專利名稱：用于評(píng)估壓縮視頻數(shù)據(jù)的客觀質(zhì)量的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于評(píng)估壓縮的視頻和圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量的方法和系統(tǒng)，具體地，涉及在不參考源視頻或圖像數(shù)據(jù)的條件下評(píng)估畫(huà)面的客觀質(zhì)量(即，峰值信號(hào)噪聲比(PSNR))的方法和系統(tǒng)。
視頻專家的最終目標(biāo)是提供感性上最有吸引力的視頻圖像給觀眾。確定最終得到的圖像質(zhì)量是否良好的一個(gè)方法是請(qǐng)一組觀眾觀看特定的視頻序列以提供他們的意見(jiàn)。分析視頻圖像的另一個(gè)方法是提供評(píng)估視頻質(zhì)量的優(yōu)劣的自動(dòng)機(jī)制。這種類型的程序被稱為“客觀視頻質(zhì)量評(píng)估”。
測(cè)量壓縮處理過(guò)程的畫(huà)面質(zhì)量的通用的方法是在經(jīng)處理的圖像與未經(jīng)處理的源圖像之間進(jìn)行比較(此后稱為“雙端(double-ended)測(cè)量”)。使用各種度量(即，塊狀偽像度量(BAM)、PSNR、感性加權(quán)PSNR等等)來(lái)評(píng)估客觀畫(huà)面質(zhì)量測(cè)量。具體地，PSNR是用于測(cè)量任何畫(huà)面質(zhì)量的最通常使用的參數(shù)，特別是在評(píng)估MPEG-2視頻比特流的情形下。然而，雙端測(cè)量具有某些缺點(diǎn)如果源數(shù)據(jù)或在源畫(huà)面與經(jīng)處理的畫(huà)面之間的對(duì)準(zhǔn)是不可提供的，則對(duì)經(jīng)處理的畫(huà)面和源畫(huà)面的同時(shí)訪問(wèn)是不可行的。為了克服這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)源既不能提供也不能控制時(shí)，已經(jīng)提出“單端測(cè)量”來(lái)監(jiān)視視頻質(zhì)量。不像雙端測(cè)量，當(dāng)評(píng)估視頻質(zhì)量時(shí)，單端測(cè)量技術(shù)只對(duì)在壓縮的畫(huà)面操作，而不用訪問(wèn)源畫(huà)面。
許多用戶端應(yīng)用需要對(duì)編碼的視頻或圖像(此后稱為畫(huà)面)質(zhì)量的估計(jì)。例如，用戶端需要增強(qiáng)或后處理畫(huà)面。在這種情形下，質(zhì)量的測(cè)量在控制環(huán)中是很重要的。因此，本發(fā)明提出使用PSNR度量的改進(jìn)的客觀質(zhì)量評(píng)估，來(lái)評(píng)估壓縮畫(huà)面的客觀質(zhì)量，而不用利用源數(shù)據(jù)。
本發(fā)明針對(duì)通過(guò)利用從未壓縮的畫(huà)面直接估計(jì)得出的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)而在不訪問(wèn)源數(shù)據(jù)的條件下評(píng)估編碼的視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量的設(shè)備和方法。
在優(yōu)選實(shí)施例中，從譯碼的數(shù)據(jù)估計(jì)得出用于原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)模型的精確的參數(shù)，以及所述參數(shù)被結(jié)合對(duì)編碼參數(shù)的知識(shí)(即，量化)而使用來(lái)估計(jì)量化誤差，以便估計(jì)質(zhì)量。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了在不訪問(wèn)源數(shù)據(jù)的情況下評(píng)估編碼的視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量的方法。至少編碼的視頻數(shù)據(jù)的一個(gè)重要部分被譯碼，以產(chǎn)生解壓縮的、包括多個(gè)塊的視頻數(shù)據(jù)。