Раздел 11. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЙ. КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТВ ТРАКТОВ

11.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Перспективы бурного развития ТВ вещания в послевоенные годы инициировали формирование новой важной области ТВ техники — телевизионные измерения, включающей широкий комплекс специализированных светотехнических, электрических и радиоизмерений. Многие методы ТВ измерений были предложены и разработаны в нашей стране и впервые обеспечили создание метрологической базы, связанной со стандартом 625 строк, а затем и с другими  системами [11.1 – 11.12, 11.81, 11.82].

Для обеспечения заданного качества доставки ТВ программ (изображение, звуковое сопровождение, данные) предусматриваются контроль и измерения во всех звеньях тракта от источника программ до устройств воспроизведения. Стандартизация методов оценки технического качества программ вещания позволяет сравнивать результаты и сопоставлять их с данными, полученными в разных пунктах контроля и измерений.

Качество изображения в системах цифрового ТВ вещания снижают искажения, идентичные искажениям в аналоговых системах, и специфические искажения, обусловленные процессом кодирования/декодирования видеосигнала и цифровыми ошибками в канале передачи. К искажениям, связанным с кодированием/декодированием сигнала, относятся шумы квантования, снижение разрешающей способности, эффект мозаики, «комариный» эффект, окантовки на резких перепадах яркости изображения, размытие цветов, ложные узоры, эффект «грязного окна» и другие дефекты [11.7, 11.16 — 11.21].

Основные положения предложенной в России концепции оценки качества изображения и измерений в системах цифрового ТВ вещания рассмотрены в [11.7, 11.10, 11.18, 11.19].

Алгоритмы сжатия объема видеоданных, используемые в цифровых системах ТВ вещания, основываются на кодировании изображения с внутри- и межкадровым предсказанием отдельных его фрагментов. Процесс кодирования/декодирования изображения является нелинейным в пространстве и во времени, поскольку качество воспроизведения того или иного видеофрагмента на приеме зависит от его случайной пред- и послеистории, т.е. от предшествующих и последующих фрагментов, что может приводить к неадекватности искажений данного фрагмента изображения и соответствующего ему измерительного сигнала. В связи с этим имеются ограничения в применении измерительных сигналов, подобных используемым в аналоговых системах. Поэтому потребовались новые подходы к измерениям в системах цифрового ТВ вещания.

Большое внимание уделяется субъективной оценке качества изображения. Используемая при этом методология во многом основывается на способах оценки, разработанных вначале для аналогового телевидения.

Субъективные экспертизы требуют значительных затрат времени и практически не могут использоваться, например, при контроле качества работы цифровых систем в процессе передачи программ ТВ вещания. В связи с этим изыскиваются методы объективной оценки качества изображений, с помощью которых можно было бы измерять искажения сигнала изображения в реальном или квазиреальном масштабе времени и предсказывать субъективное качество изображения по взаимосвязи результатов измерений с визуальным восприятием сюжета.

 

11.2. СУБЪЕКТИВНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ

 

Первые основополагающие отчеты по субъективной оценке качества ТВ изображений были приняты на Х и XI Пленарных Ассамблеях МККР соответственно в 1963 и 1966 годах [11.22, 11.23].

Рабочая группа РГ 11-С, созданная на собрании ИК 11 МККР в 1972 году [11.24], впервые предложила проект Рекомендации, посвященной шкалам градаций качества и общим условиям наблюдения [11.25], а также проекты новых Рекомендаций по субъективной оценке качества ТВ изображений [11.26]. На основе этих и других предложений была разработана Рекомендация ВТ.500 «Метод субъективной оценки качества телевизионных изображений» [11.27], принятая на XIII Пленарной Ассамблее МККР (Женева, 1974 г.). На ее базе были созданы международные рекомендации по методам субъективных экспертиз изображений в аналоговом и цифровом ТВ вещании, а также в других информационных службах.

Предполагалось, что качество изображения может оцениваться неким «прибором», существующим в памяти человека и изменяющим свои показания от наилучшего значения до наихудшего.

В 1970-е годы ИК 11 приняла две системы маркировки такого прибора — шкалу градаций качества и шкалу ухудшений, которыми пользуется зритель для выражения своего мнения о наблюдаемом изображении [11.27]. Эти шкалы явились своеобразной опорой для последующей научной разработки методов оценки качества.

К началу 1980-х годов стало ясно, что наибольшие технические изменения в вещании будут связаны с внедрением цифровых методов в системах цветного телевидения. Это означало необходимость исследования методов оценки различия функциональных возможностей альтернативных цифровых ТВ систем.

В 1980 году была создана новая Временная рабочая группа ВРГ 11/4 [11.28], которая, учитывая прогресс в области оценки качества изображения (Рекомендация ВТ.500 и Отчет 405-3), занялась исследованием важной проблемы определения качества изображения, возможного при различных методах формирования ТВ сигнала.

Группа при активном участии EBU разработала метод оценки качества, получивший название «метод EBU». Согласно этому методу в экспертизе должна участвовать небольшая группа наблюдателей (неспециалистов), оценивающая качество ТВ изображения путем голосования. Оценка осуществлялась с использованием шкалы ухудшений, приведенной в Рекомендации BT.500.

