Кривошеев М.И. Международная стандартизация цифрового вещательного телевидения

Подождите немного. Документ загружается.

501

щими существенное влияние на качество изображения. Рекомендуется

использовать для субъективных экспертиз систем мультимедиа мето-

ды оценки изображений по Рекомендации ВТ.500, модифицированные

с учетом указанных факторов, в частности, метод DSCQS, процедуры

с двумя стимулами и использованием шкалы ухудшений, с нескольки-

ми стимулами и случайным доступом к ним, с одним стимулом и ис-

пользованием непрерывной шкалы качества и др.

В соответствии с предложениями [10.153-10.157] комиссия присту-

пила к комплексным исследованиям по международной стандарти-

зации экологической защиты зрителей ТВ программ и электронного

кинематографа, радиослушателей, пользователей различных средств

мобильной связи, фиксированной и подвижной служб и др. Намеча-

лось разработать специальный Вопрос по этой проблеме или сделать

соответствующие дополнения к существующим Вопросам изучения.

В частности, предполагалось выявлять и подавлять дополнительные

сигналы, включая 25-й кадр, программными средствами в STB и циф-

ровых телевизорах.

В связи с этим Россия представила вклад «Экологическая защи-

та телезрителей от некоторых психофизиологических воздействий

со стороны части программ ТВ вещания» [10.157], основанный на ис-

следованиях, проведенных в нашей стране [10.159-10.161]. В нем от-

мечается, что прогресс в области цифровых и компьютерных средств

формирования ТВ программ, включающей, в частности, широкое

использование компьютерной графики, компьютерной анимации

и нелинейного монтажа, многократно увеличивает вероятность при-

сутствия в составе программ ТВ вещания изображений, создающих

недопустимый уровень негативного воздействия на зрительную сис-

тему и психику телезрителей. К ним, в частности, относятся смена

видео- и аудиосюжетов с частотой, превышающей инерционность

головного мозга, а также наличие в составе видео- и аудиосигналов

частот, близких к частотам альфа-ритма электроэнцефалограммы

головного мозга человека, что представляет особую опасность. Такие

эффекты способны нанести психофизиологическую травму зрителю

в самом широком диапазоне — от легкого ощущения мешающего воз-

действия или дискомфорта до прямого поражения психики и нервной

системы. Известным примером такого поражения является имевший

место в 1997 году инцидент, заключающийся в возникновении эпи-

лептического синдрома у нескольких сотен детей, просматривающих

телевизионный анимационный фильм.

10.1. СУБЪЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ

502

ГЛАВА 10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТВ ИЗОБРАЖЕНИЙ, КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ

Зрительная система человека чрезвычайно чувствительна к мель-

каниям, причем, для некоторых частот порядка 8-10 Гц наблюдается

максимум чувствительности. По данным физиологов именно на этот

частотный диапазон приходится так называемый основной альфа-ритм

энцефалограммы, отражающий наличие главных нейропульсаций

в нейронах.

Помимо указанных негативных эффектов необходимо иметь в виду

возможную передачу нераспознаваемого зрителем на сознательном

уровне, но воздействующего на подсознание так называемого «скры-

того кадра». Этот термин в телевидении означает замещение одного

из существующих в видеоряде кадров изображением, отличным от ос-

новного сюжета.

Как следует из количественных значений временных и информаци-

онных характеристик зрительного анализатора человека, он обладает

двумя видами инерционности: инерционностью ощущения оптической

системой и инерционностью осознания изображения, воспринимаемо-

го оптической системой. Длительность инерции осознания в 5-10 раз

(в зависимости от сложности изображения и степени подготовленности

зрителя) превосходит длительность инерции ощущения, составляющую

в среднем 40 мс. Таким образом, изображение, заключенное в однокад-

ровых вставках, воспринимается неосознанно, так как оно оказывается

скрытым вследствие своей кратковременности.

