12修正了G.1070, 增加了有关VGA视频编码的视频质量临时系数。 G.OMVAS是音视频流应用的质量规划意见模型 , 描述一个音视频流和基于IP网络的TV应用的计算模 型,是规范G.1070的扩展,计划在2013年通过最终 版本。 究.2O1 O年1 0月. 参考文献 [1】中国通信标准化协会.基于5G移动业务的用户体验(qoE)研 【2】朱雨涵等.视频通信业务质量客观评价方法综述【J】.电视技 术,2009,;53(6):1 08 1 1 5. 【5J ITU—T Eecommendation G.1 0 1 1(20 1 O),geference Guide to Quality of Experience Assessment Methodologiesl s 1. [4】ITU T gecommendation P.91 o(1 999),Subjective video quality Assessment Methods for Multimedia Applications[S】. 【5】1TU—T gecommendation P.g 1 1(1 998),Subjective Audiovisual Quality Assessment Methods for Multimedia Applications. J.bitvqm是混合感知比特流视频质量评估模型, 描述无参考、部分参考和全参考感知视频质量测量方法。 【6】1TU-T P ̄ecommendation P.920(2000),Interactive Test Methods for Audiovisual Communications[S】. 这些方法为混合模型,以处理视频序列和比特流数据作 【7】ITu—T Eeoommendation J.246(2008),Perceptual Visual Quality Measurement Techniques for Multimedia Services over Digital Cable Television Networks 为输入。从比特流数据,这些模型能获得传输误差(如 延迟、分组丢失)和编码信息(如类型、比特率、帧率、 编码参数),利用这些信息,模型被期望提供精度和速 度的改进性能。混合模型的测试计划将在201 1年上半 年完成。 in the Presence of a Eeduced Bandwidth geference[S1. 【8】ITU—T gecommendation J.247(2008),Objective Perceptual Multimedia Video Quality Measurement in the Presence of a Full geference[S】. 【9】ITU T P ̄ecommendation G.1 ovo(2oo7),Opinion Model for Video- Telephony Applications. [1 0】Study Group 1 2.Proposal on Opinion Mode lfor Audio and Video Streaming Applications(G.OMVAS),TSB Circular 32[sJ. ・2011年第4期・ 电信工程技术与标准化 ITU—T E l 1 000通用电源适配器标准 马治国,孟梦,刘伟 (中国泰尔实验室,北京1 00044) 摘 要本文主要介绍TITU—T新发布的建议书L.1000“移动终端及其它ICT设备的通用电源适配器和充电器方案” 的相关内容以及后续研究。 关键词通用;电源适配器;充电器 中图分类号TN86 文献标识码A 文章编号 1008—5599(201 1)04—0045—03 自我国2006年推出“移动通信终端电源适配器及 充电/数据接口技术要求和测试方法”标准以来,在全 球引起了广泛关注,随后OMTP,ITU,IEC,欧盟, IEEE,CTIA等国际标准组织都相继开始制定通用电源 其它ICT设备的通用电源适配器和充电器方案(Universal power adapter and charger solution for mobile terminals and other ICT devices)”,并于2010年3 月正式颁布,标准编号为L.1000。该方案将使所有未 来的手机,无论其生产和型号有何不同,均可使用相同 的充电器。当然L.1000只是第一步,主要针对移动终 端设备。第二步,对于其它ICT设备的通用电源适配器 标准。通用电源适配器可以节能减排,减少电子废弃物, 降低碳排放,因此已经成为全球关注的焦点问题。 ITU作为国际标准组织第一个推出了“移动终端及 收稿日期:201 1 03 0 Video quality assessment methods and standards study ZHAO Da-jun ,LIU Si—ping ,LI Ye-wen ,YU Hang f1 China Mobile Group Design Institute Co.,Ltd.,Beijing 1 00080,China);(2 China Mobile Group Co.,Ltd.,Beijing 1 00032,China) Abstract TodaE more widely usage in the video services(such as video telephone),the study of quality assessment method has great signiifcance.This paper describes the research background and current status of video quality assessment,assessment methods and standards’progress,including which are still under study, making a certain understanding of the video quality assessment process of international norms,and having a facilitating role on the future research work and be ̄er conducting of video business. Keywords video quality assessment;QoS;QoE;objective assessment 2011年第4期・ 45 ・