Кіріспе
Көрінетін бейне нашарлауы
Бейне сапасы – видео беру немесе өңдеу жүйесінен өткен бейненің сипаттамасы, ол көрінетін бейне нашарлауын көрсетеді (әдетте бастапқы бейнемен салыстырылады). Видео өңдеу жүйелері бейне сигналына бұрмалаулар немесе артефакттар енгізе алады, бұл пайдаланушының жүйеге қабылдауына теріс әсер етеді. Видео өндірісі мен таратудағы көптеген тараптар үшін бейне сапасын қамтамасыз ету маңызды міндет болып табылады. Бейне сапасын бағалау зерттеліп жатқан бейне тізбектерінің сапасын сипаттау үшін жүргізіледі. Бейне сапасы объективті (математикалық модельдер арқылы) немесе субъективті (пайдаланушылардан олардың бағасын сұрау арқылы) бағалануы мүмкін. Сондай-ақ, жүйенің сапасы оффлайн режимінде (яғни жаңа кодектер немесе қызметтерді әзірлеу үшін зертханалық жағдайда) немесе жұмыс істеп тұрған кезде (белгілі бір сапа деңгейін бақылау және қамтамасыз ету үшін) анықталуы мүмкін.
Video quality is a characteristic of a video passed through a video transmission or processing system that describes perceived video degradation (typically compared to the original video). Video processing systems may introduce some amount of distortion or artifacts in the video signal that negatively impact the user's perception of the system. For many stakeholders in video production and distribution, ensuring video quality is an important task. Video quality evaluation is performed to describe the quality of a set of video sequences under study. Video quality can be evaluated objectively (by mathematical models) or subjectively (by asking users for their rating). Also, the quality of a system can be determined offline (i. e., in a laboratory setting for developing new codecs or services) or in service (to monitor and ensure a certain level of quality).
Аналогты бейнеден цифрлық бейнеге
Әлемдегі алғашқы бейне тізбегі жазылып, таратылғаннан бері көптеген бейне өңдеу жүйелері құрылды. Мұндай жүйелер бейне ағындарын кодтайды және оларды түрлі желілер немесе арналар арқылы жібереді. Аналогты бейне жүйелерінің кезеңінде бейне өңдеу жүйесінің сапалық сипаттамаларын тест сигналдарын (мысалы, түсті жолақтар мен шеңберлер жиынтығын) қолданып, жүйенің жиілік жауабын есептеу арқылы бағалауға болатын. Цифрлық бейне жүйелері аналогты жүйелерді дерлік толығымен ығыстырды, ал сапаны бағалау әдістері өзгерді. Цифрлық бейне өңдеу және тарату жүйесінің тиімділігі айтарлықтай өзгеріп, көптеген факторларға байланысты: кіріс бейне сигналының ерекшеліктері (мысалы, қозғалыс мөлшері немесе кеңістіктік бөлшектері), кодтау мен таратуға қолданылатын параметрлер, сондай-ақ арнаның сенімділігі немесе желінің өнімділігі.
Видеоның объективті сапасы
Объективті бейне сапасы модельдері – бұл субьективті сапаны бағалау нәтижелерін шамалайтын математикалық модельдер, онда адамдардан бейне сапасын бағалау сұралады. Осы контексте, модель термині бірнеше тәуелсіз айнымалыларды (мысалы, желідегі пакеттер жоғалту деңгейі және бейне кодтау параметрлері) регрессиялық әдістерді қолдана отырып, субьективті сапаны бағалау сынағынан алынған нәтижелермен сәйкестендіретін қарапайым статистикалық модельді білдіруі мүмкін. Модель сондай-ақ бағдарламалық құрал немесе аппараттық құралда іске асырылған күрделі алгоритм болуы мүмкін.