Так как подавление сигналов, вызывающих отрицательное психофи-

зическое воздействие, не всегда возможно на стадии их формирования

в аппаратно-студийном комплексе, то методом борьбы с ними (с учетом

перехода к цифровому ТВ вещанию) представляется выявление и по-

давление этих сигналов непосредственно в абонентских приемных уст-

ройствах. Для этого в состав приемных устройств вводится специальное

программное обеспечение (ПО), выявляющее указанные видеопоследо-

вательности и блокирующее их отображение на экране ТВ приемника.

Такое ПО должно осуществлять непрерывный мониторинг ТВ изобра-

жения и его элементов и в случае обнаружения пульсаций изображения

с глубиной модуляции сигнала яркости более 30 % от уровня белого

в диапазоне частот 6-12 Гц автоматически блокировать вывод изобра-

жения на экран телевизора, заменяя его статическим изображением

из памяти STB, либо переключать телевизор на прием другого канала

на период следования вредных пульсаций. Возможна также оператив-

ная корректировка изображения, осуществляемая так, чтобы глубина

модуляции мельканий на частотах 6-12 Гц была снижена до некоторого

503

значения, безопасного для зрителя. При этом максимальное снижение

глубины модуляции должно приходиться на частоту 10 Гц.

В интерактивных системах цифрового ТВ вещания должны быть

предусмотрены архивирование данных о выявленных вредных после-

довательностях изображений в различных вещательных программах

(дата и время телепрограмм, точный хронометраж вредной последова-

тельности) в памяти абонентских STB и автоматическая передача соот-

ветствующих статистических данных по обратному каналу на серверы

компаний, в чьих программах были обнаружены вредные последова-

тельности. Это станет службой экологической медиаметрии цифрового

ТВ вещания.

В результате обсуждения этого российского вклада на собраниях

РГ 6М и РГ 6Р в сентябре 2001 года было решено направить его во Все-

мирную Организацию Здравоохранения (WHO), изучающую вредные

воздействия, а также в Международную организацию по стандарти-

зации (ISO) и Международную Электротехническую Комиссию (IEC),

стандартизующие технические требования к оборудованию. Основани-

ем для этого послужило предложение Рабочей группы РГ 6Р [10.141]:

«Рабочая группа 6Р изучила документ 6Р / 71, который был направлен

в ряд Рабочих групп и касается мер предотвращения вредных измене-

ний яркости в телевизионных приемниках.

Рабочая группа 6Р предлагает направить от имени Исследователь-

ской Комиссии 6 письмо в ВОЗ, МОС и МЭК по этому вопросу».

Обращение в ВОЗ, МОС и МЭК по поводу изучения средств экологи-

ческой защиты приведено в главе 11 на рис. 11.3.

Собрание РГ 6Q в марте 2002 года назначило специальным доклад-

чиком по проблеме экологической защиты телезрителей P. Garginer

(Великобритания) и на базе вклада Италии [10.114] разработало про-

ект Вопроса изучения данной области [10.144], послуживший основой

Вопроса изучения 47 / 6 «Предотвращение эпилептических припадков,

вызванных световыми мерцаниями телевизионных изображений».

В рамках этого Вопроса путем моделирования определяются харак-

теристики вредных воздействий телевизионных изображений, вызыва-

ющих эпилептические припадки зрителей, например, пороговые зна-

чения этих воздействий, амплитуда и частота мельканий изображения

на телеэкране и др. Разрабатываются индикаторы, предупреждающие

об опасности появления припадков, и мероприятия по минимизации

вредных факторов при просмотре ТВ программ, которые могут быть

рекомендованы для администраций, вещателей, ТВ студий, организа-

10.1. СУБЪЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ

504

ГЛАВА 10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТВ ИЗОБРАЖЕНИЙ, КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ

ций, занимающихся подготовкой программ, и изготовителей бытовой

аппаратуры, в первую очередь, STB [10.191].

