CC BY
172
ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ТАБЛИЦЫ И СИГНАЛЫ ДЛЯ СИСТЕМ ВЕЩАТЕЛЬНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Латыпова Светлана Михайловна,
Аспирантка кафедры ТиЗВ, Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ), Москва, Россия, [email protected]
Ключевые слова: динамическая испытательная таблица, видеоизобрадение, УЭИТ, зрительная система, дефекты сжатия изображения, разрешаюшая способность.
Контроль и оценка работы аналоговых систем на всем тракте доставки программы реализуется путем использования испытательных таблиц. Однако применение таблиц, разработанных для аналоговых систем, не позволяет провести контроль и получить адекватную оценку функционирования современных систем, использующих цифровую обработку и передачу телевизионных изображений. По этой причине, в статье рассматриваются существующие и разработанные новые таблицы, учитывающие характер и особенности работы цифровых кодеков сжатия стандарта MPEG. В аналоговой системе изображение разбивается на строки, в цифровой - на блоки 8х8 пикселей, существующие же стандартные системы измерений хорошо согласованы с одномерной(пост-рочной) структурой кадра.
Приведен анализ недостатков использования статических таблиц для оценки видеоизображений, связанных в первую очередь с формированием P и B кадров. Рассмотрены динамические таблицы, разработанные для проверки не только аналоговых, но и цифровых искажений, таких как блокинг-эффект, мозаичный эффект, потеря разрешающей способности или размытие изображения, окантовки на границах, размытие цветов, искажения типа ступеньки, шумы типа "москито". Среди прочих, рассмотрена таблица, разработанная НИИР, содержащая динамические элементы, исследована степень ухудшения качества при разных скоростях кодирования. А также испытательный сигнал, предложенный Безруковым В.Н. и Севальневым Л.А., который дает возможность сделать объективную оценку степени ухудшения разрешающей способности в системах с цифровым сжатием на фиксированной пространственной частоте с учетом психофизических особенностей зрительной системы человека. Приведен краткий обзор специальных таблиц для широкоформатного и 3D (объемного телевидения).
Основным критерием является субъективная оценка качества изображения, но необходимо создание количественной оценки снижения разрешающей способности на основе данных о сжатии спектра изображения.
Для цитирования:
Латыпова СМ. Испытательные таблицы и сигналы для систем вещательного телевидения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2016. - Том 10. - №6. - С. 13-16.
For citation:
Latypova S.M. Test cards and signals for broadcasting television. T-Comm. 2016. Vol. 10. No.6, pp. 13-16. (in Russian)
Я
13
У
перед ДКП, мозаичный эффект, потеря разрешающей способ! гости или размытие изображения, окантовки Fia границах, размытие цветов, искажения типа ступеньки, шумы типа «моекито». Было создано много различных вариантов испытательных таблиц содержащих динамические изображения. Например, такие компании как "Би-би-си" и Snell & Wilcox использовали их при тестировании своего оборудования, а также в вешании.
Рассмотрим в качестве примера таблицу, разработанную в ПИИР [5]. Динамическая таблица SECAM представляет собой последовательность из 12 кадров стандартной четкости с соотношением сторон 4;3, содержащие прямоугольные и круглые участки. Частота смены кадров равна 25 Гц, Используемый кодер MPEG-2.
Элементы данной таблицы предназначены для анализа цифровых и аналоговых искажений (рис. 3). Таблица разбита на прямоугольные и круглые участки, содержит вращающиеся круги, кресты и перемещающиеся белые круги малого диаметра в большой центральной окружности. Be к горы движения волн плавно меняются в зависимости от координаты в диапазоне 5-10 пикселей за кадр, что позволяет оценить максимальное значение векторов движения, обрабатываемых кодером, определить, проводится ли кодером MPEG-2 компенсация движения с точностью до пикселя. Также таблица содержит элементы стандартной таблицы, это репер-ные метки, цветные полосы SECAM, цветные штрихи 75% яркости и 50% насыщенности, косые линии для проверки правильности чересстрочной развертки, штриховые миры для оценки разрешающей способности и др.
