基于TekMOS的編轉(zhuǎn)碼器測(cè)試

王曉東

（作者單位：深圳廣播電影電視集團(tuán)播控部）

1 研究背景

現(xiàn)在，電視節(jié)目高清化越來越普遍，根據(jù)廣東省的文件指示，到2020年要徹底實(shí)現(xiàn)所有電視節(jié)目頻道高清化目標(biāo)。但在此之前，市面上還會(huì)有標(biāo)清需求，仍然會(huì)有標(biāo)清節(jié)目，目前這一階段將是高標(biāo)清同播的階段，標(biāo)清到高清的轉(zhuǎn)變是一個(gè)慢慢過渡的過程，在這樣一個(gè)過渡階段，仍舊需要重視標(biāo)清信號(hào)的質(zhì)量，所以，信號(hào)質(zhì)量的測(cè)試顯得較為重要，隨著集團(tuán)的建設(shè)發(fā)展，將逐步實(shí)現(xiàn)所有電視節(jié)目頻道高清化的目標(biāo)。

目前，深圳臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“我臺(tái)”）已經(jīng)建有五個(gè)高標(biāo)清同播頻道，擬再改造四個(gè)標(biāo)清播出頻道為高標(biāo)清播出頻道。鑒于我臺(tái)之前的幾個(gè)高標(biāo)清同播頻道，雖然能同時(shí)輸出高標(biāo)清基帶信號(hào)，即在播出層面實(shí)現(xiàn)高標(biāo)清同播，在編碼傳輸層面分別對(duì)高標(biāo)清信號(hào)進(jìn)行編碼，因此，導(dǎo)致系統(tǒng)鏈路較長(zhǎng)，較為復(fù)雜，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)較多。新改造的高清頻道，在播出層面完全是高清信號(hào)，在編碼傳輸環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)碼，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高標(biāo)清同播，這樣就大大簡(jiǎn)化了播出系統(tǒng)的架構(gòu)，優(yōu)化了系統(tǒng)，使播出系統(tǒng)更加清晰簡(jiǎn)單，更便于維護(hù)及管理。

電視信號(hào)編轉(zhuǎn)碼的質(zhì)量，單憑肉眼主觀判斷，無法準(zhǔn)確判斷信號(hào)的優(yōu)劣，需要借助現(xiàn)代化測(cè)試儀器或軟件進(jìn)行客觀的判斷及量化，進(jìn)行準(zhǔn)確的信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)劣判別。本測(cè)試是根據(jù)泰克公司的測(cè)試軟件TekMOS對(duì)信號(hào)進(jìn)行評(píng)分測(cè)試，TekMOS是泰克獨(dú)有的一種非基準(zhǔn)圖像質(zhì)量分析算法，使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)提供一個(gè)平均意見得分（MOS），這個(gè)分值與觀眾評(píng)定內(nèi)容質(zhì)量等級(jí)有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。通過圖形顯示，TekMOS提供了一份簡(jiǎn)便易讀的報(bào)告，會(huì)突出顯示問題，并提供打分依據(jù)，從而判定信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣。

2 信號(hào)測(cè)試平臺(tái)及環(huán)境

本文是基于泰克公司開發(fā)的軟件TekMOS進(jìn)行的圖像質(zhì)量測(cè)試，根據(jù)軟件分析編碼后的流文件的評(píng)分測(cè)試結(jié)果，判定編轉(zhuǎn)碼信號(hào)的優(yōu)劣，進(jìn)而能判定編轉(zhuǎn)碼器的性能。

本測(cè)試取5段不同序列場(chǎng)景的高清節(jié)目素材為測(cè)試的基準(zhǔn)信號(hào)，分別進(jìn)行編碼及轉(zhuǎn)碼測(cè)試，五個(gè)場(chǎng)景涵蓋了運(yùn)動(dòng)及靜止畫面狀態(tài)各異的視頻圖像，所選五個(gè)序列的場(chǎng)景如表1所示。