Рекомендация ВТ.1702 МСЭ-Р по предотвращению вредного влия-

ния программ [10.136, 10.214] обязывает вещательные организации

и изготовителей бытовой аппаратуры принимать меры, исключающие

эпилептические припадки у зрителей при наблюдении мерцающих ТВ

изображений или отдельных их фрагментов в домашних условиях. В этой

рекомендации рассматриваются основные виды вредных для зрителей

мерцаний с различной частотой и продолжительностью, приводится ме-

тодика определения предельно допустимой яркости телеэкрана и указы-

вается необходимость применения адаптивной временной фильтрации

сигнала, снижающей не менее, чем на 20 дБ, уровень мерцаний частот

10-30 Гц при сравнительно небольшом ухудшении качества изображе-

ния. Возможно также использование оптического фильтра в виде ком-

бинации фильтра, отражающего длинноволновые красные световые

лучи, и нейтрального светофильтра. Проект рекомендации [10.214]

был принят на собрании 6-й ИК в апреле 2004 года.

Состояние исследований вредных воздействий на зрителей со стороны

программ телевещания рассмотрено в [10.136, 10.158, 10.205-10.209].

Так, в [10.208] приводятся результаты выполненных в Японии экспе-

риментов по изучению влияния алгоритма компенсации движения

и размеров макроблоков пикселей при цифровом кодировании видео-

сигнала на заметность мерцаний яркости изображения. Исследование

заметности мерцаний проводилось также в Великобритании [10.158].

Эти исследования показали, например, что эффект вредного воздейс-

твия существенно зависит от соотношения яркостей телеэкрана и мер-

цающих фрагментов воспроизводимого на нем ТВ изображения.

Одним из важных направлений является также изучение адаптив-

ного управления качеством изображений в системах цифрового ТВ

вещания с учетом условий наблюдения изображения, характеристик

передающей и приемной аппаратуры, свойств видеосигнала и условий

его передачи. Инициатором этого направления исследований являет-

ся Вице-председатель РГ 6Р О. В. Гофайзен (Украина), разработавший

концепцию управления качеством изображения [10.204] и подготовив-

ший ряд вкладов по данной тематике, основные из которых приведены

в [10.31, 10.42, 10.51, 10.70, 10.99, 10.100]. В [10.31] предложен про-

ект Вопроса 98-2 / 6 «Адаптивное управление качеством изображения

в будущих телевизионных системах». После одобрения проекта РГ 11А

и 11-й ИК на его базе решением Ассамблеи радиосвязи в 1997 году был

505

принят одноименный Вопрос изучения 253 / 11. Проект Рекомендации

ВТ.1691 «Адаптивное управление качеством изображений в телевизи-

онных системах», предложенный в [10.70, 10.236], был одобрен 6-й

ИК в апреле 2004 года. Тогда же был одобрен подготовленный О. В. Го-

файзеном проект Рекомендации ВТ.1692 «Оптимизация качества цве-

товоспроизведения в телевидении» [10.238].

В последние годы появилась заинтересованность в применении дис-

плеев на жидкокристаллических плоских панелях (LCD, liquid crystal

display) в качестве контрольных мониторов при производстве и пост-

производстве программ ТВ вещания. Требования пользователя к таким

дисплеям сформулированы в отчете об исследованиях в этой области,

проведенных в Японии [10.259]. В нем приводятся значения макси-

мальной и минимальной яркости, контраста, параметров цветопереда-

чи и других основных характеристик изображения на экране дисплея

и излагаются результаты проведенных Ассоциацией ARIB (Япония)

измерений характеристик LCD дисплея и дисплея с кинескопом в виде

электроннолучевой трубки, включая субъективную оценку качества

воспроизводимых изображений. Предполагается, что на основе изло-

женных сведений возможна разработка проекта новой рекомендации

по данной тематике.

Ассоциация ARIB провела также сравнение изображений, воспро-

изводимых дисплеями с кинескопами и панелями на жидких кристал-

лах [10.260]. Результаты субъективных экспертиз показали, что LCD

дисплеи воспроизводят изображения, сопоставимые, а в ряде случаев

и превосходящие по качеству изображения на экранах кинескопов.