如果內(nèi)部編碼的數(shù)據(jù)被檢測(cè)到，則對(duì)于解壓縮的視頻數(shù)據(jù)執(zhí)行離散余弦變換(DCT)，以產(chǎn)生包括至少一個(gè)DC(直流)頻帶和至少一個(gè)AC(交流)頻帶的DCT系數(shù)組。內(nèi)部編碼的畫(huà)面是通過(guò)從解壓縮的視頻數(shù)據(jù)中提取內(nèi)部DC精度(intra_dc_precision)水平和然后確定該內(nèi)部DC精度水平是否小于預(yù)定的閾值而被檢測(cè)。如果是的話，則確定譯碼的視頻數(shù)據(jù)是內(nèi)部編碼的畫(huà)面。此后，得出對(duì)于解壓縮的視頻數(shù)據(jù)的每個(gè)塊的DCT系數(shù)參數(shù)(λ2)和量化步長(zhǎng)(Δi，j)，然后根據(jù)DCT系數(shù)參數(shù)和量化步長(zhǎng)估計(jì)每組DCT系數(shù)的平均量化誤差(D)，最后根據(jù)平均量化誤差(D)確定峰值信號(hào)對(duì)噪聲比(PSNR)。量化步長(zhǎng)(Δi，j)基本上相應(yīng)于在以前對(duì)于編碼的視頻數(shù)據(jù)執(zhí)行的編碼操作時(shí)所使用的編碼參數(shù)。平均量化誤差(D)的估計(jì)包括估計(jì)AC頻帶的平均量化誤差(Di，j)的步驟和估計(jì)DC頻帶的平均量化誤差(D0，0)的步驟，以及AC頻帶的DCT系數(shù)參數(shù)(λ2i，j)是通過(guò)使得所計(jì)算的二階矩(moment)等于DCT系數(shù)的估計(jì)的二階矩而被確定的。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了用于評(píng)估編碼的視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量的設(shè)備，它包括譯碼器，用于譯碼至少編碼的視頻數(shù)據(jù)的一個(gè)重要部分以產(chǎn)生解壓縮的視頻數(shù)據(jù)以及用于對(duì)于譯碼的視頻數(shù)據(jù)的每個(gè)塊提取量化尺度步幅；離散余弦變換器(DCT)，被配置成把解壓縮的視頻數(shù)據(jù)變換成包括DC頻帶和AC頻帶的一組DCT系數(shù)；量化提取器，用于對(duì)于解壓縮的視頻數(shù)據(jù)的每個(gè)塊提取DCT系數(shù)參數(shù)(λ2)和量化步長(zhǎng)(Δi，j)；統(tǒng)計(jì)量估計(jì)器，用于根據(jù)量化器步長(zhǎng)和DCT系數(shù)參數(shù)估計(jì)每組DCT系數(shù)的平均量化誤差(D)；以及計(jì)算器，用于根據(jù)平均量化誤差(D)確定峰值信號(hào)對(duì)噪聲比(PSNR)。統(tǒng)計(jì)量估計(jì)器用來(lái)估計(jì)AC頻帶和DC頻帶的平均量化誤差(D)。AC頻帶的DCT系數(shù)參數(shù)(λ2i，j)是通過(guò)使得所計(jì)算的二階矩等于DCT系數(shù)的估計(jì)的二階矩而被確定的。該設(shè)備還包括畫(huà)面檢測(cè)器，用于檢測(cè)在解壓縮的視頻數(shù)據(jù)的每個(gè)塊中的內(nèi)部編碼的畫(huà)面。
從以下結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實(shí)施例的更詳細(xì)的說(shuō)明，本發(fā)明的以上和其它特性與優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)，其中標(biāo)注字符在各個(gè)圖中是指相同的部件。附圖不一定是按比例的；相反地重點(diǎn)在于說(shuō)明本發(fā)明的原理。


圖1是由MPEG-2、MPEG-4、H.263、H.261和JPEG標(biāo)準(zhǔn)推薦的量化方案的圖形說(shuō)明；圖2是顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的畫(huà)面質(zhì)量檢測(cè)器的簡(jiǎn)化方框圖；圖3是顯示按照本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的設(shè)備的簡(jiǎn)化方框圖；以及圖4是顯示按照本發(fā)明的估計(jì)畫(huà)面質(zhì)量的操作步驟的流程圖。
