3D電視視頻質(zhì)量主客觀評(píng)價(jià)最新技術(shù)研究

成于慶，姜秀華

(中國(guó)傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院，北京 100024)

3D電視視頻質(zhì)量主客觀評(píng)價(jià)最新技術(shù)研究

成于慶，姜秀華

(中國(guó)傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院，北京 100024)

3D電視視頻質(zhì)量從評(píng)價(jià)指標(biāo)角度可以分為單眼平面視頻質(zhì)量和雙眼立體視頻質(zhì)量?jī)纱箢?從評(píng)價(jià)方法角度可分為主觀和客觀兩種。本文首先從3D電視技術(shù)鏈的角度分析了3D視頻從制作到播出共六大環(huán)節(jié)對(duì)視頻質(zhì)量分別造成的損傷，然后提出了針對(duì)不同損傷的視頻質(zhì)量主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和測(cè)評(píng)方法，最后分析了客觀評(píng)價(jià)的最新技術(shù)。

3D電視;視頻質(zhì)量影響因素;主客觀評(píng)價(jià)方法

1 引言

3D電視也稱立體電視，與普通2D畫面相比，最重要的視覺特點(diǎn)是圖像不再局限于屏幕平面上，仿佛能夠走到屏幕外面，讓觀眾有身臨其境的感覺。為了獲得更好的立體視覺體驗(yàn)，對(duì)3D電視視頻質(zhì)量相應(yīng)提出了要求。

從評(píng)價(jià)方法角度，3D電視視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)可以分為主觀評(píng)價(jià)和客觀平均兩種方法;從評(píng)價(jià)指標(biāo)角度，3D電視視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)可以分為兩大類:單眼圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)和雙眼立體質(zhì)量評(píng)價(jià)。前者同2D視頻，需要達(dá)到左、右眼的高質(zhì)量、高清晰畫面，這是優(yōu)質(zhì)3D圖像的基礎(chǔ);而后者則是安全、舒適地觀看立體畫面的保證。

目前關(guān)于立體電視視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)尚未出現(xiàn)科學(xué)體系和行業(yè)統(tǒng)一的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者已開始關(guān)注研究。筆者將目前已提出的最新3D電視視頻質(zhì)量主、客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和主要技術(shù)進(jìn)行了分析、比較和歸納。

2 3D視頻質(zhì)量影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 雙眼立體視覺原理

要分析立體電視視頻質(zhì)量，首先要了解雙眼立體視覺原理，這是立體成像的基礎(chǔ)。雙眼立體視覺包括兩部分:匯聚角和雙眼視差。人在觀看近距離物體時(shí)，雙眼視線會(huì)向內(nèi)側(cè)匯聚，大腦從而通過左右眼視線匯聚角度得到深度信息(有效范圍:20米);人的雙眼水平間距約65 mm，看到的圖像存在微小差異，雖然差距很小，但經(jīng)視網(wǎng)膜傳到大腦后就用這微小的差距，產(chǎn)生遠(yuǎn)近的深度，從而產(chǎn)生深度知覺(Depth perception)(敏感度:1/60°)。根據(jù)這一原理，如果把同一景像，用兩只眼睛視角的差距制造出兩個(gè)影像，然后讓兩只眼睛一邊一個(gè)，各看到自己一邊的影像，透過視網(wǎng)膜就可以使大腦產(chǎn)生景深的立體感了［1］。

2.2 3D視頻質(zhì)量影響因素及解決方法

從3D電視技術(shù)鏈的角度，一段3D視頻的誕生一般都需經(jīng)過拍攝錄制、制作處理、發(fā)端壓縮編碼、信號(hào)傳輸、收端硬件解碼和立體顯示這六大環(huán)節(jié)，如圖2-1所示，最后觀眾通過佩戴立體眼鏡或者裸眼方式看到立體視頻。每個(gè)環(huán)節(jié)的處理都可能造成視頻質(zhì)量的損傷，影響最后的立體效果。有的損傷可以直接通過觀看者主觀觀看發(fā)現(xiàn)，而有的必須借助專業(yè)測(cè)量?jī)x器和數(shù)學(xué)建立評(píng)測(cè)模型等客觀方式評(píng)測(cè)出。

