Кривошеев М.И. Международная стандартизация цифрового вещательного телевидения

Подождите немного. Документ загружается.

511

тоды DSIS и DSCQS. Приводятся сведения о рекомендуемых условиях

наблюдения изображений на телеэкране, источниках сигналов испы-

тательных изображений, испытательных видеопоследовательностях,

составе групп экспертов, принимающих участие в испытаниях, проце-

дурах субъективных экспертиз и представлении полученных резуль-

татов. Рассматриваются основные характеристики искажений содер-

жания ТВ изображений.

2. Рекомендация ВТ.710

«Методы субъективной оценки качества изоб-

ражения в телевидении высокой четкости».

Рекомендуется осуществлять общую субъективную оценку изоб-

ражений в системах ТВЧ в соответствии с методологией по Рекомен-

дации МСЭ-Р ВТ.500 с использованием метода с двумя стимулами

и непрерывной шкалой качества и эталонного изображения студий-

ного качества. При этом характеристики искажений изображений

следует оценивать с применением метода с двумя стимулами и шка-

лой ухудшений и эталонного неискаженного изображения. В случаях

передачи сигналов изображения стандартного телевидения с помо-

щью систем ТВЧ рекомендуется субъективно оценивать изображе-

ния с использованием методов, изложенных в Рекомендациях МСЭ-Р

ВТ.1128 и ВТ.1129.

3. Рекомендация ВТ.802 «Испытательные изображения и последова-

тельности для субъективных оценок цифровых кодеков сигналов, сфор-

мированных в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р ВТ.601».

Приводятся последовательности неподвижных и подвижных ис-

пытательных изображений, определяемых Рекомендацией МСЭ-Р

ВТ.800 «Требования пользователя к передаче цифровых телевизион-

ных сигналов стандарта 4:2:2 по Рекомендации МСЭ-Р ВТ.601 (Часть

А) по сетям подачи и первичного распределения», рекомендуемые

для применения при субъективной оценке качества изображения

в кодеках цифровых ТВ сигналов, сформированных в соответствии

с Рекомендацией ВТ.601.

4. Рекомендация ВТ.812 «Субъективная оценка качества буквенно-

цифровых и графических изображений в службе телетекста и анало-

гичных системах».

Для субъективной оценки качества буквенно-цифровых и графичес-

ких ТВ изображений рекомендуется пользоваться общей методологией

10.1. СУБЪЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ

512

ГЛАВА 10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТВ ИЗОБРАЖЕНИЙ, КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ

по Рекомендации МСЭ-Р ВТ.500. Предусматриваются дополнительные

испытания в следующих условиях наблюдения изображений, соответс-

твующих нормальной освещенности помещения: освещенность 500 лк,

максимальная яркость экрана 70-200 кд / м

, контраст на экране 30-50

и отношение яркости фона (засветки от стен помещения) к максималь-

ной яркости экрана, равное 1 / 4. Приводятся 5-балльные шкалы субъ-

ективных оценок качества удобочитаемости текста и графики и напря-

жения телезрителя при их чтении.

5. Рекомендация BT.813 «Методы объективной оценки качества изоб-

ражения при его ухудшении вследствие цифрового кодирования теле-

визионных сигналов».

Регламентируются методы объективной оценки качества изобра-

жений в кодеках ТВ сигналов с фиксированной и переменной длиной

слова, основанные на применении синтезированных испытательных

сигналов и реальных изображений, нормированной среднеквадратич-

ной ошибки и моделях зрительной системы. Приводится методология

объективной оценки качества для кодеков при наличии ошибок пере-

дачи. Рассмотрены искажения изображений в смешанных аналого-

цифровых системах передачи.

6. Рекомендация ВТ.1127 «Требования к относительному качеству сис-

тем телевизионного вещания».

Регламентируются требования к субъективному качеству изобра-

жения в соответствии с расстоянием наблюдения этого изображения

на телеэкране. Приведена классификация ТВ систем в зависимости

от качества изображения, включающая системы телевидения высокой,

повышенной, стандартной и ограниченной четкости.

