2016年4月1日
By 1月时特约编辑
专题文章

如何使用客观的质量测量工具

每个压缩文件都涉及许多与配置相关的决策, 包括决议, 数据速率, H.264配置文件，VBR或CBR，熵编码技术，x.264个预设帧、b帧、参考帧——这个列表还在继续. 大多数编码专业人员只是使用从其编码工具提供的预置中收集的配置, 或者从网上找到的食谱. 但是，您如何确保从选定的数据速率中挤出最后一点质量呢, 或者你的视频是最佳的带宽效率? 你怎么知道1080p@ 7有多少额外的质量.5Mbps的流通过5.5 mbps流?

基本上, 你有三个选择:忽略这个问题，抱最好的希望, 实施耗时且昂贵的主观测试, 或者使用客观的质量度量, 哪些更便宜，消耗更少的时间, 但仍然需要投入金钱和精力. 在过去的18个月里，我选择了最后一种选择. 在本文中, 我将向您介绍两种客观的质量测量工具, 并描述我如何使用它们来做出更明智的压缩相关决策. 但是让我们先简单描述一下什么是客观质量基准.

什么是质量指标?

毫无疑问, 评估视频质量的黄金标准是受控的主观测试, 哪一个。, 如前所述, 运行起来是否耗时且昂贵. 客观质量基准是将压缩视频与源视频进行比较的算法，并呈现一个值，预测压缩文件在主观测试中的表现. 有多种算法, 所有的评分都是根据他们与实际主观评价的相符程度. 没有一个是完美的，但有些人比其他人表现得更好.

我使用两个工具来计算这些分数:莫斯科大学视觉质量比较工具(VQMT), 995美元)和SSIMWave视频体验质量监视器(SQM), ~$2,400). 两者都在GUI和批处理模式下运行，这对大多数项目来说都是一个救星.

短暂的, VQMT是一个与算法无关的工具，允许您运行20多种不同质量的算法, 或者算法的不同版本, 包括我们熟悉的峰值信噪比, 和结构相似指数(SSIM). 出于各种原因我对VQM标准进行了标准化，分数越低表示质量越好. 仍然, 对于熟悉度量并希望看到结果的客户或主管来说，计算PSNR和SSIM的能力通常很有用.

从可用性的角度来看，批处理和GUI模式下的操作都很简单. GUI可以同时处理两个文件(图1), 当您比较不同的编码方案并希望查看实际帧中的差异时，这是非常方便的, VQMT接口促进了什么. 主要的限制是，您只能比较与源文件相同分辨率下的文件质量. 这阻止了以下面讨论的方式进行分析, 在给定比特率的情况下，您试图找到文件的最佳分辨率. 超出这个限制, VQMT非常有用, 还有一个免费的试用版，你可以下载处理文件到, 但不包括, 分辨率为720p. 你可以查找有关产品和试用版的信息, 请阅读我对该产品的评论, 在YouTube上观看一个简短的演示.

VQMT可以一次比较两个文件，并提供这种可视化，让您可以扫描被测试的文件。. 单击“显示框架”，查看实际的框架.

SSIMWave SQM工具提供了不同的价值主张. 具体地说, 该工具是围绕该公司的SSIMplus算法构建的, 这是和周王共同发明的吗, 他是该公司的联合创始人和SSIM算法的共同发明者, 哪一个。最近获得了艾美奖来自电视学院. 根据由公司研究人员进行的测试, 较新的SSIMplus算法在SSIMplus评分和所有测试算法的实际主观评分之间提供了最准确的匹配, 其中包括SSIM和VQM, 我在VQMT中使用的算法. 目前，SQM工具是访问SSIMplus算法的唯一方法.

不像VQMT, SQM评级预测主观评价, so a score of 80 to 100 predicts that live viewers will find the video excellent in quality; 60 to 80 predicts that viewers will rate the video good in quality, 以此类推，直到零. 与此形成鲜明对比的是, VQM评级可以告诉你哪个视频的质量更高, 但这与观众的感知水平无关.

除此之外，SQM还提供了VQMT所没有的两个关键特性. 第一个, 你可以选择一个特定于设备的配置文件，SQM将呈现一个分数，预测在这些设备上观看视频的观众对视频的评分. 这很重要, 因为在智能手机上好看的东西在65英寸4K电视机上不一定好看. 其次，SQM可以在不同于源分辨率的分辨率下预测分数. 这样就可以进行下面的第二个分析, 您希望在哪里找到特定比特率文件的最佳分辨率.