在以下的說(shuō)明中，為了解釋(而不是限制)闡述具體的細(xì)節(jié)，諸如特定的體系結(jié)構(gòu)、接口、技術(shù)等等，以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹的了解。為了簡(jiǎn)單和清晰起見(jiàn)，熟知的裝置、電路和方法的詳細(xì)說(shuō)明被省略，以免用不必要的細(xì)節(jié)模糊本發(fā)明的說(shuō)明。
為了便于了解本發(fā)明，先解釋有關(guān)MPEG-2和H.263編碼的背景信息。通常，對(duì)于圖像的MPEG-2和H.263編碼是通過(guò)把圖像劃分成16×16像素的宏塊而執(zhí)行的，每個(gè)宏塊具有一個(gè)與其相關(guān)的量化器尺度值。宏塊還被劃分成8×8像素的單獨(dú)的塊。每個(gè)8×8像素的塊受到離散余弦變換(DCT)，以對(duì)于其中的64個(gè)頻帶中的每個(gè)頻帶生成DCT系數(shù)。8×8像素塊中的DCT系數(shù)然后被除以相應(yīng)的編碼參數(shù)，即，量化權(quán)重。對(duì)于給定的8×8像素塊的量化權(quán)重用8×8量化矩陣表示。此后，對(duì)于DCT系數(shù)施加附加計(jì)算以尤其考慮到量化器尺度值，由此完成MPEG-2和H.263編碼。
參照?qǐng)D1，圖上圖形地顯示由MPEG-2和H.263標(biāo)準(zhǔn)推薦的量化方案。通常，參數(shù)Δi，j代表在量化的系數(shù)之間的步長(zhǎng)，它可以與平均幀量化步幅Q和MPEG量化矩陣Wi，j有如下的關(guān)系Δi,j=Wi,jQ16.]]>然而，如圖1所示，由MPEG-2和H.263標(biāo)準(zhǔn)推薦的量化方案涉及到移位重建窗αi，j。這個(gè)參數(shù)αi，j與步長(zhǎng)Δi，j有如下的關(guān)系αi,j=38Δi,j.]]>正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)看到的，在量化階段期間發(fā)生所有的損耗。因此，平均量化步長(zhǎng)和量化矩陣估量壓縮的畫(huà)面的質(zhì)量的某些方面，因此有時(shí)直接被用作為質(zhì)量度量。因此，本發(fā)明用PSNR度量的形式估計(jì)量化誤差。
圖2是其中應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例的簡(jiǎn)化電路圖。本發(fā)明的系統(tǒng)10包括視頻源12、編碼器14、譯碼器16和質(zhì)量檢測(cè)器18。源12可以是任何類型的視頻生成設(shè)備，諸如電視攝像機(jī)或能夠根據(jù)特定的圖像生成視頻數(shù)據(jù)的其他視頻設(shè)備。編碼器14和譯碼器16可以分別是用于編碼/譯碼MPEG2或H.263視頻數(shù)據(jù)的本領(lǐng)域已知的任何傳統(tǒng)的編碼器和譯碼器。檢測(cè)器18處理譯碼的視頻數(shù)據(jù)，以便根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析評(píng)估壓縮的畫(huà)面的客觀質(zhì)量而不用訪問(wèn)源視頻數(shù)據(jù)。
圖3顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的、圖1所示的譯碼器16和估計(jì)器18的代表性硬件。具體地，該實(shí)施例提供用于在編碼的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)由譯碼器16被解壓縮后估計(jì)視頻質(zhì)量的機(jī)制。如圖3所示，檢測(cè)器18包括畫(huà)面確定器20、8×8 DCT 22、量化參數(shù)提取器24、統(tǒng)計(jì)量估計(jì)器26和PSNR計(jì)算器28。應(yīng)當(dāng)指出，圖3所示的檢測(cè)器18可以代表微處理器、中央處理單元、計(jì)算機(jī)、電路卡、專用集成電路(ASIC)和存儲(chǔ)器(未示出)。本發(fā)明的關(guān)鍵原理依賴于這樣的事實(shí)P和B畫(huà)面以及從而總的視頻的質(zhì)量通常是與MPEG-2和H.263編碼的視頻的內(nèi)部畫(huà)面的質(zhì)量一致的。所以，如果可以僅僅對(duì)于內(nèi)部編碼的畫(huà)面估計(jì)PSNR，則它用作為總的視頻的質(zhì)量度量，因?yàn)榱炕仃嚭推骄炕介L(zhǎng)往往反映畫(huà)面質(zhì)量的某些方面。
