采用内容划分方法的视频质量评价

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其中 l ( x y) c( x y) s( x y) 分别是亮度, 对比度和结构比较
σ x 和 σ y 分别 函数;μ x 和 μ y 分别是 x 和 y 的样本平均值;
3.2
4-SSIM 算法的内容划分方法
在 4-SSIM 算法中, 将图像划分为 4 个部分: (1) 改变的
是 x 和 y 的 样 本 标 准 差 ;σ xy 是 x 和 y 的 样 本 相 关 系 数 ; 用来保证以上 3 个函数的 C1、 C 2 和 C 3 是足够小的正常数, 分母趋近于 0 时的计算稳定性。联合以上 3 个方程, 两个 图像的结构相似度 SSIM ( x y) 由以下公式给出:
1
引言
通常来说, 人是视频应用的最终消费者, 因此评价视
频中已知的图像特性进行对比, 以这些特性的接近程度来 衡量失真视频的质量; 第三种是无参考算法, 不需要参考 视频, 根据人类视觉特性直接对失真视频进行质量评价。 由于后两种算法没有完整的参考视频作为比较基准, 而仅 仅以某些图像特性和人类视觉特性作为算法的基础, 评价 准确性难以保证。因此, 目前研究的重点仍是全参考算法。 由于计算简单, 峰值信噪比 PSNR 在相当长的时期内 都是评价视频质量的重要方法, 但大量事实表明其评价结 果在很多情况下与人的真实感受不一致, 比如, PSNR 值很 高但视频的质量却很差。为了解决这个问题, 许多能反映 人真实感受的客观视频质量评价算法先后被提出。 Zhou Wang 等根据人类视觉系统对自然图像的结构敏感性原理
[3]
(5)
一般情况下, SSIM 在一个 11×11 的滑动窗口内计算, 滑动窗口逐像素地在整个图像空间内滑动。最后, 对所有 窗口的 SSIM 值取平均得到整幅图像的 SSIM 值。同时, 相 应的 SSIM 映射图可以直观地看出图像的结构失真部分。 传统的 SSIM 算法从结构失真的角度考虑失真图像的 质量, 虽然在一定程度上反映了人类视觉系统的真实感 受, 但是并没有考虑到具体的图像内容, 例如, 边缘区域必 然包含了极其重要的图像信息 [6], 而且人类视觉系统对其 失真也是相当敏感的, 如果将它和图像中的平坦光滑区域 赋予同样的权值, 显然是不合理的。因此, 根据实际的内 容将图像划分为不同的区域对其进行更细致的分析, 并根 据人对不同区域失真的敏感程度赋予不同的权值, 则能更 真实地反映人的视觉感受。
3.1
(1) (2) (3)
4-SSIM 算法的整体流程
4-SSIM 算法的整体流程如图 1 所示, 共分为 4 个步骤: (1) 计算失真图像的 SSIM 映射图。 (2) 在不考虑 SSIM 计算结果的情况下, 跟据变化率将
参考图像和失真图像划分成 4 个区域。 (3) 依据人类视觉系统的敏感程度赋予不同区域不同 的权值。 (4) 对所有区域进行加权求和。
SSIM ( x y) = l ( x y)α × c( x y) × s( x y)
β γ
边缘区域: 在参考 (或 失 真) 图像中存在, 而在失真 (或 参 考) 图像中的不存在的边缘区域; (2) 保留的边缘区域: 在 参考和失真图像中相同的边缘区域; (3) 纹理区域: 图像细 节密集而人类视觉系统无法分辨的区域; (4) 光滑区域: 图 像光滑, 细节较少的区域。文献 [7] 给出了将图像划分为 3 个区域的方法, 本文在此基础上进行了修改, 将图像划分 为 4 个部分, 并根据实验结果对阙值进行了适当调整。具