当我写我对SQM的回顾在我看来，这个产品很有能力，但缺乏VQMT提供的可视化工具. 如图所示图2， SSIMWave添加了这些功能，使该工具在这一非常重要的方面达到了与VQMT相当的水平.

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SQM的新QoE分析器，一个非常有用的SQM可视化工具

我如何使用这两个工具? 在和他们一起工作了几个月之后, 我发现VQM比SQM更像煤矿里的金丝雀, 并且更善于识别文件之间的细微差异. 如第150页的表3所示，VQM找到了一个6.5Mbps和6mbps之间有8%的差别.5Mbps的文件，SQM发现一个0.12%的差异. 当然, 有时，这些差异加起来并没有什么可察觉的, 正如SQM分数所显示的那样, 但由于VQMT使这些差异非常容易发现, 我还是觉得很方便. 除了, 有时候，许多微小的差异累积起来就会产生巨大的差异, 而VQMT则揭示了个体成分的巨大差异.

当然，SQM提供了一个非常有用的对应物. 可以说，如果VQMT说天要塌下来，而SQM说放松，我倾向于放松. 此外, SQM提供多分辨率(很快), 多帧率分析, 以及VQMT不提供的特定于设备的配置文件. 我发现这两种工具在各自的角色中都是无价的.

我的测试文件

让我们花一些时间来描述测试文件. 正如您将看到的，不同类型的视频对各种压缩选项的响应不同. 出于这个原因, 如果你正在处理不同类型的视频, 您应该创建简短的测试文件并测试每种类型. 以下是我在下面的示例中测试的文件.

钢铁之泪—the Blender Foundation movie; mix of animation 和 live action video (mostly live action)
Sintel—Another Blender Foundation movie; all animation, but very lifelike rather than cartoonish
大巴克兔—Yet another Blender Foundation movie; all animation, but more cartoonish than Sintel
“屏幕截图”-来自上面提到的VQMT YouTube演示的屏幕截图
“教程”——从Udemy的多屏幕传输课程中截取的带有会说话的头部视频的PowerPoint演示文稿
"会说话的人" -一个简单的会说话的人的视频在我的办公室里
“自由”-格林斯博罗体育馆精彩的约西亚·韦弗的多摄像机音乐会镜头(HDV/ AVCHD)
“闹鬼”-我用DSL为闹鬼的格雷厄姆大厦拍摄的预告片

让我们进入我们的测试.

自定义编码或所有文件相同?

如果您使用多个文件类型, 您必须解决的第一个问题是是否使用相同的ABR组对它们进行编码. 第一个测试似乎表明，答案可能是否定的. 来解释, 对于这个测试, 我在H和brake中使用恒定速率因子(CRF)编码编码了8个720p测试文件，其值为19. 简而言之，CRF编码调整文件的数据速率以保持恒定的质量水平. 的最右侧的SQM列中可以看到表1, 所有视频的质量范围从95到99, 谁预测观众会把这些视频评为优秀. 然而, 屏幕摄像头和教程视频在测试中记录的最大数据速率分别为11%和8%的情况下达到了99%的质量水平. 换句话说, 您可以以实际视频数据速率的大约10%对这些类型的文件进行编码, 并达到相同的质量水平. 有趣的是, 大多数编码器, 一旦为这些类型的文件选择了目标数据速率, 编码器将提供这个速率, 尽管它可以以更低的数据速率提供相同的质量.

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表1. 指定CRF级别所需的数据速率.

请注意, 钢铁之泪 和 Sintel 都是以每秒24帧的速度制作和编码的吗. 将它们的数据速率与测试中的其他30fps文件进行比较, 你得把他们的数据速率提高20%, 这将它们的可比数据速率提高到4左右,800 kbps. 相比之下，为2559 kbps 大巴克兔，以每秒30帧的速度制作. 这里的要点是模拟现实世界的动画，比如 Sintel，像真人视频一样编码，而更卡通的动画，如 大巴克兔, 是否有不同的类能够支持低得多的数据速率，但仍能达到相同的质量水平.

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