LED顯示屏圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法探索

1、全彩色LED顯示屏圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法探討程德詩(shī)，李達(dá)紅（上海三思科技發(fā)展有限公司，上海201199）（上海三思電子工程有限公司，上海201199）摘要：本文概述了LED顯示屏圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法的重要意義和必要性，并根據(jù)LED器件的發(fā)光特性、顯示屏模塊及模組的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，傳輸、刷新、控制的基本原理以及LED顯示屏的工作環(huán)境來(lái)論述了方法架構(gòu)中的評(píng)價(jià)觀察條件、觀察人員、評(píng)價(jià)方法和性能評(píng)價(jià)體系。既希望能對(duì)業(yè)已開(kāi)展的LED顯示屏圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定起到拋磚引玉的作用。關(guān)鍵詞：LED顯示屏，圖像質(zhì)量，主觀評(píng)價(jià)Discussions on Subjective Methods of Vi

2、deo Quality Evaluation of Full Color LED DisplaysCheng Deshi. Li Dahong(Shanghai Sansi Technology Co., Ltd, Shanghai 201199, China)(Shanghai Sansi Electronics Co., Ltd, Shanghai 201199, China)Abstract：This paper introduces the importance and necessity of subjective methods in the evaluation of the v

3、ideo quality of LED displays. Discussions are made on the evaluation conditions, personnel, methods and performance index from points of the light emitting features of LED devices, the production features of LED display tile and module, the basic principles of transmission, refreshing and control, a

4、nd the operating environment conditions of LED displays. It is hoped that this paper may inspirit or generate more thoughts on the industrial standard, Subjective Methods of Video Quality Evaluation of Full Color LED Displays, which is being composed.Keywords：LED display，video quality，subjective eva

5、luation1. 概述當(dāng)今，人們對(duì)各類(lèi)顯示產(chǎn)品的圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)基本方法主要有：客觀評(píng)價(jià)法和主觀評(píng)價(jià)法?？陀^評(píng)價(jià)法主要基于一些傳統(tǒng)的、物理意義上的測(cè)量、統(tǒng)計(jì)、誤差分析等，近些年一些新的評(píng)價(jià)模型也僅僅只是對(duì)視覺(jué)感知能力的一些膚淺的和不成熟的模擬。雖然客觀評(píng)價(jià)法具有測(cè)量方法及條件明確，可操作性好，其結(jié)果相對(duì)公平等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前人們還難以找到一種客觀的、準(zhǔn)確的且完備的數(shù)學(xué)模型和方法來(lái)模擬人類(lèi)視覺(jué)生理和心理對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知能力，故現(xiàn)有各類(lèi)顯示產(chǎn)品的客觀評(píng)價(jià)法其評(píng)價(jià)結(jié)果往往并不能如實(shí)反映人眼對(duì)圖像質(zhì)量的真實(shí)感受。顯示類(lèi)產(chǎn)品的信宿是人眼的主觀感受，而不是一堆抽象的測(cè)量分析數(shù)據(jù)，因而圖象質(zhì)量?jī)H僅用客觀測(cè)量

6、評(píng)價(jià)法是不完備的。具體到大型LED顯示屏又與其它諸如液晶電視、計(jì)算機(jī)顯示器等顯示類(lèi)產(chǎn)品又存在另一種差異：大型LED顯示屏在工程安裝完成后，由于受場(chǎng)地的光照、氣候、測(cè)量角度、距離以及測(cè)量?jī)x器等條件的限制，客觀評(píng)價(jià)法在很多工程項(xiàng)目中是無(wú)法實(shí)施的。因此，制定LED顯示屏圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)方法）便顯得更加具有現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)LED顯示屏已經(jīng)歷了近三十年的發(fā)展，直到2003年才出臺(tái)了我國(guó)第一版LED顯示屏客觀評(píng)價(jià)方法LED顯示屏測(cè)量方法-SJ/T11281-2003，而權(quán)威的LED顯示屏圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法卻一直未見(jiàn)蹤影。使得業(yè)內(nèi)在產(chǎn)品研發(fā)、制造、調(diào)試、驗(yàn)收、評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)呈現(xiàn)無(wú)標(biāo)可依的混亂狀