7. Рекомендация ВТ.1128 «Субъективная оценка в стандартных теле-

визионных системах».

Регламентируются расстояния наблюдения изображений в систе-

мах стандартного телевидения при их субъективной оценке в нор-

мальных (расстояние 6 высот телеэкрана) и критических (расстояние

4-5 высот экрана) условиях. Излагаются рекомендуемые значения

максимальной яркости и размеров экрана контрольного монитора.

Указывается, что для общей субъективной оценки изображений

следует применять метод с двумя стимулами и непрерывной шка-

лой качества по Рекомендации МСЭ-Р ВТ.500. Оценку искажений

513

изображения необходимо осуществлять с использованием метода

экспертиз с двумя стимулами и шкалой ухудшений. Приводится пе-

речень статических и динамических испытательных изображений,

используемых при субъективных экспертизах разрешающей способ-

ности, передачи подвижных видеофрагментов и других параметров

проверяемой системы.

8. Рекомендация ВТ.1129 «Субъективная оценка в стандартных циф-

ровых телевизионных системах».

Приводятся условия наблюдения изображений при проведении

субъективной оценки их качества в цифровых системах стандартного

телевидения и методология экспертиз. Рассматривается применение

испытательных изображений и видеопоследовательностей при проверке

кодеков с фиксированной и переменной длиной слова, внутрикадровым

и межкадровым кодированием ТВ сигналов. Излагаются рекомендуе-

мые методы оценки качества изображения после постобработки деко-

дированного сигнала, а также способы оценки искажений изображения

и параметров искажений содержания критичных для испытываемой

системы видеопоследовательностей.

9. Рекомендация ВТ.1210 «Испытательные материалы для применения

при субъективной оценке».

Приводятся испытательные видеопоследовательности, рекоменду-

емые для использования при субъективной оценке различных видов

искажений изображения в аналоговых и цифровых ТВ системах. Рас-

сматривается методика статистических измерений энергии переменной

составляющей результатов дискретного косинусного преобразования

видеосигнала, его спектральной энтропии, вектора движения и ошибки

предсказания сигнала с компенсацией движения в цифровых системах

со сжатием данных. Описываются способы оценки критичности изоб-

ражений в таких системах и результаты ее измерения путем определе-

ния загрузки буферной памяти системы и сравнения объемов потока

данных на выходах испытываемого кодера и кодера с фиксированным

шагом квантования коэффициентов преобразования сигналов.

10. Рекомендация ВТ.1382 «Оценка качества изображения в много-

программных системах».

Для субъективной оценки качества изображения, обеспечиваемого

при передаче сигналов отдельных программ ТВ вещания с постоянной

10.1. СУБЪЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ

514

ГЛАВА 10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТВ ИЗОБРАЖЕНИЙ, КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ

и переменной (за счет статистического мультиплексирования или сов-

местного управления кодированием сигналов) скоростью данных реко-

мендуется пользоваться методикой экспертиз по Рекомендациям МСЭ-Р

ВТ.500 и ВТ.1129. Указывается, что при оценке качества изображений

в тематических каналах вещания следует применять испытательные

видеопоследовательности, сходные по содержанию с информацией,

обычно передаваемой по этим каналам. Отмечается необходимость про-

должения изучения процедуры с двумя стимулами и использованием

непрерывной шкалы качества, изложенной в Рекомендации МСЭ-Р

ВТ.500, в применении к системам МПТВ.

11. Рекомендация ВТ.1438 «Субъективная оценка стереоскопических

телевизионных изображений».

Приведены критерии и методы субъективной оценки качества изоб-

ражений в системах стереоскопического телевидения. Описываются ис-

пытательные изображения, рекомендуемые для применения при прове-

дении субъективных экспертиз систем. Показана возможность оценки

результатов испытаний с использованием шкалы качества с двумя сти-

мулами. Сведения о субъективной оценке качества изображений в сте-

реоскопическом телевидении приведены также в Приложении 43.

