Примеры использования субъективных психофизических шкал для оценки качества изображения и звука, обеспечиваемого мультимедиа аппаратурой
При субъективной оценке качества различных видов изображения, как правило, используют порядковые измерительные шкалы: заметности ухудшений, балльные шкалы, шкалы категорий. Наиболее часто используемая шкала приведена в Таблице 3. Как видно, из таблицы, в ней присутствует элемент последовательного преобразования порядковой шкалы заметности ухудшений к порядковой балльной шкале. Шкала включает пять реперных точек, однако, практическая целесообразность двух последних точек вызывает большие сомнения.
Субъективная оценка качества изображения, обеспечиваемого различными видами мультимеда аппаратуры, определяется рядом частных субъективных квалиметрических характеристик, причем, несмотря на то, что функциональное назначение аппаратуры различно, перечень частных характеристик, приведенный в нормативно- технических документах [18-22], в основном, включает одни и те же параметры. В Таблице 4 приведен перечень частных субъективных квалиметрических характеристик, определяющих качество телевизионного изображения, а также возможные субъективные оценки приведенных характеристик.
Таблица 3.
Субъективная квалиметрическая шкала, используемая для оценки частных квалиметрических характеристик телевизионного изображения [21]
| Шкала, используемая для непосредственной оценки качества изображения | ||
| Название реперной точки шкалы заметности ухудшений | Реперная точка шкалы категорий | Реперная точка балльной шкалы |
| Ухудшение незаметно | Отлично | |
| Ухудшение заметно, но не мешает | Хорошо | |
| Ухудшение несколько мешает | Удовлетворительно | |
| Ухудшение мешает | Плохо | |
| Ухудшение очень мешает | Очень плохо | |
| Шкала, используемая для сравнительной оценки | ||
| Название реперной точки | Реперная точка балльной шкалы | |
| Намного лучше | +3 | |
| Лучше | +2 | |
| Несколько лучше | +1 | |
| Одинаково | ||
| Несколько хуже | -1 | |
| Хуже | -2 | |
| Намного хуже | -3 |
Таблица 4.
Перечень частных субъективных квалиметрических характеристик, определяющих качество телевизионного изображения
| № | Частная субъективная характеристика | Вербальное описание характеристики | Количественная оценка |
| Шумы | Флуктуационные помехи, появляющиеся на изображе-нии в виде хаотической ряби или «хлопьев снега» | - если интенсивность этой помехи мала – оценка «хорошо»; - если отвлекает от восприятия информации – «удовлетворительно» | |
| Фон | Низкочастотная периодическая помеха, приводящая к появлению на изображении широких горизонтальных темных и светлых полос, перемещающихся вверх или вниз по экрану, и вызывающая при большом уровне искажения вертикальных линий в такт с фоном | - если эти помехи носят динамичный характер и отвлекают от восприятия информации – оценка «удовлетворительно»; - если их влияние аналогично статичным помехам – «очень плохо» и «плохо» | |
| Муар | Высокочастотные помехи, чаще всего проявляющиеся в виде вертикальных или наклонных неподвижных или перемещающихся полос на изображении | ||
| Импульсная помеха | На изображении наблюдаются хаотические вспышки или светлые и темные штрихи различной длительности | ||
| Нарушение синхронизации | Нарушения формы и дли-тельности синхроим-пульсов, приводящие к неустойчивости кадра, выбиванию цветовой синх-ронизации, выражающейся в изменении цвета или полном его пропадании | ||
| Продолжение Таблицы 4. | |||
| Четкость и разрешающая способность | Способность контролируемой системы воспроизводить на экране мелкие детали передаваемого объекта. На четкость оказывают существенное воздействие шумы, муар, окантовки, тянучки и др. Оценивается по воспроизводимым изображениям таблиц и собственных программ | -при едва заметном ухудшении очертаний или резкости границ предметов, незначительной размытости черно- белых и цветных переходов, при ненавязчивом неотвлекающем влиянии – «хорошо»; -при сильной заметности дефекта, но не приводящей к потере информации, при постоянном изменении - «удовлетворительно»; - при препятствии восприятию информации – «очень плохо» | |
| Тянущиеся продол-жения (тянучки) | Частотно- фазовые ис-кажения, проявляющиеся на изображении в виде гори-зонтальных светлых или темных полос с монотонно изменяющейся яркостью, тянущихся вправо от яркостных перепадов | - если эти дефекты статичны и не отвлекают от восприятия информации – «хорошо»; - если дефект попал на главную часть изображения и препятствует ее восприятию – «плохо»; - если стационарный дефект становится очень заметным – «удовлетворительно» | |
| Повторы и окантовки | Появление на экране отражений в виде многократных контуров основного изображения с постепенно затухающей интенсивностью Появление на изображении темных и светлых окантовок вблизи яркостных перепадов (пластика) | ||
| Цветные окантовки | Рассовмещение во времени сигналов яркости и цвет-ности, приводящее на экране к смещению кон-туров цветного изобра-жения относительно соот-ветствующих яркостных контуров. Рассовмещение первичных цветовых сигна-лов, приводящее к появле-нию на экране цветных контуров изображения | ||
| Продолжение Таблицы 4. | |||
| Дифференциаль-но- фазовые искажения | Искажения визуально проявляются, как правило, в ложных окрашиваниях желто- розовым оттенком светлых деталей на участках, примыкающих к границам больших яркостных перепадов | - если эти дефекты статичны и не отвлекают от восприятия информации – «хорошо»; - если дефект попал на главную часть изображения и препятствует ее восприятию – «плохо»; - если стационарный дефект становится очень заметным – «удовлетворительно» | |
| «Факелы» | Искажения визуально наблюдаются правее мелких деталей большой яркости в виде хаотичных цветных горизонтальных штрихов (типа «бахромы») | ||
