专利名称：一种无参考视频质量客观评估方法
技术领域：
本发明涉及视频质量评估领域，尤其是涉及一种无参考视频质量客观评估方法。
背景技术：
在视频评估领域过程中，主要分为主观质量评估与客观质量评估，其中主观质量评估过于复杂且其结果易受多种因素影响，而客观质量评测则是将失真视频与相应的原始参考视频相比较，并根据相似程度得出结论，较为客观。视频客观质量评估可分为三大类方法全参考方法、部分参考方法以及无参考方法。从评估的结果来看，目前大多数的评估算法中，全参考评估方法的结果更接近于人类的主观感受结果。而大多数都是针对全参考的， 其特点就是准确性更高，更符合人类的主观感受，但需要原始文件进行比较，在某些情况下不便于应用。而无参考视频质量检测方法不需要任何原始参考视频的信息，该方法非常适用于对网络终端的视频质量进行实时评价，如因特网上的点播和广播业务等。但目前只有少数机构提出了此类无参考视频质量评估方法，而且其中大多数方法都是根据视频系列中某些特性失真类型的特性，通过对视频的处理和分析来判定特征失真的严重程度，从而估计出视频的质量，结果不够准确，考虑的问题不够全面，不能很好地反应出人类的主观感受，具有一定的局限性。在实际应用中，需要的是一种客观的，全面的，而且易于实现的视频客观质量评估方法。
发明内容
针对以上所述的不足和缺点，本发明提出了一种无需原始视频作为参考的视频质量客观评估方法。本发明采用的技术方案可以描述为
一种无参考视频质量客观评估方法，所述评估方法基于数个评估视频质量的品质参数分别对视频文件进行处理计算，并将计算出的所述品质参数的值合成最终视频质量评估值，其中所述品质参数包括块效应、信噪比、对比度以及边缘能量，所述评估方法还包括以下步骤
步骤1 预处理，其包括以下分步骤
步骤1.1 获取需评估的视频文件，对获取的视频文件进行分帧处理，以将所取得的视频文件分解为单帧图片；
步骤1. 2 对取得的帧图片进行重复帧检测并去掉帧的边缘； 步骤2 参数提取，对所取得的帧图片进行处理计算分别取得所述品质参数的值，其包括以下分步骤
步骤2. 1 对取得的帧图片进行均值滤波，再基于所述帧图片均值滤波前、后的灰度像素值计算出信噪比的值；步骤2. 2 基于人眼视觉特性，引入包括有平坦区限制，块边界限制和非真实边缘限制的限制条件以区分块效应与图像的真实边缘和纹理，使用一阶差分的统计分析对块效应参数的值进行计算；
步骤2.3 基于二阶联合条件概率密度函数，得到灰度共生矩阵，然后再基于所得到的灰度共生矩阵计算出对比度的值；
步骤2. 4 通过各向异性的滤波器来提取帧图片边缘能量值，其中基于帧图片的图像灰度值对帧图片进行卷积计算消除方块效应，并得到图像边缘值，再基于所述图像边缘值进行计算出得边缘平均能量的值； 步骤3 参数合成在得到每一帧图片的所述品质参数的值之后，通过线性拟合得到最终的视频质量评估值。本发明的有益效果是
为了能找到一种能跟全参考评估相匹配的无参考评估方法，本发明从人类视觉系统以及信噪比、块效应、对比度和边缘能量等方面入手，来评估失真视频的质量。通过本发明的使用，将带来如下好处
1、准确性更高；
2、分析更全面；
3、更符合人类的主观感受。
图1为本发明的流程示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明所提出了一种无参考视频质量客观评估方法，其包括信噪比、 块效应、对比度和边缘能量等用于评估视频质量的品质参数，按照以下步骤分别计算出所述品质参数值并最终合成视频质量评估值
1、预处理此步骤包括两个过程，首先是截取需要进行质量评估的一段视频，并对视频文件进行分帧，即将视频文件分解为一帧一帧的图片；然后再对这些帧图片进行分析、处理，如检测重复帧以及去掉帧的边缘；
2、参数提取预处理完成之后，对信噪比、块效应、对比度和边缘能量等品质参数分别进行求值计算，此步骤会在后面进行详述；
3、参数合成在得到每一帧图片的所述4个品质参数的值之后，通过线性拟合最终得到可以客观评价视频质量的值。步骤2又进一步分为4个分步骤，其中在步骤2. 1中，图像的信噪比通常等于信号与噪声的功率谱之比，但通常功率谱难以计算，有一种方法可以近似估计图像信噪比，即信号与噪声的方差之比，其首先计算图像所有象素的局部方差，将局部方差的最大值认为是信号方差，最小值是噪声方差，求出它们的比值，再转成dB数，最后用经验公式修正。本发明通过计算峰值信噪比来表示图像的信噪比。其中，对图像先做均值滤波，把滤波完成的图像当成参考图像来计算。具体步骤如下
