Оцінка якості зображення в сучасних і перспективних телевізійних системах - Автореферат

До того часу дослідження в цьому напрямку, що їх проведено іншими авторами в 60-х - 70-х роках (МАКДІАРМІД, Сіокос, Кривошеєв, Кретц, Бернат, Дербі, Олнат, Гофайзен та ін.), призвели до узгодження на світовому рівні в МСЕ декількох загальноприйнятих шкал оцінки якості та погіршення для опису характеристик ТВ зображення, простих методологій оцінки та до пропозицій щодо методів підсумовування погіршень. побудова нових систем і нових методів оцінки якості їх роботи потребує на кожному етапі нових знань про природу якості ТВ зображень у звязку з використовуваними технологіями. Протягом більше за два десятиріччя автор вносив вклад як в розвиток методів оцінки якості, так і в створення принципів побудови нових поколінь ТВ систем і апаратури, в тому числі, методів оцінки якості і технологій технічної реалізації ТВ систем, розрахованих на майбутнє, а також в поглиблення знань щодо побудови нових систем. Метою дисертації є визначення механізмів, які впливають на якість ТВ зображення, вдосконалення і розроблення методів вимірювання якості ТВ зображення; розроблення наукового підходу до розробляння стратегії побудови нових ТВ систем. Вперше уведено концепцію, згідно з якою якість ТВ зображення визначається сукупною дією таких складових, як параметри базової якості зображення на виході джерела, характеристики оброблення зображення в низхідному потоці, а також характеристики пошкодження зображення в системі розподілу програм.Наведено оцінки сучасного досягнутого рівня технічного прогресу, виходячи з визначення базового рівня якості зображення, у частині таких напрямків, як стереоскопічне (3D) телебачення, технологія стиснення та якість стисненого зображення, технологія опису контенту, аспекти віртуального та звичайного виробництва, технологія обладнання зйомки зображень у процесі виробництва та виробництва контенту з використанням мережних технологій, питання побудови домашніх мереж та керування доступом до цифрового контенту, використання відтворювальних пристроїв нового рівня. У розділі 2 - «Аналіз загальних проблем оцінки якості телевізійних зображень і пропозиції щодо їх рішення» - представлено результати досліджень, присвячених аналізу загальних проблем оцінки якості телевізійних зображень та внесено пропозиції щодо їх вирішення. Побудовано базову модель оцінки якості роботи ТВ системи і функціонального звязку оцінки якості з основними параметрами. Базову модель оцінки якості зображення в ТВ системах, в якій спільно враховують всю сукупність чинників, що впливають на якість, може бути виражено як , (1) де - функція, що характеризує закон підсумовування показників якості ; У розділі 3 - «Дослідження та розвиток методів оцінки якості телевізійних зображень» - представлено результати досліджень автора, направлених на розвиток методів оцінки якості ТВ зображень і удосконалення методології оцінки, у тому числі, методів, запропонованих автором, а також відомих методів, за якими автор зробив внесок, спрямований на підвищення ефективності їх використовування.У результаті проведених досліджень висвітлено механізми роботи систем цифрового ТВ мовлення, що впливають на якість ТВ зображень, створено нові методи оцінювання якості зображень, застосовні для сучасних і нових систем, розроблено пропозиції щодо вибору характеристик і параметрів ТВ систем для сучасних і нових застосовань. Цей метод може зокрема забезпечити точні результати для дуже невеликих відмінностей якості, і де порушення можуть мати позитивний або негативний вплив на якість. Визначено метод оцінки якості EBU II, який є методом, додатковим до методів DSIS та DSCQS. Якість слід розглядати як частину сукупності факторів, яка включає кумулятивний вплив різних компонентів тракту розподілу інформації та кумулятивний вплив факторів, що впливають на якість і погіршення зображення. Everyone Needs Standards / David Wood // EBU Technical Review.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У результаті проведених досліджень висвітлено механізми роботи систем цифрового ТВ мовлення, що впливають на якість ТВ зображень, створено нові методи оцінювання якості зображень, застосовні для сучасних і нових систем, розроблено пропозиції щодо вибору характеристик і параметрів ТВ систем для сучасних і нових застосовань.

У процесі розвязання наукової задачі отримано такі основні наукові та практичні результати: 1. Розроблено багатошарову модель тракту передавання телевізійного сигналу від камери до глядача, що є засобом розуміння взаємозвязків різних частин тракту цифрового телебачення та дозволяє зрозуміти взаємозвязки, повязані з якістю зображення.

