电视主观评价用测试图像制作基本方法

本文以4K 超高清电视主观评价用测试图 像为例,对整个分析、设计、制作、测试 和挑选过程进行了剖析和整理,并归纳总 结出电视主观评价用测试图像的通用制作 流程和方法。

摘要


一、任务分析和需求提炼

1、任务分析

电视系统经历了模拟、数字、高清、直到现在的4K甚至8K超高清等不同制式格式,它们都有各自不同的图像特点,这决定了其质量评价标准也各有不同,因此用于主观评价的测试图像也各自不同。

以4K超高清电视为例,与过去各种制式电视相比,它具有高分辨率、高动态、宽色域等技术特点,因此在设计测试图像时除了要考虑往常的质量要素外,应重点设计一些更具细节信息、层次丰富、亮度范围大、色彩丰富且饱和度高的画面,以便测试系统的带宽性能、动态范围和色彩还原性能等。

从图像主观评测的内容维度分析,通常需要观测图像的清晰度、亮部细节、暗部细节、色彩还原性能、色彩层次、人物肤色、运动性能等等。

从节目的不同场景维度分析,需考虑室内灯光环境、室外阳光环境、夜景环境等等。

从不同技术环节对图像质量的影响维度分析,需设计一些便于考察系统编解码效果的图像、考察系统抠像能力的图像等。

2、归纳分析结果

经过仔细分析,可以归纳出对4K超高清图像质量进行主观评价时,主要考察的要素可分为以下几类:

◆ 图像的清晰度和锐度;

◆ 图像层次;

◆ 宽色域;

◆ 肤色等色彩保真度;

◆ 物体质感再现真实性;

◆ 色键、字幕和计算机图形处理性能;

◆ 杂波和干扰的可见程度;

◆ 视频压缩编解码综合性能。

3、提炼测试图像制作需求

根据上述图像质量考察要素,进一步分析各个要素所需图像的特点,进而提炼出测试图像制作的基本需求:

◆ 评价图像清晰度和锐度的测试图像需包含精细结构的黑白和彩色景物。

◆ 评价图像层次的测试图像需包含亮度范围大、对比度高、层次丰富的场景。能够体现丰富的暗部层次、亮部层次,或者从暗到亮部的高动态范围(HDR),以及高光点等内容。

◆ 评价宽色域的测试图像需包含色彩丰富、饱和度高的景物。

◆ 评价肤色等色彩保真度的测试图像需包含不同人种的肤色及日常生活中常见色彩的场景。

◆ 评价物体质感再现真实性的测试图像需包含日常生活中常见的、各种表面质地的景物。

◆ 评价色键、字幕和计算机图形处理性能的测试图像需包含蓝色背景前的静物及活动景物。

◆ 评价杂波和干扰可见程度的测试图像应采用噪声水平最低的高质量素材,以及不含噪声的计算机生成图像(含低电平暗区)。

◆ 评价视频压缩编解码综合性能的测试图像,除了需具备前述各种要素外,还要能评价视频压缩造成的其他损伤表现,这样的图像既要包含大面积的微小细节和纹理,又要包含色彩丰富、饱和度高、动态范围大、层次丰富且复杂快速运动的场景。

二、图像场景设计

有了测试图像制作需求后,就可以着手设计图像场景了。首先要制定一个图像场景的设计原则,然后进行场景设计和拍摄脚本编制。

1、场景设计原则

◆ 在图像质量评价中,尽可能无缺损的源图像是获得稳定评价结果的关键,因此,除某些特殊测试需加噪波外,标准测试图像素材应具有最佳的图像质量。

◆ 每个测试图像的内容应具有明显的特点,即对一个或多个图像质量要素比较敏感,图像场景应包含这样的构图元素。

◆ 测试图像可包含正常的节目素材和专门制作的图像素材。前者可选取有代表性且真实有效的日常典型播出节目;后者可根据主观评价需求专门设计制作。

◆ 测试图像的数量应足够多,既要有静止图像,也要有活动图像。

◆ 不同的评价目的尽量通过不同的测试图像来完成。比如:基本质量评价,用一般严格的素材;演播室或后期处理等高要求质量评价,用比较严格的素材;自适应处理系统性能评价,用非常严格的素材。因此图像序列的苛刻度应当涵盖从低到高的宽广分布范围。

