Subjektivní hodnocení kvality obrazu podle normy ITU-R BT v modifikované verzi DSIS

Transkript

1 Subjektivní hodnocení kvality obrazu podle normy ITU-R BT v modifikované verzi DSIS Návod na cvičení z předmětu studiová technika (X37STT) DATUM Katedra Radioelektroniky ČVUT Fakulta elektrotechnická, Technická 2, Praha, Česká Republika

2 Zkratka předmětu Subjektivní hodnocení kvality obrazu podle normy ITU R BT Úvod Cílem této úlohy je seznámit studenta s metodami používanými pro subjektivní hodnocení kvality obrazu, které stanoví norma ITU-R BT [1] za použití LCD či Plazmového televizoru. Dále se student naučí ovládat speciálně navržený hardware komunikující s PC, který je použit pro samotné hodnocení a velmi urychluje získávání výsledků. V posledním kroku je student seznámen se předpřipraveným skriptem vytvořeným v programovém prostředí MATLAB, který slouží ke zpracování výsledků subjektivního hodnocení v případě více hodnotících. Ve stručnosti lze konstatovat, že toto cvičení provede studenta celým postupem subjektivního hodnocení, od jeho realizace až po závěrečný krok a tím je zpracování výsledků od všech hodnotitelů. 2. Teoretický rozbor Ve zpracování fotografie se můžeme setkat s mnoha algoritmy ovlivňující výsledný vzhled a tedy vjem z finální fotografie. Mezi tyto procesy může patřit kupříkladu demosaicing, odšumování, doostřování či dokonce dodatečné zašumování fotografie atd. Všechny tyto zmíněné procesy významně ovlivňují výslednou kvalitu vniklé fotografie. Kvalita a tedy vjem z finální fotografie může být ovšem ovlivněn mnoha procesy, kupříkladu kvalitou přenosové cesty, která je použita pro jeho distribuci (síla signálu DVB-T) či míra použité komprese. Pro hodnocení kvality obrazu se používá objektivní či subjektivní hodnocení. Vztah mezi objektivním a subjektivním hodnocením je velice komplikovaný a doposud se nepodařilo vynalézt takový objektivní parametr, který by byl ve velké korelaci se subjektivním hodnocením. Je to také způsobeno tím, že lidská rase se stále vyvíjí a její požadavky na kvalitu jsou jinými slovy velmi adaptivní. Proto je neustálá potřeba subjektivního hodnocení zejména v případě zjišťování QoE. Podle doporučení ITU-R BT [1] existují pro subjektivní hodnocení dvě metody: 1. DSIS (Double Stimulus Impairment Scale) Metoda vhodná zejména pro hodnocení vlivu zkreslení obrazu, při kterém zadavatel disponuje originální nezkreslenou předlohou reprezentující plnou kvalitu. Tato metoda předpokládá, že zkreslený obraz bude mít stejnou či horší kvalitu než známá reference. Hodnotící zná dopředu vzhled referenčního obrazu a je dotazován pouze na hodnocení zkresleného obrazu, k tomuto účelu slouží 5stupňová škála. Pro více detailů viz [1]. 2. DSCQS (Double Stimulus Continuous Quality Scale) Tato metoda je oproti DSIS relativní. Je velice vhodná pro hodnocení, ve kterém nejsme schopni poskytnout původní nezkreslený obraz reprezentující plnou kvalitu. Kupříkladu při hodnocení přenosového řetěžce, kdy je možné, že se divákovi výsledný obraz bude zdát lepší než na počátku přenosového řetězce. V tomto případě hodnotící neví, který ze dvou hodnocených obrazů je reference, proto hodnotí kvalitu obou dvou obrazů na spojité stupnici. Více detailů v [1]. Jak můžeme vidět, tak v případě metody DSIS je velice vhodné, že hodnotitel zná dopředu vzhled reference a může tudíž vztáhnout svůj úsudek k určitému prahu, ovšem tuto metodu lze použít jen za předpokladu, že zkreslené obrazy budou v hodnotitelích vyvolávat horší vjem. Pokud tomu bude naopak, pak navržená stupnice nebude postačovat a dojde ke ztrátě velmi drahocenné informace. Kupříkladu při zkoumání subjektivní kvality při doostřování obrazu se zjistilo, že do určité míry doostření kvalita oproti referenci vzrůstá a poté klesá. V tomto případě by se zdálo vhodné využít metodu DSCQS umožňující hodnotit zkreslené obrazy lepší nežli reference, ovšem v tomto případě opět narážíme na problém s neznámou referencí. Praxe ukázala, že jakmile hodnotitel nezná referenci, tak výsledky jsou velmi nespolehlivé. Proto je vhodné k hodnocení využít modifikovanou verzi DSIS, která používá měřítko DSCQS, tedy kontinuální, které zahrnuje i možnost lepšího hodnocení oproti referenci.