2. Сформульовано модель для визначення характеристик телевізійних систем, базовану на „ розрахунковій відстані перегляду ”. Запропоновано сімейство значень розрахункових відстаней перегляду, яке може бути розширено далі. Представлено також поняття відстані, що їй віддають перевагу, на основі якої можна побудувати класифікацію телевізійних систем і їх застосовань. Цю пропозицію покладено в основу Рекомендації ITU-R BT.1207.

3. Запропоновано концепцію визначення сімейства контрольованих методологій оцінки, кожну з яких застосовують залежно від чинників, таких як частина тракту, що є предметом оцінки, і природою потрібної інформації. Цей підхід, оснований на використанні багатьох методів, прийнятий в Рекомендації ITU-R BT.500 і використовується як універсальний.

4. Запропоновано метод оцінки якості зображень DSIS (EBU I), в якому на основі попередніх робіт інших авторів прийнято узгоджені шкали погіршень для психофізичних випробувань в телебаченні. Метод передбачає використання шкал контрольованим і визначеним способом, так, щоб результати отриманих випробувань були обґрунтовані, надійні, і переконливі в різних випробуваннях. Розроблено деталі методу, у тому числі, підготування, випробувальні матеріали та аналіз результатів. Це увійшло в Рекомендацію ITU-R BT.500.

5. Розроблено метод DSCQS як цілісний метод, базований на пропозиціях інших авторів по використанню неперервної шкали оцінок. Цей метод може зокрема забезпечити точні результати для дуже невеликих відмінностей якості, і де порушення можуть мати позитивний або негативний вплив на якість. Цей метод також увійшов в Рекомендацію ITU-R BT.500.

6. Визначено, що застосування наведених вище методів має обмеження. Одним з обмежень є те, що значення прикметників, використовуваних експертами, не є таким самим на різних мовах. Інше обмеження - що концептуальні інтервали між прикметниками не є однаковими. Представлено експериментальне підтвердження цього, засноване на випробуваннях.

7. Сформульовано ряд пропозицій щодо розроблення поточних і майбутніх телевізійних систем, а також доповнено розуміння простору якості. Це є, в першу чергу, запропоноване автором використання широкого формату кадру 16:9. По друге - принцип наявності гнучкого замість фіксованого взаємозвязку між мовленнєвим каналом передавання і контентом. По-третє - запропоновано концепцію використання комбінації залежних від застосовання, і загальних складових системи. Все це було вперше запропоновано автором для систем DVB, і використовується з того часу в усіх системах DVB.

8. Визначено метод оцінки якості EBU II, який є методом, додатковим до методів DSIS та DSCQS. За цим методом виконано експериментальні дослідження, які дозволили виявити інформацію щодо критичності систем ТБВЧ до параметрів стиснення відеоінформації.

9. В цілому в роботі прояснено розуміння „простору якості” в розвитку телебачення, з урахування значної кількості чинників, що впливають на сприйману якість зображення, і необхідність ураховувати не тільки технології власно телевізійних систем, але і також і варіацію широкого кола обставин. Якість слід розглядати як частину сукупності факторів, яка включає кумулятивний вплив різних компонентів тракту розподілу інформації та кумулятивний вплив факторів, що впливають на якість і погіршення зображення. Методи повинні мати статистичну основу і бути розраховані на уникнення небажаних зсувів.

ПЕРЕЛІК ОСНОВНИХ ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Вуд Д. Интерпретация смысла определения телевидения высокой четкости / Дэвид Вуд // Праці УНДІРТ. - 2000. - № 2(22). - С. 47-55.

2. Вуд Д. Роль оценки качества изображений в развитии телевизионного вещания / Дэвид Вуд // Праці УНДІРТ. - 2000. - № 3 (23). - С. 48-53.

3. Вуд Д. Новые системы телевидения. Исследования и предложения по их совершенствованию / Дэвид Вуд // Звязок. - 2001. - № 1(27). - С. 26-28.

4. Вуд Д. Возможное влияние воспроизводящих устройств на основе плоских панелей на передачу программ телевизионного вещания / Дэвид Вуд // Праці УНДІРТ. - 2003. - № 2(34). - С. 34-36.

