EBU超高清视频主观测试结果

本文为媒矿工厂编译的技术文章

原文标题：Voting with your eyes – subjective video test results

链接：https://tech.ebu.ch/publications/tech-i-039

翻译整理：钟宏成，刘雨奇

引言

2019年欧广联(EBU)生产技术研讨会期间组织了两次广泛的主观测试，会议参与者积极参与其中，本文总结一些主要结论。首先介绍一下超高清（UHD）视频的技术指标：

4K分辨率: 是指水平方向每行像素值达到或者接近3840或4096。根据具体的应用情形有各种各样的衍生分辨率，例如Full Aperture 4K的4096*3112、Academy 4K的3656*2664以及UHDTV标准的3840*2160等，也都属于4K分辨率范畴。

高动态范围图像 HDR: 相比普通的图像, HDR图像拥有更大曝光动态范围（即更大的明暗差别），可以提供更多的动态范围和图像细节。

高帧率 HFR，High Frame Rate: 高帧率是指视频帧率达到50/60或100/120fps。高帧率可带来更清晰流畅的画面，尤其在运动场景下，更高的帧率可以让人感觉运动更平滑自然，从而消除由于帧率不足所带来的卡顿感，更清楚地观看运动画面，提升体验。

宽色域 WCG，Wide Color Gamut: 宽色域指视频采用ITU BT.2020 色彩空间，而普通高清视频采用ITU BT.709 颜色空间。BT.2020 是目前显示设备中最大的色彩空间，覆盖了CIE 1931 色彩空间的75.8%。BT.709 仅覆盖了CIE 1931 色彩空间的35.9%。

高量化精度 High Pixel Bit: 相比于传统视频中多为8bit 量化精度，高量化精度指比特量化位宽提升到10/12bit，可以使颜色更加丰富饱满，同时色阶过渡也比8bit更加流畅。

本次会议针对部分指标进行测试，通过主观测试来判断这些指标的提升对于视频观看质量的影响程度，下面来分析一下实验结果。

HFR真的可以提升视频质量吗？

测试参与者分别评估了常规帧率（50Hz）和高帧率（100Hz，HFR）的HD（1080p）和UHD（2160p）的视频内容。结果表明，帧率从50Hz提升到100Hz，ITU-R BT.500质量等级有超过一分的增益。无论分辨率（HD或UHD）和快门角度（180或360度）如何，以上结果都成立。测试所使用的是先进的100赫兹、65英寸OLED显示器。如果要进一步量化运动插值的影响，还需要更多的测试。

图1 Dagmar Driesnack (IRT)

介绍主观HFR测试结果

不同分辨率的视频源

是否影响视频播放效果？

另一个结果是：测试参与者对于HD和UHD分辨率之间的质量感知差别很小。（参见图2）。视频制作过程中，不同分辨率HD、UHD的视频源在UHD显示器上观看可以得到近似的结果。这可以通过以下事实来解释：对于HD视频，视频源（相机）和播放器（显示器）都应用了上采样。

图2 不同分辨率的视频与参考视频

有相同的主观质量得分

从上图可以看出，选择1080p / 50fps的视频是带宽/质量的最佳点。测试均以相对较高的比特率（60Mbps）进行以避免编码失真。上述描述中HD视频上变换到UHD视频是在外部完成的，与显示器无关。进一步测试可以确定出最合适的传输码率。

我们是否需要主观测试？

BBC和Rai的专家组织了测试，以了解感知视频质量评估VMAF算法与主观测试的相关性。

VMAF的基本思想为：面对不同特征的源内容、失真类型，以及扭曲程度，每个基本指标各有优劣。通过使用机器学习算法（SVM回归因子）将基本指标“融合”为一个最终指标，可以为每个基本指标分配一定的权重，这样最终得到的指标就可以保留每个基本指标的所有优势，借此可得出更精确的最终分数。VMAF对下列基本指标进行融合：

视觉信息保真度（VIF）：VIF是一种获得广泛使用的图像质量指标，在最初的形式中，VIF分数是通过将四个尺度（Scale）下保真度的丢失情况结合在一起衡量的。在VMAF使用了一种改进版的VIF，将每个尺度下保真度的丢失看作一种基本指标。

细节丢失指标（DLM）：DLM是一种图像质量指标，其基本原理在于：分别衡量可能影响到内容可见性的细节丢失情况，以及可能分散观众注意力的不必要损失。

运动：这是一种衡量相邻帧之间时域差分的有效措施。计算像素亮度分量的均值反差即可得到该值。

图3 Roberto Iacoviello (Rai) ,

Simon Thompson (BBC)

介绍VMAF对比的结果。

将VMAF分数与在日内瓦获得的主观（BT.500）分数进行比较，得出结论：现有的Netflix HD模型尚未完全适配常规的内容（例如档案内容，新闻）。但是该方法仍然可以在特定的情况下使用，例如：帮助半自动地调整编解码器。

更多细节详见: tech.ebu.ch/video