12. Рекомендация BТ.1663 «Методы субъективной экспертизы для оцен-

ки качества систем для цифрового отображения цифровых изображений

на больших экранах в театрах».

Регламентируется методология субъективной экспертизы изобра-

жений на больших экранах в театрах, основанная на предъявлении

наблюдателям однотипных фрагментов эталонных и анализируемых

изображений одновременно на двух половинах экрана и процедурах

с двумя стимулами и использованием непрерывных шкал оценок и ка-

чества в соответствии с Рекомендацией ВТ.500.

13. Рекомендация ВТ.1691 «Адаптивное управление качеством изоб-

ражения в телевизионных системах».

Указывается, что в адаптивных ТВ системах должна использоваться

оптимизация качества изображения, основанная на управлении отде-

льными параметрами системы или ее представительными параметрами.

Рекомендуется передавать в цифровом потоке программы ТВ вещания

сведения о характеристиках изображения, условиях его просмотра, ус-

ловиях передачи цифрового видеосигнала и другую дополнительную

515

информацию, используемую для адаптивной обработки данных на пе-

редающей и приемной сторонах системы.

14. Рекомендация ВТ.1692 «Оптимизация качества цветовоспроизве-

дения в телевидении».

Указывается, что технические решения для ТВ систем с оптимиза-

цией цветовоспроизведения должны основываться на моделях, учи-

тывающих адаптацию зрительного аппарата человека к условиям на-

блюдения цветных изображений. Рекомендуется использовать в этих

системах колориметрические параметры и характеристики, регламен-

тированные в Рекомендации ВТ.1361 «Унифицированные в мировом

масштабе колориметрия и относящиеся к ней характеристики будущих

телевизионных и видеосистем».

15. Рекомендация BT.1702 «Руководство по предотвращению припад-

ков светочувствительной эпилепсии, вызванных телевидением».

Вещательным организациям и изготовителям бытовой аппарату-

ры рекомендуется принимать меры, исключающие эпилептические

припадки у зрителей при наблюдении мерцающих ТВ изображений

или отдельных их фрагментов в домашних условиях. Рассматрива-

ются основные виды вредных для зрителей мерцаний с различной

частотой и продолжительностью, а также методика определения

предельно допустимой яркости телеэкрана. Указывается необходи-

мость применения адаптивной временной фильтрации сигнала, сни-

жающей не менее, чем на 20 дБ, уровень мерцаний частот 10-30 Гц

при сравнительно небольшом ухудшении качества изображения.

10.2. КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТВ СИСТЕМ

10.2.1. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

ТВ измерения играют важную роль в создании, внедрении и эксплу-

атации ТВ систем. Великий Д. И. Менделеев говорил, что измерения

для науки как воздух для человека. Без кислорода — новой информа-

ции — наука не могла бы выжить.

Перспективы бурного развития ТВ вещания в послевоенные годы

инициировали с середины 40-х годов формирование новой важной

области ТВ техники — телевизионные измерения, включающей ши-

рокий комплекс специализированных светотехнических, электричес-

ких и радиоизмерений.

10.2. КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТВ СИСТЕМ

516

ГЛАВА 10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТВ ИЗОБРАЖЕНИЙ, КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ

Период постепенного перехода от аналогового вещания к цифрово-

му характеризуется одновременным сосуществованием аналоговых

и цифровых систем. Поэтому на протяжении многих лет сохранят свое

значение системы аналогового ТВ вещания, основы метрологического

обеспечения которых создавались в нашей стране параллельно с внед-

рением стандарта 625 строк.

Измерения в цифровом телевидении в значительной мере опирают-

ся на опыт, накопленный в аналоговом телевидении. Поэтому кратко

охарактеризуем начальный этап в этой области.