表1 序列場(chǎng)景

在不同的場(chǎng)景下，分別使用MPEG2標(biāo)清編碼器、H.264高清編碼器、標(biāo)清MPEG2和高清H.264混合輸出編轉(zhuǎn)碼器進(jìn)行編碼。MPEG2標(biāo)清編碼器選擇的是Tandberg的E5710，因E5710是我臺(tái)13+2標(biāo)清編碼系統(tǒng)的編碼設(shè)備，送下游單位的標(biāo)清信號(hào)均是由此類型編碼器編碼，選此編碼器進(jìn)行編碼所得到的編碼質(zhì)量具有一定的參考意義。H.264高清編碼器選擇的是愛立信的CE-X，我處送下游單位天威視訊公司的發(fā)布信號(hào)，編碼方式是H.264，并且均是使用愛立信公司的編碼設(shè)備，設(shè)置時(shí)采用相同幀內(nèi)幀間預(yù)測(cè)編碼[1]。標(biāo)清MPEG2和高清H.264混合輸出編轉(zhuǎn)碼器，此處使用的是哈雷的Electra9200，哈雷公司產(chǎn)品Electra9200是一臺(tái)高清編碼器，但它能夠同時(shí)輸出高標(biāo)清碼流，即它是帶有下變換的轉(zhuǎn)碼功能，高標(biāo)清碼流在進(jìn)入系統(tǒng)下一節(jié)點(diǎn)再進(jìn)行復(fù)用篩選。

因序列場(chǎng)景素材是高清信號(hào)，在使用標(biāo)清編碼器E5710編碼時(shí)，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行下變換處理，我臺(tái)播控系統(tǒng)中高標(biāo)清同播頻道，標(biāo)清輸出的信號(hào)是通過XHD3903板卡對(duì)高清信號(hào)做下變換處理，然后再經(jīng)過13+2編碼系統(tǒng)進(jìn)行編碼后送下游單位，為保證測(cè)試的一致性和可對(duì)比性，此處需要將五個(gè)序列場(chǎng)景經(jīng)過XHD3903做下變換處理，所得到的標(biāo)清信號(hào)再送編碼器E5710進(jìn)行MPEG2方式編碼。

為保證測(cè)試平臺(tái)及數(shù)據(jù)的一致性，保證測(cè)試基準(zhǔn)公平公正，便于測(cè)試結(jié)果比對(duì)，需要做多組對(duì)比測(cè)試實(shí)驗(yàn)，標(biāo)清編碼器的視頻部分基本設(shè)置如下表2所示，音頻編碼方式均為MPEG Layer 2，碼率為256 kbps，立體聲編碼。

表2 標(biāo)清編碼基本設(shè)置

Electra9200需要在軟件界面分別設(shè)置高、標(biāo)清編碼方式，標(biāo)清編碼參數(shù)參照表2設(shè)置，高清編碼器設(shè)置相同的GOP長(zhǎng)度[2]，高清編碼參數(shù)參照表3所示。

表3 高清編碼基本設(shè)置

TekMOS是基于文件的方式進(jìn)行檢測(cè)評(píng)分，不同序列場(chǎng)景的基帶信號(hào)經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)碼后進(jìn)入TekMOS模板進(jìn)行分析測(cè)試，每個(gè)序列場(chǎng)景均需要進(jìn)行流化處理，流信號(hào)測(cè)試流程如下圖1所示。

圖1 信號(hào)測(cè)試流程

3 信號(hào)測(cè)試過程及圖像

將各個(gè)序列場(chǎng)景的流信號(hào)經(jīng)TekMOS分析，第一個(gè)場(chǎng)景馬拉松人群信號(hào)經(jīng)編碼器E5710、CE-X、Electra9200編碼后，再經(jīng)過上述的流化處理，經(jīng)過TekMOS軟件模板分析后，信號(hào)質(zhì)量評(píng)分測(cè)試圖如下圖2、3、4、5所示，其他的序列場(chǎng)景信號(hào)依次經(jīng)編碼器編轉(zhuǎn)碼，再經(jīng)TekMOS評(píng)分測(cè)試，所得評(píng)分圖像不一一累述。