При строго определенных условиях наблюдения статистическая обработка результатов обеспечивала достаточно точную и достоверную оценку качества изображения, возможного в исследуемой системе. Метод был опробован и принят ИК 11 как результат работы по достижению консенсуса по шкалам оценок. Все появившиеся в дальнейшем методы оценки качества основывались на методе EBU. Они позволили в конечном счете вплотную приступить к разработке технических требований и решений по цифровому кодированию ТВ сигналов.

Большой вклад в методологию субъективной оценки качества ТВ изображений внес D. Wood, деятельность которого в разные годы была связана с МСЭ-R, Техническим комитетом Всемирного вещательного союза WBU, Европейским союзом вещания EBU и Техническим комитетом ISO/IECJTC1 MPEG. Он впервые предложил методологии субъективной оценки качества ТВ изображения с использованием двух стимулов (предъявлений изображений на экране) и непрерывной шкалы качества (метод  DSCQS), двух стимулов и шкалы ухудшения (метод DSIS или EBU-I), а также новую методологию с тремя стимулами и непрерывной шкалой оценок (метод TSCES или EBU-II), которая применима к  системам ТВЧ и другим широкоэкранным системам. Предложенные методы DSIS и DSCQS вошли в Рекомендации МСЭ-R BT.500, BT.710, BT.813, BT.1122, BT.1127, BT.1129, BT.1203, BT.1380 и др.;

Основные результаты исследований оценки качества изображений в ТВЧ представлены в Рекомендации МСЭ-Р ВТ.710 «Методы субъективной оценки качества изображения в телевидении высокой четкости» [11.31], принятой в 1990 году (см. Раздел 5).

На основе общей методологии субъективных экспертиз был разработан проект первой рекомендации по оценке качества изображений в цифровых системах стандартного телевидения (Рекомендация ВТ.1129) [11.29]. В ней рекомендовалось пользоваться методологией по Рекомендации ВТ.500 и излагались общие методы субъективных экспертиз цифровых систем, включая системы многопрограммного ТВ вещания (МПТВ) и системы с масштабируемым или иерархическим кодированием сигналов изображения.

На базе Рекомендаций ВТ.500 и ВТ.1129 был подготовлен проект первой рекомендации по субъективной оценке качества изображений в цифровых системах МПТВ с постоянной и переменной скоростью кодирования видеоданных [11.30]. Появился также проект аналогичной рекомендации для систем стереотелевидения (Рекомендация ВТ.1438) [11.32].

Для повышения точности оценки качества ТВ изображений Председатель ИК 11 МККР предложил дополнить Рекомендацию ВТ.500 методом полей сравнения [11.3, 11.5, 11.7, 11.34, 11.35], при котором оба сопоставляемых изображения, соответствующие сигналам на входе и выходе проверяемого устройства или системы либо на выходах сравниваемых систем вещания, демонстрируются одновременно на одном и том же экране монитора.

Особенностью метода полей сравнения является выполнение основного требования — одинаковости спектрального состава свечения сравниваемых полей, находящихся в непосредственном контакте. Оба поля имеют совершенно одинаковую структуру, определяемую типом растра приемного экрана (строки, точки и т. п.). Важно также, что одновременное наблюдение двух полей существенно облегчает обнаружение различий изображений по яркости, цвету и другим параметрам. На основе [11.34, 11.35] был разработан вклад [11.4], а на его базе — проект первого Отчета МККР по измерению помех на экране ТВ приемника [11.48]. Метод полей сравнения вошел в Рекомендацию ВТ.500 (рис. 11.1) и считается одним из наиболее эффективных способов субъективной экспертизы.

В соответствии с предложениями [11.36 — 11.39] ИК 11 приступила к комплексным изучениям экологической защиты зрителей ТВ программ, радиослушателей, пользователей различных средств мобильной связи, фиксированной и подвижной служб и др.

Россия представила вклад «Экологическая защита телезрителей от некоторых психофизиологических воздействий со стороны части программ ТВ вещания» [11.40], основанный на исследованиях, проведенных в нашей стране [11.41 — 11.43]. В нем отмечается, что прогресс в области цифровых и компьютерных средств формирования ТВ программ, включающей, в частности, широкое использование компьютерной графики, компьютерной анимации и нелинейного монтажа, многократно увеличивает вероятность присутствия в составе программ ТВ вещания изображений, создающих недопустимый уровень негативного воздействия на зрительную систему и психику телезрителей. К ним, в частности, относится смена видео- и аудиоконтента с частотой, превышающей инерционность головного мозга, а также наличие в составе видео- и аудиосигналов частот, близких к частотам альфа-ритма электроэнцефалограммы головного мозга человека, что представляет особую опасность. Такие эффекты способны нанести психофизиологическую травму зрителю в самом широком диапазоне — от легкого ощущения мешающего воздействия или дискомфорта до прямого поражения психики и нервной системы. Известным примером такого поражения является имевший место в 1997 году инцидент, заключающийся в возникновении эпилептического синдрома у нескольких сотен детей, просматривающих телевизионный анимационный фильм. Негативное влияние может оказывать также передача нераспознаваемого зрителем на сознательном уровне, но воздействующего на подсознание так называемого «скрытого кадра» (25-й кадр). Этот термин в телевидении означает замещение одного из существующих в видеоряде кадров изображением, отличным от основного сюжета.

Как следует из количественных значений временных и информационных характеристик зрительного анализатора человека, он обладает двумя видами инерционности: инерционностью ощущения оптической системой и инерционностью осознания изображения, воспринимаемого оптической системой. Длительность инерции осознания в 5-10 раз (в зависимости от сложности изображения и степени подготовленности зрителя) превосходит длительность инерции ощущения, составляющую в среднем 40 мс. Таким образом, изображение, заключенное в однокадровых вставках, воспринимается неосознанно, так как оно оказывается скрытым вследствие своей кратковременности.

