数字电视测试图像素材的基本考虑和构架

【编者按】中央电视台目前正在和广电总局开展数字电视图像信号主观测试，共同制定《图像质量主观评价用图像序列》测试标准。本文作者是主要参加人员之一，在此，将其在测试工作中的过程与感兴趣的同行交流。     一. 选择测试图像素材的基本准则     作为数字测试图像，首先对所测电视制式而言应具有最佳图像质量（除某些特殊测试需加噪波外），因为评价系统中的源图像无缺损是获得稳定评价结果的关键。测试图像素材应保持在适度严格和严格之间，避免过分地严格，因为对于不同的评价目的，一般采用不同的测试素材。例如，对于基本质量评价，通常采用严格，但又不过分的素材；对于极限应用（如演播室质量或后期处理等）的评价一般采用严格的素材；对自适应处理系统性能的评价，一般采用非常严格的素材。所以测试图像应包含正常的节目素材和比较严格的图像素材。前者作为电视节目之组成具有真实、有效和代表性，可以在一个时期的节目表中获得；后者是根据测量的需要专门设计、制作或挑选的，其内容具有明显的特点，即对各种质量要素的评价具有比较敏感特点的素材内容。     标准测试图像通常包含一定数量的静止图像和含运动物体的图像序列。静止图像可以从幻灯片、照片或印刷图片获取；运动图像序列可以从电影片段（胶片）、视频图像或计算机生成的电子图像序列中获得。     标准测试图像通常以数据形式保存，确保其质量不变。     二. 数字电视系统图像质量主观评价的主要质量要素及其评价用测试图像素材的特点 序号 主观评价主要考核的质量要素 评价用测试图像素材的特点 1 图像的清晰程度和锐度 静止/运动、亮度/色度的细节和纹理丰富的场景以及有陡峭边缘物体的场景 2 图像层次 静止/运动的动态范围大、对比度高和层次丰富的场景 3 肤色等彩色的保真度 静止/运动的包含肤色和其他人们常见或熟悉的颜色以及色彩丰富、色饱和度不同的彩色场景 4 杂波和干扰的可见程度 噪声水平最低的高质量图像素材和不含噪声的计算机生成的图像素材（包含低电平暗区）等 5 物体的质地再现和真实感 含棉、麻、毛等织物和皮革、金属等制品的场景以及真实雄伟的室外建筑等场景 6 色键处理性能 前景细节、色彩丰富及含透明物体（如玻璃、水）、浅或深蓝色物体等难以抠像处理的内容；背景为静止蓝色或慢速运动的场景 7 视频压缩处理性能（事实上，信息量越大的素材即复合型的素材，既包含大面积的微小细节和纹理，又包含色彩丰富、饱和度高、动态范围大、层次丰富且复杂快速运动的场景，对编码器来说难度越大） 清晰度（包含亮度/色度、静止/运动的大面积的微小细节和纹理的序列场景） 彩色重现性能（包含亮度/色度、静止/运动的大面积色彩和细节丰富以及饱和度高的彩色场景） 运动估值/运动补偿性能（包含亮度/色度的物体复杂快速、随机运动和摄像机各种操作运动及场景快速切换的场景，特别是复杂快速运动的场景到大面积细节丰富场景的切换） 层次（灰度级））再现性能（包含亮度/色度、静止/运动的视频动态范围大、对比度高、层次丰富的场景序列） 对含噪声图像的处理能力（包含不同信杂比随机杂波的细节丰富、色彩鲜艳的运动图像序列） 处理特殊效果图像的性能（含特殊效果（如快速旋转、翻滚、变焦、淡入淡出、划像、翻页等）处理的图像序列素材） 8 制式转换处理性能 包含亮度/色度、静止/运动的细节和纹理丰富、色彩鲜艳的场景序列（与一些视频压缩系统质量评价用测试图像序列相同） 9 字幕处理性能 包含不同大小、不同颜色字幕以不同速度向上滚动、左右移动的字幕序列素材             三. 测试图像的基本构架     初步考虑标准测试图像中静止图像不少于5幅，运动图像序列不少于15个。其中图像序列持续期（最后成品）一般在20s~30s，至少不能少于10s。因此在拍摄时最好有加倍的数量（相同的场景不同拍摄方式或角度）或适当加长图像序列持续期到40s~60s以上，以便有挑选的余地。     1. 静止图像 序号 名称 内容 代表性 考核品质 运动特性 源 1 海港（类似基尔港） 自然海港场景，有很多船只（桅杆、拉绳等突出微小细节）、海水、建筑物（突出细节、色彩）、风景（树、山丘等） 细节丰富的室外静止图像 清晰度 固定镜头拍摄；静止 幻灯片 2 花园（类似ITE郁金香花园） 色彩和细节丰富的花园场景（由近到远各种彩色花的细节由大到小、越来越细，远处是大面积的树、树枝和石头砌成的围墙等的亮度细节）。 