◆ 为保证测试图像长期保存和复制时其质量不劣化,应采用适当的载体和格式进行存储。

2、场景设计

根据前述分析的测试图像制作需求及原则,对照图像质量主观评价考察的质量要素,分别设计各类图像场景。表1为4K超高清电视测试图像场景设计稿。

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3、编制拍摄脚本

一定要根据设计好的画面场景及图像要求编制详细拍摄脚本,充分做好场景准备,这样才能让整个摄制组的工作有条不紊,提高良品率。表2列举了几个演播室场景和室外场景,用以展示拍摄脚本模板。

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三、制定技术方案

编制完拍摄脚本后要确定整个项目的技术方案。首先,根据测试图像序列的制式格式要求,确定输出母版的基本参数。然后,针对前期拍摄、监看、后期制作、保存等各个环节制定相应技术流程和设备方案。总体原则是:一要满足现有技术标准;二要尽一切可能保持图像原始质量;三要保证监看和测试设备基准可靠且精度高。以下以制作4K超高清测试图像为例进行说明。

1、确定测试图像输出母版参数

为增强所制作测试图像的普遍适用性,同一图像尽可能输出多种版本,以满足不同格式和系统的测试需求。我们设计了8种输出母版,如表3所示。

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2、制定前期拍摄流程

◆ 选择符合技术参数要求的摄像机系统和记录存储系统;

◆ 选择符合构图要求的镜头安装到摄像机进行取景构图;

◆ 通过现场的HDR监视器和波形监视器监看摄像机输出图像,确定曝光参数,保证HDR效果;

◆ 用手持式色亮度计测量被摄物体实际色亮度信息,并记录,便于后期调色参考;

◆ 摄像机通过RAW记录单元进行拍摄记录;

◆ 做好场记,记录各种现场拍摄参数;

◆ 结束拍摄后,对现场拍摄数据进行备份整理。

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3、制定后期制作流程

◆ 将拍摄素材导入工作站上的制作系统;

◆ 在制作系统中设置不同的色彩管理流程,以对应不同的输出文件版本;

◆ 通过接口箱输出SDI信号给HDR监视器和波形监视器进行监看;

◆ 结合HDR监视器画面(主观)、波形监视器(客观)和前期记录色亮度信息,通过调色台进行色彩调整处理;

◆ 输出成品文件。

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四、拍摄方案制定及预算编制

设计好拍摄脚本和技术方案后,还得为每次拍摄活动制定详细拍摄计划和实施方案,以使各项工作有序,不遗漏。同时编制详尽的预算表格,以便控制项目预算的使用。

摄制计划和方案需明确拍摄时间、地点、场地要求;参加人员和工种要求;演员要求;灯光、服装、化妆、道具等要求;以及设备要求等等。每一项都必须十分明确和清楚。对一些物品可如表4一样列表明示,以免遗漏。这部分工作可请影视制片专业人员来完成。

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五、拍摄与制作

万事俱备后就要进入实际拍摄和制作了。这一阶段除了需完成好画面构图和掌机拍摄外,还需记录和调节好各种拍摄数据。

1、前期拍摄

◆ 按拍摄计划准备所有物资设备、场地、人员和文档资源,外景拍摄还需安排好所有旅程事项。

◆ 场地布景布光等,外景拍摄需取景踩点,收集气象和光线信息,做好拍前准备。

◆ 熟记拍摄脚本。

◆ 现场技术:①监看每个镜头的曲线、色域、亮度范围等;②记录拍摄机型、镜头、曝光值、亮度值、场景参数、文件参数等。

◆ 现场质量控制:①焦点核实,景深核实,录制前最好点对点核实聚焦点;②曝光控制,尽量小光圈,要注意极限情况下核实图像虚实;③控制移动中的清晰程度,电子快门设置 1/100,1/150;④现场景物着光面亮度值测量,确认亮度动态范围。