首先对图片进行均值滤波，得到均值滤波后的灰度像素值f (i，j)，再可以用下面公式其中T1和T2为阈值。Tl是一个较小的门限，因此S可以用来表示图像局部区域的平滑程度。如果在平坦区域，S通常是一个比较大的值；反之，如果在复杂的区域，S的值就比较小。通过S能够进行区域选择，如果S大于一个门限Τ2则局部区域为平坦区，只有平坦区中的边界可能参与块边界检测的统计计算；否则，判定局部区域为纹理区，纹理区中的边界不参与块边界检测的统计计算。
其中，SNR为信噪比值，而f (i，j)为均值滤波之后的灰度像素值，g (i，j)为滤波之前的灰度像素值，MAX为图像位深，一般取值为255，M, N分别为图像宽与高。基于块的变换编码在图像压缩编码中得到广泛应用，随着码率的降低，量化变得粗糙，在块的边界会出现不连续，形成重建图像的明显缺陷，称为块效应，其主要是由于传输过程中的误码造成的，这种块效应严重影响了解码图像的视觉质量。在步骤2. 2中，本发明对块效应的评估方法基于一阶差分的统计分析，运用平坦区限制，块边界限制和非真实边缘限制等三个限制条件来区分块效应与图像的真实边缘和纹理。首先，定义水平一阶差分矩阵为Dh=Wi^ Cliil,…，屯^丨，其中屯^为f(i，j+1) 和f(i, j)差分的绝对值，f(i，j)为第i行j列像素的亮度值，N为图像的宽度。对于视频编码标准中常用的8X8块结构，我们定义一维向量A= [a0, al, a2, a3, a4, a5, a6, a7]T, 利用块效应的周期特性，计算4为
其中M和N分别是图像的高和宽，Cx8
.y+k~CSj 8 . y+k &CX’ 8 . y+k &cx, 8 . y+k 为权值函数，当 dx,8.y+k满足全部三个限制条件，即平坦区限制cx,8.y+k，块边界限制cx,8.y+k和非真实边缘限制cx，8.y+k时，权值为1，否则，权值为0。本发明只计算平坦区的块效应来尽量避免将图像纹理误判为块效应，同时人眼对平坦区的块效应比对纹理区的块效应更敏感。可以通过计算相关像素的局部活动性来判断图像的平坦区。这样
对于块边界限制，因通常平坦区块边界两侧像素的差分值大于其相邻同侧像素的差分值，因而cx,8.y+k被定义为
权利要求
1. 一种无参考视频质量客观评估方法，其特征在于所述评估方法基于数个评估视频质量的品质参数分别对视频文件进行处理计算，并将计算出的所述品质参数的值合成最终视频质量评估值，其中所述品质参数包括块效应、信噪比、对比度以及边缘能量，所述评估方法还包括以下步骤1)预处理，其包括以下分步骤1.1)获取需评估的视频文件，对获取的视频文件进行分帧处理，以将所取得的视频文件分解为单帧图片；1.2)对取得的帧图片进行重复帧检测并去掉帧的边缘；2)参数提取，对所取得的帧图片进行处理计算分别取得所述品质参数的值，其包括以下分步骤·2.1)对取得的帧图片进行均值滤波，再基于所述帧图片均值滤波前、后的灰度像素值计算出信噪比的值；·2. 2)基于人眼视觉特性，引入包括有平坦区限制，块边界限制和非真实边缘限制的限制条件以区分块效应与图像的真实边缘和纹理，使用一阶差分的统计分析对块效应参数的值进行计算；·2. 3)基于二阶联合条件概率密度函数，得到灰度共生矩阵，然后再基于所得到的灰度共生矩阵计算出对比度的值；·2.4)通过各向异性的滤波器来提取帧图片边缘能量值，其中基于帧图片的图像灰度值对帧图片进行卷积计算消除方块效应，并得到图像边缘值，再基于所述图像边缘值进行计算出得边缘平均能量的值；3)参数合成在得到每一帧图片的所述品质参数的值之后，通过线性拟合得到最终的视频质量评估值。
全文摘要
一种无参考视频质量客观评估方法，所述评估方法基于数个评估视频质量的品质参数分别对视频文件进行处理计算，并将计算出的所述品质参数的值合成最终视频质量评估值，其中所述品质参数包括块效应、信噪比、对比度以及边缘能量，其首先对视频文件进行分帧预处理，然后提取所述品质参数的值，最后通过线性拟合得到可以客观评价视频质量的数值。本发明从人类视觉系统以及信噪比、块效应、对比度和边缘能量等方面入手来评估失真视频的质量，本发明准确性更高、分析更全面、更符合人类的主观感受，其效果可以与全参考评估相匹配。
文档编号H04N17/00GK102202227SQ20111016624
公开日2011年9月28日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者曹修平 申请人:珠海世纪鼎利通信科技股份有限公司