AVS+標(biāo)準(zhǔn)的主觀圖像質(zhì)量對比分析

1、AVS+ 標(biāo)準(zhǔn)的主觀圖像質(zhì)量對比分析張偉民（北京京科興技術(shù)咨詢有限公司）【摘要】本文綜合了 AVS+標(biāo)準(zhǔn)、H.264標(biāo)準(zhǔn)、AVS-P2基準(zhǔn)檔次的主觀圖像質(zhì)量 對比及對比分析。【關(guān)鍵詞】AVS+標(biāo)準(zhǔn)；測試；圖像質(zhì)量Analysis of AVS+ standard subjective image quality contrastzhang weimin（Beijing jingkexing technical consulting Ltd. ）【 Abstract 】 This paper analysis subjective image quality contrast AVS+ stan

2、dard 、 H.264 standard 、 AVS-P2 jizhun Profile.【 key words 】 AVS+; Standard; Test; Image quality1 引言AVS+標(biāo)準(zhǔn)是AVS標(biāo)準(zhǔn)體系中視頻部分廣播檔次（broadcast profile ）的簡稱， 目前對應(yīng)的是國家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) GY/T 257.1-2012及后續(xù)將 要頒布的AVS國家標(biāo)準(zhǔn)的第16部分。為測試標(biāo)準(zhǔn)的壓縮效率和效果，分別針對參 考軟件、軟件實(shí)時(shí)編碼器、硬件FPGA實(shí)時(shí)編碼器和H.264進(jìn)行了對比測試，本文 綜合整理這些結(jié)果并做出分析。2 AVS+ 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特點(diǎn)AVS

3、+標(biāo)準(zhǔn)是在原來 AVS-P2既GB/T20090.2-2006 基準(zhǔn)檔次（jizhun profile） 的優(yōu)化和演進(jìn)，是技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果。在 AVS-P2勺基礎(chǔ)上增加了算術(shù)編碼（AEC）、 加權(quán)量化（AWQ）、P幀前向預(yù)測（PEF）、B幀前向預(yù)測（BEF）四個(gè)技術(shù)工具。 3 參考軟件的對比測試結(jié)果參考軟件是標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中，由標(biāo)準(zhǔn)制定組織為驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)而編寫的軟件， 主要是驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的可行性及技術(shù)特征，并不對效率做過多的考量。為對比標(biāo)準(zhǔn)之間的壓縮效率及效果，對 AVS-P2、AVS+和H.264 High profile 參考軟件編碼的壓縮碼流進(jìn)行了圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)。主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果如下：經(jīng)AVS-

4、P2、AVS+和H.264 High profile參考軟件編碼的壓縮碼流的文件平均碼 率范圍分別為： 10.848Mbps ,13.088Mbps 、 10.896Mbps,12.545Mbps 和11.095Mbps ,12.662Mbps，總平均值分別為 11.603Mbps、11.561Mbps 和11.674Mbps。表1編解碼圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)結(jié)果匯總表序號(hào)序列名稱編解碼后圖像質(zhì)量相對源圖像的質(zhì)量下降百分比AVS-P2AVS+H.2641.花壇13.0%、11.9%16.1%2.快速轉(zhuǎn)盤9.1%8.7%8.4%3.男籃9.6%6.8%6.9%4.女排8.0%7.5%9.1%5.秋葉2

5、8.7%26.9%18.4%6.旋轉(zhuǎn)鳥籠12.0%12.2%10.2%7.平均13.4%12.3%11.5%4. 軟件實(shí)時(shí)編碼器的對比測試結(jié)果為測試AVS+勺實(shí)時(shí)編碼器的效果，對基于 X86平臺(tái)的軟件實(shí)時(shí)高清編碼器 進(jìn)行了對比測試。將其編解碼圖像質(zhì)量和型號(hào)為 EN8190的愛立信H.264高清編 碼器和RX8200高清解碼器的圖像質(zhì)量進(jìn)行了對比。軟件實(shí)時(shí)高清編碼器和H.264的實(shí)時(shí)高清編碼進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)論如下：對本次8個(gè)測試圖像序列，經(jīng)被測設(shè)備以12Mbps視頻碼率編解碼后，主觀 評(píng)價(jià)的圖像質(zhì)量相對于源圖像的質(zhì)量下降百分比平均值為8.6%;同樣的圖像和碼率，經(jīng)H.264編解碼器后，圖像質(zhì)量相對