Проводилась оценка качества работы кодера при разных скоростях 8 и 4 Мбит/с. При кодировании на скорости 8 Мбит/с искажения малозаметны. При скорости в два раза меньшей качество изображения становится неудовлетворительным, появляется чакие нелинейные искажения как блокинг-эффекг, окантовки на границах, снижение разрешающей способности (размытость изображения) и резкое снижение качества по пространственному и цветовому направлениям в двумерной Структуре восстановленного цифрового изображения.
Можно сделать вывод о том, что именно блокинг-эффект и разрешающая способность определяют качество изображения. При низких скоростях кодирования наблюдается общее снижение качества, которое влияет на восприятие человеческим глазом.
В статье Безрукою В.II. и Севальнева Л.А. рассмагрива-ется испытательный сигнал, который дает возможность сделать объективную оценку степени ухудшения разрешающей способности в системах с цифровым сжатием на фиксированной пространственной частоте. Для цифровых систем со сжатием спектра характерно изменение пространственно-временных характеристик в пределах динамического диапазона передаваемого телевизионного сигнала. Сигналы, обеспечивающие селективный дискретно-периодический анализ структуры характеристик систем цифрового телевидения в пределах амплитудного и частотного диапазона, позволяют оценить точность декодирования пространственной структуры сигналов изображений [6].
ш
Рис. 4. Исходное испытательное изображение для контроля разрешающей способности
PI
Рис. 5. Испытательное изображение обработанное кодером Л'ЕС с относительно высоким коэффициентом сжатия
Данный испытательный сигнал имеет форму пирамиды с квадратным основанием, что обеспечивает лучший анализ в горизонтальном и вертикальном направлениях, согласно психофизическим особенностям зрительной системы. Поворот испытательного изображения (рис. 4) позволяет изме-
T-Comm Vol. 10. #6-2016
7T>
IS
пять направления контроля разрешающей способности во Внутри кадровом пространстве. I [а рисунке 5 представлено обработанное кодером JPEG изображение. 13 результате сжатия испытательное изображение уменьшилось в размерах, появилось заметное размытое границ, также появилась блочность на границах горизонтальных линий. Использование другой формы и расположения линий испытательного сигнала сможет показать, насколько существенно проявляется искажение изображения в пространственном направлении.
Снижение качества изображения заметно при субъективной оценке, тем не менее, важным фактором внедрения современных испытательных сигналов и таблиц является численная интерпретация полученных результатов, обеспечивающих высокую точность анализа структуры испытатель-пых изображений.
lie остались без внимания и таблицы для популярного сегодня 3D телевидения. Например, британская компания Sky выпустила ролик с подробными комментариями к 3D таблице, элементы которой содержат практически все элементы стандартной УЭИТ, только имеют объем и движутся но всем направлениям, lî таких таблицах особенно важно обеспечивать контроль цветности сигнала, так как для каждого глаза передается свой канал цветности. Отдельные таблицы должны использоваться для оценки воспроизведения видеосигналов с повышенным качеством,
С возросшим числом кодеков и форматов ТВ изображений важным этапом является объективный контроль, который необходимо осуществлять с использованием различных метрик. Использование как статистических, так и динамиче-
ских таблиц позволяет быстро произвести оценку всего тракта прохождения сигнала, по не дает полной картины вносимых искажений в спектр сигнала. Необходимо строго учитывать влияние пространственно-временных характеристик и топкой специфики функционирования зрительной системы на замети ость тех или иных изменений в структуре изображений с формированием интегральней весовой оценки. Целесообразно оценивать также специфику искажений характеристик заданных спектров [7|.
Литература
1. Р. Снепл, В. Штейнберг, М. Левкое. Контроль качества изображения и звука // Журнал «625», 2011. - № 3. - С, 59-62.