Учитывая разнообразие технических средств, составляющих ТВ

тракт, а также необходимость оценки как параметров отдельных его

звеньев, так и тракта в целом («от света до света»), формирование этой

области у нас в стране началось с разработки методов специфических

измерений отдельных составляющих монохромного тракта, соответс-

твующего ТВ стандарту 625 строк. Естественно, что в первую очередь

потребовалось измерять характеристики светоэлектрических преоб-

разователей, т. к. их выходной сигнал был основным источником ин-

формации для остальной части ТВ тракта [10.170, 10.200]. К этой же

категории относились измерения характеристик синхронизации ТВ

растров на передающей стороне [10.222, 10.227, 10.239] и уровня флук-

туационных помех, сопутствующих видеосигналам с момента их появ-

ления [10.171, 10.194, 10.195, 10.199, 10.216, 10.219, 10.220, 10.234,

10.235]. Вслед за этим разрабатывались и совершенствовались мето-

ды измерений и контроля ТВ видео- и радиотрактов [10.176, 10.217,

10.218, 10.224-10.226, 10.230, 10.231, 10.241, 10.244 , 10.245]. Пер-

вое систематизированное изложение вопросов ТВ измерений и контро-

ля было предпринято в 1956 году [10.176]. Затем этой проблеме были

посвящены монография «Основы телевизионных измерений» [10.20],

издававшаяся в 1964-м, 1976-м и 1989 годах и переизданная в Поль-

ше, Венгрии, США, Франции, Испании, Румынии и др., а также книги

[10.22, 10.23, 10.177].

В связи с развитием разветвленной передающей сети и созданием

протяженных радиорелейных и кабельных линий связи в начале 1950-х

годов большое внимание уделялось изучениям методов ТВ контроля

и измерений, в том числе, непосредственно в процессе передачи.

В 1950-х годах в нашей стране была разработана теория весовых фун-

кций и взвешивающих цепей для применения в области ТВ измерений

и контроля [10.171, 10.172]. Исследование амплитудной характерис-

тики взвешивающей цепи было рассмотрено в [10.173].

517

В СССР в середине 1950-х годов было предложено и разработано ус-

тройство для измерения отношения сигнал-помеха, в котором впервые

была решена проблема использования взвешивающей цепи, учитыва-

ющей особенности визуального восприятия флуктуационных помех

на ТВ изображениях в реальных условиях работы аппаратуры [10.20,

10.195, 10.199]. На основе теории этой цепи и ее оптимальных кривых

затухания МККР рекомендовал цепь с постоянной времени W = 0.33 мкс.

Это привело к значительному экономическому эффекту, так как нор-

мируемое отношение сигнал / помеха с равномерным спектром помехи,

составлявшее 48 дБ, было снижено до 41 дБ для ЧМ систем с треуголь-

ным спектром помехи. Радикально изменились методы как норми-

рования и стандартизации, так и измерения флуктуационных помех

в ТВ каналах на основе оценки их с точки зрения отношения сигнала

к взвешенной помехе, т. е. с учетом заметности помех на экране. На ос-

нове [10.195] был разработан проект Отчета МККР по измерению помех

на экране ТВ приемника [10.183].

Таким образом, был сделан первый шаг к введению взвешиваю-

щих цепей в ТВ метрологию [10.171, 10.199, 10.216, 10.219, 10.235].

В дальнейшем разработали взвешивающие цепи и для измерений ка-

налов цветного телевидения, ТВЧ и т. д. [10.177, 10.181]. В настоящее

время изучаются принципы построения автоматических измеритель-

ных приборов (квалиметров), данные объективных измерений которых

отвечают отдельным параметрам ТВ сигнала и целому набору базовых

параметров. В таких устройствах должны использоваться различные

взвешивающие цепи, позволяющие прогнозировать субъективную

оценку качества ТВ изображений.

Спецификации предложенных в СССР взвешивающих фильтров

[10.20] отражены в Рекомендации 567 СМТТ «Параметры телевизион-

ных цепей передачи, предназначенных для использования в междуна-

родных соединениях», ныне Рекомендация J.61 МСЭ-Т.

