网络丢包的无参考视频质量评估方法研究

摘要

IP(Internet Protocol)网络和移动通信的迅猛发展,使得视频信息在IP网络和移动通信网络中的处理和传输受到越来越多的关注。如何对视频质量进行准确有效的评估,已成为在视频压缩、处理以及传输等研究领域迫切需要解决的问题之一。网络丢包是导致视频质量下降的主要原因之一,论文针对网络丢包的无参考视频质量评估进行了深入的研究,主要研究工作着眼于提高客观频质量评估的实时性和有效性。分别从 H.264/AVC编码新特性、丢帧类型、丢包率、包丢失集中度和人眼视觉容忍特性对视频质量的影响等方面进行了深入的研究。主要研究内容包括:
　　1. H.264/AVC网络视频的丢包失真评估。针对由H.264/AVC所使用的新编解码技术引起信道误码、空时域误码传播、空时域误码掩盖及去方块滤波对视频质量的影响,给出了一种计算网络视频丢包失真MSE(Mean Square Error)的无参考视频质量评估算法,该算法充分考虑了空时域误码传播、误码掩盖算法和编码器特性对视频质量的影响,并且计算复杂度低,可以进行实时网络视频质量监控。实验结果表明,使用该算法能够较准确地反映视频质量 MSE。并结合视频内容空时域特性,对全参考视频质量评估方法SSIM(Structural Similarity Metric)进行改进,给出一种基于SSIM的半参考视频质量评估算法。实验结果表明,使用该算法得到的客观视频质量能够较准确地反映视频的主观质量。
　　2.考虑丢帧类型的无参考视频质量评估模型。针对网络视频质量评估需要满足实时性和低资源开销等要求,给出一种无参考网络视频质量评估模型。该模型考虑了丢失不同帧类型、视频内容和丢包影响单帧时人眼视觉容忍特性对视频质量的影响,且不需要对视频完全解码,具有资源开销小、实时性好的特点,适合对实时传输的视频流进行质量评估。实验结果表明,使用该视频质量评估模型测得的视频丢包失真质量评分与其主观质量评分具有很好的一致性,相比于国际标准G.1070中的丢包视频质量评价模型,该模型与主观质量评价的相关性平均提高了6.96％。
　　3.考虑包丢失特性的无参考网络视频质量评估模型。针对相同包丢失率不同包丢失集中度对视频质量影响不同的问题,提出一种考虑包丢失特性的无参考网络视频质量评估模型。该模型依据码流信息在压缩域计算视频的时域复杂度,以及包丢失率对视频质量的影响因子;为了解决包丢失集中度对视频质量的影响,提出在压缩域计算包丢失集中度的方法,进而提出由于丢包引起的视频质量下降的视频质量评估模型,因此适用于具有版权保护的视频序列质量评估,并且资源开销小。实验结果表明,使用该模型测得的视频包丢失质量评分与其主观质量评分有很好的一致性,相比于国际标准G.1070中的丢包视频质量评价模型,该模型与主观质量评价的相关性平均提高了6.18%。
　　4.考虑人眼视觉容忍特性的无参考网络视频质量评估模型。视频通信的最终信宿是人,对视频质量的评价取决于人眼的主观感受,因此合理的视频质量评估方法必须符合人眼的视觉特性,给出一种考虑人眼视觉特性的无参考视频质量评估模型。首先对网络丢包、误码传播以及包丢失在视频帧内的位置对视频帧质量的影响进行了详细的研究;然后分析了网络丢包影响多帧时的人眼视觉容忍性对视频序列质量的影响;最后通过对视频序列时域失真的研究进而得到整个视频序列的客观质量。该模型充分考虑人眼视觉系统的空时域掩盖效应及容忍性、视频内容、包丢失位置、视频序列的时域失真对视频质量的影响,并且该模型只对接收的码流进行简单的包头分析即可得到所需信息,因此具有资源开销小、实时性好的特点,适合对实时传输的视频流进行质量监控。实验结果表明,使用该视频质量评估模型测得的视频丢包失真质量评分与其主观质量评分有很好的一致性。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 视频编码简介

1.3 视频失真效应

1.4 视频质量评估研究现状

1.5 论文主要内容

第二章 视频质量评估方法

2.1 引言

2.2 主观视频质量评估方法

2.3 客观视频质量评估方法

2.4 基于网络丢包视频质量评估

2.5 小结

第三章 H.264/AVC网络视频的丢包失真评估

3.1 引言

3.2 视频主观质量评估实验设置

3.3 H.264/AVC网络视频的丢包失真无参考视频质量评估

3.4 H.264/AVC网络视频的丢包失真半参考视频质量评估

3.5 小结

第四章 考虑丢帧类型的无参考视频质量评估模型

4.1 引言

4.2 MPEG编码标准简介

4.3 包丢失引起的视频失真

4.4 人眼视觉容忍性对视频质量的影响

4.5 不同帧类型对视频质量的影响

4.6 时域复杂度计算

4.7 网络丢包视频质量评估模型建立

4.8 实验结果与仿真分析

4.9 小结

第五章 考虑丢包特性的无参考网络视频质量评估模型

5.1 引言

5.2 包丢失率对视频质量的影响

5.3 包丢失集中度对视频质量的影响

5.4 网络丢包无参考视频质量评估模型的建立

5.5 实验结果与分析

5.6 小结

第六章 考虑人眼视觉特性的无参考网络视频质量评估模型

6.1 引言

6.2 信道误码对视频帧质量的影响

6.3 视觉容忍性对视频帧质量的影响

6.4 视频序列的时域失真

6.5 视频序列的视频质量评估模型

6.6 实验结果与仿真分析

6.7 小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间的研究成果