Так как подавление сигналов, вызывающих отрицательное психофизическое воздействие, не всегда возможно на стадии их формирования в аппаратно-студийном комплексе, то методом борьбы с ними (с учетом перехода к цифровому ТВ вещанию) представляется выявление и подавление этих сигналов непосредственно в абонентских приемных устройствах. Предложено ввести в приемные устройства специальное программное обеспечение (ПО), выявляющее негативно влияющие видеопоследовательности и блокирующее их отображение на экране ТВ приемника.

Такое ПО должно осуществлять непрерывный мониторинг сигналов просматриваемой ТВ программы и в случае обнаружения пульсаций изображений с глубиной модуляции сигнала яркости более 30 % от уровня белого в диапазоне частот 6-12 Гц автоматически блокировать появление изображения на экран телевизора, заменяя его статическим изображением из памяти абонентской приставки STB (Set-Top Box), либо переключать телевизор на прием другого канала на период следования вредных пульсаций. Возможна также оперативная корректировка изображения, осуществляемая так, чтобы глубина модуляции мельканий на частотах 6 — 12 Гц была снижена до некоторого значения, безопасного для зрителя. При этом максимальное снижение глубины модуляции должно приходиться на частоту 10 Гц.

В интерактивных системах цифрового ТВ вещания должны быть предусмотрены архивирование данных о выявленных вредных последовательностях изображений в различных вещательных программах (дата и время телепрограмм, точный хронометраж вредной последовательности) в памяти абонентских STB и автоматическая передача соответствующих статистических данных по обратному каналу на серверы компаний, в чьих программах были обнаружены вредные последовательности. Это станет службой экологической медиаметрии цифрового ТВ вещания.

В результате обсуждения российского вклада [11.40] на собраниях ИК 6 МСЭ-Р и ее Рабочих групп в сентябре 2001 года было решено направить письмо относительно экологической защиты телезрителей во Всемирную Организацию Здравоохранения (ВОЗ), изучающую вредные воздействия, а также в Международную организацию по стандартизации (МОС) и Международную Электротехническую Комиссию (МЭК), стандартизующие технические требования к оборудованию (рис. 11.2).

Разработана Рекомендация МСЭ-Р ВТ.1702 [11.44], призывающая вещательные организации и изготовителей бытовой аппаратуры принимать меры по предотвращению эпилептических припадков у зрителей при наблюдении мерцающих ТВ изображений или отдельных их фрагментов в домашних условиях. В этой рекомендации рассматриваются основные виды вредных для зрителей мерцаний с различной частотой и продолжительностью, приводится методика определения предельно допустимой яркости телеэкрана и указывается необходимость применения адаптивной временной фильтрации сигнала, снижающей не менее, чем на 20 дБ, уровень мерцаний с частотой 10-30 Гц при сравнительно небольшом ухудшении качества изображения. Возможно также использование оптического фильтра в виде комбинации фильтра, отражающего длинноволновые красные световые лучи, и нейтрального светофильтра.

При субъективной экспертизе ТВ стереоизображений согласно [11.66, 11.67] наряду с разрешающей способностью, цветовоспроизведением и прочими параметрами, проверяемыми обычно в моноскопических ТВ системах, анализируются также другие характеристики, специфические для стереосистем, в том числе, разрешающая способность по глубине изображения, передача движения в его глубине, искажения типа эффекта миниатюризации (неестественные размеры объектов) и эффекта “картона” (неестественная толщина объектов), комфортность просмотра изображений и др.

Оценка общего качества изображений, их четкости и глубины осуществляется в соответствии с Рекомендацией ВТ.500 МСЭ-Р “Методология субъективной оценки качества телевизионных изображений”. При наличии эталонного изображения применяют двухстимульные методы с непрерывной шкалой качества или ухудшений, например в случаях сравнения стереодисплеев, испытаний систем кодирования ТВ сигналов и т.п. В отсутствие эталонного изображения можно использовать метод категорических мнений, в частности, для анализа преимуществ той или иной стереосистемы по сравнению с другими системами.

Для субъективной оценки качества изображений в цифровом ТВ вещании (студии, телевидение стандартной, промежуточной и высокой четкости) рекомендуется также пользоваться многоформатной испытательной таблицей (рис. 11.3), приведенной в [11.72]. Таблица с соотношением сторон 16:9 имеет центральную зону формата 4:3 и две одинаковые по размерам боковые зоны. В центре таблицы расположен круг на сером фоне с наборами штриховых изображений и маркерами, указывающими полосу пропускания системы (0,8 частоты Найквиста) и частоту Найквиста для систем с разложением на 483, 576, 720 и 1080 строк.

В верхней части круга имеется черная зона с информацией для пользователя о канале передачи или источнике сигнала. Ниже расположена белая полоса, являющаяся эталоном для размещенного еще ниже набора цветных полос, который может использоваться при контроле передающих ТВ камер, кодеков, мониторов и другой аппаратуры для цифрового представления и излучения сигналов.

Ниже цветных полос расположены изображения пилообразных изменений составляющей яркости Y и цветоразностных составляющих B-Y и R-Y.