6、于源圖像的質(zhì)量下降百分比的平均值 為 7.9 %。8個(gè)測試圖像，AVS+和H.264高清編解碼器（平均碼率約12Mbps）的圖像 質(zhì)量比較如表2和圖1所示。表2編解碼圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)結(jié)果匯總表序號(hào)序列名稱編解碼后圖像質(zhì)量相對源圖像的質(zhì)量下降百分比AVS+H.2641.花壇14.4%10.3%2.快速轉(zhuǎn)盤6.3%8.0%3.男籃5.1%4.0%4.女排6.1%6.3%5.秋葉17.6%15.3%6.旋轉(zhuǎn)鳥籠4.4%6.1%7.演播室7.0%5.9%8.游泳比賽7.7%7.2%平均值8.6%7.9% AVS plusHV64圖像質(zhì)量下降百分比圖1 ：編碼圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)結(jié)果匯總圖5. 硬件FPGA

7、實(shí)時(shí)編碼器對比測試結(jié)果為對比硬件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主觀圖像質(zhì)量，分別對高清編碼器的圖像質(zhì)量進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)。該設(shè)備視頻編碼采用 GY/T 257.1-2012廣播電視先進(jìn)音視頻編解碼 第1部分：視頻（AVS+標(biāo)準(zhǔn)），解碼使用AVS+專業(yè)解碼器。將被測設(shè)備SingQpass、 Dualpass兩種編碼方式編碼圖像質(zhì)量和 H.264高清編碼器（愛立信EN8190）編 碼圖像質(zhì)量進(jìn)行了對比。硬件高清編碼器的編碼圖像質(zhì)量進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，結(jié)論如下：對本次8個(gè)測試圖像序列，經(jīng)被測設(shè)備 Singepass編碼方式、12Mbps視頻 碼率（實(shí)測平均碼率12.0Mbps）編碼后，圖像質(zhì)量相對于源圖像的質(zhì)量下降百 分比平均

8、值為11.2% ；經(jīng)被測設(shè)備以Dualpass編碼方式、12Mbps視頻碼率（實(shí) 測平均碼率12.0Mbps）編碼后，圖像質(zhì)量相對于源圖像的質(zhì)量下降百分比平均 值為10.5% ;經(jīng)H.264編碼器以12Mbps視頻碼率（實(shí)測平均碼率11.7Mbps） 編碼后，圖像質(zhì)量相對于源圖像的質(zhì)量下降百分比平均值為8.8%。8個(gè)測試圖像，AVS+ Singepass編碼方式、AVS+ Dualpass編碼方式和H.264 高清編碼（視頻碼率12Mbps）的圖像質(zhì)量比較如表3和圖2所示。表3編碼圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)結(jié)果匯總表序號(hào)序列名稱編碼后圖像質(zhì)量相對源圖像的質(zhì)量下降百分比AVS+ Sin glepassAV

9、S+ DualpassH.2641Crowdr un11.6%10.6%8.8%2Parkjoy12.4%11.5%9.4%3飛蟻戰(zhàn)隊(duì)10.4%9.4%6.6%4京劇舞旗10.1%10.8%8.8%5花壇9.9%8.2%9.0%6游泳10.6%8.9%8.9%7演播室9.6%9.0%6.2%8秋葉15.3%15.6%12.8%平均值11.2%10.5%8.8% H.264 A VS fSinglepass AVS+Dualpass18% -r圏像質(zhì)瑩下降百分比略iiiiiiCrowdrw Parkjoy飛蟻戰(zhàn)隊(duì)京劇舞旗花壇 游泳 演播室 秋葉 平均值圖2編碼圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)結(jié)果匯總圖6. 結(jié)果

10、分析序列特點(diǎn)分析：測試的序列的選取很重要，每個(gè)測試序列要能夠重點(diǎn)測試某一方面的特征。 經(jīng)過對這些測試序列的分析，基本上序列的技術(shù)特點(diǎn)如下：（1）花壇視頻特征：攝像機(jī)水平慢速搖鏡頭拍攝 CCTV演播廳樓前的花壇全景序列， 圖中色彩細(xì)節(jié)豐富。主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)色度細(xì)節(jié)的損失。（2）快速轉(zhuǎn)盤視頻特征：轉(zhuǎn)盤作水平旋轉(zhuǎn)的圖像序列，轉(zhuǎn)盤上貼有各種類型的靜止畫，其 圖像細(xì)節(jié)豐富、色彩鮮艷并含有文字的運(yùn)動(dòng)，主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的處 理能力、清晰度損失、高飽和色彩的重現(xiàn)能力。（3）男籃視頻特征：籃球運(yùn)動(dòng)場景切換的圖像序列，前景為快速、復(fù)雜的籃球運(yùn)動(dòng)場 面，后面是眾多觀眾看臺(tái)的高細(xì)節(jié)背景。主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)的清

