NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (HDTV)

Đề tài : NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (HDTV) Luận văn được xây dựng với các nội dung chủ yếu sau: Chương 1: Tổng quan về truyền hình độ phân giải cao HDTV Chương 2: Phương pháp đánh giá chất lượng hình ảnh HDTV. Chương 3: Kỹ thuật đo kiểm tra chất lượng HDTV.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

NGUYỄN THẾ BÙI

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH

CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (HDTV)

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

MÃ SỐ: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - NĂM 2014

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS: LÊ HỮU LẬP

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Tiến Ban

Phản biện 2: TS Đinh Chí Hiếu

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của truyền hình số thì truyền hình phân giải cao (HDTV) cũng có bước phát triển nhanh chóng và trở thành xu hướng phát triển của ngành công nghệ truyền hình thế giới Tại Việt Nam đã có nhiều nhà cung cấp dịch vụ triển khai cung cấp dịch vụ truyền hình HDTV Tuy nhiên, thực tế xuất hiện các công nghệ HD có chất lượng khác nhau (HD Ready, Full HD, HD chuyển đổi, .), vì vậy đã ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ cung cấp cho người sử dụng, thậm chí còn làm cho người sử dụng không thể phân biệt được chất lượng thực sự của HDTV và đã đánh đồng với các chất lượng truyền hình số Điều này làm cho dịch vụ truyền hình HDTV ít được phổ biến rộng rãi và ảnh hưởng đến sự phát triển của dịch vụ, cho dù các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình có tập trung quảng bá ưu thế của HDTV so với các dạng truyền hình khác

Được sự đồng ý và nhất trí của thày hướng dẫn, tôi đã mạnh dạn nghiên cứu và thực hiện luận văn với đề tài “Nghiên cứu phương pháp đo đánh giá chất lượng dịch vụ truyền hình có độ phân dải cao (HDTV)” Luận văn được xây dựng với các nội dung chủ yếu sau:

Chương 1: Tổng quan về truyền hình độ phân giải cao HDTV

Chương 2: Phương pháp đánh giá chất lượng hình ảnh HDTV

Chương 3: Kỹ thuật đo kiểm tra chất lượng HDTV

Trong quá trình thực hiện đề tài đã sử dụng nhiều tài liệu, dữ liệu khác nhau làm cơ sở, cho nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót, khiếm khuyết Tôi rất mong nhận được các ý kiến góp ý chỉnh sửa, bổ sung để đề tài được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN

GIẢI CAO HDTV

1.1 Giới thiệu về truyền hình phân giải cao (HDTV)

HDTV là hệ thống truyền hình có độ phân giải cao hơn so với các hệ thống truyền hình truyền thống, có một hoặc hai triệu pixel cho mỗi khung hình, gấp năm lần so với SD Phát sóng HDTV thời kỳ đầu sử dụng kỹ thuật tương tự, nhưng phát sóng HDTV ngày nay đã sử dụng phát sóng số bằng cách sử dụng nén hình ảnh

1.1.1 Định nghĩa:

HD (High-definition) hay HDTV( High-definition Televison) hiểu nôm

na "truyền hình với độ nét cao", là một thuật ngữ chỉ các chương trình TV kỹ thuật số, các tập tin đa phương tiện (hình ảnh, âm thanh, trò chơi ) được trình chiếu với độ phân giải cao hơn các chuẩn thông thường đã có trước đây (PAL, SECAM, NTSC)

1.1.2 Các thông số cơ bản: [2]

Hệ truyền hình HDTV không sử dụng tín hiệu tổng hợp như các hệ truyền hình PAN, NTSC, SECAM CCIR thành lập tiểu ban IWP 11/6 chuyên nghiên cứu vấn đề màu sắc học, gamma và các vấn đề khác về HDTV

1.1.3 Lịch sử phát triển của HDTV:

Theo Wiki bắt đầu từ một dự án trong quân đội Liên Xô năm 1958 đã tạo

ra một hệ thống có khả năng trình chiếu khung hình 1125 dòng cho mục đích quân sự Tuy nhiên chương trình phát sóng thương mại đầu tiên thuộc về người Nhật năm 1969 nhưng vì "lý do kỹ thuật" nên ko thể trở thành một xu hướng mới trong phát sóng Thuật ngữ HDTV như hiện nay được giới thiệu

lần đầu ở Mỹ năm 1996 và chương trình phát sóng đầu tiên ở Mỹ vào năm

1.2.3 Đồng chỉnh khung không gian

- Bước đầu tiên này của đồng chỉnh dịch chuyển không gian tự động được giới hạn trong một khoảng điểm ảnh