Далее помещены упомянутые выше наборы штрихов, соответствующие сигналам качающейся частоты Y (строки 120 — 1920), B-Y, R-Y (строки 60 — 960), и изображение градационного клина, ступеньки которого соответствуют 10 % максимального размаха видеосигнала между уровнями черного и белого.

Под градационным клином расположена полоска, перемещающаяся по горизонтали слева направо и предназначенная для проверки синхронности изображения и звука, а также фиксации активного состояния тракта. При пересечении полоской середины зоны появляется изображение сигнала синхронизации звука с вертикальными участками, соответствующими опережению, совпадению и запаздыванию звука относительно видеосигнала.

В нижней части круга расположена красная полоска на желтом фоне, используемая для проверки расхождения составляющих яркости и цветности.

Левая боковая зона таблицы содержит изображение сигналов качающейся частоты B-Y (отвечает числу строк от 32 до 360), R-Y, B-Y (строки от 32 до 360) для формата 4:2:0. Имеются маркеры, указывающие частоты Найквиста для систем с прогрессивной разверткой изображения на 483 и 576 строк.

В правой боковой зоне помещено изображение сигналов качающихся частот Y, R-Y, B-Y для формата 4:2:2, соответствующих числу строк от 64 до 720. Предусмотрены маркеры частот Найквиста, аналогичные маркерам в левой боковой зоне.

В связи с прогрессом в технологиях изготовления ТВ дисплеев, включая улучшение параметров кинескопов и матричных дисплеев, ставится задача дальнейшего повышения качества изображений на экранах. Для ее решения в современных телевизорах и дисплеях все шире используются встроенные в дисплей или источник сигналов цифровые процессоры, позволяющие осуществлять эффективную обработку видеосигнала перед его отображением [11.61]. Эти процессоры могут применяться, например, для:

— масштабирования параметров растра источника сигнала, для сопряжения с физическим разрешением дисплея (количеством пикселей матрицы экрана), в том числе, для сигналов ТВЧ с синтезом дополнительных пикселей;

— преобразования чересстрочной развертки растра в прогрессивную;

— улучшения градационной характеристики дисплея;

— коррекции искажений цветопередачи дисплея.

Применение цифровой предобработки видеосигналов в дисплеях позволяет существенно улучшить субъективное качество изображения при отображении сигналов стандартного телевидения. В то же время использование цифровых методов обработки, в частности, преобразование параметров растра и переход от чересстрочной развертки к прогрессивному разложению, может приводить, например, к искажению фаз перемещающихся объектов, зазубренности наклонных линий и другим дефектам воспроизводимого изображения.

Следует отметить, что улучшение качества изображения существенно зависит как от параметров процессора, так и от используемых алгоритмов преобразования видеосигнала, и становится актуальной задача разработки новых испытательных изображений и тестовых сигналов, предназначенных для субъективной и объективной оценки эффективности цифровой обработки сигнала в телевизорах и дисплеях и выявления возможных искажений изображения в результате такой обработки.

В связи с этим Россией было предложено включить в Вопрос изучения 44/6 исследование испытательных изображений и измерительных сигналов для оценки эффективности цифровой обработки сигналов в телевизорах и выявления возможных искажений изображения в результате такой обработки [11.62]. На основе данного предложения был разработан проект пересмотра указанного Вопроса [11.63], принятый на пленарном собрании 6-й ИК в апреле 2005 года [11.64].

Продолжается разработка новых методов субъективной оценки качества изображений с включением их в Рекомендацию МСЭ-Р ВТ.500. Эта рекомендация имеет статус основного руководства по проведению субъективных экспертиз как в ТВ вещании, так и в других видеоинформационных службах.

Перечень рекомендаций МСЭ-Р по субъективной оценке качества ТВ изображений приведен в Приложении 1.1.

 

11.3. ОБЪЕКТИВНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ

 

В 1950-х годах в нашей стране была создана теория весовых функций и взвешивающих цепей для применения в области ТВ измерений и контроля [11.2, 11.5, 11.6, 11.45].

Предложенное и разработанное в СССР устройство для измерения отношения сигнал-помеха впервые в мировой практике решило проблему использования взвешивающей цепи, учитывающей особенности визуального восприятия флуктуационных помех на ТВ изображениях в реальных условиях работы аппаратуры [11.3, 11.7, 11.47]. Появилась возможность коренным образом изменить как методы нормирования, так и измерения флуктуационных помех в ТВ каналах, оценивая их с учетом видности помех на экране. На основе теории взвешающей цепи и ее оптимальных кривых затухания МККР рекомендовал применять цепь с постоянной времени τ = 0.33 мкс.

Это привело к значительному экономическому эффекту, так как нормируемое отношение сигнал / помеха с равномерным спектром помехи, составлявшее 48 дБ, было снижено до 41 дБ для ЧМ систем с треугольным спектром помехи. Радикально изменились методы как нормирования и стандартизации, так и измерения флуктуационных помех в ТВ каналах на основе оценки их с точки зрения отношения сигнала к взвешенной помехе, т. е. с учетом заметности помех на экране.

Был сделан первый шаг к введению взвешивающих цепей в ТВ метрологию [11.5, 11.47, 11.49 — 11.51]. В дальнейшем разработали взвешивающие цепи и для измерений каналов цветного телевидения, ТВЧ и т. д. [11.8, 11.52]. Продолжаются изучения принципов построения автоматических измерительных приборов (квалиметров)[11.7] с использованием различных взвешивающих цепей, позволяющих прогнозировать субъективную оценку качества ТВ изображений.