圖2 馬拉松人群E5710的TekMOS得分圖

圖3 馬拉松人群CE-X的TekMOS得分圖

4 測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)TekMOS軟件模板測(cè)試，得出各個(gè)場(chǎng)景下編轉(zhuǎn)碼器的測(cè)試評(píng)分。在TekMOS軟件模板設(shè)計(jì)時(shí)，是基于三方面因素判斷信號(hào)優(yōu)劣，主要是噪音、馬賽克、清晰度等方面判定測(cè)試信號(hào)質(zhì)量。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)是以5分為滿分計(jì)算，得分為3.5分為良好，再根據(jù)各個(gè)序列場(chǎng)景信號(hào)所得分?jǐn)?shù)的高低，以及與標(biāo)識(shí)值3.5分相對(duì)比，從而判定編碼后信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣。

下表4所示為E5710標(biāo)清編碼器和Electra9200編碼器標(biāo)清輸出流的測(cè)試結(jié)果，以流信號(hào)得分的平均值作為重要的參考數(shù)據(jù)分析為依據(jù)，橫向比較容易發(fā)現(xiàn)標(biāo)清信號(hào)經(jīng)Electra9200編碼后其測(cè)評(píng)平均分基本都大于E5710編碼后的測(cè)評(píng)平均分，在樹木森林這個(gè)序列場(chǎng)景中，Electra9200編碼器的測(cè)評(píng)評(píng)分略低于E5710編碼器，且后面三個(gè)序列場(chǎng)景平均得分均大于3.5分標(biāo)識(shí)值，說明其編碼質(zhì)量較好。

表5所示為CE-X高清編碼器和Electra9200編碼器高清輸出流的測(cè)試結(jié)果，同樣以流信號(hào)得分的平均值作為重要的參考數(shù)據(jù)分析為依據(jù)，橫向比較容易發(fā)現(xiàn)高清信號(hào)經(jīng)Electra9200編碼后其測(cè)評(píng)平均分都大于CE-X編碼后的測(cè)評(píng)平均分，后面四個(gè)序列場(chǎng)景平均得分均大于3.5分標(biāo)識(shí)值。將上述編碼器輸出碼流分別用同一解碼器原Tandberg公司的RX8200進(jìn)行解碼，主觀觀察在某些圖像上是可以看出各個(gè)圖像質(zhì)量的好壞，信號(hào)經(jīng)Electra9200編碼輸出后再解碼，仔細(xì)觀察，在某些細(xì)節(jié)上標(biāo)高清圖像質(zhì)量是分別優(yōu)于E5710和CE-X的，這也說明其編碼質(zhì)量較好，能夠滿足系統(tǒng)需求，測(cè)試結(jié)果如表5所示。

5 結(jié)語

我臺(tái)新改造四個(gè)標(biāo)清頻道為高標(biāo)清同播頻道，目前項(xiàng)目正在進(jìn)行中。擬采用Electra9200編碼器對(duì)四個(gè)高清頻道基帶信號(hào)進(jìn)行編碼，編碼輸出為混合的高標(biāo)清碼流，從而實(shí)現(xiàn)高標(biāo)清同播，然后在編碼復(fù)用環(huán)節(jié)挑出需要的碼流分別送下游單位使用。

基于TekMOS的信號(hào)質(zhì)量評(píng)分測(cè)試，從信號(hào)測(cè)試圖像能夠看出信號(hào)在哪些方面失分較多，進(jìn)而在拍攝或是編碼器設(shè)置上進(jìn)行彌補(bǔ)。TekMOS的編轉(zhuǎn)碼質(zhì)量測(cè)試能夠較好地分辨出信號(hào)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，各個(gè)序列場(chǎng)景經(jīng)過主、客觀測(cè)試評(píng)分，顯示出Electra9200編碼器編碼質(zhì)量較好，此編碼器能夠滿足播出系統(tǒng)需求。

表4 標(biāo)清編碼信號(hào)測(cè)評(píng)評(píng)分表

表5 高清編碼信號(hào)測(cè)評(píng)評(píng)分表

圖4 馬拉松人群Electra9200的TekMOS標(biāo)清流得分圖

圖5 馬拉松人群Electra9200的TekMOS高清流得分圖