Отмечена необходимость улучшения качества изображения на плос-

копанельных мониторах для случая их применения при производс-

тве программ ТВ вещания, например, в части повышения яркости

на различных уровнях, устранения размытия подвижных видеофраг-

ментов и неудовлетворительного воспроизведения градаций на учас-

тках с малой яркостью.

Результаты аналогичных исследований, проведенных в Корее, из-

ложены в отчете о сравнении субъективного качества изображений

на экранах мониторов на кинескопах и жидких кристаллах [10.261].

В первой серии испытаний сравнивались изображения на двух профес-

сиональных мониторах с кинескопом, один из которых имеет цифровые

входы по Рекомендации ВТ.601, а другой — аналоговые входы ком-

позитных ТВ сигналов. В этой серии участвовали также плазменный

и жидкокристаллический мониторы и бытовой телевизор. Во второй

10.1. СУБЪЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ

506

ГЛАВА 10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТВ ИЗОБРАЖЕНИЙ, КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ

серии использовались мониторы на жидких кристаллах различных

фирм-изготовителей. Приводятся значения коэффициентов корреля-

ции субъективных оценок изображений на испытываемых мониторах

и коэффициентов корреляции этих оценок с пиковыми отношениями

сигнал / шум. Излагаются результаты цветовых измерений изображе-

ний в центре и углах экрана каждого монитора и значения коэффици-

ентов корреляции полученных данных. Отмечается низкая корреляция

субъективных оценок для бытовой аппаратуры на кинескопах и жидких

кристаллах, а также тождественность качества изображений на плаз-

менном мониторе и профессиональном мониторе с кинескопом и циф-

ровыми входами. Обнаружено, что для бытовой аппаратуры коэффи-

циент корреляции пикового отношения сигнал / шум с субъективными

оценками качества изображения меньше, чем для профессионального

монитора. В связи с тем, что средний коэффициент корреляции оценок

при сравнении жидкокристаллических мониторов составил величину

порядка 0,961, делается вывод о возможности применения мониторов

данного типа в процедурах субъективных экспертиз качества ТВ изоб-

ражений.

В связи с прогрессом в технологиях изготовления ТВ дисплеев,

включая улучшение параметров кинескопов и матричных дисплеев

ТВЧ, ставится задача дальнейшего повышения качества изображений

на экранах этих дисплеев. Для ее решения в современных телевизорах

и дисплеях ТВЧ все шире используются встроенные в дисплей или ис-

точник сигналов цифровые процессоры, позволяющие осуществлять

эффективную обработку видеосигнала перед его отображением [10.262,

10.268]. Эти процессоры могут применяться, например, для:

масштабирования параметров растра источника сигнала, для сопря-

жения с физическим разрешением дисплея (количеством пикселей

матрицы экрана), в том числе, для сигналов ТВЧ с синтезом допол-

нительных пикселей;

преобразования чересстрочной развертки растра в прогрессивную;

улучшения градационной характеристики дисплея;

коррекции искажений цветопередачи дисплея.

Применение цифровой предобработки видеосигналов в дисплеях

ТВЧ позволяет существенно улучшить субъективное качество изобра-

жения при отображении сигналов стандартного телевидения. В то же

время использование цифровых методов обработки, в частности, пре-

образование параметров растра и переход от чересстрочной развертки

к прогрессивному разложению, может приводить, например, к искаже-

•

507

нию фаз перемещающихся объектов, зазубренности наклонных линий

и другим дефектам воспроизводимого изображения.

Следует отметить, что улучшение качества изображения существенно

зависит как от параметров процессора, так и от используемых алгоритмов

преобразования видеосигнала, и становится актуальной задача разработки

новых испытательных изображений и тестовых сигналов, предназначен-

ных для субъективной и объективной оценки эффективности цифровой

обработки сигнала в телевизорах с дисплеями ТВЧ и выявления возмож-

ных искажений изображения в результате такой обработки.