1.2.4 Các đặc tính giống nhau và khác nhau cục bộ

- Tiêu chuẩn đánh giá sự giống và khác nhau cục bộ được tính toán bằng

cách lặp lại giới hạn trên

1.2.7 Đặc tính giật hình (chất lượng thời gian)

- Đặc tính giật được tính bằng trung bình tích số số lần hiển thị tương đối (biến đổi phi tuyến của số lần hiển thị) và cường độ chuyển động 1.2.8 Hình ảnh bị mất đồng chỉnh không gian

Tránh dự đoán sai trong trường hợp mất đồng chỉnh không gian tương đối lớn giữa cảnh hình ảnh tham chiếu và đã xử lý, các bước trên được

tính toán cho ba bước đồng chỉnh không gian theo phương ngang và dọc khác nhau của cảnh hình ảnh và điểm dự đoán tối đa trong số tất cả các

vị trí không gian là điểm chất lượng được ước lượng cuối cùng

1.2.9 PSNR biên

- Mô hình chủ yếu đo đánh giá suy giảm chất lượng trên đường biên Trong mô hình, thuật toán tách đường biên được áp dụng đầu tiên với cảnh hình ảnh nguồn để xác định các điểm ảnh biên Sau đó, suy giảm chất lượng của các điểm ảnh biên đó được đo đánh giá bằng cách tính toán sai số trung bình bình phương Từ sai số này sẽ tính được EPSNR 1.3 Các các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng HDTV [4]

- Hình ảnh tiền xử lý, các khung và các khung lấy mẫu đại diện

- Khung thời gian giữa cảnh hình ảnh tham chiếu và cảnh hình ảnh đã qua xử lý

- Khung hình ảnh đã qua xử lý và khung hình ảnh tham chiếu tương ứng

- Chất lượng không gian cục bộ, sai khác cục bộ, cảm thụ bởi cảm nhận thị giác

- Sự phân bố các đặc tính giống nhau và sai khác cục bộ

- Sự suy giảm chất lượng không gian toàn cục

- Sự thay đổi chất lượng thời gian toàn cục, số lần hiển thị khung

- Chất lượng ước tính, sự tập hợp phi tuyến của các đặc tính

- Sự sai lệch không gian đồng chỉnh giữa cảnh hình ảnh tham chiếu và cảnh hình ảnh đã qua xử lý

1.4 Tình hình phát triển HDTV và chất lượng hình ảnh HDTV tại Việt Nam

1.4.1 Tình hình phát triển HDTV tại Việt Nam [1], [2]

Ở Việt Nam, khách hàng có thể thưởng thức truyền hình HDTV bằng nhiều cách: truyền hình vệ tinh, truyền hình số mặt đất, truyền hình cáp số

hay IPTV

Đến thời điểm hiện nay, dịch vụ truyền hình HDTV tại Việt Nam gồm 4 loại hình: truyền hình cáp, truyền hình mặt đất, truyền hình vệ tinh và truyền hình giao thức Internet (IPTV)

- Hiện tại có AVG cung cấp dịch vụ truyền hình số mặt đất

- 5 đơn vị cung cấp dịch vụ truyền hình cáp (gồm VCTV, SCTV, HTVC, HCTV và CEC-VTC)

- 3 đơn vị cung cấp truyền hình vệ tinh gồm K+, VTC và AVG

- 4 doanh nghiệp cung cấp dịch vụ truyền hinh IPTV: VNPT, VTC, FPT, Viettel

1.4.2 Chất lượng hình ảnh HDTV tại Việt Nam

1.4.2.1 Chất lượng các kênh HD của HTVC:

Các kênh HD tự sản xuất, chất lượng ổn định và nội dung khá phong phú Nhưng đôi khi vẫn còn có những kênh cập nhật lên HD

1.4.2.2 Chất lượng các kênh HD của K+

Các kênh HD tự sản xuất: Nội dung phát sóng chủ yếu tập trung vào các giải bóng đá quốc tế như Seria A, là La Liga và đặc biệt Champion League và UEFA được K+ mua bản quyền phát sóng chất lượng HD

1.4.2.3 Chất lượng các kênh HD của AVG

An Viên HD: Đây là kênh HD duy nhất mà AVG tự sản xuất Nội dung tập trung nhiều vào văn hóa và Phật giáo, hay chiếu phim truyền hình cũ của Việt Nam Tin tức phóng sự chất lượng HD còn phim truyện vẫn là nâng cấp

1.4.2.4 Chất lượng các kênh HD của VCTV

Các kênh HD tự sản xuất: VCTV hiện tại không có kênh HD nào tự sản xuất, riêng 2 kênh thể thao là Bóng Đá TV và Thể thao TV phát sóng với tỉ

lệ 16:9 có chất lượng không thực sự là HD

1.4.2.5 Chất lượng kênh HD của VASC

Theo đánh giá của người sử dụng dịch vụ MyTV, trong số 15 kênh HD của VASC thì có khoảng 6 kênh HD chất lượng rất tốt tương ứng với chuẩn Full HD Còn các kênh HD khác chất lượng chưa được tốt thường là kênh nâng cấp