5. Вуд Д. Новая стратегия оценки качества ТВ изображений и качества службы ТВ вещания / Д. Вуд, О.В. Гофайзен, М.О. Кривошеев // Праці УНДІРТ. - 2003. - № 3 (35). - С. 26-28.

6. Вуд Д. Развитие систем видеосжатия / Дэвид Вуд // Праці УНДІРТ. - 2006. -№ 1(45). - С. 40-42.

7. Вуд Д. Стратегії впровадження мовленнєвих цифрових технологій / Девід Вуд // Цифрові технології. - 2008. - № 4. - С. 6-7.

8. Вуд Д. Современное состояние телевизионных технологий и методов оценки качества телевизионных изображений / Дэвид Вуд // Праці УНДІРТ. - 2007. - № 2 (50). - № 3 (51) - С. 22-43.

9. Hoffmann H. 1080P/50: The third-generation HDTV system. Is it a feasible option for production and emission? / H. Hoffmann, T. Itagaki, D. Wood // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції “Технології цифрового мовлення: Стратегія впровадження ” (DBT-2007). - Одеса, 2007. - С. 40-47.

10. Вуд Д. Сучасні проблеми вибору напрямку переходу до цифрового телебачення / Девід Вуд // Праці УНДІРТ. - 2008. - № 2 (54) - № 3 (55). - P. 3.

11. Bernath K. The EBU method for Organizing Subjective tests of Television Picture Quality / K. Bernath, F. Kretz, D. Wood // EBU Review - Technical. - April 1981. - № 186. - P. 2-11.

12. Wood D. On the Eve of the Revolution - Digital Television Broadcasting / David Wood // EBU Technical Review. - Summer 1994. - № 260. - P. 3-12.

13. Wood D. Satellites, Science, and Success. The DVB Story / David Wood // EBU Technical Review. - Winter 1995. - P. 4-11.

14. Wood D. Never mind the quality - what about the programmes? IEE Divisional Lecture / David Wood // London: IEE, February 1997. - № 12. - P. 1-9.

15. Wood D. Everyone Needs Standards / David Wood // EBU Technical Review. № 277. - Autumn 1998. - P. 28-30.

16. Wood D. Digital Radio by Satellite - New risks, new opportunities, and a possible new gateway / David Wood // EBU Technical Review. - № 276. - Summer 1998. - P. 40-44.

17. Wood D. Reading between the lines: Multimedia and the Broadcaster / David Wood // EBU Yearbook. - 2000. - P. 20-21.

18. Wood D. Parental control in Europe / David Wood // EBU Diffusion. - 2001. -

№ 2. - P. 14-20.

19. Wood D. Fundamentals of Public Service Broadcasting / David Wood // EBU Diffusion. - 2002. - № 4. - P. 8-11.

20. Wood D. The Raising of the iron curtain - Ten years on / David Wood // EBU Diffusion. - 2003.- № 36. - P. 1-5.

21. Wood D. Everything you wanted to know about Video Codecs / David Wood // EBU Technical Review - The best of 2003. - 2004. - P. 38-43.

22. Wood D. Haute Definition - Le choix de LEUROPE / David Wood // UER Revue Technique, Selection 2004. - P. 24-32.

23. Wood D. High definition for Europe - A progressive approach / David Wood // EBU Technical Review. - October 2004. - P. 24-32.

24. Baron S. The Foundation of Digital Television: The Origins of the 4:2:2 Component Digital Television Standard / S. Baron, D. Wood // SMPTE Motion Imaging Journal. - 2005. - V. 114. - № 9. - P. 327-334.

25. Hoffmann H. Studies on the bit rate requirements for a HDTV format with 1920?1080 pixel resolution, progressive scanning at 50 Hz frame rate targeting large flat panel displays / H. Hoffmann, T. Itagaki, D. Wood, A. Bock // IEEE Transactions on Broadcasting. - 2006. - 52(4). - P. 420-434.

26. Hoffmann H. Psychophysical Method of Television Picture Quality Evaluation (EBU-II) / H. Hoffmann, T. Itagaki, D. Wood // Electronics Letters. - February 2007. - Issue 4. - V. 43. - P. 212-213.

27. Hoffmann H. 1080p/50 The Third Generation HDTV System Is it a feasible optio9n for production and emission? / H Hoffmann., T. Itagaki, D. Wood // SMPTE Journal. - Issue 4. - Vol. 116. - April 2007. - P. 149-155.