在操作時(shí)，在由譯碼器16譯碼后，譯碼的視頻數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)送到估計(jì)器18的畫(huà)面確定器20。畫(huà)面確定器20然后確定譯碼的視頻數(shù)據(jù)是否為內(nèi)部編碼的。轉(zhuǎn)讓給相同的受讓人的、題目為“System forExtracting Coding Parameters from Video Data(用于從視頻數(shù)據(jù)提取編碼參數(shù)的系統(tǒng))”的美國(guó)專利No.6,101,278說(shuō)明如何檢測(cè)內(nèi)部編碼的視頻數(shù)據(jù)，該專利在此引用以供參考。在MPEG-2和H.263視頻中，內(nèi)部DC精度控制內(nèi)部編碼的宏塊或內(nèi)部編碼的畫(huà)面中的DC DCT系數(shù)的量化粗糙度，并且其范圍從8到11比特，11比特是當(dāng)在內(nèi)部DC系數(shù)中沒(méi)有出現(xiàn)量化誤差時(shí)達(dá)到的最高值。在大多數(shù)廣播質(zhì)量數(shù)字視頻中，內(nèi)部DC精度典型地被設(shè)置為8。因此，如果所估計(jì)的內(nèi)部DC精度小于11，則當(dāng)前的畫(huà)面在本發(fā)明中被確定為內(nèi)部編碼的。
如果正被分析的當(dāng)前的畫(huà)面是內(nèi)部編碼的畫(huà)面，則DCT塊22使得譯碼的視頻數(shù)據(jù)受到DCT處理，以便生成用于AC頻帶的DCT系數(shù)。此后，量化參數(shù)提取器24用來(lái)提取對(duì)于相應(yīng)于在整個(gè)畫(huà)面的以前的編碼操作中所使用的每個(gè)宏塊的量化矩陣(Wi，j)和量化器步長(zhǎng)(Qm)。正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)看到的，量化矩陣包含64項(xiàng)，每項(xiàng)被指定一個(gè)權(quán)重。所述64項(xiàng)(每項(xiàng)是范圍從1到255的8比特整數(shù))相應(yīng)于在一個(gè)塊中的8×8DCT系數(shù)。權(quán)重和量化器尺度值確定DCT系數(shù)塊的量化步長(zhǎng)。轉(zhuǎn)讓給相同的受讓人的、題目為“System for ExtractingCoding Parameters from Video Data(用于從視頻數(shù)據(jù)提取編碼參數(shù)的系統(tǒng))”的美國(guó)專利No.6,101,278說(shuō)明如何提取對(duì)于每個(gè)宏塊的量化矩陣(Wi，j)和量化器步長(zhǎng)Qm，該專利在此引用，以供參考。
一旦得出DCT系數(shù)的量化矩陣，就可由統(tǒng)計(jì)量估計(jì)器26執(zhí)行DCT系數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析。這里，假設(shè)原始畫(huà)面DCT系數(shù)屬于具有對(duì)于每個(gè)AC位置(i，j)的DCT系數(shù)參數(shù)λi，j的拉普拉斯分布。進(jìn)行對(duì)編碼的畫(huà)面的第(i，j)個(gè)系數(shù)的二階矩Si，j的估計(jì)，然后把所估計(jì)的二階矩與DCT系數(shù)參數(shù)λi，j相聯(lián)系，以便更精確地估計(jì)二階矩。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，編碼的數(shù)據(jù)的二階矩被計(jì)算為如下Si,j=Σb=1N(Ci,jb)2N---(1).]]>其中Cbi，j是塊b中的第(i，j)個(gè)AC系數(shù)以及N是畫(huà)面中塊的總數(shù)。
申請(qǐng)人已確定，Si，j與λi，j按以下的數(shù)學(xué)關(guān)系式相聯(lián)系Si,j=Δi,j2e-αi,jλi,je-3Δi,j2λi,j[1+e-2Δi,j/λi,j(1-e-Δi,j/λi,j)2]---(2).]]>因此，通過(guò)比較公式(1)和(2)，即使不訪問(wèn)原始DCT系數(shù)也可以確定DCT系數(shù)參數(shù)λi，j。