Спецификации предложенных в СССР взвешивающих фильтров [11.7] отражены в Рекомендации 567 СМТТ «Параметры телевизионных цепей передачи, предназначенных для использования в международных соединениях», ныне Рекомендация J.61 МСЭ-Т.

Технические решения для реализации метода испытательных строк предложены и испытаны в СССР [11.53] раньше, чем появились зарубежные публикации в данной области [11.54]. Для этой цели был предложен селектор строк, который с помощью фазовращателя смещал кадровые синхронизирующие импульсы на 3600 и позволял вводить в свободные строки кадровых гасящих интервалов ТВ сигнала как дискретные значения сигналов, например, фрагментов испытательных таблиц, так и полностью сформированные измерительные сигналы [11.1, 11.7, 11.53]. Метод испытательных строк с использованием полностью сформированных сигналов оказался предпочтительным для контроля ТВ каналов протяженных линий связи в автоматических контрольно-измерительных системах. Впервые набор сигналов испытательных строк для контроля тракта с верхней граничной частотой 6 МГц был предложен в [11.55] и нашел отражение в Рекомендации МСЭ-Р ВТ.1439 «Методы измерений для применения в студии аналогового телевидения и аналоговых телевизионных системах в целом» [11.56].

Для автоматизации ТВ измерений весьма эффективным стало использование компьютеров [11.7]. Первые результаты были получены в начале 70-х годов (рис. 11.4). Они были представлены во вкладах СССР в МСЭ и закрепили приоритет нашей страны в самом начале прогресса в этой области.

Важное значение имеет также предложенный и внедренный в СССР, а затем и в других странах метод дистанционного контроля основных характеристик ТВ тракта, основанный на преобразовании широкополосных измерительных сигналов, включая сигналы для ТВЧ, в их узкополосные аналоговые или цифровые эквиваленты [11.7, 11.33, 11.57]. Это дает возможность осуществлять дистанционные контроль и управление параметрами ТВ тракта в процессе вещания, используя передачу результатов контроля на любое расстояние по обратным узкополосным, например, телефонным каналам и запись их на обычных принтерах, в компьютерах и т. п.

Указанные предложения широко применяются и при изучении технологии контроля и измерений параметров систем цифрового ТВ вещания. В качестве примера можно отметить методы объективной оценки качества изображения на приемной стороне на основе анализа различия содержания исходного и принятого видеосигналов, фрагменты которых выполняют функции цифровых испытательных строк, с передачей сведений о параметрах исходного сигнала на приемную сторону по отдельному каналу или в составе цифрового сигнала программы вещания [11.58].

При объективных испытаниях систем цифрового вещания необходимо учитывать особенности визуального восприятия ТВ изображений и звука, специфические для программ цифрового вещания [11.13]. В связи с этим разрабатываются новые взвешивающие цепи, характеристики которых отвечают чувствительности зрения и слуховой системы человека к мешающему действию помех и искажений на ТВ изображение и аудиоинформацию. Параметры таких цепей должны быть согласованы с такими свойствами зрительного и слухового аппарата, как адаптация к восприятию аудиовизуальной информации, неодинаковая чувствительность к восприятию ВЧ и НЧ пространственных и временных компонент информации, маскирующие эффекты и другие факторы, определяющие субъективное качество ТВ изображения и звука. Целесообразно стремиться к созданию комплексной модели, достаточно точно отражающей специфику визуального и слухового восприятия звуковой и видеоинформации в цифровом вещании. Практическое использование весовых функций должно содействовать достижению адекватности (корреляции) результатов объективных и субъективных испытаний цифровых систем и в итоге созданию измерителей качества – квалиметров. Описание некоторых предложенных моделей изложено в [11.46].

Один из примеров новых решений в области взвешивающих цепей для цифрового ТВ вещания приведен в [11.59]. Этот метод основан на вейвлет-преобразовании [11.60] сигналов каждого кадра эталонного (исходного) и анализируемого ТВ изображений. По результатам преобразования вычисляют векторы среднеквадратических разностей сравниваемых сигналов всех кадров и вектор, соответствующий среднему значению разностных векторов, с информацией о пространственных частотах разности сигналов изображений. Далее осуществляются одномерное вейвлет-преобразование этого вектора и представление полученных данных в виде вектора среднеквадратического значения частотных компонентов разности сигналов в пространственной и временной областях. Объективную оценку качества анализируемого изображения предлагается производить по результатам перемножения указанного вектора на вектор весовой функции, учитывающей особенности визуального восприятия различных частотных компонентов зрительной системой человека.

По предложениям Администрации Украины [11.68, 11.69] разрабатывается новый Отчет МСЭ-Р по мониторингу и измерениям в системах цифрового наземного ТВ вещания ATSC, DVBи ISDB[11.70]. В нем приводятся классификация методов контроля и измерений параметров систем, методы измерения и анализа транспортного потока MPEG-2, измерения параметров радиочастотных и ПЧ параметров, включая модуляционные искажения, отношения сигнал/помеха, несущей к помехе и интерференционным помехам, а также оценка потока цифровых ошибок. Излагаются методика и результаты изучения влияния фазового шума в канале и разбаланса синфазной и квадратурной составляющих радиосигнала ТВ вещания на параметры систем DVB-Tи DVB-T2. Приводятся сведения о зависимости потока цифровых ошибок от уровня помех при изменении частоты генератора тактовых импульсов в приемном устройстве. На основе [11.71] рассматриваются требования к качеству работы системы наземного вещания DVB-T2 на уровне транспортного потока в процессе ее эксплуатации.