28. Hoffmann H. A novel method for subjective quality assessment and further studies of HDTV formats / H. Hoffmann, T. Itagaki, D. Wood, T. Hinz, T. Wiegand // IEEE transactions on broadcasting. - 2008. - V. 54. - № 1, -

P. 1-13.

29. Wood D. ITU Handbook on Subjective Assessment Methodology / David Wood. - Geneva: ITU, 1994. - 98 p.

30. Sandbank C. EBU Studies in High Definition Television / C. Sandbank, D. Wood // Second international conference on new systems and services in telecommunication . - Liege, November 1983. - P. H1.1- H1.10.

31. Wood D. The EBU contribution to the worldwide HDTV study / D. Wood, W. Habermann // International Broadcasting Convention. - Brighton, September 1986. - P. 149-152.

32. Wood D. Alternative methods of deriving wide aspect-ratio component systems / International Symposium on Broadcasting Technology (ISBT’87). - Beijing, September 1987. - № 24-26. - P. 140-153.

33. Wood D. How much bit-rate reduction is possible? European Perspectives / David Wood // International Television Symposium. - Montreux, June 1991. - P. 601-611.

34. Wood D. Enhanced television - A Global View / Wood D. // Singapore: Proceedings of the Broadcast Asia 92 Conference “Todays Equipment, Tomorrows Technology”. - June 1992. - P. D21-D29.

35. Wood D. Technical and Quality Issues for European Digital television. / David Wood // NAB 1994 Broadcast Engineering Conference Proceedings. - P. 199-204.

36. Wood D. Technicke a kvalitativni problemy europske digitalni televize / David Wood // Pro technickou konferenci Ceske televize. - Cerven 1994. - P. 79-88.

37. Vreeswijk F.W.P. Advantages and disadvantages of scalable approaches from SDTV to HDTV / F.W.P. Vreeswijk, D. Wood // Seminar on new technologies in sound and television broadcasting. - Brazil, July 1994. - P. 667-673.

38. Wood D. Prospects for common worldwide digital television systems / David Wood // Commission of the European Communities - Digital Video Broadcasting Volume of Technical Papers Accompanying the Commissions Communication on Digital Television. - 1994. - P. 281-325.

39. Wood D. Television picture quality: What does it mean, and what does it matter? / David Wood // IAB/ITU International Symposium on Digital Broadcasting, Montreux, October 1994 and EBU Diffusion, Spring 1995. - P. 46-51.

40. Wood D. News on the Edge of Technology / David Wood // EBU Diffusion. - Autumn 1995. - P. 35-38.

41. Wood D. Quality Evaluation: Trying to catch the wind. SSCQE (Single Stimulus Continuous Quality Evaluation ) / D. Wood, J.P. Evain / Montreux: IAB Conference “Made to Measure 96”. - P. 1-11.

42. Wood D. The DVB Project: Philosophy and core system / David Wood // IBC, London, September 1996 and IEE Electronics and Communications Engineering Journal, February 1997. - P 999-1006.

43. Wood D. Bits and Digits. The Digital Environment with special reference to the DVB Project / David Wood // FES /ITU / PRO-AV AFRICA / URNTA Regional Symposium on new technologies in sound and television broadcasting for Africa. - Johannesburg, February 1997. - P. 59-72.

44. Wood D. Broadcast Technology and the Developing World / David Wood // ITU 4th Regional Africa Telecom Forum “Strategies for Sustainable Development”. - May 1998. - ST 2.8.1-ST 2.8.5.

45. Baron S. International Standards for Digital Terrestrial Television Broadcasting - How the ITU achieved a Single-Decoder world / S. Baron , D. Wood // Proceedings of the NAB Broadcast Engineering Conference. - 1998. - P. 150-161.

46. Wood D. Making digital radio worthy of its heritage. / David Wood // European Commission Workshop “Principles for the Implementation of Digital radio” - Brussels, March 1999. - P. 23-27.

47. Wood D. Im a broadcaster - Get me out of here / David Wood // IEE 2-day Seminar on ?IT to HD: Visions of broadcasting in the 21st century?. - London, November 2004. - IEE. - P. 171-178.

48. Wood D. European strategies, approaches, and projects for new media / David Wood // SP: IC (20) , October-November 2005. - P. 789-800.