由于對(duì)于更高頻率的系數(shù)所使用的非常粗糙的量化，有時(shí)使用公式(2)有可能導(dǎo)致對(duì)DCT系數(shù)參數(shù)λi，j的過(guò)估計(jì)。在這樣的情形下，尤其是對(duì)于高頻系數(shù)，我們使用下面所示的替換的關(guān)系式。
Si,j=2λi,j2---(3)]]>DCT系數(shù)參數(shù)λi，j然后通過(guò)比較公式(1)和(3)而被估計(jì)。這個(gè)替換的關(guān)系式只被使用于某些高頻AC系數(shù)，它的粗糙的量化導(dǎo)致對(duì)參數(shù)λi，j的不精確的的估計(jì)。
典型地，對(duì)于低頻AC系數(shù)，通過(guò)比較公式(1)和(2)進(jìn)行對(duì)λi，j的估計(jì)，以及對(duì)于某些高頻AC系數(shù)，通過(guò)比較公式(1)和(3)進(jìn)行對(duì)λi，j的估計(jì)。通過(guò)仿真，實(shí)驗(yàn)地確定通過(guò)對(duì)于頭24個(gè)AC系數(shù)使用公式(1)和(2)以及對(duì)于其余的AC系數(shù)使用公式(1)和(3)，得到最精確的結(jié)果。
在得到原始數(shù)據(jù)的量化參數(shù)和分布參數(shù)之后，統(tǒng)計(jì)量估計(jì)器26計(jì)算在幀上招致的平均量化誤差。這里，對(duì)于DC系數(shù)和AC系數(shù)必須計(jì)算平均量化誤差。
A.對(duì)于AC系數(shù)的量化誤差Di，j的計(jì)算。
對(duì)于第(i，j)個(gè)AC系數(shù)，應(yīng)當(dāng)指出，在區(qū)間[kΔi，j+αi，j-Δi，j/2，kΔi，j+αi，j+Δi，j/2，]中的所有的值通過(guò)量化處理被舍入為kΔi，j，如圖1所示。這導(dǎo)致量化誤差；因此，這個(gè)數(shù)據(jù)的均方誤差可以通過(guò)對(duì)所有這些區(qū)間上的誤差進(jìn)行求和而得到，即，找出每個(gè)區(qū)間的誤差以及在全部區(qū)間上進(jìn)行求和。這可以在數(shù)學(xué)上寫(xiě)為Di,j=12λi,jΣk=1∞∫-kΔi,j-Δi,j2-αi,j-kΔi,j+Δi,j2-αi,j(x+kΔi,j)2exλi,jdx+]]>12λi,jΣk=1∞∫kΔi,j-Δi,j2+αi,jkΔi,j+Δi,j2+αi,j(x-kΔi,j)2e-xλi,jdx+12λi,j∫-Δi,j2-αi,jΔi,j2+αi,jx2e|x|λi,jdx---(4).]]>公式(4)包含三個(gè)部分，在所有小于零的區(qū)間上的誤差的求和值，在所有大于零的區(qū)間上的誤差的求和值，和在以零為中心的區(qū)間上的誤差。公式(4)可以通過(guò)如下地求解積分被簡(jiǎn)化Di,j=2λi,j2-2λi,jΔi,je-αi,jλi,je-Δi,j2λi,j(1-e-Δi,j/λi,j)[αi,jλi,j+1]---(5)]]>因此，簡(jiǎn)化的公式(5)可被使用來(lái)根據(jù)對(duì)λi，j和量化步長(zhǎng)Δi，j的精確估計(jì)來(lái)估計(jì)AC系數(shù)誤差。
B.對(duì)于DC系數(shù)的量化誤差D0，0的計(jì)算。
在美國(guó)專利No.6,101,278中說(shuō)明對(duì)于DC系數(shù)的量化誤差D0，0的計(jì)算，該專利在此引用以供簡(jiǎn)單參考。D0，0直接從對(duì)于內(nèi)部DC精度的知識(shí)而被估計(jì)。
表1.DC量化誤差估計(jì)在得到DCT域中的DC和AC系數(shù)的量化誤差后，統(tǒng)計(jì)量估計(jì)器26最后確定AC和DC系數(shù)MSE的平均值，它可以在數(shù)學(xué)上被表示為如下MSE=D=Σi=0,j=0i=7,j=7Di,j64---(6).]]>此后，PSNR計(jì)算器28通過(guò)使用由統(tǒng)計(jì)量估計(jì)器26得到的平均量化誤差確定PSNR。PSNR的數(shù)值被使用來(lái)評(píng)估視頻質(zhì)量的任何惡化，以及可以通過(guò)使用下式來(lái)計(jì)算PSNR=10log10255×255D---(7).]]>圖4是說(shuō)明按照本發(fā)明的實(shí)施例的評(píng)估視頻質(zhì)量的操作步驟的流程圖。應(yīng)當(dāng)指出，處理與判決塊可以代表由功能上等效的電路(諸如數(shù)字信號(hào)處理電路或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC))所執(zhí)行的步驟。該流程圖沒(méi)有說(shuō)明任何特定的編程語(yǔ)言的句法。相反地，該流程圖顯示本領(lǐng)域普通技術(shù)人員需要的、用來(lái)制作電路或生成計(jì)算機(jī)軟件來(lái)執(zhí)行特定的設(shè)備所需要的處理的功能性信息。