圖2-1 3D視頻技術(shù)鏈

2.2.1 攝錄系統(tǒng)

3D場(chǎng)景的拍攝需用立體攝像機(jī)(stereo camera)，通過視覺定位的差異對(duì)相同畫面分別拍攝左眼和右眼畫面，從而形成逼真的3D畫面。拍攝同時(shí)需記錄兩攝像機(jī)間距、攝像機(jī)與兩條攝像機(jī)主光軸會(huì)聚點(diǎn)之間的會(huì)聚距離以及攝像機(jī)的焦距，幫助調(diào)整3D圖像的水平視差和空間深度。

由于最終在監(jiān)視器上看到的立體畫面實(shí)際上是在平面上呈現(xiàn)的，現(xiàn)場(chǎng)拍攝時(shí)必須要確定兩臺(tái)攝像機(jī)的匯聚平面重合，匯聚平面是觀眾區(qū)分前景物體和背景物體的標(biāo)尺，匯聚平面相差太大，立體感完全喪失，后期編輯也無法挽救。

不同焦距對(duì)空間的復(fù)制有不同的效果，比如長(zhǎng)焦適合壓縮空間，短焦適合夸張空間感，這都是在2D畫面中常常使用的創(chuàng)作手法。而在3D畫面中，觀眾需要在心中建立一個(gè)正常、統(tǒng)一、始終存在的空間。在真實(shí)3D空間中，我們的雙眼對(duì)焦到哪，都會(huì)清晰的看到物體，因此是不講景深的。所以，盡量不要反復(fù)切換使用不同焦距鏡頭拍攝的畫面，否則拍攝出來的3D畫面突兀，有不真實(shí)感。

此外，連接兩路高清攝像機(jī)和攝像控制單元的光纖質(zhì)量是很容易忽視的一個(gè)小環(huán)節(jié)，目前使用SMPET標(biāo)準(zhǔn)光纖，傳輸視頻、Intercom、控制信號(hào)和電源，確保機(jī)組正常工作。

存儲(chǔ)方面，需要高質(zhì)量雙流記錄錄像機(jī)，從而既保證視頻質(zhì)量，又解決分左右眼記錄時(shí)的同步問題。存儲(chǔ)介質(zhì)目前選擇傳統(tǒng)的磁帶方式，因?yàn)槟壳吧形闯霈F(xiàn)同時(shí)存兩路的光盤。

2.2.2 編播系統(tǒng)

3D視頻拍攝時(shí)比較難處理的地方是使左右眼兩路圖像達(dá)到同步，即使拍攝前期對(duì)攝像機(jī)、機(jī)架進(jìn)行了精密的調(diào)整，也很難達(dá)到兩路圖像在攝像機(jī)推拉搖移時(shí)色溫、光線、聚焦變焦等完美的協(xié)調(diào)，而人眼對(duì)這些細(xì)微的差別非常敏感，這就需要后期進(jìn)行相應(yīng)的誤差校正，包括雙眼剪接、畫面疊加、亮度和彩色校正、特效合成、節(jié)目包裝等，使播出的3D視頻更加完美逼真。許多公司針對(duì)這一環(huán)節(jié)進(jìn)行了專門的研發(fā)，目前已有設(shè)備包括SONY MPE-200 3D圖像實(shí)時(shí)處理器(3D魔箱)、3D切換臺(tái)、字幕機(jī)、3D非編系統(tǒng)，Quantel公司sQ400服務(wù)器、收錄工作站(sQRecord)和播出工作站(sQplay)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步采集和播出多軌立體高清素材［2］。

制作平臺(tái)的好壞對(duì)最終視頻質(zhì)量有很大的影響，比如在3D播出時(shí)，不當(dāng)?shù)漠嬅媲袚Q(如拍攝主體所處焦點(diǎn)位置相差較大)會(huì)讓觀看者眼睛跟著不斷調(diào)整焦距，因而產(chǎn)生眼睛疲勞、不適感。

不過，后期的數(shù)字處理技術(shù)校正的視差范圍不能太大，因?yàn)樾Ｕ秶酱螅?D畫面的分辨率損失就越大，所以還應(yīng)盡可能在拍攝前計(jì)算、設(shè)置好間距，并調(diào)整好會(huì)聚角。