Перечень рекомендаций МСЭ-Р по объективному измерению качества изображения приведен в Приложении 1.1.На базе этих рекомендаций разработан ряд приборов, используемых для контроля и измерения характеристик трактов и систем цифрового ТВ вещания [11.73 — 11.77]. Начаты исследования по гармонизации параметров сигналов передаваемых ТВ программ и методов повышающих качество их воспроизведения на приемной стороне. (Подраздел 12.3, [12.74]).

Изучением методов объективной оценки качества изображений наряду с ИК 6 МСЭ-Р [11.78] занимаются также ИК 9 МСЭ-Т [11.79], ИК 12 МСЭ-Т [11.80] и другие организации.

 

Иллюстрации и документы:

 

11-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 11.1. Оценка качества телевизионных изображений методом полей сравнения (Рекомендация МСЭ-Р ВТ.500)

 

11-2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 11.2. Обращение в ВОЗ, МОС и МЭК по изучению средств экологической защиты

 

 

 

11-3

Рис. 11.3. Многоформатная испытательная таблица

 

 

11-4

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 11.4. К измерениям параметров сигналов испытательных строк с помощью компьютера 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

11.1. Кривошеев М. И. Метод основных испытаний телевизионных передающих трубок / / Радиотехника. — 1951. — № 1.

11.2. Кривошеев М. И. Измерения в телевизионном оборудовании. — М.: Связьиздат, 1956.

11.3. Кривошеев М.И. Международная стандартизация цифрового телевизионного вещания. – М.: Научно-исследовательский институт радио (НИИР), 2006.

11.4. CCIR.USSR. Measurement of noise directly on the receiver screen // Doc. XI / 24, 21 May 1958.

11.5. Кривошеев М. И. Оценка и измерение флуктуационных помех в телевидении. — М.: Связьиздат, 1960.

11.6. Игнатьев Н. К. Весовая функция помех в телевидении / / Сборник трудов ГосНИИ Мин. Связи СССР. — 1961. — Вып. 1 (22).

11.7. Кривошеев М. И. Основы телевизионных измерений. — М.: Радио и связь, 1964, 1976, 1989.

11.8. Кривошеев М. И., Дворкович В. П. Измерения в цветном телевидении. — М.: Связь, 1971; Krivosheev M. I., Dvorkovich V. P. Measurements in colour television. — Moscow.: Mir Publishers, 1974.

11.9. Кривошеев М.И., Виленчик Л.С. Измерения в системах цифрового телевидения // Электросвязь. – 1977. — № 2.

11.10. Кривошеев М. И., Виленчик Л. С., Красносельский И. Н. и др. Цифровое телевидение / Под ред. М. И. Кривошеева. — М.: Связь, 1980.

11.11. Кривошеев М.И., Кустарев А.К. Световые измерения в телевидении. – М.: Связь, 1973: Krivosheev M.I., Kustarev A.K. Photometric measurements in television/ — Moscow.: Mir Publishers, 1978.

11.12. Кривошеев М.И., Кустарев А.К. Цветовые измерения. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

11.13. ITU-R. Chairman of Study Group 11. The new approaches to quality assessment and measurements in digital broadcasting / / Doc. 10-11Q / 9, 6 October 1998.

11.14. Кривошеев М. И., Мкртумов А. С., Федунин В. Г. Качество изображения и измерения в цифровом телевидении / / «625». — 1999. — № 1.

11.15. Сухарев Е.М. Участие А.А. Расплетина в разработке и реализации стандартов черно-белого телевидения // «625» — 2007. — № 3.

11.16. ITU-R. Recommendation ITU-R BT.813 — Methods for objective picture quality assessment in relation to impairments from digital coding of television signals.

11.17. Krivocheev M., Glasman K., Tretyak S. and others. A Test Card for Video Quality Testing in Compression Systems / / Proceedings of 2001 International Broadcasting Convention.

11.18. Кривошеев М. И., Мкртумов А. С., Федунин В. Г. Основные положения концепции оценки качества изображения и измерений в цифровом телевидении / / Второй международный конгресс НАТ «Прогресс технологий телерадиовещания», Москва, 4-6 ноября 1998 г. — Тезисы докладов.

11.19. Кривошеев М. И., Мкртумов А. С., Федунин В. Г. Методы оценки и измерений качества изображений в цифровом телевидении / / Материалы Международного конгресса НАТ «Прогресс технологий телерадиовещания», Москва, 1-3 ноября 1999 г., TRBE’99.

11.20. Гласман К. Ф., Логунов А. Н. Объективная оценка артефактов видеокомпрессии / / Материалы Международного конгресса НАТ «Прогресс технологий телерадиовещания», Москва, 1-3 ноября 1999 г., TRBE’99.

11.21. Дворкович А. В., Дворкович В. П. Метрологическое обеспечение аналого-цифрового ТВ-канала / / Материалы Международного конгресса НАТ «Прогресс технологий телерадиовещания», Москва, 17-20 октября 2000 г., TRBE’2000.

11.22. CCIR. Report 313 — Assessment of the quality of television pictures / /  Xth Plenary Assembly CCIR, Geneva 1963.

11.23. CCIR. Report 405 — Subjective assessment of the quality of television pictures / / XI Plenary Assembly CCIR, Oslo 1966.