Kết luận chương 1: Nội dung của chương nhằm giới thiệu về truyền hình độ phân dải cao HDTV, lịch sử phát triển, các tham số đánh giá chất lượng, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của truyền hình HDTV Khái quát về tình hình phát triển và chất lượng hình ảnh của HDTV tại Việt nam Các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình HD sẽ phải quan tâm đến vấn đề chất lượng dịch vụ, đồng thời cũng phải có công cụ kiểm soát chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng Chương 2 sẽ đưa ra các phương pháp để đánh giá chất lượng hình ảnh của HDTV

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HÌNH ẢNH TRONG TRUYỀN HÌNH HDTV

Chất lượng hình ảnh có tác động trực tiếp tới chất lượng dịch vụ truyền hình HDTV, nó có thể được đánh giá theo hai phương pháp sau:

- Phương pháp đánh giá chủ quan: Sử dụng thực nghiệm quan sát và những người tham gia để đánh giá chất lượng theo thang điểm lựa chọn trung bình (MOS)

- Phương pháp đánh giá khách quan: Tại đầu cuối, sử dụng thiết bị

đo các tham số khác nhau để đánh giá chất lượng tổng thể của tín hiệu hình ảnh

2.1 Tiêu chuẩn hóa phương pháp đánh giá chất lượng hình ảnh [4], [5]

Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) là tổ chức tiêu chuẩn quốc tế công

bố các khuyến nghị liên quan đến đánh giá chất lượng hình ảnh để điều chỉnh môi trường quan sát và tiêu chí quan sát với mục đích đạt được kết quả đánh giá chất lượng chính xác nhất Khuyến nghị ITU-T/R chủ yếu liên quan đến phương pháp đánh giá chất lượng hình ảnh được liệt kê trong Bảng 2.1 Loạt khuyến nghị BT được công bố bởi ITU-R (ngành tiêu chuẩn Thông tin

Vô tuyến) liên quan đến phương pháp đánh giá chủ quan chất lượng hình ảnh truyền hình và loạt khuyến nghị J/P của ITU-T (ngành tiêu chuẩn Viễn thông) cũng có thể áp dụng cho các ứng dụng viễn thông (truyền hình cáp và

đa phương tiện)

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn ITU về phương pháp đánh giá

chất lượng hình ảnh

Tiêu chuẩn Nội dung

BT.500 Phương pháp luận đánh giá chủ quan chất lượng hình ảnh truyền hinh BT.710 HDTV Phương pháp đánh giá chủ quan chất lượng hình ảnh truyền hình số

phân giải cao (HDTV) BT.802 Các yêu cầu sử dụng để truyền dẫn thông qua mạng phân phối sơ cấp

và mạng thành phần của tín hiệu truyền hình số xác định phù hợp với tiêu chuẩn 4:2:2 của khuyến nghị ITU-R BT.601 (Part A)

BT.1129 SDTV Phương pháp đánh giá chủ quan truyền hình số phân giải tiêu chuẩn

(SDTV) BT.1201

UHDTV

Hình ảnh có độ phân giải siêu cao

BT.1210 Các vật tư sử dụng trong đánh giá chủ quan

BT.1769

UHDTV

Các giá trị tham số phân cấp mở rộng khuôn dạng hình ảnh LSDI cho sản xuất và trao đổi chương trình quốc tế

BT.1907 Các kỹ thuật đo chất lượng hình ảnh theo cảm nhận khách quan đối

với các ứng dụng sử dụng HDTV trong sự có mặt của tín hiệu tham chiếu đầy đủ

BT.1908 Các kỹ thuật đo chất lượng hình ảnh khách quan đối với các ứng

dụng truyền phát sử dụng HDTV trong sự có mặt của tín hiệu tham chiếu rút gọn

BT.2020

UHDTV

Các giá trị tham số của các hệ thống truyền hình phân giải siêu cao về sản xuất và trao đổi chương trình quốc tế

P.910 Các phương pháp đánh giá chủ quan chất lượng hình ảnh của các ứng

dụng đa phương tiện J.140 Phương pháp đánh giá chủ quan chất lượng hình ảnh của hệ thống

truyền hình cáp J.141 Chỉ thị hiệu năng các dịch vụ số liệu được phân phối trên hệ thống

truyền hình cáp số J.142 Các phương pháp đo đánh giá các tham số truyền dẫn của tín hiệu

truyền hình cáp số J.143 Các yêu cầu sử dụng cho đo đánh giá chất lượng hình ảnh theo cảm

nhận khách quan trong truyền hình cáp số J.144 Các kỹ thuật đo đánh giá chất lượng hình ảnh theo cảm nhận khách quan