11、晰度損失和高飽 和色彩重現(xiàn)能力及運(yùn)動(dòng)預(yù)測與補(bǔ)償性能。（4）女排視頻特征： 背景是眾多手舞紅旗的觀眾和高細(xì)節(jié)背景的看臺(tái)。 主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng) 清晰度損失和高飽和色彩重現(xiàn)能力（如塊效應(yīng)） 。（5）秋葉 視頻特征：金黃色白樺樹葉隨著秋風(fēng)搖動(dòng)的場景序列，背景是蔚藍(lán)的天空， 含兩個(gè)固定鏡頭場景的切換。 主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)預(yù)測與補(bǔ)償性能及塊效應(yīng) 損傷。（6）旋轉(zhuǎn)鳥籠視頻特征： 鳥籠作慢速垂直旋轉(zhuǎn)的圖像序列， 圖像細(xì)節(jié)豐富， 主要評(píng)價(jià)編碼 系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的處理能力和色度細(xì)節(jié)的損失。（7）演播室 視頻特征：攝像機(jī)慢速變焦和水平搖鏡頭拍攝的演播室訪談場景序列， 前景 是穿細(xì)格西裝的男主持人和戴著細(xì)條紋圍巾的女嘉

12、賓， 后面是顏色和細(xì)節(jié)豐富的 背景。主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)的清晰度損失和高飽和色彩重現(xiàn)能力。（8）游泳比賽 視頻特征：攝像機(jī)固定鏡頭拍攝游泳比賽的場景。隨著運(yùn)動(dòng)員快速的運(yùn)動(dòng)， 激起游泳池中大量隨機(jī)的水花， 主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)預(yù)測與補(bǔ)償性能， 以及 塊效應(yīng)處理能力。（9）Crowdrun 視頻特征：馬拉松運(yùn)動(dòng)起跑時(shí)的場景序列，攝像機(jī)居高俯視對著迎面跑過來 眾多、擁擠的運(yùn)動(dòng)員拍攝。 主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)動(dòng)態(tài)清晰度損失和運(yùn)動(dòng)預(yù)測與補(bǔ)償 性能。（10）Parkjoy 視頻特征：幾個(gè)人在公園里跑步、嘻戲的中景序列，攝像機(jī)搖鏡頭跟蹤運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)拍攝，前、后景樹草等植物繁多，圖像細(xì)節(jié)豐富。主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)的清晰 度

13、的損失。（11）飛蟻戰(zhàn)車視頻特征： 典型游樂場場景， 人和座椅在空中高高低低的旋轉(zhuǎn)， 前后景交錯(cuò)， 其圖像細(xì)節(jié)豐富、色彩鮮艷。主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)預(yù)測與補(bǔ)償效果、塊效應(yīng)。（12）京劇舞旗視頻特征：典型的京劇場景序列，京劇演員服飾色彩豐富、鮮艷，動(dòng)作場景 快速復(fù)雜。主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)對典型京劇場景的處理能力。固定鏡頭場景的切換。 主要評(píng)價(jià)編碼系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)預(yù)測與補(bǔ)償性能及塊效應(yīng)損傷。主觀評(píng)測結(jié)果分析：實(shí)時(shí)編碼器和參考軟件的對比分析：一般認(rèn)為參考軟件是最接近標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)，能夠最大限度的反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)本身的技 術(shù)先進(jìn)性。對比主觀評(píng)測，實(shí)時(shí)編解碼器對于同樣的碼流， 主觀評(píng)測效果明顯好于參考軟件，包括AVS+標(biāo)準(zhǔn)和H

14、.264標(biāo)準(zhǔn)。對比結(jié)果如下:標(biāo)準(zhǔn)花壇轉(zhuǎn)盤男籃女排秋葉旋轉(zhuǎn)鳥籠演播室游泳比賽比參考軟件提高AVS+14.4%6.3%5.1%6.1%17.6%4.4%7.0%7.7%30.1%H.26410.3%8.0%4.0%6.3%15.3%6.1%5.9%7.2%31.3%參考軟件的主觀評(píng)測中，采用了1-6號(hào)序列，軟件實(shí)時(shí)編碼器的主觀評(píng)測中，采用了 1-8號(hào)序列，其中有6個(gè)序列是重疊的，應(yīng)該可以反應(yīng)出對比效果。 從分析來看，最終實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)編碼器可以比參考軟件具有30%左右的提高。這個(gè)無論是對AVS+還是H.264的結(jié)果都是一致的。說明標(biāo)準(zhǔn)在制定完成之后的實(shí) 現(xiàn)效果還是有很大的提升空間。AVS標(biāo)準(zhǔn)與H.26