7、況。近年來(lái)，業(yè)內(nèi)的一些專(zhuān)家在不斷地呼吁盡快制訂LED顯示屏圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，工信部平板顯示標(biāo)準(zhǔn)化工作組業(yè)已對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目進(jìn)行了立項(xiàng)，并有望在三年左右正式推出LED顯示屏圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2.方法的基本架構(gòu)自上個(gè)世紀(jì)80年代，我國(guó)便頒布了若干項(xiàng)有關(guān)顯示類(lèi)產(chǎn)品的圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法的標(biāo)準(zhǔn)，其中的一些基本思路對(duì)方法的制訂具有一定的借鑒意義。但縱觀不同類(lèi)顯示產(chǎn)品主觀評(píng)價(jià)方法的內(nèi)容，雖然在基本方法上存在一些共性，但在評(píng)估項(xiàng)目、選題、測(cè)試素材、關(guān)注點(diǎn)、終極評(píng)價(jià)等方面卻有著極大的差異。比如：.對(duì)早期的CRT電視機(jī)，必須通過(guò)縱橫白色條紋來(lái)評(píng)價(jià)紅綠藍(lán)匯聚狀況；通過(guò)棋盤(pán)格來(lái)評(píng)價(jià)幾何失真等

8、指標(biāo)。.對(duì)視頻圖像壓縮與解壓縮進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)時(shí)，我們關(guān)注點(diǎn)主要在：快速變化的實(shí)時(shí)視頻圖像響應(yīng)速度，解壓過(guò)程中圖像的馬賽克現(xiàn)象以及圖像邊緣的銳度變化等。因此，在制定LED顯示屏圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法過(guò)程中我們是不能簡(jiǎn)單的照搬其它類(lèi)顯示產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，必須根據(jù)LED器件的發(fā)光特性、模塊及模組在生產(chǎn)過(guò)程中的工藝特點(diǎn)、傳輸、刷新、控制的基本原理來(lái)制定與LED顯示屏相適應(yīng)的性能評(píng)價(jià)體系、觀察條件、評(píng)價(jià)人員、評(píng)價(jià)方法、測(cè)試素材及終極評(píng)價(jià)等。下面我們對(duì)方法中的核心要素逐一展開(kāi)探討：2.1 基本觀察條件LED顯示屏其工程安置地點(diǎn)的環(huán)境條件千差萬(wàn)別，因而評(píng)價(jià)的觀察條件必須相對(duì)寬松。這一點(diǎn)有別于其它類(lèi)顯示產(chǎn)品。下表是LE

9、D顯示屏主觀評(píng)價(jià)時(shí)的基本觀察條件，在評(píng)價(jià)不同技術(shù)指標(biāo)時(shí)，觀察條件可能會(huì)有相應(yīng)的調(diào)整和變化。序號(hào)項(xiàng) 目要 求備 注1觀察距離條件1：(17003400)*P1. P：物理像素間距；2. H：顯示屏高度；3. 當(dāng)條件1和條件2無(wú)法兼顧時(shí)，條件1優(yōu)先級(jí)高于條件2。條件2：3H10H2觀察角度在條件允許的情況下，盡可能使觀察者的視線(xiàn)與顯示屏的光軸對(duì)齊。當(dāng)觀察角度與觀察距離產(chǎn)生矛盾時(shí)，優(yōu)先滿(mǎn)足觀察距離的要求。3環(huán)境照度與顯示屏亮度. 環(huán)境照度范圍限定為20Lux20000Lux；. 顯示屏亮度范圍限定為200cd/10000cd/。顯示屏亮度隨環(huán)境照度等比例變化。1. 環(huán)境照度和顯示屏亮度的測(cè)量方法，參