đối với truyền hình cáp số trong sự có mặt của tham chiếu đầy đủ J.145 Đo đánh giá và kiểm soát chất lượng dịch vụ đối với truyền dẫn âm

thanh trên các mạng thành phần và mạng phân phối J.147 Phương pháp đo đánh giá chất lượng hình ảnh khách quan bằng cách

sử dụng các tín hiệu đo thử trong dịch vụ J.148 Các yêu cầu đối với mô hình chất lượng đa phương tiện theo cảm

nhận khách quan J.149 Phương pháp đặc tả độ chính xác và định cỡ chéo chỉ số đo chất

lượng hình ảnh (VQM) J.244 Các phương pháp định cỡ tham chiếu rút đầy đủ và rút gọn đối với

các hệ thống truyền dẫn hình ảnh với mất đồng chỉnh liên tục của miền không gian và thời gian có khuếch đại và bù liên tục

J.246 Các kỹ thuật đô đánh giá chất lượng hình ảnh theo cảm quan đối với

các dịch vụ đa phương tiện trên mạng truyền hình cáp số với sự có mặt của tham chiếu băng rộng rút gọn

J.340 Thuật toán tham khảo cho tính toán tỷ lệ tín hiệu trên tạp nhiễu đỉnh

của chuỗi hình ảnh đã được xử lý có bù dịch chuyển không gian cố định, dịch chuyển thời gian cố định, khuếch đại và bù độ chói cố định J.341 Đo đánh giá chất lượng hình ảnh đa phương tiện theo cảm nhận

khách quan của HDTV đối với truyền hình cáp số trong sự có mặt của tham chiếu đầy đủ

J.342 Đo đánh giá chất lượng hình ảnh đa phương tiện theo cảm nhận

khách quan của HDTV đối với truyền hình cáp số trong sự có mặt của tham chiếu rút gọn

SMPTE 2036-1 Truyền hình phân giải siêu cao - Các giá trị tham số hình ảnh cho sản

xuất chương trình SMPTE 2036-2 Truyền hình phân giải siêu cao - Các đặc tính âm thanh và sắp xếp

kênh âm thanh cho sản xuất chương trình SMPTE 2036-3 Truyền hình phân giải siêu cao - Sắp xếp đơn tuyến kết nối và nhiều

tuyến kết nối giao diện số liệu/tín hiệu nối tiếp 10 Gbps 2.2 Phương pháp đánh giá chủ quan chất lượng hình ảnh [5]

Phương pháp đánh giá chủ quan chất lượng hình ảnh sử dụng một nhóm người tham gia xếp loại và đánh giá chất lượng hình ảnh

2.2.1 Các điều kiện đánh giá chủ quan

Các bước tiến hành để đánh giá chất lượng hình ảnh đối với dịch vụ truyền hình HDTV như sau:

- Xác định một loạt các mẫu hình ảnh để tiến hành kiểm tra

- Lựa chọn một số tham số cấu hình

- Thiết lập môi trường kiểm tra tuân thủ với các tham số cấu hình mong muốn

- Tập hợp người tham gia vào kiểm tra

- Tiến hành kiểm tra và phân tích các kết quả

2.2.2 Một số phương pháp đánh giá chất lượng chủ quan

Các phương pháp sử dụng để đánh giá chủ quan chất lượng hình ảnh số bao gồm:

- Phương pháp đánh giá phân loại tuyệt đối (ACR)

- Phương pháp đánh giá phân loại tuyệt đối với tham chiếu ẩn

Trong phương pháp ACR-HR đưa ra trong khuyến nghị ITU-T P.910,

để ngăn ngừa các giá trị đánh giá bị ảnh hưởng bởi sự khác biệt trong nội dung hình ảnh được sử dụng để đánh giá, các kết quả đánh giá thu được bằng phương pháp ACR được xử lý bằng cách sử dụng công thức sau để tính toán

sự khác biệt điểm số giữa hình ảnh đánh giá và hình ảnh tham chiếu Kết quả đánh giá được biểu diễn bởi điểm đánh giá trung bình sai khác (DMOS) 2.2.5 Phương pháp đánh giá phân loại suy giảm (DCR)

Kết quả là, phương pháp này có thể ngăn ngừa ở một mức độ nào đó hiệu ứng chuyển cảnh trong phương pháp ACR Các kết quả đánh giá được biểu diễn bằng điểm đánh giá trung bình như trong phương pháp ACR, 2.2.6 Phương pháp so sánh theo cặp (PC)

Đối tượng so sánh chất lượng hình ảnh đầu với chất lượng hình ảnh thứ