15、4標(biāo)準(zhǔn)的對比分析從參考軟件、軟件實(shí)時(shí)編碼器、硬件FPGA實(shí)時(shí)編碼器三者的主觀質(zhì)量測試中，都對 AVS+與H.264進(jìn)行了對比。從平均得分來看， AVS+標(biāo)準(zhǔn)均略低于 H.264的主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)，其中最接近的是軟件實(shí)時(shí)編碼器，差距為0.7%。其中差距比較大的是秋葉這個(gè)序列，由于秋葉這個(gè)序列中細(xì)節(jié)非常豐富，主要測試塊效應(yīng)，而AVS+標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)現(xiàn)的8*8的宏塊，沒有H.264中的4*4的宏塊，所以在 需要更小的塊處理上就顯出了劣勢。標(biāo)準(zhǔn)本身這部分的選擇是技術(shù)和專利兩方面 平衡的結(jié)果。而在快速轉(zhuǎn)盤、女排、旋轉(zhuǎn)鳥籠這3個(gè)序列中，AVS+標(biāo)準(zhǔn)的主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)要好于H.264，從前面的序列特點(diǎn)分析中可以看出，這三

16、個(gè)序列重點(diǎn)檢 測的是清晰度損失、色彩飽和度、色度細(xì)節(jié)損失等方面，所以共同的特點(diǎn)是色度。就是AVS+標(biāo)準(zhǔn)在色度的處理上優(yōu)于 H.264。所以AVS+標(biāo)準(zhǔn)和H.264標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù) 處理上應(yīng)該是各有千秋。AVS標(biāo)準(zhǔn)的縱向?qū)Ρ确治鰹榱蓑?yàn)證AVS+標(biāo)準(zhǔn)的可行性，分別進(jìn)行了幾次不同方法的測試。為了驗(yàn)證 標(biāo)準(zhǔn)本身的技術(shù)可行性， 進(jìn)行參考軟件的主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)； 為了驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的可實(shí)現(xiàn) 性，進(jìn)行了軟件實(shí)時(shí)編碼器和硬件 FPGA實(shí)時(shí)編碼器的主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)。 其中還對 AVS+標(biāo)準(zhǔn)和AVS-P2基準(zhǔn)檔次進(jìn)行了對比。所以從參考軟件的對比可以看出， AVS+標(biāo)準(zhǔn)比AVS-P2基準(zhǔn)檔次的效果有提升。AVS+標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)編碼器的主觀

17、質(zhì)量 評(píng)價(jià)明顯好于參考軟件。如果單單從評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)來看，AVS+標(biāo)準(zhǔn)的硬件實(shí)時(shí)編碼器要劣于 AVS+標(biāo)準(zhǔn)的 軟件實(shí)時(shí)編碼器，好于 AVS+標(biāo)準(zhǔn)參考軟件。這其中的原因在于硬件實(shí)時(shí)編碼器 測試的序列和前兩次的不同，硬件實(shí)時(shí)編碼器的測試序列中去掉了AVS+標(biāo)準(zhǔn)占優(yōu)勢的 3 個(gè)序列， 增加的序列都是細(xì)節(jié)豐富、 塊效應(yīng)明顯的序列， 主要是測試硬 件實(shí)時(shí)編碼器的極限處理能力，不是驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的可行性。7 結(jié)論及展望AVS標(biāo)準(zhǔn)本身具有技術(shù)的先進(jìn)性及產(chǎn)品的可實(shí)現(xiàn)性，具有專利收費(fèi)清晰的特 點(diǎn)，隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷的發(fā)展，AVS+標(biāo)準(zhǔn)就是技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。AVS+標(biāo)準(zhǔn)將 會(huì)廣泛應(yīng)用于數(shù)字電視等領(lǐng)域。AVSB準(zhǔn)的下一代AVS2

18、的制定工作也在開展中， 中國自主的數(shù)字音視頻標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的發(fā)展具有廣闊的前景空間。8 參考文獻(xiàn)1. GY/T 134-1998 數(shù)字電視圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法2. GB/T 20090.2-2006 信息技術(shù) 先進(jìn)音視頻編碼第 2部分：視頻（簡稱 AVS-P2 ）3. GY/T 257.1-2012廣播電視 先進(jìn)音視頻編解碼 第1部分 高清晰度視頻 （簡稱 AVS +）4. ISO/IEC 14496-10 Information technology -Coding of audio-visual objects -Part 10:Advanced video coding 等效于 Rec.ITU-T H.264 （簡稱 AVC 或 H.