视频显示质量的首要考虑因素

放眼世界,我们不难发现数字视频正在通过越来越多的渠道涌向消费者的家庭。除通过传统的广播网络、有线和卫星提供商来接收视频信息外,消费者还开始从电信公司及其它 IPTV 服务提供商处获取数字视频内容,或者直接从互联网上下载视频内容。随着可用数字视频内容的不断激增,宽带连接的用户数量也在日益膨胀,这就使得视频显示质量成为消费电子行业竞争中的一项关键的制胜因素。

调查数据证实,电视显示质量是决定消费者购买的最大因素。调查结果表明,60% 的美国消费者认为画质是购买新电视的首要考虑因素,11% 的消费者将品牌作为考虑的第二因素,9% 的消费者将屏幕大小作为第三项考虑因素(信息来源于日立* 美国公司和 KRC* 公司 2007 年对全美 1,055 名成年人所进行的电话调查)。

一旦消费者体验到互联网上丰富多样的数字视频内容,他们自然便会希望按照他们的意愿,随时随地访问自己钟爱的内容。此外,随着人们对 HDTV 的逐渐熟悉,他们还希望获得屏幕到屏幕的优质体验,这就为整个行业提出了一项要求,即从电视到电脑、笔记本电脑,以及手持媒体播放器,优化每款设备和不同屏幕尺寸的视频质量。在英特尔,我们意识到用户的体验质量 (QoE) 正在成为我们赢取消费电子客户的一项竞争决定因素。

为此,英特尔积极致力于开发并推出高端视频处理技术,以便任意视频格式之间的转换提供优化的视觉质量。其中包括在任意位置和不同使用情况下,从子 SD 格式转换为 HD 格式。

影响视频质量的因素有哪些?
在现实生活中,响影视频视觉质量的因素有很多,其中积极因素必须大于消极因素。事实上,自视频创建的那一刻起,便也预示着可能会产生质量的损害。任何使用过具备闪光功能的个人数码相机的人都深有体会,闪光灯幻象、噪音和相机运动伪影都可能对最初的拍摄质量造成一定的影响。

数字视频的一大优点便是它能够通过各种服务提供商和家庭网络实现轻松传输;但是一提到质量,这也可能同时成了它一个不可回避的弱点。一些对于其它形式数字数据来说可能无伤大雅的损害,在视频图像中则会十分明显,哪怕是一个像素丢失、甚至是一个细微的色移都会带来致命的影响。在视频传输时,视频质量取决于视频压缩过程中隐含的损害以及数据包丢失和无线网络的影响。

消费者只是希望视频能够看上去很出色,而人眼却总是十分擅长发现质量问题。值得庆幸的是,我们可以采取很多措施来纠正、改善和调节视频,以优化消费者的视觉体验。

首先我们应注意,原本专为改善模拟视频质量而开发的滤波器和各项技巧,已经被专为数字视频而设计的新型校正和增强方法所取代。与慢性噪声污染和信号衰减相比,压缩与数字传输损害会导致新型伪影的产生,这将逐步损害图像的质量;换言之,从可以接受的视觉质量到恼人的视觉质量转换地太过突然。鉴于数字视频的大小和格式多种多样,其质量问题也就相应呈现多元化态势。我们依次通过以下三个处理阶段来优化数字视频,即:校正处理、图像增强和调整。

校正处理
校正处理的目的是减少可能引起用户不满的负面因素。作为优化视频的第一阶段,执行校正处理可以避免扩散或扩大最终图片中用户反感的某些细节。校正处理包括将图片的负面属性最小化,正面属性最大化。

我们可通过专为高斯噪音,以及柔化色度马赛克、柔化环状亮度色斑和蚊式噪声等压缩失真而设计的噪音消除滤波器,最大限度地降低负面因素。

增强
增强是将以下正面属性最大化的过程:

  • 图像尺寸和分辨率--越大越好
  • 色彩生动程度--场景逼真生动,活灵活现
  • 图像清晰度--细节清晰度
  • 对比度--前景和背景的相对清晰度
  • 运动质量--确保人眼跟踪的移动物体的视觉质量能够不受影响

在校正处理后执行完善处理,以便增强的特性能够一直保持到输出图像时。

图片增强包括以下三个变量:

  • 清晰度,通过亮度和色度瞬态来增强 (LTI/CTI)
  • 色质,包括精准多彩的色调、绿色和蓝色
  • 自适应对比度增强,专为提高不同细节与光照下的景物内容可见度而设计


例 1:清晰度增强。


例 2:色彩增强。


例 3:对比度增强。

调整
调整旨在对具体的显示尺寸和类型进行配对,因此应留待最后来执行。在理想状态下,调整不会导致退化,也不包括弥补方法。正如校正和增强之间(过度校正视频可能会影响其增强潜力)必须达成平衡一样,增强与调整之间也必须实现平衡。因此,无论图片尺寸是扩大还是缩小,我们都应确保增强处理能够达到最佳的最终图像格式。

调整包括缩放图像尺寸和修正图像高宽比,从而使其能够与所使用的显示器相匹配,并对标准清晰度视频进行去隔行扫描处理,以便其在平面电视和电脑显示器等渐进式显示设备上得到渲染。


例 4:
(左)一次显示的隔行扫描区域。
(右)高级运动自适应和运动补偿去隔行扫描。

英特尔的作用
如调查所示,视觉质量是许多消费者选购产品的一项重要考虑因素,这也正是英特尔为何致力于帮助我们的 OEM 客户优化其产品的用户体验质量的原因所在。随着互联网和数字媒体的日益融合,我们相信在所有视图模式下,视觉质量对于数字电视、多媒体和娱乐电脑、数字机顶盒、数字媒体录放机以及移动媒体播放器而言都将成为一项越来越重要的关键制胜因素。我们认为,在片上系统媒体处理器上进行基于硬件的视频质量优化,是最适合于专用消费电子设备的。而基于软件的优化将应用于处理一般的多媒体应用的电脑,这是因为它们大多采用强大的多核处理器,能够实时执行大量复杂的算法。

此外,英特尔还在开发视觉质量标准和业内推广标准方面进行了大量探索。目前的视觉质量衡量标准包括以下三个方面:

  • 通过"黄金眼"专家(在视频处理算法、产品设计和产品开发领域具备多年丰富经验,并且在视频质量评估、优化和指标评测方面具备公认的专业知识)专业测试得出的视觉分析
     
  • 根据 ITU 协议,在专业实验室执行的标准主观测试
     
  • 客观视觉质量标准,如那些由视频质量专家组 (VQEG)(成立于 1997 年,旨在借助组员的专业知识开发标准和工具)制定的标准化评估标准。其中许多 VQEG 组员都在国际电信联盟 (ITU) 的研究团队中发挥着积极的作用。
     
我们期望标准和方法的开发最终能够推动面向 OEM 产品的视觉质量认证,并能加速 IPTV 和按需服务中面向服务质量 (QoS) 管理的客观标准的成熟。

结束语
除了成为接入、内容管理、媒体存储、内容保护和其它领域中的技术领军人物外,英特尔还倾力为客户提供优质的视觉质量和总体体验质量。

现在,无论内容以何种方式显示,或者设备的屏幕大小如何,随着互联网和数字视频的日益融合,消费者对新型消费电子产品的视觉质量要求都将越来越高。英特尔相信在 QoS 目标的引领下,校正处理、图片完善和调整能力将成为消费电子设备的重要平台功能。

除基于硬件和软件的平台组件外,英特尔还致力于客观视觉质量评测方法的开发活动。此外,用于质量评测的客观评测方法和标准,还可能会催生面向服务提供商的消费电子产品的视觉质量认证和 QoS 核实机制。通过确保消费者的质量体验,质量标准势必将掀起采用新型使用模式,以及消费新型服务的风靡狂潮。