室外饱和色彩、高细节静止图像； YC清晰度 固定镜头拍摄；静止 幻灯片 3 图像层次丰富的场景（类似Freeway） 亮度动态范围大、对比度高、层次丰富的图像素材 灰度级丰富的图像 图像层次（灰度级） 固定镜头拍摄；静止 幻灯片 4 织物和皮革制品（类似Sweaters and Bag） 包含棉、麻、毛等织物和皮革、金属等制品的场景 演播室图像；纹理和质地 纹理和质地再现 固定镜头拍摄；静止 幻灯片 5 肤色图（类似国家标准肤色图） 女士（女主持人或播音员）的半身像，突出脸部正确的肤色，头发稍蓬松（细节清晰），手持一束花（三种以上颜色）。 演播室肤色图； 肤色等色彩和细节再现能力 固定镜头拍摄；静止 幻灯片 6 色键（前景）（类似ITE静止色键图） 蓝色背景，前景为女士像，头发较蓬松（突出头发丝细节精细），圆桌上有花瓶（插着花，且颜色和细节丰富），玻璃杯中有水（透着蓝色背景）。 色键图 色键处理性能 固定镜头拍摄；静止 幻灯片     2. 运动图像序列 序号 名称 内容 代表性 考核品质 运动特性 源 1 花园实景（类似Flower Garden） 花园的全景序列，前景为大面积的花坛（色彩和细节丰富），中景为无叶树枝（亮度细节）和房屋（瓦顶）以及几个人在慢步；摄像机移动镜头拍摄，造成前景（特别是大树干）和中远景向相反方向移动的效果。 室外真实花园全景 亮度、色度动态清晰度和视频压缩处理痕迹；制式转换性能 移动镜头拍摄；慢速运动   2 类似Mobile and Calendar场景 前景为小火车水平方向运动及车轮转动、亮光的金属环及红色球的随机运动；背景为高饱和色的卡通画及垂直方向上下移动的日历（细节丰富）。 室内设计场景序列；饱和色彩 清晰度、色度再现以及运动估值/补偿能力；制式转换性能 镜头跟踪日历和小火车向下和向左移动拍摄；慢速运动   3 乒乓球（类似Table Tennis） 为身着高饱和色（红、绿）运动衫的运动员颠球、开球、打球的乒乓球运动场景，背景为纹理丰富的墙，墙上贴有细节画。 复杂、快速室内运动、场景快速切换；饱和色彩 纹理、高饱和色彩再现以及视频压缩运动估值/补偿；制式转换 摇镜头、变焦拍摄；场景快速切换；复杂、快速运动   4 篮球（类似Basket Ball2） 复杂快速的篮球运动场景。运动员身着高饱和色（金黄色）运动衫，背景为高细节拥挤的看台（观众）。 复杂快速运动；大范围细节背景 背景清晰度和视频压缩处理痕迹 摄像机跟踪篮球和运动员拍摄；复杂快速运动   5 足球 前景为错综复杂、快速的足球运动比赛，背景为细节丰富（观众拥挤的看台）以及在精彩进球之后观众台上欢呼雀跃场面的快速切换序列。 快速、复杂运动、场景快速切换；大范围细节背景 清晰度和视频压缩处理痕迹 摄像机跟踪足球比赛运动和观众台拍摄；场景快速切换；复杂快速运动   6 赛马或赛车或自行车赛 前景为赛马或赛车的快速运动，背景为比赛场地周围的风景（如草地、树、电线杆以及观众等）。 室外运动比赛场景；大范围风景细节 清晰度和运动估值/补偿能力 摄像机镜头跟踪马骑或赛车拍摄；快速运动   7 自由体操/艺术体操 前景为快速、复杂的体操运动，背景为细节丰富的观众看台。 室内快速运动比赛场景 清晰度和运动估值/补偿能力 摄像机跟踪体操运动员、观众拍摄；快速运动   8 滑雪场景 滑雪场景，运动员和观众衣着色彩鲜艳，场景平均亮度高，伴有细节丰富的内容（如铁丝网护栏或远景树枝等）。 平均亮度高的快速运动场景 视频压缩系统处理能力 摄像机跟踪滑雪运动拍摄；快速运动   9 旋转运动（类似BBC Disk） 在旋转盘上贴着若干静止画面，包括各种不同细节、色彩和结构的画面。 旋转运动 系统处理旋转运动和细节的能力 固定镜头拍摄的静止画   10 京剧（1-2个片断） 选取典型的京剧场景序列。京剧演员服饰色彩丰富、鲜艳以及快速复杂的打斗场面和典型的做派场面等。 京剧（戏剧） 视频压缩系统处理典型京剧场景的能力 摄像机镜头移动和变焦拍摄；场景快速切换；快速复杂运动   11 秧歌 身着鲜艳服饰的妇女手提大红绸腰带在公园扭秧歌的场景， 文艺节目；饱和色彩 视频压缩处理痕迹 摇镜头和变焦距拍摄；快速运动   12噪声序列 类似Diva with noise 中央部分为具有细节和色彩丰富的人物慢速运动场景；周围的噪声量发生缓慢变化的场景序列。 噪声（能量缓慢变化）；特殊效果 视频压缩系统处理伴有随机噪波图像的能力 固定镜头拍摄；慢速运动   类似Woman in flowers with noise(S/N=20,25,30,35dB) 具有不同S/N(20,25,30,35dB) 随机噪波量的在花丛前女士半身像的图像序列。 