11.24. CCIR. Study Group 11. Summary Record of the first meeting / / Doc. 11 / 130, 6 July 1972.

11.25. CCIR. Study Group 11. Summary Record of the second meeting / / Doc. 11 / 159, 13 July 1972.

11.26. CCIR. Study Group 11. Summary Record of the first meeting / / Doc. 11 / 223, 18 July 1972.

11.27. CCIR. Recommendation ВТ.500 «Method for the subjective assessment of the quality of television pictures” / / CCIR, XIII Plenary Assembly, Geneva, 1974. — Vol. XI — Broadcasting service (television) — Study Group 11.

11.28.  CCIR. Study Group 11. Summary Record of the sixth and last meeting // Doc. 11 / 229, 23 October 1980.

11.29. ITU-R. Study Group 11. Report by the Chairman (Period February 1993 to February 1994) / / Doc. 11 / 223, 26 January 1994.

11.30. ITU-R. Study Group 11. Report of the Chairman of Study Group 11 (Period March 1994 to May 1995) / / Doc. 11 / 79, 17 May 1995.

11.31. ITU-R. Recommendation BT.710 — Subjective assessment methods for image quality in high-definition television.

11.32. ITU-R. Study Group 11. Draft new Recommendation — Subjective assessment of stereoscopic television pictures / / Doc. 11 / 119 (Rev. 1), 29 June 1999.

11.33. CCIR. Working Group CMTT-B. Draft Study Programme (CCIR / CMTT) «Automatic measuring and monitoring on television chains” / / Doc. CMTT / 98, 13 September 1968.

11.34. Кривошеев М. И. Способ измерения цвета деталей изображения. / / Авторское свидетельство № 102427, приоритет от 26 мая 1953 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 30 января 1956. — «Бюллетень изобретений». — 1956. — № 1.

11.35. Кривошеев М. И. Способ измерения яркости деталей изображения на экране приемной телевизионной трубки. Авторское свидетельство № 103280, приоритет от 11 октября 1950 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 28 мая 1956 / / «Бюллетень изобретений». — 1956. — № 5.

11.36. ITU-R. Member of Steering Committee, Honorary Chairman of Study Group 6. Proposals to third meeting of the Steering Committee / / Doc. 6SCOM / 32, 26 March 2001.

11.37. ITU-R. Member of Steering Committee, Honorary Chairman of Study Group 6. Proposals for the Steering Committee meeting (September 19, 2001) / / Doc. 6SCOM / 49, 28 August 2001.

11.38. ITU-R. Honorary Chairman of ITU-R Study Group 6. Proposals for the Steering Committee meeting (13 March 2002) / / Doc. 6SCOM / 70, 6 March 2002.

11.39. ITU-R. Member of Steering Committee, Honorary Chairman of Study Group 6. Proposals for the Steering Committee meeting (September 9 and 12, 2002) // Doc. 6SCOM / 87, 21 August 2002.

11.40. ITU-R.Russian Federation. Ecological protection of video viewers against some harmful psycho-physiological action on the part of the TV broadcasting programs/ / Doc. 6M/ 65, 6P/ 71, 7 September 2001.

11.41. Абрамов В. А., Крапивина Е. Н., Мишенков С. Л. Экологические проблемы телерадиовещания // Семинар московского НТОРЭС им. А. С. Попова. — Великие Луки, июль 2000.

11.42. Немцова С. Р. Направление научно-практических исследований в области экологии телерадиовещания // Информационный бюллетень «Телерадиовещание» АО ВНИИТР. — 2000. № 2.

11.43. Немцова С. Р. Исследование основных характеристик аудиовизуальных систем с позиции экологической защиты потребителя информации. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -–М.: 2001.

11.44. ITU-R. Recommendation BT.1702 — Guidance for the reduction of photosensitive epileptic seizures caused by television.

11.45. Маковеев В. Г. Об амплитудной весовой функции флуктуационных помех в телевидении / / Техника кино и телевидения. — 1968. — № 2.

11.46. ITU-R. Report BT.2020 – Objective quality assessment technology in a digital environment.

11.47. Кривошеев М. И. Устройство для измерения отношения сигнал-помеха в радиоприемнике в режиме, близком рабочему / / Авторское свидетельство № 112350, приоритет от 18 апреля 1957 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 1 февраля 1958. — «Бюллетень изобретений». — 1958. — № 4.

11.48. CCIR. Draft Report «Direct measurement of noise on the receiver screen” / / Doc. XI / 64, 4 June 1958.

11.49. Кривошеев М. И. Учет особенностей визуального восприятия флуктуационных помех при их измерении в видеосигналах / / Техника кино и телевидения. / / 1958. — № 12.

11.50. СМТТ. СССР. Измерение отношения сигнала к помехе в видеосигналах при нормальном режиме работы аппаратуры с учетом мешающего действия флуктуационных помех // Док. СМТТ/23, Монте-Карло, 1958.

11.51. Krivocheev M. I. Mesure des bruits erratigues dans une voie de têlêvision / / Revue genêrale d’electronique. — 1964. — № 210, 211.

11.52. CCIR. USSR. Measurements in HDTV / / Doc. 11 / 340, Period 1986 – 1990.

11.53. Кривошеев М. И. Способ выделения строки из телевизионного растра / / Авторское свидетельство № 82552, приоритет от 21 июля 1949 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 21 марта 1950. — «Бюллетень изобретений». — 1950. — № 9.