10、照LED顯示屏測(cè)量方法(SJ/T11281)執(zhí)行；2. 如環(huán)境照度很高，需要顯示屏亮度高達(dá)10000cd/左右，而顯示屏亮度又力所不及，則將顯示屏亮度調(diào)至最高值進(jìn)行評(píng)價(jià)。4顯示屏背景襯托光亮度顯示屏背景襯托光亮度與圖像峰值亮度之比0.1Cb0.5。選擇距離顯示屏邊緣23米的位置抽取8個(gè)亮度較高點(diǎn)（原則上四個(gè)邊，每邊2個(gè)點(diǎn)）測(cè)量背景亮度，然后取8個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為背景襯托光亮度。5氣候條件對(duì)溫度、濕度、氣壓等氣候條件無(wú)特殊要求。2.2 觀察人員² 觀察人員可以是專(zhuān)業(yè)人員也可以是非專(zhuān)業(yè)人員；² 觀察人員應(yīng)有正常的視力和彩色視覺(jué)；² 觀察人員至少7人最好15人甚至更

11、多；² 觀察人員性別與年齡知識(shí)結(jié)構(gòu)等方面要全面考慮。2.3 評(píng)價(jià)方法顯示類(lèi)產(chǎn)品的圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法通常有：² 質(zhì)量制：是從圖像質(zhì)量主觀感覺(jué)的綜合優(yōu)劣程度出發(fā)對(duì)受評(píng)圖像進(jìn)行評(píng)分；² 損傷制：是根據(jù)圖像質(zhì)量受損程度的主觀感覺(jué)對(duì)受評(píng)圖像進(jìn)行評(píng)分；² 比較制：是將受評(píng)圖像與一個(gè)基準(zhǔn)圖像同時(shí)顯示由觀察人員的主觀判斷作出比較性評(píng)分。LED顯示屏在進(jìn)行圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)時(shí)通常無(wú)法提供一個(gè)能夠完全還原標(biāo)準(zhǔn)圖像的LED顯示屏作為參照物，故損傷制和比較制均是不適宜的。因而，質(zhì)量制（五級(jí)）是一個(gè)比較合適的選擇。質(zhì)量制（五級(jí)）評(píng)分的分級(jí)如下：圖像等級(jí)主觀評(píng)價(jià)主觀感受5優(yōu)圖像質(zhì)量

12、極佳十分滿(mǎn)意4良圖像質(zhì)量好比較滿(mǎn)意3中圖像質(zhì)量一般尚可接受2差圖像質(zhì)量差勉強(qiáng)能看1劣圖像質(zhì)量低劣無(wú)法觀看2.4 性能評(píng)價(jià)體系我們共選擇了10大類(lèi)性能指標(biāo)來(lái)進(jìn)行分別評(píng)價(jià)，并根據(jù)具體技術(shù)性能提出核心關(guān)注點(diǎn)、測(cè)試素材及終極評(píng)價(jià)的構(gòu)想：2.4.1 靜態(tài)圖像清晰度： 目前，LED顯示屏清晰度提升技術(shù)五花八門(mén)，各種方式的動(dòng)態(tài)像素技術(shù)、虛擬像素技術(shù)、各種增強(qiáng)處理、直方圖均衡等。其實(shí)際成效眾說(shuō)紛紜?？陀^定量測(cè)量方法空白、制造商忽悠、用戶(hù)困惑、業(yè)內(nèi)迷茫。我們可通過(guò)特制的清晰度測(cè)試卡（包含不同清晰度線(xiàn)對(duì)圖、低灰等級(jí)區(qū)分圖、高灰等級(jí)區(qū)分圖）以及一組特定的圖片（如眉毛、眼睛的神態(tài)、發(fā)絲、灌木叢等）。有條件的情況下，通

13、過(guò)對(duì)一組LED顯示屏的比較可觀察出不同處理技術(shù)對(duì)清晰度的改善功效。2.4.2 運(yùn)動(dòng)圖像清晰度長(zhǎng)期以來(lái)，LED顯示屏在顯示高速運(yùn)動(dòng)畫(huà)面時(shí)，普遍存在殘影、拖尾、模糊以及錯(cuò)行失真（隔行/逐行轉(zhuǎn)換形成）等現(xiàn)象。其實(shí)，與CRT及LCD相比，LED因?yàn)榫哂锌焖賹?dǎo)通和快速關(guān)斷（無(wú)余輝、納秒級(jí)）的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因此，倍幀加速、分幀消影、精幀還原等一系列數(shù)字處理技術(shù)最合適在LED顯示屏進(jìn)行應(yīng)用，這些技術(shù)在消除動(dòng)態(tài)圖像的殘影、拖尾及模糊現(xiàn)象，提升運(yùn)動(dòng)圖像清晰度方面具有顯著的效果。通過(guò)識(shí)別快速行駛中的車(chē)牌號(hào)碼、狂奔中的運(yùn)動(dòng)員的五官等動(dòng)態(tài)視頻圖像，我們可以很容易識(shí)別出顯示屏運(yùn)動(dòng)圖像的清晰程度。2.4.3 圖像信噪比圖像增