在接收來(lái)自譯碼器14的譯碼的視頻輸出后，在步驟100，由畫(huà)面類型確定器20執(zhí)行8×8塊DC精度計(jì)算，以對(duì)于每個(gè)宏塊確定譯碼的視頻是否為內(nèi)部編碼的。應(yīng)當(dāng)指出，內(nèi)部編碼的畫(huà)面具有與非壓縮的畫(huà)面(或P和B編碼的畫(huà)面)不同的的獨(dú)特的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。在步驟120，在確定被分析當(dāng)前的畫(huà)面是內(nèi)部編碼的畫(huà)面后，所檢測(cè)的內(nèi)部編碼的畫(huà)面然后由DCT塊22進(jìn)行DCT變換，以生成視頻數(shù)據(jù)中AC頻帶的DCT系數(shù)。在步驟140，量化參數(shù)提取器24用來(lái)對(duì)于每個(gè)幀提取相應(yīng)于在以前的編碼操作中使用的量化矩陣。提取量化矩陣(Wi，j)的處理過(guò)程是在如前所述的美國(guó)專利No.6,101,278中說(shuō)明的。量化參數(shù)提取器24還用來(lái)對(duì)于每個(gè)宏塊提取量化器步長(zhǎng)/尺度。
此后，在步驟160，按照公式(1)和(2)，對(duì)于AC參數(shù)估計(jì)DCT系數(shù)統(tǒng)計(jì)量λ2i，j。在步驟160中確定DCT統(tǒng)計(jì)量λ2i，j后，在步驟180，通過(guò)使用公式(5)估計(jì)平均AC量化誤差。平均DC量化誤差是直接從如表1所示的內(nèi)部DC精度估計(jì)的。對(duì)AC和DC量化誤差進(jìn)行平均，以得到總的量化誤差，如公式(6)所示。最后，在步驟200，通過(guò)使用公式(7)計(jì)算PSNR。
在如此描述用于計(jì)算峰值信號(hào)對(duì)噪聲比(PSNR)的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實(shí)施例后，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)看到，已得到所述系統(tǒng)的某些優(yōu)點(diǎn)。按照本發(fā)明，不用參考原始視頻，壓縮的視頻的PSNR可被使用來(lái)評(píng)估畫(huà)面的質(zhì)量。雖然已顯示和描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，可以在不背離本發(fā)明的真正的范圍的條件下作出各種改變和修改，以及可用等效物替代其中的元件。另外，可以在不背離中心范圍的條件下，作出許多修改以適配于具體的情形和本發(fā)明的教導(dǎo)。所以，本發(fā)明不打算被限于作為預(yù)期用于實(shí)行本發(fā)明的最佳模式所公開(kāi)的具體的實(shí)施例，反之本發(fā)明打算包括屬于所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)的所有的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.用于評(píng)估編碼的視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量的方法，該方法包括以下步驟譯碼所述編碼的視頻數(shù)據(jù)的至少一個(gè)重要部分，以產(chǎn)生解壓縮的、包括多個(gè)塊的視頻數(shù)據(jù)；對(duì)于所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)執(zhí)行離散余弦變換(DCT)，以產(chǎn)生包括至少一個(gè)DC頻帶和至少一個(gè)AC頻帶的一組DCT系數(shù)；對(duì)于所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)的每個(gè)塊得出DCT系數(shù)參數(shù)(λ2)和量化步長(zhǎng)(Δi，j)