Создание метрологической базы систем ТВ вещания осуществлялось

при активном участии ученых и специалистов нашей страны, работы

которых сыграли важную роль в международной стандартизации ме-

тодов ТВ измерений в различных звеньях ТВ трактов [10.21, 10.237,

10.240]. Наш приоритет в ТВ метрологии был отмечен на Пятом между-

народном симпозиуме в Монтре (Швейцария) в 1967 году, где был сде-

лан доклад «Проблемы контроля и измерений в телевизионном тракте»

на основе [10.241] (Приложение 46-7). Достижения в ТВ измерениях

были подчеркнуты в [10.21].

10.2. КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТВ СИСТЕМ

518

ГЛАВА 10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТВ ИЗОБРАЖЕНИЙ, КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ

Технические решения для реализации метода испытательных строк

были предложены и испытаны в СССР [10.196] раньше, чем появились

зарубежные публикации в данной области [10.186]. Для этой цели был

предложен селектор строк, который с помощью фазовращателя смещал

кадровые синхронизирующие импульсы на 360

и позволял вводить

в свободные строки кадровых гасящих интервалов ТВ сигнала как дис-

кретные значения сигналов, например, фрагментов испытательных таб-

лиц, так и полностью сформированные измерительные сигналы [10.20,

10.170, 10.196]. Метод испытательных строк с использованием полностью

сформированных сигналов оказался предпочтительным для контроля

ТВ каналов протяженных линий связи в автоматических контрольно-

измерительных системах. Впервые набор сигналов испытательных строк

для контроля тракта с верхней граничной частотой 6 МГц был предложен

в [10.246] и нашел отражение в Рекомендации МСЭ-Р ВТ.1439 «Методы

измерений для применения в студии аналогового телевидения и анало-

говых телевизионных системах в целом» [10.247].

Важное значение имеет также предложенный и внедренный в СССР

и других странах метод дистанционного контроля основных характе-

ристик ТВ тракта, основанный на преобразовании широкополосных из-

мерительных сигналов, включая сигналы для ТВЧ, в их узкополосные

аналоговые или цифровые эквиваленты [10.20, 10.27, 10.201]. Это дает

возможность осуществлять дистанционные контроль и управление па-

раметрами ТВ тракта в процессе вещания, используя передачу данных

результатов контроля на любое расстояние по обратным узкополосным,

например, телефонным каналам и запись их на обычных принтерах,

в компьютерах и т. п.

На основе этих предложений были подготовлены и приняты на Х

Пленарной Ассамблее МККР (Женева, 1963 г.) Исследовательская про-

грамма 12А / ХI [10.24] и Отчет 314 [10.25] по вопросам введения спе-

циальных сигналов в кадровые гасящие интервалы ТВ сигнала. Был

принят также новый Отчет 316 по требованиям к передаче сигналов

цветного телевидения на большие расстояния [10.26].

Указанные предложения широко применяются и при изучении

технологии контроля и измерений параметров систем цифрового ТВ

вещания. В качестве примера можно отметить методы объективной

оценки качества изображения на приемной стороне на основе ана-

лиза различия содержания исходного и принятого видеосигналов,

фрагменты которых выполняют функции цифровых испытательных

строк, с передачей сведений о параметрах исходного сигнала на при-

519

емную сторону по отдельному каналу или в составе цифрового сиг-

нала программы вещания [10.101].

В [10.20] показано, что при решении метрологических задач циф-

ровые ТВ системы целесообразно разделить на два класса: системы

без устранения информационной избыточности в ТВ сигнале и с устра-

нением ее. Результаты изучения методов контроля и измерения пара-

метров систем без устранения избыточности, например, в ТВ студиях,

были изложены в проекте отчета по данной тематике, разработанного

в 1987 году в РГ 11-D под председательством H. Jamamoto (Япония)

и ставшего основой Рекомендации ВТ.801, посвященной цифровым ТВ

измерительным сигналам для испытаний аппаратуры для кодирования

сигналов в соответствии с Рекомендациями ВТ.601 и ВТ.656 [10.168].

Сведения об этих сигналах приведены в Приложении 40.