3 Zkratka předmětu Subjektivní hodnocení kvality obrazu podle normy ITU R BT Subjektivní hodnocení má přes svoji podstatnou výhodu, kterou je odezva od diváka, také řadu nevýhod. Mezi tyto nevýhody patří jeho časová náročnost, nutnost používání vycvičených pozorovatelů kvůli spolehlivosti výsledků, dále je velmi finančně nákladné. Časovou náročnost je možné eliminovat navržením vhodného hardwaru, pomocí kterého se bude nastavovat a zapisovat úroveň kvality do textových dokumentů, které budou dále strojově zpracovány. K tomuto účelu byl navrhnut Ing. Radkem Podgorným software komunikující s hardwarem. V případě hardwaru se jedná o zařízení obsahující 2 pohyblivé šoupáky a 2 tlačítka určená k odesílání dat do PC. Software je navržen tak, aby splňoval požadavky normy DSIS, viz [1] (intervaly mezi obrázky, šedé pozadí, náhodný výběr, korekce neohodnocených obrázků, atd.). Obr. 1 Hardware pro subjektivní hodnocení kvality obrazu podle modifikované normy DSIS. Síla subjektivního hodnocení spočívá v možnosti využití libovolného množství hodnotících. Čím více výsledků do různých hodnotících pro stejné sekvence obrázků budeme mít, tím více se přiblížíme objektivnímu hodnocení. Ve školních podmínkách je možno získat cca 20 hodnocení stejné sekvence. I v případě pouhých 20 hodnotitelů je její ruční zpracování velmi zdlouhavé, proto je výhodné výsledky zpracovat digitálně a dané soubory vyhodnotit pomocí vhodného softwaru (excel, matlab, atd.) Výsledky subjektivního testování nám dávají velmi cennou informaci výsledné kvalitě testovaných obrázků, zejména v případě, že se testování účastnilo velké množství hodnotících. V případě hodnocení obrazů o vysokém rozlišení, zejména v dnešní době velmi rozšířeném full HD čili 1920x1080 pixelů je potřeba dostatečně velké zobrazovací zařízení, které je schopné zobrazit celý obraz v jeho nativním rozlišení. K tomu je potřeba použití širokoúhlého monitoru či full HD televizoru připojeného k PC pomocí konektoru HDMI či DVI. 3. Úkoly 1. Student se seznámí s normami DSIS a DSCQS pro subjektivní hodnocení kvality obrazu uvedených v *1+, 2. Student připojí Plazmový či LCD televizor z rozlišením full HD k PC pomocí konektoru HDMI či DVI, a nastaví ho tak, aby sloužil jako monitor pro PC ke kterému je připojen, 3. student si prohlídne prezentaci (uloženou na disku) připravenou pro ovládání programu pro subjektivní hodnocení kvality obrazu a seznámí se s grafickým prostředím, zejména si pak všimne zobrazených artefaktů, které se budou hodnotit, aby dopředu věděl v jakém měřítku bude kolísat kvalita a využil celou škálu stupnice pro hodnocení,

4 Zkratka předmětu Subjektivní hodnocení kvality obrazu podle normy ITU R BT student spustí batový soubor qualiteer.bat, kterým spustí program pro subjektivní hodnocení kvality obrazu a do dialogového okna (Obr. 2) vyplní: a) User name: Zadat PŘÍJMENÍ JMÉNO, b) Method: Vyberte volbu dsis, c) Variant: Vyberte volbu 1, d) Joystick: Vyberte volbu TwinSlider, která se objeví pokud je krabička připojena pomocí USB k PC, e) Reference: Po stisknutí tlačítka Browse student určí cestu k referenčnímu souboru, f) Directory: Po stisknutí tlačítka Browse student určí cestu ke složce kde jsou uloženy zkreslené obrázky (dodány cvičícím ve full HD rozlišení), g) Output directory: Po stisknutí tlačítka Browse student určí cestu k prázdné složce ve které budou uloženy jeho výsledky ze subjektivního testování. Obr. 2 Dialogové okno programu pro subjektivní hodnocení obrazu podle modifikované normy DSIS. h) Po vyplnění všech potřebných informací student stiskne tlačítko OK, i) student hodnotí pomocí hardwarového přípravku fotografie. Pomocí levého šoupáku udává jejich kvalitu a černým tlačítkem odesílá data do PC, tyto data jsou postupně zapisovány do textového dokumentu, j) po skončení hodnocení student vypne hodnotící program a zkontroluje vzniklý textový soubor ve složce zadané v Output directory. Složka by měla obsahovat textový soubor s názvem PRIIMENIJMENO_results.txt. Textový dokument by měl mít podbnou strukturu jako na Obr. 4, Obr. 3 Struktura textového dokumentu s výsledky vytvořeného programem po dokončení hodnocení

5 Zkratka předmětu Subjektivní hodnocení kvality obrazu podle normy ITU R BT student uloží své výsledky do sdíleného adresáře vytvořeného cvičícím, který bude obsahovat výsledky všech žáků ve třídě. Ve složce tedy budou jen textové soubory, viz Obr. 4, Obr. 4 Příklad obsahu sdílené složky s výsledky subjektivního hodnocení do všech hodnotících, složka musí obsahovat jen textové soubory. 6. student spustí M-file určený ke zpracování hromadných výsledků ze subjektivního hodnocení a vykreslí výsledky subjektivního hodnocení do grafu s popsanými osami: a) Student spustí M-file určený pro zpracování výsledků subjektivního hodnocení, b) klikne na tlačítko New Graphic viz Obr. 5 (a), c) vyberte pomocí tlačítka Browse složku s výsledky subjektivního hodnocení od všech hodnotících, zatímco tato složka obsahuje jen textové soubory, d) zaškrtnutím vhodné metody pro typ interpolace v boxu type of interpolation zvolte proložení určené k zobrazení grafu (proložení křivkou, čárou, či zobrazení sloupcového grafu). 7. Student diskutuje a porovná výsledky průměru subjektivního hodnocení.

6 Zkratka předmětu Subjektivní hodnocení kvality obrazu podle normy ITU R BT (a) (b) (c) Obr. 5 (a) (b) (c) GUI pro zpracování hromadných výsledků subjektivního hodnocení: uvítací dialogové okno, zvolit New Graphic, pomocí tlačítka Browse zvolit adresář obsahující textové soubory se subjektivním hodnocením, závěrečné zpracování výsledků. 4. Použité zdroje [1] Recommendation ITU-R BT , [Online], <