2. Гост 20466-75. «Таблица телевизионная универсальная ИТ-72. Диапозитивы. Общие технические условия». - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1984. — 17 с.
3. Универсальная электронная испытательная таблица: [сайт]. URL: hup://dic.academic.ru (лага обращения 14.09.2015).
4. Кривошеее М.И. Основы телевизионных измерений. — М.: Радио и связь, 1988.-698 с.
5. Деоркоеич Л.В.. Деоркоечч В.П., Макаров Д.Г., Новинский Н.Б. Испытательные таблицы для измерения качества цифрового и аналогового телевизионного вещания // Журнал «625», 1999. — №8. -С. 36-42.
6. Безруков ВН., Севальнев Л.А. Измерение характеристик телевизионных систем при цифровом многопрограммном вещании // Broadcasting: телевидение и радио, 2004. - №2. - С. 52-55.
7. Безруков В.И.. Романов С.Г.. Седов МО, Адаптивность при сжатии спектра сигналов изображений в системах цифрового телевидения // Электросвязь, 2013. -№3. - С. 22-26.
TEST CARDS AND SIGNALS FOR BROADCASTING TELEVISION
Svetlana M. Latypova, postgraduate student of the chair "Television and Sound Broadcasting" MTUCI, Moscow, Russia, [email protected]
Abstract
Quality and work estimation of analog system is realized by using test cards well-recommended itself during the whole steps of utilization. However using test cards developed for analog systems don't allow to control and get adequate estimation functioning modern systems using digital processing and transmitting television images. Because of that already existing and new cards were concerned, considered type and specialties of system work of digital television broadcasting. In analog system the image devides into lines, in digital -into blocks of 8x8 pixels, the existing standard measuring systems are well coordinated with one-dimensional (line-by-line) structure of the image. The analysis of shortcomings of use of static tables for an assessment of the video images connected first of all with formation of P and B images is provided in article. The main feature of those cards is dynamic elements which allow to control digital distortions like blocking-effect, mosaic effect, 'stairs' distortions, 'mosquito' noise. Test card invented in Radio Institute, contains elements to control analog and digital distortions, and test signal, offered by Bezrukov V.N. and Sevalnev L.A. allows to make objective estimation of resolution redundancy in digital compression systems on fixed spatial frequency taking into account psychophysical characteristics of human visual system. The short review of special tables for wide-screen and 3D is provided. The main criteria is value estimation of quality of the image, but creation of a quantitative assessment of resolution decrease on the basis of data compression range of the image is necessary.
Keywords: animated test card, video image, universal electronic test card, human visual system, image compression distortions, resolution. References
1. R. Snell, V. Steinberg, M. Levkov. Quality control of the image and sound / "625", 2011, Vol. 3. Pp. 59-62. (in Russian).
2. State Standard Specification 20466-75, " Universal television test card IT-72. Slides. General specifications". - M.: State committee USSR on standards, 1984. 17 p. (in Russian).
3. Universal electronic test card: [site]. URL: http://dic.academic.ru/ (date of the address 14.09.2015). (in Russian).
4. M.I. Krivosheyev. Bases of television measurements. Moscow: Radio and Communication, 1988. 698 p. (in Russian).
5. A.V. Dvorkovich, V.P. Dvorkovich, D.G. Makarov, N.B. Novinsky. Test cards for quality measurement of a digital and analog television broadcasting systems / "625", 1999, Vol. 8. Pp. 36-42. (in Russian).
6. V.N. Bezrukov, L.A. Sevalnev. Measurement characteristics of television systems at digital multiprogramme broadcasting / Broadcasting: television and radio, 2004, Vol. 2. Pp. 52-55. (in Russian).
7. V.N. Bezrukov, S.G. Romanov, M.O. Sedov. Adaptability at compression of image signals spectrum in digital television systems / Telecommunication, 2013, No. 3. Pp. 22-26. (in Russian).
7T>