2.2.3 編解碼系統(tǒng)

EBU的R124建議書曾指出在制作和發(fā)射中，保持圖像質(zhì)量最重要因素是選擇合適的碼率［3］。目前立體視頻編碼主要有三種思路:一是左右兩路分別編碼，碼率相當(dāng)于一路視頻碼率的兩倍;二是編碼器將切換臺(tái)輸出的左右兩路信號(hào)合成一路含左右標(biāo)志的復(fù)合信號(hào)(兩路視頻各降低一半分辨率，可以是左右拼接、上下拼接或場(chǎng)拼接等)，碼率相當(dāng)于一路視頻;三是一路(通常是左視)進(jìn)行獨(dú)立2D編碼，另一路參考已編碼的碼流，碼率相當(dāng)于一路視頻碼率的約1.4-1.7倍。現(xiàn)實(shí)中，由于一、三兩種方法需要重新設(shè)計(jì)編碼器和解碼芯片，因此多選用第二種做法，這樣做雖然降低了信號(hào)的分辨率，但彌補(bǔ)了兩路分別傳送時(shí)的鏈路延時(shí)問題。如果左右路信號(hào)播出時(shí)不同步，顯示端將會(huì)看到偏差，人眼對(duì)偏差的敏感度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)分辨率下降的敏感度。在接收端，通過相應(yīng)解碼器將信號(hào)還原為左右兩路，配合雙路立體監(jiān)視器即可觀看。

此外，不同的壓縮編碼格式及算法是影響制作、傳輸效率、存儲(chǔ)帶寬占用、技術(shù)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要因素，在滿足后期制作的前提下，應(yīng)選擇開放性好、編碼效率高、帶寬盡可能小的編碼格式。

2.2.4 傳輸、發(fā)行系統(tǒng)

用戶端獲取3D信號(hào)主要有三種渠道:藍(lán)光碟、流媒體、衛(wèi)星或有線電視。3D藍(lán)光碟雖然昂貴而且片源少，卻是最佳效果的必然渠道，但這種渠道要求額外配置3D藍(lán)光機(jī)，而且電視必須具備HDMI 1.4版本接口。排除藍(lán)光碟，傳輸3D高清信號(hào)大致有兩種方式:一是采用兩個(gè)HD-SDI通道分別傳左右眼數(shù)據(jù)，這需要兩倍的高清帶寬(1.5*2=3G)，這一方式可保證左右兩眼看到完全獨(dú)立的高清畫面，但保證兩通道同步比較困難;第二是采用時(shí)間壓縮方式，左右信號(hào)被擠壓進(jìn)一幀，傳輸只需一個(gè)HDSDI通道或一個(gè)DVI-D通道，帶寬降低，且不存在同步問題，但導(dǎo)致一幀內(nèi)兩幅畫面上下并排或左右并排，使得垂直或水平分辨率減半。兩種方法各有利弊，基于目前傳輸帶寬和設(shè)備，主要選擇第二種方法。因此通過傳輸通道后，視頻清晰度只有原先的一半。

2.2.5 顯示系統(tǒng)

3D影像顯示方式分為裸眼式和眼鏡式兩大類。裸眼式實(shí)現(xiàn)困難，代價(jià)高昂，一時(shí)難以普及。眼鏡式又分為色分法、光分法、時(shí)分法三種技術(shù)，色分法應(yīng)用最早，最便宜，但偏色嚴(yán)重，3D效果也最差;光分法即偏光式3D技術(shù)，效果好于色分法，但是以犧牲分辨率換來的，亮度也較低;時(shí)分法又稱主動(dòng)快門式3D技術(shù)，畫面效果最優(yōu)，但畫面有閃爍感，且眼鏡較重且價(jià)格昂貴。

不論采用哪種顯示原理，3D電視顯示都可以從刷新頻率(閃爍感)、亮度、對(duì)比度、分辨率、動(dòng)態(tài)清晰度、色彩表達(dá)能力、遠(yuǎn)近層次感和可視角度等方面進(jìn)行評(píng)判。