К этому же времени относится разработка проекта отчета по испыта-

тельным изображениям для субъективной оценки качества изображения

в цифровых студийных кодеках, на базе которого была создана Реко-

мендация ВТ.802 [10.168]. Проект нового Вопроса изучения эталонных

сигналов для компонентных цифровых студий был предложен РГ 11В

под председательством J. Johann (Германия) в 1999 году [10.169].

Учитывая важность определения принципов и методов измерений

параметров сигналов ТВЧ, в 1989 году Россией была предложена Ис-

следовательская программа «Измерения в условиях ТВЧ» [10.17]. Она

предусматривала изучение методов измерений и проверки параметров

цепей и каналов, используемых для соединения студийной аппаратуры

ТВЧ, и разработку измерительных сигналов для оценки характеристик

каналов передачи.

Новые подходы к оценке качества изображений и измерениям в цифро-

вом вещании сформулированы в [10.19]. В нем отмечается, что для оцен-

ки параметров существующих каналов с полосой частот 6, 7 и 8 МГц

при их использовании в целях передачи цифровых сигналов МПТВ

и ТВЧ потребуются новые измерительные сигналы и методы обработ-

ки этих сигналов.

При передаче сигналов цифрового телевидения с масштабируемым

или иерархическим качеством изображения будут нужны новые подходы

к определению роли цифровой испытательной строки, весовых функций

и квалиметров, нового семейства ТВ измерительных устройств, осно-

ванного на статистической обработке большого количества фрагментов

изображения и применении оптимальных алгоритмов для их обработки

[10.20, 10.267]. Важное значение для разработки квалиметров приме-

10.2. КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТВ СИСТЕМ

520

ГЛАВА 10. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТВ ИЗОБРАЖЕНИЙ, КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ

нительно к ТВЧ имели статистические данные, полученные в Японии,

ряде европейских стран и на испытательных центрах в Москве, Оттаве

и Вашингтоне (см. главу 4).

При объективных испытаниях систем цифрового вещания необ-

ходимо учитывать особенности визуального восприятия ТВ изобра-

жений и звука, специфические для программ цифрового вещания

[10.19]. В связи с этим потребуется разработка новых взвешиваю-

щих цепей, характеристики которых отвечают чувствительности

зрения и слуховой системы человека к мешающему действию по-

мех и искажений на ТВ изображение и аудиоинформацию. Пара-

метры таких цепей должны быть согласованы с такими свойствами

зрительного и слухового аппарата, как адаптация к восприятию

аудиовизуальной информации, неодинаковая чувствительность

к восприятию ВЧ и НЧ пространственных и временных компонент

информации, маскирующие эффекты и другие факторы, опреде-

ляющие субъективное качество ТВ изображения и звука. Целесо-

образно стремиться к созданию комплексной модели, достаточно

точно отражающей специфику визуального и слухового восприятия

звуковой и видеоинформации в цифровом вещании. Практическое

использование весовых функций должно содействовать достижению

адекватности результатов объективных и субъективных испытаний

цифровых систем.

Следует отметить, что субъективные экспертизы требуют значитель-

ных затрат времени и практически не могут использоваться, например,

при контроле качества работы цифровых систем в процессе передачи

программ ТВ вещания. В связи с этим началось изучение способов объ-

ективных методов оценки, с помощью которых можно было бы изме-

рять искажения сигнала изображения в реальном или квазиреальном

масштабе времени и предсказывать субъективное качество этого изоб-

ражения по взаимосвязи результатов измерений с визуальным воспри-

ятием сюжета.

Рассмотрим, как продвигались исследования в этой области. Проект

первого Отчета по субъективным и объективным методам оценки ка-

чества изображений с искажениями в результате цифрового кодирова-

ния ТВ сигналов был разработан в 1987 году Рабочей группой РГ 11-А

под председательством J. Sabatier (Франция) [10.164]. Этот проект стал

основой Отчета 1206 МККР «Методики оценки качества изображения

при его ухудшении вследствие цифрового кодирования телевизионных

сигналов» и разработанной на базе данного отчета Рекомендации ВТ.813