◆ 质量复核要求。通过专业软件复查已拍摄图像曝光、聚焦等录制质量情况,检查素材备份情况。

◆ 现场拍摄人员工作职责:①摄影:场景构图、镜头运动设计、拍摄,聚焦、曝光控制等;②技术支持:摄影机技术助理,现场监控系统等;③技术审核:确认图像效果、技术元素等;④专家:提出拍摄意见和建议;⑤制片剧务:协调旅途事务、交通工具等。

2、后期制作

完成拍摄后,分别按不同的后期流程,制作输出不同格式要求的测试图像,以满足不同系统的使用需求。以制作4K测试图像序列项目为例,输出8个母版分别需要对应8个不同的制作流程来完成。图3的流程对应输出母版1和5,其他流程类似,主要区别在于选用的伽马和色彩空间以及编码格式不一样。

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六、测试与挑选

完成拍摄和制作后的图像素材,并不适合直接作为测试图像使用,还要经过严格测试和精心挑选,只有符合各类考核要素需求的素材才能真正用作主观评价测试图像。

对测试图像的挑选主要通过现场监测、数据分析和专家主观评价来完成。

1、现场监测

在图像拍摄过程中,通过现场实地检测,从图像质量主观评价和测试应用两个维度对场景拍摄进行确认或提出调整建议。

以4K测试图像制作项目为例,系统如图4,现场拍摄的素材格式为Sony RAW,曲线为Linear曲线,色彩空间为S-Gamut3.Cine。将素材导入达芬奇工作站后,转换为HLG曲线ITU-R BT.2020 色域空间的素材,再进行压缩编解码处理,播放输出到监视器上进行现场主观评价,对现场拍摄的场景要素及时进行挑选和调整。

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2、对图像素材进行理论数据测量和分析

通过测量和分析图像素材的统计特性数据和苛刻度数据,从理论上确定所拍摄的素材是否适合作为测试图像。

(1)统计特性数据测量

图像的统计特性主要包含5个方面:PCM数据熵、AC能量、频谱熵、运动矢量、运动补偿预测误差功率。它们分别反映图像信号层次分布、图像精细程度、视频压缩系统所需的比特率、图像运动程度及评估所选的素材是否能够严格检查采用运动补偿技术的视频压缩系统。

(2)苛刻度计算

图像的苛刻度是指对图像进行压缩编码时,图像被压缩的难易程度,通常以每像素所需的平均比特数表示。每个像素所需要的平均比特数越多,表明图像素材对压缩系统来说越严格。

4K测试图像项目的苛刻度计算采用AVS2编码软件,以固定QP值的方式对输入的测试图像序列(DPX格式,RGB每分量12比特)进行VBR编码(QP=50;GOP长度:50;GOP结构:IBP),并输出每帧图像的编码比特数,从而计算出相应的苛刻度。

3、主观评价挑选

对拍摄制作完成的测试素材,进行主观评价挑选。挑选系统如图5。

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根据图5准备符合相关规范和标准的设备与系统,并布置符合要求的观看环境,邀请业内知名专家逐条进行观看和评选。

通过上述严格测试和评选得到的图像素材,才是我们真正需要的测试图像。然后分别赋予编号,集结成组,作为正式的电视系统主观评价用测试图像序列。

七、编制使用说明

至此,测试图像的所有制作工序都已完成,但还没结束,因为必须解决如何让使用者从众多测试图像中快速准确地找到所需图像的问题,这就需要再花点时间编制一份使用说明。

使用说明的内容应包括图像序列制作背景、目的、使用条件、使用方法、参考标准,以及每一个图像序列的影像参数、统计特性、苛刻度等数据,最后还要包含一份选用建议。

除此之外,需将测试图像编号列表,使各个内容和考察要素一目了然,提高使用者的工作效率。以下以4K超高清测试图像序列为例进行说明。

1、测试图像序列表

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2、测试图像主要考察属性表

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八、结束语

测试图像通常是作为技术工具或公开演示使用的,制作过程除了要关注技术细节和考察要素外,还必须考虑画面构图的美观性和可欣赏性。因此制作团队除了需聘请各类技术专家外,还非常有必要聘请一些知名导演、摄像师、灯光师、化妆师等,以利于制作出画面优美、反应灵敏、考察要素广泛的优质测试图像序列。

 


转载请注明来源:《现代电视技术》 作者:中央广播电视总台 袁旭稚