；根據(jù)所述DCT系數(shù)參數(shù)和所述量化器步長(zhǎng)，對(duì)于每組所述DCT系數(shù)估計(jì)平均量化誤差(D)；以及根據(jù)所述平均量化誤差(D)計(jì)算峰值信號(hào)對(duì)噪聲比(PSNR)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中估計(jì)所述平均量化誤差(D)的步驟包括估計(jì)AC頻帶的平均量化誤差(Di，j)的步驟和估計(jì)DC頻帶的平均量化誤差(D0，0)的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述PSNR如下地計(jì)算PSNR=10log10255×255D]]>其中D代表所述平均量化誤差。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述平均量化誤差如下地計(jì)算MSE=D=Σi=0,j=0i=7,j=7Di,j64]]>其中Di，j代表在每個(gè)塊中對(duì)于第(i，j)個(gè)AC和DC頻帶的量化誤差。
5.權(quán)利要求5的方法，其中對(duì)于AC頻帶的所述平均量化誤差按以下公式被確定Di,j=2λi,j2-2λi,jΔi,je-αi,jλi,je-Δi,j2λi,j(1-e-Δi,j/λi,j)[αi,jλi,j+1]]]>其中λ2i，j代表對(duì)于所述AC頻帶的所述DCT系數(shù)參數(shù)以及Δi，j代表所述量化器步長(zhǎng)。
6.權(quán)利要求5的方法，其中對(duì)于所述AC頻帶的所述DCT系數(shù)參數(shù)(λ2i，j)是通過(guò)使得所計(jì)算的二階矩等于所述DCT系數(shù)的估計(jì)的二階矩而被確定的。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述所計(jì)算的二階矩由以下公式表示Si,j=Σb=1N(Ci,jb)2N,]]>其中Cbi，j代表在塊b中的第(i，j)個(gè)AC系數(shù)以及N是總的塊數(shù)。
8.權(quán)利要求6的方法，其中所述估計(jì)的二階矩由以下公式表示Si,j=Δi,j2e-αi,jλi,je-3Δi,j2λi,j[1+e-2Δi,j/λi,j(1-e-Δi,j/λi,j)2].]]>用于低AC頻帶；以及Si,j=2λi,j2]]>用于高AC頻帶。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述量化步長(zhǎng)(Δi，j)基本上相應(yīng)于在以前對(duì)于所述編碼的視頻數(shù)據(jù)執(zhí)行的編碼操作中所使用的編碼參數(shù)。
10.權(quán)利要求1的方法，其中對(duì)于所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)執(zhí)行所述DCT的步驟是在檢測(cè)到所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)的每個(gè)塊中的內(nèi)部編碼的畫(huà)面時(shí)被執(zhí)行的。
11.權(quán)利要求10的方法，其中內(nèi)部編碼的畫(huà)面按以下步驟被檢測(cè)從所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)中提取內(nèi)部DC精度水平；以及如果所述內(nèi)部DC精度水平小于預(yù)定的閾值，則將所述譯碼的視頻數(shù)據(jù)確定為內(nèi)部編碼的畫(huà)面。
12.用于評(píng)估編碼的視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量的設(shè)備，包括一個(gè)譯碼器(16)，用于譯碼所述編碼視頻數(shù)據(jù)的至少一個(gè)重要部分以從中產(chǎn)生解壓縮的視頻數(shù)據(jù)以及用于對(duì)于所述譯碼的視頻數(shù)據(jù)的每個(gè)塊提取量化尺度步幅；一個(gè)離散余弦變換器(DCT)(22)，被配置成把所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)變換成包括DC頻帶和AC頻帶的一組DCT系數(shù)；一個(gè)量化提取器(24)，用于對(duì)于所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)的每個(gè)塊提取DCT系數(shù)參數(shù)(λ2)和量化步長(zhǎng)(Δi，j)；一個(gè)統(tǒng)計(jì)量估計(jì)器(26)，用于根據(jù)所述量化器步長(zhǎng)和所述DCT系數(shù)參數(shù)對(duì)于每組所述DCT系數(shù)估計(jì)平均量化誤差(D)；以及一個(gè)計(jì)算器(28)，用于根據(jù)所述平均量化誤差(D)確定峰值信號(hào)對(duì)噪聲比(PSNR)。