刷新率:刷新率是決定電視畫面質(zhì)量特別是動(dòng)態(tài)畫面質(zhì)量的重要指標(biāo)。刷新率越高，圖像穩(wěn)定性越高，對(duì)眼睛的傷害也越小。眼鏡式3D電視因?yàn)樾枰宕?D眼鏡，左右眼每秒分別接收的畫面幀數(shù)只有原先的一半，刷新率需要翻番才能不產(chǎn)生閃爍。目前LED電視刷新頻率最大為480Hz，等離子電視機(jī)為600Hz。所以從刷新頻率來說，等離子電視畫面質(zhì)量最高。

亮度、色度、分辨率損失:分色技術(shù)使用顏色較深的濾色鏡，亮度損失理所當(dāng)然，同時(shí)它還會(huì)損失一部分顏色信息，另外顯示彩色畫面時(shí)，如果鏡片顏色不夠深，很可能導(dǎo)致濾色不徹底，會(huì)影響觀看效果;分光技術(shù)要用到偏光片，它會(huì)吸收特定角度偏振光以外的所有光，亮度損失很嚴(yán)重;分時(shí)技術(shù)雖然在任意一個(gè)時(shí)刻只有一只眼睛能看到光線，但由于人眼的視覺暫留特性，所以這并不是它損失亮度的主要原因，之所以損失亮度，是因?yàn)橐壕чT眼鏡中也包含偏光片，所以它和分光技術(shù)是一樣的;至于裸眼光柵技術(shù)，視差障礙使每只眼睛只能接收到原來一半的光線，因此亮度損失一半，同時(shí)水平分辨率也只有原來的一半。

舒適性:眼鏡式3D電視需要佩戴3D眼鏡，好在觀看位置較寬;光柵技術(shù)雖然不需要配戴眼鏡，但觀眾必須在特定的范圍內(nèi)才能正常觀看。

總之，3D電視機(jī)需具有比一般電視機(jī)更精確的圖像細(xì)節(jié)處理能力，灰階、色階還原能力，以及更高的響應(yīng)速度，以保證無論在顯示靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)影像時(shí)，都能有同樣出色的3D效果。

2.3 3D視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

3D電視視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)從評(píng)價(jià)指標(biāo)角度可以分為兩大類:單眼平面視頻質(zhì)量和雙眼立體視頻質(zhì)量。

2.3.1 單眼平面視頻質(zhì)量指標(biāo)

高質(zhì)量3D制作的基礎(chǔ)是兩個(gè)高質(zhì)量的高清左、右眼電視圖像。良好的2D畫質(zhì)會(huì)對(duì)3D效果產(chǎn)生正面影響。這種影響對(duì)于細(xì)節(jié)的立體感刻畫尤為重要，否則僅僅依靠拍攝時(shí)獲得的景深，就算能顯示出再多的層次，仍然不能成為有吸引力的3D畫面。好的3D畫面并不是由很多層圖像疊加構(gòu)成的，而應(yīng)該表現(xiàn)出身處前景、中景、后景中不同元素各自不同的透視效果和位置關(guān)系。

單眼圖像質(zhì)量同2D高清視頻，應(yīng)遵循高清電視節(jié)目制作播出質(zhì)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括攝像機(jī)分辨率、靈敏度、色域、聚焦焦距、光圈數(shù)、色溫、取景構(gòu)圖;視頻取樣結(jié)構(gòu)、碼率等軟硬件因素。可以說，沒有達(dá)到高清2D水平的單眼視頻完全沒有換3D觀看的意義。

2.3.2 雙眼3D視頻質(zhì)量指標(biāo)

雙眼3D視頻有眾多局限性，需要兼顧雙眼視差、拍攝誤差并且避免出現(xiàn)視野沖突，這些都是安全、舒適地觀看立體畫面的保證。

主觀評(píng)估:根據(jù)ITU-R BT.1438標(biāo)準(zhǔn)，主觀評(píng)估要素包括深度分辨率、深度運(yùn)動(dòng)清晰度、木偶效應(yīng)(Puppet theatre effect)和紙板效應(yīng)(Cardboard effect)四項(xiàng)［4］。有參考圖像時(shí)，評(píng)估方法為雙刺激連續(xù)質(zhì)量標(biāo)度法或雙刺激損傷標(biāo)度法;無參考圖像時(shí)，評(píng)估方法為絕對(duì)判別法。《Visual Experience of 3DTV》闡述了六個(gè)主觀評(píng)價(jià)項(xiàng)目:圖像質(zhì)量(包括清晰度、色度、亮度等指標(biāo))、圖像深度、立體感是否存在、立體感是否自然、立體感是否符合視覺經(jīng)驗(yàn)、立體感舒適程度［5］。