11.54. Fröling H. E. Das Prüfzeilenverfahren beim Fernsehen / / Technische Hausmitteilungen des NWDR. — 1955. — № 7.

11.55. Техническая комиссия ОИРТ ГИ-3. СССР. Кривошеев М. И., Еремин В. И. Контроль и измерение основных качественных показателей телевизионного тракта в процессе передачи с помощью испытательных строк / / Док. ТК-III-63 / 59-60, Москва,1960.

11.56. ITU-R. Recommendation BT.1439 — Measurement methods applicable in the analogue television studio and the overall analogue television system.

11.57. Кривошеев М. И. Способ дистанционного контроля основных качественных показателей телевизионного тракта / / Авторское свидетельство № 145262, опубликовано в 1962 г. — «Бюллетень изобретений». — 1962. — № 5.

11.58. ITU-R. ITU-T Study Group 9. Liaison Statement — Objective video quality measurements / / Doc. 6Q / 3, Period 2000-2003.

11.59. ITU-R.Republic of Korea. Proposed preliminary draft new Recommendation — A new method for objective measurement of video quality using wavelet transform / / Doc. 6Q / 42, Period 2000-2003.

11.60. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. — М. — Иж.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2004.

11.61. Кривошеев М.И. Перспективы развития телевидения. – М.: Радио и связь, 1982.

11.62. ITU-R. Russian Federation. Proposals on revision of Question ITU-R 44-1/6 – Objective pictures quality and associated measurement and monitoring methods for digital television images / / Doc. 6Q / 100, 23 March 2005.

11.63. ITU-R. Working Party 6Q. Proposed revision of Question ITU-R 44-1/6 – Objective pictures quality and associated measurement and monitoring methods for digital television images / / Doc. 6 / 196, 12 April 2005.

11.64. ITU-R. Chairman, Study Group 6. Report of the fourth meeting 0f Study Group 6 (13 – 14 April 2005) / / Doc. 6/203, 6 June 2005.

11.65. Кондрашин А., Лямин А., Слепцов В. Аспекты современных технологий доставки видеоконтента и перспективы их развития // Broadcasting (Телевидение и радиовещание). — 2013. — № 1, 2.

11.66. ITU-R. Recommendation BT.1438 – Subjective assessment of stereoscopic television pictures.

11.67. ITU-R. Recommendation BT.2021 – Subjective methods for the assessment of stereoscopic 3DTV systems.

11.68. ITU-R. Ukraine. Proposal of a working document towards a  preliminary draft new Report ITU-R BT.[DTTBMEASUREMENT] – Measurement methods for digital terrestrial television broadcasting systems // Doc. 6C/550, 20 September 2011.

11.69. ITU-R.Ukraine. Proposition on working document to preliminary draft new Report ITU-R BT.[DTTBMEASUREMENT] – Guidelines on measurements for digital terrestrial television broadcasting systems // Doc. 6C/164, 6A/238, 11 April 2013.

11.70. ITU-R. Annex 13 to Working Party 6A Chairman’s Report. Working document toward preliminary draft new Report ITU-R BT.[DTTBMEASUREMENT] – Guidelines on measurements for digital terrestrial television broadcasting systems // Annex 13 to Document 6A/264, 17 April 2013.

11.71. Digital Video Broadcasting (DVB). Measurement guidelines for DVB systems: ETSI TR 101 290. – ETSI, 2001.

11.72. ITU-R. Recommendation BT.1729 — Common 16:9 or 4:3 aspect ratio digital television reference test pattern

11.73. Дворкович В.П., Басий В.Т., Борисочкин В.В. Об обеспечении единства измерений в цифровом телевидении // Радиочастотный спектр. – 2009. — № 6.

11.74. Дворкович В.П., Басий В.Т., Макаров Д.Г., Шлеев С.Е. Измерения в системах аналогового и цифрового телевизионного вещания // Радиочастотный спектр. – 2009. — № 4.

11.75. Басий В.Т., Дворкович В.П., Макаров Д.Г. Новые методы измерения частотных характеристик телевизионных каналов в компьютерном анализаторе «ТЕСТЕР-Э» // Труды НИИР. – 2007. № 2.

11.76. Полосин Л. Л., Третьяк С.А., Самсонова И. Г., Толочков Д. В. Методы и средства измерений в цифровом стереоскопическом телевидении // Вопросы радиоэлектроники, серия «Техника телевидения». – 2012. — Вып. 1.

11.77. Каталоги «Оборудование для цифрового телевещания» — 2010, 2011, 2012 // http://broadcasting.ru/articles2/allpubliks.

11.78. ITU-R. Study Group 6. Question 44/6 – Objective picture quality parameters and associated measurement and monitoring methods for digital television images.

11.79. ITU-T. Study Group 9. Question 12/9 – Objective and subjective methods for evaluating perceptual audiovisual quality in multimedia services within the terms of Study Group 9.

11.80. ITU-T. Study Group 12. Question 9/12 – Perceptual-based objective methods for voice, audio and visual quality measurements in telecommunication services.

11.81. Кривошеев М.И. Внедрение электронного ТВ-вещания. О вкладе С.Н. Новаковского в становление и развитие электронного телевизионного вещания в нашей стране.// Журнал «625 Plus HD». — 2014. -№ 2.

11.82. Кривошеев М.И. События, факты, перспективы — Сборник «Телевидение за кадром». — М.: изд. «Елима», 2009.