14、強(qiáng)提銳與圖像平滑降噪是魚(yú)和熊掌而難以兼得。圖像增強(qiáng)不當(dāng)，或?qū)p失信噪比，并反過(guò)來(lái)傷及清晰度。而圖像平滑過(guò)渡在改善信噪比的同時(shí)，也將對(duì)清晰度產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，無(wú)論噪聲源是外部噪聲、內(nèi)部噪聲，抑或是光學(xué)噪聲、電子噪聲，在考察、評(píng)價(jià)清晰度之后我們必須對(duì)圖像信噪比進(jìn)行一個(gè)評(píng)價(jià)。根據(jù)LED的發(fā)光特性，尤其需要對(duì)低灰度（暗畫(huà)面）的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)畫(huà)面進(jìn)行信噪比評(píng)價(jià)。2.4.4 大面積色彩還原：由于LED三基色的色坐標(biāo)與常用的光電轉(zhuǎn)換器件（CCD或CMOS）的三基色色坐標(biāo)存在較大的差異，因此，LED顯示屏的在表現(xiàn)攝像視頻畫(huà)面以及照相圖片時(shí)如果不做色度還原處理，LED顯示屏的色彩還原度和舒適度是存有瑕疵的。尤其是

15、在表現(xiàn)黃種人和白種人的膚色時(shí)，色彩失真現(xiàn)象較為明顯。同時(shí)，在表現(xiàn)紅綠藍(lán)三基色時(shí)，其色彩飽和度大大高于絕大多數(shù)自然界色彩。因此，我們須通過(guò)特定的圖片對(duì)色彩還原度進(jìn)行評(píng)價(jià)。測(cè)試素材可選?。狐S種人膚色、白種人膚色、藍(lán)天、白云、綠草地、紅旗等靜態(tài)圖片。并對(duì)色彩還原度及色彩舒適度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。2.4.5 均勻性：均勻性欠佳是目前LED顯示屏存在的最嚴(yán)重的痼疾之一，也是衡量LED顯示屏畫(huà)面質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，不均勻是由LED器件本身、顯示屏生產(chǎn)工藝、均勻性處理技術(shù)等眾多原因造成的。主要表現(xiàn)為模塊及像素之間的亮度不均勻和色度不均勻。紅、綠、藍(lán)三基色各自的均勻性是顯示屏全部復(fù)合色均勻性的基礎(chǔ)，而標(biāo)準(zhǔn)白場(chǎng)色則是

16、均勻性最敏感的色度。因此，我們當(dāng)然須選擇紅、綠、藍(lán)三基色以及白色作為測(cè)試素材對(duì)LED顯示屏均勻性進(jìn)行評(píng)估（在合適的對(duì)比度狀態(tài)下）。同時(shí)，我們還須對(duì)全屏黑色畫(huà)面（不點(diǎn)亮狀態(tài)下）模塊面罩的均勻性、模塊及箱體的物理拼縫進(jìn)行綜合主觀評(píng)價(jià)。2.4.6 灰階表現(xiàn)力灰度表現(xiàn)力的要素包括：灰度重現(xiàn)能力（亮度鑒別等級(jí)）、灰度處理深度（等高線(xiàn)現(xiàn)象）、白平衡狀態(tài)等。我們將通過(guò)相應(yīng)的測(cè)試素材對(duì)諸多要素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。² 灰度重現(xiàn)能力（亮度鑒別等級(jí)）：可參照LED顯示屏測(cè)試方法（SJ/T11281-2007）進(jìn)行；² 灰度處理深度（等高線(xiàn)現(xiàn)象）：當(dāng)顯示屏灰度處理深度不夠時(shí)，在環(huán)境照度較低的情況下我們可