客觀評(píng)估:客觀評(píng)估尚未出臺(tái)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。《立體電視圖像質(zhì)量測(cè)試方法》意見稿提出左右眼亮度差、3D亮度均勻性、3D色度均勻性、左右眼交叉干擾(串?dāng)_率)、3D關(guān)斷比、左右眼對(duì)比度、閃爍、視變角、安全性等指標(biāo);天津大學(xué)提出人眼視覺信噪比SNR、客觀保真度、深度保真度等指標(biāo)［6］;北京牡丹提出串?dāng)_率指標(biāo)。

3 3D電視視頻質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法

3.1 主觀評(píng)價(jià)一般要求

主觀評(píng)價(jià)結(jié)果不僅與3D視頻本身質(zhì)量有關(guān)，還與評(píng)價(jià)所選素材、觀看條件、3D眼鏡質(zhì)量、觀看員質(zhì)量、評(píng)分方法、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法和結(jié)果表達(dá)方式等因素有關(guān)。為使評(píng)價(jià)結(jié)果的可變因素僅限于3D視頻本身質(zhì)量，在主觀評(píng)價(jià)中必須對(duì)上述影響因素作嚴(yán)格的規(guī)定。

3.1.1 觀看條件

測(cè)試應(yīng)在不受來自外界電磁場(chǎng)干擾的室內(nèi)進(jìn)行。測(cè)試亮度、色度時(shí)應(yīng)在暗室中進(jìn)行。觀看員的座位布局應(yīng)在水平方向中垂線±30°內(nèi)，距離屏幕距離約3倍屏幕高度。

3.1.2 人員條件

參與主觀評(píng)價(jià)的人員需具備正常視力以及立體視覺能力(參見ITU-R BT.500標(biāo)準(zhǔn)，正常立體視覺能力測(cè)試素材可參見ITU-R BT.1438附件1)，兼顧3D專業(yè)人員和業(yè)余觀眾，年齡覆蓋面盡可能廣。

3.1.3 測(cè)試素材

測(cè)試素材分為專門素材和普通素材兩類:專門素材針對(duì)立體圖像各方面問題專門選擇，如針對(duì)清晰度的楔形條紋信號(hào)、針對(duì)對(duì)比度的黑白窗口信號(hào)等;普通素材為隨機(jī)挑選的使用專門立體攝像機(jī)拍攝的3D素材，注重3D整體特性。

3.1.4 3D眼鏡

立體眼鏡有很多種，分別對(duì)應(yīng)不同的立體顯示技術(shù)，目前在用的主要有紅藍(lán)眼鏡、偏振眼鏡和主動(dòng)快門眼鏡三種，三種眼鏡觀看立體視頻效果各有優(yōu)劣，在視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)要分清所用3D顯示技術(shù)，佩戴正確的3D眼鏡。

3.2 主觀評(píng)價(jià)方法

按照2000年國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布的ITU-R BT.1438立體電視圖像主觀評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，主觀評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量分成5級(jí)，即優(yōu)秀(Excellent)、良好(Good)、一般(Fair)、不好(Poor)、壞(Bad)五個(gè)級(jí)別。評(píng)價(jià)方法沿用高清電視質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)所用的雙刺激連續(xù)質(zhì)量標(biāo)度法(DSCQS)。

綜合各方意見，一種針對(duì)立體視頻立體感的可操作的主觀評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)建議如下表。

表3-1 立體視頻立體感主觀評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)立體感的說明:立體視頻的前景和背景不可避免會(huì)產(chǎn)生重影，在保證清晰度的前提下(即重影在可容許的范圍內(nèi))，人眼感覺前景到背景的最大立體深度是可測(cè)量的。在這里，立體深度指視頻的景深而不是被拍攝場(chǎng)景的實(shí)際深度。