В связи с этим Россией было предложено включить в Вопрос изуче-

ния 44 / 6 исследование испытательных изображений и измерительных

сигналов для оценки эффективности цифровой обработки сигналов в те-

левизорах и выявления возможных искажений изображения в резуль-

тате такой обработки [10.268]. На основе данного предложения РГ 6Q

подготовила проект пересмотра указанного Вопроса [10.263], принятый

на пленарном собрании 6-й ИК в апреле 2005 года [10.264].

Очередной пересмотр Вопроса 44 / 6 был связан с появлением и раз-

витием новых цифровых систем с возможностью приема сигналов

и их отображения на переносных, мобильных и других терминалах

с пониженной относительно стандартного телевидения разрешающей

способностью. Россия представила вклад [10.265], в котором предла-

галось дополнить разновидности ТВ систем вещания в п. с) раздела

«considering» Вопроса 44 / 6 системами для мобильного приема сигна-

лов. При этом учитывалось, что основным достоинством технологий,

применяемых в таких системах, является принципиально новая воз-

можность приема ТВ программ и подобного им контента на перенос-

ные терминалы с небольшими экранами и пониженным разрешением

изображения. Поскольку данные технологии существенно отличаются

от используемых в существующих системах стандартного телевидения

и ТВЧ, то будут отличаться также и методы субъективной и объектив-

ной оценки качества изображений. На основе указанного вклада России

РГ 6Q подготовила предложения по пересмотру Вопроса 44 / 6 [10.266],

принятые на собрании 6-й ИК в октябре 2005 года.

Исследования, связанные с оценкой качества ТВ изображений, осу-

ществляются в рамках следующих Вопросов изучения:

1. Вопрос 44 / 6 «Объективные параметры качества изображения и свя-

занные с ними методы измерений и контроля цифровых телевизионных

изображений».

10.1. СУБЪЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ

508

ГЛАВА 10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТВ ИЗОБРАЖЕНИЙ, КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ

Исследуются:

объективные параметры качества изображения для различных при-

менений и стандартов;

испытательные изображения и сигналы для обеспечения объектив-

ного измерения качества ТВ изображений для различных примене-

ний и стандартов;

методы измерений объективных параметров качества ТВ изоб-

ражений;

характеристики квалиметров;

искажения сигналов изображения с цифровым сжатием и методы

их коррекции;

методы координации процессов скремблирования (кодирование

с использованием псевдослучайной последовательности) и цифрово-

го сжатия видеосигнала, обеспечивающие требуемое субъективное

и объективное качество ТВ изображений;

эффективные электронные методы контроля качества изображений

в цифровых ТВ системах;

испытательные изображения и сигналы для субъективной и объек-

тивной оценки эффективности цифровой обработки сигналов стан-

дартного телевидения и ТВЧ в телевизорах при воспроизведении

изображений и для выявления искажений, которые могут возникать

при такой обработке.

2. Вопрос 47 / 6 «Предотвращение эпилептических припадков, вызван-

ных световыми мерцаниями телевизионных изображений».

Путем моделирования определяются характеристики вредных воз-

действий телевизионных изображений, вызывающих эпилептические

припадки зрителей, например, пороговые значения этих воздействий,

амплитуда и частота мельканий изображения на телеэкране и др. Раз-

рабатываются индикаторы, предупреждающие об опасности появления

припадков, и мероприятия по минимизации вредных факторов при

просмотре ТВ программ, которые могут быть рекомендованы для ад-

министраций, вещателей, ТВ студий, организаций, занимающихся

подготовкой программ, и изготовителей бытовой аппаратуры.

3. Вопрос 81 / 6 «Субъективные оценки качества телевизионных изобра-

жений, включая буквенно-цифровые и графические изображения».