Терминология
Модель және метрика терминдері көбінесе салада сапаның көрсеткіші болып табылатын сипаттамалық статистиканы білдіру үшін бір-бірін алмастырып қолданылады. "Объективті" термині сапа модельдерінің, әдетте, адамдық интерпретациядан тәуелсіз, объективті өлшенетін критерийлерге негізделгенін көрсетеді. Оларды компьютерлік бағдарлама автоматты түрде бағалай алады. Адам бақылаушыларынан өзгеше, объективті модель берілген кіріс параметрлері жиынтығы үшін әрқашан бірдей сапа бағасын шығаруы тиіс. Объективті сапа модельдері кейде өлшеу құралы ретіндегі қолданысын көрсету үшін аспаптық (сапа) модельдер деп те аталады. Бірқатар авторлар "объективті" терминінің шатастыратындығын айтады, себебі ол "аспаптық өлшемдер объективтілікке ие дегенді білдіреді, бірақ бұл тек олардың жалпылану мүмкіндігі болған жағдайларда ғана дұрыс".
Объективті модельдерді қолдану және қолдану
Объективті бейне сапасы модельдері әртүрлі қолдану салаларында қолданылуы мүмкін. Видеокодектерді әзірлеу кезінде кодек өнімділігі көбінесе PSNR немесе SSIM арқылы бағаланады. Қызмет провайдерлері жүйелерді бақылау үшін объективті модельдерді пайдалана алады. Мысалы, IPTV провайдері қызмет сапасын пайдаланушылардан пікір сұрағаннан немесе нашар бейне сапасы туралы клиенттердің шағымдарын күткеннен гөрі, объективті модельдер арқылы бақылауды таңдауы мүмкін. PEVQ және VQuad HD сияқты бұл стандарттардың небары бірі коммерциялық қолданыс тапқан. SSIM коммерциялық түрде қолжетімді бейне сапасы құралдарының (SSIMWAVE) бір бөлігі болып табылады. Netflix VMAF-ты кодтау және трансляция алгоритмдерін жақсарту, сондай-ақ трансляцияланатын барлық контенттің сапасын бақылау үшін пайдаланады. Бұл әдісті Bitmovin сияқты басқа технологиялық компаниялар да қолданады және FFmpeg сияқты бағдарламалық қамтамасыздарға енгізілген. Объективті модельді тек оны әзірлеу мақсатында ғана қолдану керек. Мысалы, нақты бір видеокодекпен жасалған модельдің басқа видеокодек үшін дәлдігі кепілденбеді. Сол сияқты, үлкен телеэкранда жүргізілген сынақтарда оқытылған модельді ұялы телефонда қаралатын бейненің сапасын бағалау үшін пайдаланбау керек.
Басқа тәсілдер
Видеокодектің сапасын бағалау кезінде аталған барлық объективті әдістер, қажетті визуалды сапа деңгейін қамтамасыз ететін кодтау параметрлерін анықтау үшін кодтаудан кейінгі сынақтарды қайталап орындауды қажет етуі мүмкін, бұл оларды уақытты көп алатын, күрделі және нақты коммерциялық қолдануда іске асыруға қолайсыз жасайды. Нақты кодтау жүргізілмес бұрын кодталған бейнелердің қабылданатын сапа деңгейін болжауға мүмкіндік беретін жаңа объективті бағалау әдістерін әзірлеу жөніндегі зерттеулер жалғастырылуда.
Субъективті бейне сапасы
Көптеген объективті бейне сапасы өлшемдерінің басты мақсаты – жүйе арқылы өңделген бейненің сапасы туралы орташа пайдаланушының (көрерменнің) пікірін автоматты түрде анықтау. Субъективті бейне сапасын өлшеу процедуралары ITU R BT.500 және ITU T P.910 ұсынымдарында сипатталған. Мұндай сынақтарда бейне тізбектері көрермендер тобына көрсетіледі. Көрермендердің пікірі жазылып, әр бейне тізбегінің сапасын бағалау үшін орташа есептеледі. Дегенмен, сынақ процедурасы қандай жүйе сыналып жатқанына байланысты өзгеруі мүмкін.