視變角:以立體圖片上一點(diǎn)為觀察中心，單眼左右移動(dòng)時(shí)，圖片會(huì)產(chǎn)生多次的跳躍，兩次跳躍之間眼睛移動(dòng)的角度為立體圖片的視變角。視變角越大觀看越舒適，但視變角大往往意味立體感減弱，視變角并不代表立體圖片的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角一般都在90度以上。

近年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)主觀立體質(zhì)量感知設(shè)計(jì)了一些立體影像主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。但尚未從根本上解決立體視頻質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)問題。這一方面是由于人們對(duì)人類視覺系統(tǒng)所知甚少，另一方面也因?yàn)橛绊懥Ⅲw視頻主觀感知的因素眾多，而已有的探索性感知實(shí)驗(yàn)只針對(duì)一些比較顯著的因素進(jìn)行分析。

4 立體視頻質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法

4.1 平面視頻與立體視頻客觀評(píng)價(jià)方法異同

立體視頻客觀評(píng)測(cè)方法的最終目的是利用客觀的數(shù)學(xué)評(píng)測(cè)模型進(jìn)行視頻質(zhì)量的預(yù)測(cè)，以達(dá)到與主觀評(píng)測(cè)方法一致的效果。3D電視顯示并非采用了全新的屏幕，只是在普通液晶電視的處理模組上加入了支持3D顯示的結(jié)構(gòu)，另外再加入支持3D解碼和播放的3D芯片，所以3D電視應(yīng)該可以兼容2D畫面的播放，兩種畫面之間也可以快速方便的轉(zhuǎn)換。因此，對(duì)于平面圖像的客觀評(píng)價(jià)方法，諸如通過峰值信噪比(PSNR)、信息熵等信息建立數(shù)學(xué)模型后評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的方法也可以轉(zhuǎn)移至3D圖像上。

但是，PSNR等信息只能評(píng)價(jià)同一個(gè)視點(diǎn)編碼前與解碼后的圖像質(zhì)量關(guān)系，而立體圖像在相鄰視點(diǎn)之間存在人眼標(biāo)準(zhǔn)視差的高度相關(guān)性。如果兩個(gè)相鄰視點(diǎn)各自的PSNR值都比較高，但是視點(diǎn)間視差成分很少甚至反相，人眼能欣賞到的立體感將大打折扣。畢竟立體圖像的立體感是立體圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要因素之一。因此，不能將傳統(tǒng)平面視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單地移植到立體視頻評(píng)價(jià)中，必須建立一種基于人眼視差立體感的客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

此外，立體圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)不但要考慮左右兩視點(diǎn)的質(zhì)量失真情況和立體感知，還需兼顧觀察者視覺疲勞等因素，所以建立一個(gè)全面完整的評(píng)價(jià)系統(tǒng)非常復(fù)雜。

4.2 立體視頻客觀評(píng)價(jià)最新方法

目前，還沒有統(tǒng)一的立體視頻客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但大量實(shí)驗(yàn)已表明，同一時(shí)刻，兩相鄰視點(diǎn)之間的圖像數(shù)據(jù)有高度的相關(guān)性，具有人眼標(biāo)準(zhǔn)視差的視點(diǎn)對(duì)的絕對(duì)差圖像是一幅圖像的輪廓線，這幅差值圖像包含了立體視差的相關(guān)信息。如果絕對(duì)差值圖為一幅零值(全黑)圖像，則說明兩幅圖像完全一樣，由人眼視差獲得立體感原理，這樣的視點(diǎn)對(duì)不存在雙眼視差，無法讓人眼獲得立體感。據(jù)此，基于雙視點(diǎn)立體成像系統(tǒng)，定義左右視點(diǎn)間差值圖的峰值信噪比(PPSNR:Parallax Peak Signal-to-Noise Ratio)，利用這一指標(biāo)評(píng)價(jià)立體圖像質(zhì)量。

因此，壓縮后視點(diǎn)對(duì)的絕對(duì)差值圖越接近原始圖像絕對(duì)差值圖，那么雙眼視差的質(zhì)量就越好，立體感覺也就越好。

給定一幅大小為M×N的數(shù)字化灰度圖像f(x，y)和參考圖像 f0(x，y)，f(x，y)l，f(x，y)r分別代表給定圖像的左右視圖，f0(x，y)l，f0(x，y)r則代表參考圖像的左右視圖;