噪声（固定） 固定镜头拍摄；慢速运动   13 含水花或喷泉之类的场景序列 类似Snow Jump 的含水花或喷泉之类的随机运动场景 水花或喷泉序列 视频压缩系统处理水花等随机运动图像的能力 摄像机镜头固定或跟踪拍摄；随机运动   14 演播室谈话节目 主持人或嘉宾（衣着细格衣裙）的谈话节目场景，背景墙上是大积细节丰富的地图和日历（类似Young couple和Ranata with scarf） 演播室谈话节目图像序列 视频压缩系统肤色和细节的重现能力 摄像机镜头固定或跟踪拍摄；慢速运动   15 字幕图像 电视节目开始或结束时的字幕向上滚动和水平方向移动。 电子图形序列 系统处理字幕移动的能力 中速运动   16 计算机生成图像，类似Weather Report 背景为一张用电脑制作的天气预报图，前景为摄像机拍摄的预报员正在进行天气预报的场景序列。 计算机图像；合成图像序列 系统处理计算机生成图像的能力（图像清晰度和锐度以及噪波干扰） 慢速运动   17 色键（1-2个）类似Chromakey (fish bowl或flowers) 对抠像处理有相当难度的鱼缸、玻璃杯（有水、有鱼）及色彩和细节丰富的花等前景的慢速运动场景，背景为篮色。 色键 色键处理性能 摄像机固定镜头拍摄；慢速运动   18 特殊效果图像 信息量较大的静止图像经特殊效果处理（如旋转、翻滚、淡入淡出、划像、翻页等处理）之后的图像序列 特殊效果图像序列 视频压缩系统处理特殊效果图像的能力 如旋转、翻滚、淡入淡出、划像、翻页等处理；速度较快   类似Keil Harbor with zoom的海港场景（同静止海港图像） 固定镜头拍摄的海港静止场景，用计算机完成静止图像的变焦处理。 特殊效果图像序列 处理具有精细细节变焦图像的能力（如细节损失和水中的干扰图案等） 中速变焦处理   19 动画图像序列   动画序列 处理动画图像序列的能力         四. 评价系统及结论     《广电总局图像质量主观评价用图像序列》标准项目小组对去年6月赴云南拍摄的图像素材和7月拍摄的亚洲杯足球赛图像素材进行主观评价。通过对编解码后的图像序列质量与源图像序列质量的比较，希望获得可暴露编解码系统缺陷的的图像序列的拍摄规律。     1．对高清序列的评价     被评价的图像由Sony HD录像机HD SDI输出口输出至高清编码器DIVICOM MV400，以16.5Mb/s的码率进行编码，编码后的码流输入高清解码器TANDBERG PMRx5800，解码后的视频图像输入高清监视器与直接由录像机HD SDI输出至另一高清监视器的图像相比较。      2．对标清序列的评价     被评价的图像由Sony HD录像机下变换SDI输出口输出至标清编码器DIVICOM MV12，以5Mb/s的码率进行编码，编码后的码流输入标清解码器TANDBERG Alteia plus，解码后的视频图像输入标清监视器与直接由录像机SDI输出至另一标清监视器的图像相比较。     3. 评价结论     云南昆明拍摄的图像：     ⑴民族园：拍摄使用了电子快门，效果好，选择红衣服占画幅面积大一些，问题明显。选择有摄像机推拉运动的，选择敲鼓人情绪好一些的。     ⑵ 世博园石子路：杂波明显，解码后的高清和下变换后经编解码的标清SDI画面都明显。红花杂波大，彩条上衣有明显闪道，背景台阶和花船闪烁明显，两道花之间的台阶也有闪道。     ⑶ 白水台水流：黑背景下固定镜头时，可以看到有明显的横向错位现象，在稀疏的水流下也可看到。     ⑷ 游艇：效果不明显。可能是匀速、同一方向运动；牦牛：毛质感强，其他效果不明显。反映质感还是在演播室拍摄为好。      足球赛场画面拍摄的注意事项：     ⑴天气必须晴朗。     ⑵景别以人全为主，前景是运动员抢球、传球，背景是观众，摄像机运动方式是跟随足球的运动。      ⑶固定景别有运动员和球穿过。     ⑷观众席要有欢呼的场面，进场时选好被摄观众的位置，要求光线充足、人群清晰，在进球欢呼时刻拍摄。把握既快速、又清晰的原则。     ⑸电子快门用1/125。     ⑹现场有广告字符也好，大字小字反映不同程度的复杂背景。     ⑺拍摄门前的抢球传球画面，网格作背景，以球的运动为主拍摄。

(DVOL本文转自：中国DV传媒 http://www.dvol.cn)