17、以看到低灰度的畫(huà)面會(huì)出現(xiàn)明顯的等高線(xiàn)現(xiàn)象；² 白平衡狀態(tài)：長(zhǎng)期以來(lái)，在我們LED顯示屏行業(yè)內(nèi)常常有一個(gè)誤區(qū)，將“白平衡”與“標(biāo)準(zhǔn)白場(chǎng)”混為一談。其實(shí)，在視頻技術(shù)中“白平衡”是指：從黑電平信號(hào)開(kāi)始的低灰度到白電平信號(hào)的高灰度，其中的各級(jí)灰度的白場(chǎng)色坐標(biāo)始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。而“標(biāo)準(zhǔn)白場(chǎng)”則是指：在紅綠藍(lán)同灰度等級(jí)的狀態(tài)下顯示屏所表現(xiàn)出來(lái)的色度狀態(tài)。在明確了“白平衡”定義后，我們很容易在輸入相應(yīng)測(cè)試素材后對(duì)顯示屏白平衡狀態(tài)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。2.4.7 圖像連貫性與穩(wěn)定性對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像其連貫性的觀察，主要是評(píng)價(jià)LED顯示屏換幀頻率的高低。而對(duì)靜態(tài)圖像其穩(wěn)定性的觀察，則主要是對(duì)LED顯示屏刷新頻率高低評(píng)

18、估。在客觀評(píng)價(jià)方法LED顯示屏測(cè)試方法中對(duì)換幀頻率給出了明確的定義，并提出了測(cè)量方法。但是由于配套的測(cè)量手段存在難度，業(yè)內(nèi)對(duì)換幀頻率的客觀測(cè)量并未真正開(kāi)展。而在LED顯示屏測(cè)試方法中對(duì)刷新頻率的測(cè)量方法理論上雖是可行的。但是，由于LED顯示屏刷新方式的差異，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果與人眼觀察到結(jié)果有時(shí)卻是相悖的。因此，通過(guò)叩齒、眨眼、跳躍等簡(jiǎn)單的主觀評(píng)價(jià)方式才是最準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。2.4.8 模塊與模組的拼裝精度LED顯示屏是由像素構(gòu)成模塊，模塊組成模組，再由模組拼成全屏。因此，模塊、模組的拼裝精度成為衡量一塊LED顯示屏品質(zhì)檔次的重要指標(biāo)之一。在客觀評(píng)價(jià)方法LED顯示屏測(cè)試方法雖然有詳細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)量手段和計(jì)算方

19、法。但是一旦顯示屏安裝到工程現(xiàn)場(chǎng)后，這些測(cè)量手段基本都無(wú)法實(shí)施。而采用一組特定的靜態(tài)圖片，對(duì)顯示屏的馬賽克效應(yīng)、模塊及模組之間的拼縫進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)是更加客觀和適宜的。2.4.9 圖像干擾圖像干擾是指：非信源所要表達(dá)的亮度和色度的不規(guī)則性改變或圖像穩(wěn)定性受到損傷。與其它顯示媒體相比，LED顯示屏面積大、功耗大、工作頻率高，在信號(hào)地、信號(hào)電源、動(dòng)力電源中均存在較大的紋波、諧波和輻射等。如果處理不當(dāng)，在信號(hào)處理、傳遞過(guò)程中極易受到各種干擾。而這些現(xiàn)象是難以進(jìn)行定量地客觀測(cè)量的。通過(guò)主觀觀察視頻圖像中亮度及色度之間是否存在串?dāng)_、圖像是否存在抖動(dòng)、波動(dòng)、跳動(dòng)和抽動(dòng)是評(píng)價(jià)圖像穩(wěn)定性最直接的方式。2.4.10 可靠性一塊大型LED顯示屏所選用的電子元器件及接插件數(shù)量之多，可能是其它任何電子產(chǎn)品都無(wú)法比擬的。因