則圖像f(x，y)的PPSNR定義為:

其中，PMSE(Parallax Mean Squared Error)為處理前和處理后左右視點(diǎn):

fmax=2n-1為函數(shù)f(x，y)的最大灰度值，例如8bit灰度圖像的fmax=28-1=255。

對(duì)于彩色圖像，參考PSNR的定義，有

PPSNR值越大，表示左右視點(diǎn)之間的視差在處理前后圖像變化越小，視點(diǎn)對(duì)保留原來視點(diǎn)之間視差的質(zhì)量就越高。借助PPSNR值可以用于輔助分析立體圖像主觀測(cè)試結(jié)果［6］。

5 小結(jié)與展望

近年來，立體視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)的研究雖然不斷進(jìn)步，但一直未形成一個(gè)完整的體系。中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所已經(jīng)著手研究、制定處于電視發(fā)展初期的3D相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《立體電視術(shù)語》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《立體電視圖像質(zhì)量測(cè)試方法》已進(jìn)入針對(duì)性測(cè)試階段。

3D電視在顯示原理、收看方式上大大顛覆了傳統(tǒng)電視，因此測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)也與傳統(tǒng)電視不同。目前市面上的3D電視大都需要佩戴主動(dòng)快門式眼鏡觀看，通過左右眼畫面的高頻率切換，形成3D立體視覺，而裸眼3D電視尚處于實(shí)驗(yàn)階段。在對(duì)3D電視進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，左、右眼獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)一般會(huì)有輕微差異，而這個(gè)差異越小則說明性能越穩(wěn)定，這將是對(duì)3D電視性能考查很重要的一項(xiàng)。松下、三星等大品牌的3D電視也特別注重左右眼交叉干擾、3D對(duì)比度、亮度均勻性等指標(biāo)。

未來，通過設(shè)計(jì)主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，了解影響立體視頻質(zhì)量的主要因素，并將各因素通過數(shù)學(xué)建模綜合起來形成可靠的客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)模型是今后的一個(gè)研究方向。此外，還可多考慮結(jié)合人眼特殊的生理結(jié)構(gòu)，充分研究人眼視覺系統(tǒng)特性，減少視覺疲勞，增強(qiáng)觀看3D圖像的舒適度;以主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，開發(fā)立體圖像客觀評(píng)價(jià)軟硬件，充分推動(dòng)3D產(chǎn)品的研發(fā)與普及，創(chuàng)造嶄新的視覺體驗(yàn)。

［1］賴小波.機(jī)器人雙目立體視覺若干關(guān)鍵理論問題及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)研究［C］.浙江大學(xué)2010年博士學(xué)位論文.

［2］索尼公司產(chǎn)品手冊(cè).http://pro.sony.com.cn/productinfo/cc/13632.htm.

［3］EBU R 124，Choice of HDTV Compression Algorithm and Bitrate for Acquisition，Production＆ Distribution，2008，12.

［4］RECOMMENDATION ITU-R BT.1438，SUBJECTIVE ASSESSMENT OF STEREOSCOPIC TELEVISION PICTURES，2000.

［5］Pieter J H.Seuntiens，Visual Experience of 3D TV，2006.

［6］王鵬.立體圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法的研究［C］.天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009，05.

Latest Research Result of Subjective and Objective Evaluation Methodology for the Video Quality of 3DTV

CHENG Yu-qing，JIANG Xiu-hua
(Information Engineering School，Communication University of China，Beijing 100024，China)

From the perspective of evaluation criteria，3DTV video quality evaluation can be divided into two categories-monocular and binocular video quality;from the perspective of evaluation methods，3DTV video quality evaluation can also be divided into two categories-subjective and objective quality.In this article，after analyzing the impact of six parts of stereoscopic television，the latest subjective and objective video quality evaluation methods are respectively represented.

3DTV;Quality influencing factor;Subjective and Objective Evaluation Methodology

TP349.6

A

1673-4793(2012)01-0031-06

2011-09-16

國(guó)家廣播電影電視總局科研項(xiàng)目(2011)

成于慶(1987-)，女，江蘇人，中國(guó)傳媒大學(xué)碩士研究生.E-mail:cheng yu qing@cuc.edu.cn

(責(zé)任編輯

:宋金寶)