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测试监测
Test&Measurement

基于灰阶直方图的视频画质检测方法研究

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付晓天 画质越好，效率越低，画质损失的就越多。视频的画质由
苏州市公共文化中心 以上两者来决定，也就可以采用不同的编码方式，对相同
的原始素材进行编码，通过对比实验来进行评测。这里就
【摘要】 灰阶直方图是一种有效的检测画质的手段，本 用到了灰阶直方图，一种可以描述画质的统计学图像。接
文通过这种方法做了一系列对比实验，针对外来素材如何进 下来详细介绍灰阶直方图检测法。
行转码的问题，给出了具体的解决方案。
【关键词】视频编码格式 灰阶直方图 输出码率 二．画质检测方法
MPEG 转码 GOP 帧内压缩 帧间压缩 I帧 B帧 P帧 1．灰阶直方图
灰阶可以理解为“灰色的阶梯变化”，从纯黑到纯
随着新媒体业务的扩展，视频编辑系统接收的外来 白，每一个“阶”就发生一点变化，以8bit灰阶为例，就
素材日趋繁多，其视频格式也是多种多样，包括AVI， 是用8位二进制的数字表示从纯黑到纯白的变化过程，即
MPG，MP4，MOV，WMV，MKV，MXF，FLV，RM/ 0~255，设0为纯黑，255为纯白，则一共有256种灰度组
RMVB，MTS等等，这时我们就会面临非常多的困惑：怎 成的“阶”的变化。如果把分布在所有灰阶的像素数统计
样设置转码格式，能够使得画质达到最优？是否存在一种 出来，就得到一个直方图。图2就是一个从纯黑到纯白的
针对画质优劣的检测方法？带着这些问题，我们首先分析 渐变条，纯黑的灰阶为0，纯白为255，中间32、64、96、
了影响画质的因素。 128、160、192、224七种不同灰阶的色块，统计出的直方
图中，就只有这9种颜色组成的“竖线”，竖线的长度即该
一．影响画质的因素 色阶的面积。显然，最大的色块是纯黑和纯白，所以直方
所谓“视频的画质”，除去高清素材、标清素材这 图中表示0和255的两根线最长。
些原始因素，在同等视频源的前提下，视频的压缩编码方
式才是影响画质的“幕后真相”，简单来说，就是视频
编码格式。但这里所说的格式，并非后缀名.avi或.mp4
或.rmvb的格式那么简单，那只不过是文件封装格式，即
包含了音频、视频、时间码等附加信息的一个容器，而
视频编码的核心是MPEG-2、H.264、Divx之类的压缩技
术，这种技术决定了视频是如何被压缩的，二者的关系如
图1所示。

图2 灰阶与直方图的对应关系

直方图可以统计出图像中各种颜色的百分比。假设
一幅黑白图像，有且仅有纯黑、纯白两种颜色，没有过渡
图1 容器格式与视频编码格式的关系
色，那么在图像参与重新编码、压缩（如帧内压缩、帧间
可见容器只是一个外壳，内部的视频编码格式的才是 压缩）计算的时候，就会产生非纯黑非纯白的“杂色”，
影响画质的关键。具体来说由两个因素决定：压缩效率、 此杂色的灰阶必然处于1~254的区间范围，根据直方图，这
输出码率。在输出码率不变的前提下，压缩的效率越高， 些部分的面积和百分比可以统计出来。

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