Модифицируется и дополняется технология испытаний, изложенная

в Рекомендации МСЭ-Р ВТ.500, в целях унификации и повышения эффек-

•

509

тивности методов субъективной оценки качества ТВ изображений в ана-

логовых и цифровых системах стандартного телевидения и ТВЧ, а также

в буквенно-цифровых и графических системах. Исследуются параметры

и методы субъективной оценки качества изображений в новых ТВ системах,

соотношение значений объективных параметров ТВ сигналов и субъектив-

ных оценок изображений. Изучаются зрительное восприятие искажений

изображений, методы субъективной оценки его качества при наличии

цифровых ошибок передачи сигналов, испытательные видеопоследователь-

ности, параметры дисплеев, используемых при проведении субъективных

экспертиз, методы анализа и представления полученных результатов.

4. Вопрос 88 / 6 «Субъективная оценка стереоскопических телевизион-

ных изображений».

Исследуются процедуры, шкалы оценок и методы обработки ре-

зультатов субъективной оценки качества стереоскопических ТВ изоб-

ражений, параметры контрольных дисплеев и относительное влияние

различных физических параметров тракта на качество изображений

и утомляемость экспертов.

5. Вопрос 98 / 6 «Адаптивное управление качеством изображения в бу-

дущих ТВ системах».

Отмечается прогресс в разработке цифровых ТВ систем, обеспечиваю-

щих оптимальное соотношение качества изображения и коэффициента

цифрового сжатия видеосигнала с учетом статистики этого изображения

и характеристик передающего и приемного оборудования. Изучаются

методы адаптивного управления качеством изображения путем изме-

нения параметров цифрового ТВ тракта «от начала до конца», включая

коэффициент цифрового сжатия сигнала.

6. Вопрос 99 / 6 «Соотношение между качеством, методологией оценки

качества и типом применения для мультимедийных служб».

Определяется взаимосвязь требований пользователя к качеству муль-

тимедийных служб и мультимедийных применений. Разрабатываются

методы оценки эффективности систем доставки мультимедийной ин-

формации. Исследуются приоритеты времени доступа к информации,

качество изображения и звука, уровни интерактивности и другие па-

раметры мультимедийных систем. Изучается относительное влияние

качества изображения, звука и интерактивности на общее субъектив-

ное качество обслуживания пользователей. Определяются методологии

10.1. СУБЪЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ

510

ГЛАВА 10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТВ ИЗОБРАЖЕНИЙ, КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ

субъективной и объективной оценки качества, которые могут быть ре-

комендованы для идентификации параметров качества аудиовизуаль-

ных мультимедийных и интерактивных служб.

7. Вопрос 100 / 6 «Уровни качества телевизионных и мультимедийных

изображений».

Исследуются классификация систем ТВ вещания в соответствии

с обеспечиваемым ими качеством изображений и соотношение качества

изображений в системах телевидения сверхвысокой и высокой четкос-

ти, телевидения повышенного и ограниченного качества, стандартно-

го телевидения, в том числе, в системах мультимедиа. Определяются

методы кодирования сигналов, форматы, частоты кадров, допустимые

изменения времени задержки доставки аудиовизуальной информации

и допуски на вносимые каналом искажения, отвечающие различным

уровням качества изображения.

8. Вопрос 102 / 6 «Методологии субъективной оценки качества звука

и изображения».

Определяются атрибуты качества при физическом восприятии звука

и ТВ изображений и методы субъективных экспертиз для различных

применений и уровней качества аудиовизуальной информации.

9. Вопрос 115 / 6 «Методы «регистрации» для телевизионных и муль-

тимедийных изображений».

Изучаются методы регистрации и компенсации пространственного

сдвига и временной задержки между последовательностями изображе-

ний на входе и выходе гипотетической эталонной цепи при объектив-

ных измерениях их качества. Определяются требуемые для этих целей

испытательные изображения и сигналы, и технология контроля, и из-

мерения их параметров.

10.1.3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ

В настоящее время разработаны следующие основные Рекомендации

МСЭ-Р по оценке качества ТВ изображения:

1. Рекомендация ВТ.500 «Методология субъективной оценки качества

телевизионных изображений».

Регламентируются методы субъективной оценки качества ТВ изоб-

ражений в лабораторных и эксплуатационных условиях, включая ме-