13.權(quán)利要求12的設(shè)備，其中所述量化步長(zhǎng)(Δi，j)基本上相應(yīng)于在以前對(duì)于所述編碼的視頻數(shù)據(jù)執(zhí)行的編碼操作中所使用的編碼參數(shù)。
14.用于評(píng)估編碼的視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量的系統(tǒng)，包括用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀代碼的存儲(chǔ)器；以及適于耦合到所述存儲(chǔ)器的處理器，所述處理器被配置成-譯碼所述編碼的視頻數(shù)據(jù)的至少一個(gè)重要部分，以產(chǎn)生解壓縮的、包括多個(gè)塊的視頻數(shù)據(jù)；-對(duì)于所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)執(zhí)行離散余弦變換(DCT)，以產(chǎn)生包括至少一個(gè)DC頻帶和至少一個(gè)AC頻帶的一組DCT系數(shù)；-對(duì)于所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)的每個(gè)塊得出DCT系數(shù)參數(shù)(λ2)和量化步長(zhǎng)(Δi，j)；-根據(jù)所述DCT系數(shù)參數(shù)和所述量化器步長(zhǎng)，對(duì)于每組所述DCT系數(shù)組估計(jì)平均量化誤差(D)；以及-根據(jù)所述平均量化誤差(D)計(jì)算峰值信號(hào)對(duì)噪聲比(PSNR)。
15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中如果所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)被確定為內(nèi)部編碼的畫(huà)面，則所述處理器對(duì)于所述解壓縮的視頻數(shù)據(jù)執(zhí)行所述DCT。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在不訪問(wèn)源數(shù)據(jù)的條件下估計(jì)編碼的視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)被配置成通過(guò)使用MPEG/H.263譯碼器來(lái)譯碼壓縮的視頻數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生解壓縮的視頻數(shù)據(jù)。被譯碼(16)的數(shù)據(jù)受到離散余弦變換(DCT)，以產(chǎn)生被確定為內(nèi)部編碼的解壓縮的視頻數(shù)據(jù)的一組DCT系數(shù)。同時(shí)，提取(24)包括用于每個(gè)解壓縮的視頻數(shù)據(jù)塊的量化步長(zhǎng)的量化矩陣。接著，從譯碼的視頻估計(jì)(26)DCT系數(shù)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。然后，通過(guò)使用關(guān)于量化和統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的信息確定(28)AC和DC系數(shù)的平均量化誤差。最后，這個(gè)所估計(jì)的量化誤差被使用來(lái)計(jì)算(28)峰值信號(hào)對(duì)噪聲比(PSNR)。
文檔編號(hào)H04N7/26GK1656823SQ03811765
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者D·S·圖拉加, Y·陳, J·E·卡維德斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司