杰, 谢永强, 谭建明, 等: 采用内容划分方法的视频质量评价
2013, 49 (11)
SSIM ( x y) = (2μ x μ y + C1)(2σ xy + C 2)
2 2 2 ( μ2 x + μ y + C1)(σ x + σ y + C 2 )
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提 出 了 基 于 结 构 相 似 性 的 SSIM[1] 算 法 。 之 后 , 在此基础 上, Zhou Wang 又通过对图像的反复低通过滤和降采样将 原来的算法扩展为 MSSIM[2], 使其在性能上有了较大的提 高。 VSNR 利用小波进行图像分析, 将可观察到的自然图
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度结构化的, 而且人类视觉系
3
基于内容划分的 4-SSIM 算法
基于人类视觉系统对图像不同区域敏感程度不同的
统对自然图像的结构失真是高度敏感的, 结构失真会造成 图像质量的大幅下降。基于上述事实, SSIM 算法在经过空 间校准后的参考图像 x 和失真图像 y 之间定义了如下三 个比较函数: 2μ x μ y + C1 l ( x y) = 2 μx + μ2 y + C1
频 质 量 最 准 确 的 办 法 是 主 观 质 量 评 价 。 但 是 根 据 ITU-T BT500 所规定的方法进行主观质量评价, 不但要花费大量 的人力和物力, 而且无法嵌入到视频应用系统中。因此, 如何获得高效的客观视频质量评价算法已经成为目前亟 待解决的问题。 根据参考视频的可用程度可将目前的客观视频质量 评价算法分为三类。第一类是全参考算法, 参考视频完全 可用, 将失真视频和参考视频进行比对, 以与参考视频的 接近程度来衡量失真视频的质量; 第二类是半参考算法, 仅仅知道参考视频的某些图像特性, 将失真视频和参考视
基金项目: 国家创新基金 (No.11c26215115768) ; 重庆市重点攻关基金项目 (No.cstc2011ab2064) 。 作者简介: 姚杰 (1986—) , 男, 硕士研究生, 主要研究领域为视频质量评价; 谭建明, 男, 教授; 李东, 硕士研究生; 唐超, 硕士研究生; 王伏华, 硕士研究生。 收稿日期: 2011-10-09 修回日期: 2011-11-25 文章编号: 1002-8331 (2013) 11-0158-04 CNKI 出版日期: 2012-03-08 /kcms/detail/11.2127.TP.20120308.1520.007.html
构特性和视觉感知特性, 而对图像进行整体质量分析无法有效反应出这些差异。鉴于此, 提出了一种基于内容划分的结 构相似性图像质量评价算法, 根据图像不同区域的变化率将图像分为 4 个部分, 分别进行质量评价。采用运动估计的帧加 权的方式将该方法扩展到视频质量评价中。实验证明了该算法与目前比较流行的几个算法相比具有较高的评价准确性。 关键词: 图像质量评价; 视频质量评价; 结构相似性 文献标志码: A 中图分类号: TP391 doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.1110-0081
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2013, 49 (11)
Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用
采用内容划分方法的视频质量评价

2 杰 1, , 谢永强 1, 谭建明 2, 李 3 东 1, , 唐
超 2, 王伏华 2
2 3 YAO Jie1, , XIE Yongqiang1, TAN Jianming2, LI Dong1, , TANG Chao2, WANG Fuhua2
1.中国电子设备系统工程公司, 北京 100141 2.重庆通信学院 军事网格实验室, 重庆 400035 3.解放军理工大学 指挥自动化学院, 南京 210007 1.China Electronic Equipment System Engineering Company, Beijing 100141, China itary Grid Laboratory, Chongqing Communication Institute, Chongqing 400035, China 3.Institute of Command Automation, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China YAO Jie, XIE Yongqiang, TAN Jianming, et al. Video quality assessment using content-partitioned approach. Computer Engineering and Applications, 2013, 49 (11) : 158-161. Abstract:Current structural similarity based image quality assessment algorithm is generally the overall image quality analysis. However, different regions in image have different structural characteristics and visual perceptions, and the overall quality analysis can not reflect these differences effectively. In this view, a content-partitioned structural similarity image quality assessment algorithm is presented, which partitions an image into four regions according to their different gradient magnitudes and assesses the qualities of these regions respectively. A frame motion estimation weighted approach is used to extend this approach to video quality assessment. The experiments show that the proposed is more accurate than several modern popular algorithms. Key words: image quality assessment; video quality assessment; structural similarity 摘 要: 目前基于结构相似性的图像质量评价算法均是对图像进行整体质量分析, 但图像中不同的区域存在着不同的结