| Качество цветопе-редачи | Правильность воспроизведения цветов передаваемых объектов. Субъективная оценка качества цветопередачи базируется на понятии психологической точности воспроизведения цвета | Оцениваются искажениями цветового тона и насыщенности цвета. «Отлично: цветность изображения совпадает с цветность, хранящейся в памяти человека. «Хорошо»: незначительно искажена цветность главной части изображения. «Удовлетворительно»: цветность деталей изображения незначительно отличается от цветности, хранящейся в памяти зрителя, цветовые искажения заметны, но не мешают восприятию изображения. «Плохо»: цветность всех деталей изображения не соответствует реальным цветам, искажения мешают восприятию изображения, цвет меняется произвольно при воспроизведении контрольного фрагмента. «Очень плохо»: цвет практически отсутствует. | |
| Идентич-ность цветопе-редачи | Одинаковое воспроизведение цветов одного и того же объекта, передаваемого двумя или несколькими камерами | ||
| Смаз изображе-ния | Белые вертикальные полосы на ярких деталях цветного изображения | Нет количественного описания | |
| Продолжение Таблицы 4. | |||
| Искажения, вызываемые перемещением объекта или фона | Появление артефактов, которые проявляются в виде квадратов вместо движущихся участков изображения, в виде раздвоения яркостных границ, а также появлением цветных окантовок, понижением четкости фона на изображении, зашумленностью и изменением цвета отдельных участков изображения и т.д. |
Для субъективной оценки качества звука используются субъективные порядковые шкалы, аналогичные шкалам, используемым для оценки качества изображения (Таблица 3) [20,23]. Перечень частных субъективных характеристик, определяющих качество звуковоспроизведения, приведен в Таблице 5. Как видно из Таблиц 4 и 5, если для частных субъективных характеристик, определяющих качество изображения, в нормативных документах, даются рекомендации по количественному оцениванию отдельных характеристик, то для субъективных характеристик, определяющих качество звуковоспроизведения, такие рекомендации отсутствуют, некоторые субъективные характеристики подменены техническими параметрами (линейные искажения, электрические помехи). В то же время для перечисленных в Таблице 5 частных характеристик предлагаются общие рекомендации по их количественному оцениванию (шкалированию) в порядковой шкале категорий (Таблица 6) [23].
Таблица 5.
Перечень частных субъективных квалиметрических характеристик, определяющих качество звуковоспроизведения
| № | Название характеристики | Описание характеристики |
| Разборчивость текста | Оценивается при воспроизведении одинаковой фразы или фонограммы | |
| Громкость (субъективно ощущаемая сила звука, соотносимая с режимом ожидания) | Субъективная оценка громкости звука | |
| Тембр (ощущение характерности звучания отдельных источников звука, их групп) | Определяется частотным спектром, переходными процессами и уровнем звука источника. Может изменяться в зависимости от акустической характеристики сигнала, а также от акустических неоднородностей помещения4 | |
| Динамический диапазон (субъективно ощущаемое отношение максимальной и минимальной громкостей звукового явления) | Оценка динамического диапазона воспроизведения выполняется на выходе канала звукопередачи, с учетом соотношения ожидаемого звучания и уровня акустических помех | |
| Нелинейные искажения (изменение формы сигнала при прохождении через нелинейные элементы системы. В результате которых спектр выходного сигнала отличается от спектра входного сигнала) | Искажения, субъективно воспринимаемые на слух как хриплость, дребезг, «грязь» звучания из-за нелинейности амплитудной характеристики звукового тракта. Могут быть оценены объективно измерителей нелинейных искажения и выражаться коэффициентом гармоник или разностного тона | |
| Электрические помехи (периодические, шумовые или импульсные процессы, возникающие в звуковых трактах) | Специфические явления, сопровождающие работу электроакустического оборудования: шумы, треск, фон, щелчки, тональные сигналы, переходные помехи. Объективные параметры – отношение сигнал/шум | |
| Продолжение Таблицы 5. | ||
| Линейные искажения | Искажения сигнала, вызванные зависимостью коэффициента передачи от частоты, воспринимаемые как изменения тембра. Объективный параметр – неравномерность АЧХ | |
| Акустические помехи | Нежелательные звуковые явления на месте исполнения или прослушивания, вызванные работой вентиляции, осветительных приборов, скрипом мебели, стуком дверей, движениями исполнителей и публики, акустическими дефектами помещения, звуки, проникающие извне и др. | |
| Продолжительность реверберации | Воспринимаемая на слух продолжительность отзвука | |
| Прозрачность звучания | Возможность временного и качественного различия отдельных источников в общей звуковой картине. | |
| Пространственное впечатление | Восприятие совместного действия источников звука и их пространственного окружения | |
| Локализация | Возможность распознавания положения источника звука по направлению и расстоянию относительно слушателя |
На основании обзора, приведенного в данном параграфе видно, что для оценки качества изображения и звука, обеспечиваемого мультимедиа аппаратурой, в основном, используются порядковые субъективные квалиметрические шкалы. Их использование целесообразно для дифференциальной квалиметрической оценки, для сравнения величин частных выходных квалиметрических характеристик. Для того чтобы от дифференциальной квалиметрической оценки перейти к интегральной оценке, необходимо значения частных характеристик в порядковых шкалах перевести в значения на шкале отношений. Это можно сделать, в частности, с использованием метода последовательного преобразования шкал [3].
Таблица 6.
Количественная оценка частных субъективных характеристик, определяющих качество звуковоспроизведения
| Реперная точка порядковой шкалы категорий | Описание субъективного восприятия звука | Влияние дефекта на восприятие информации |
| Очень плохо | Информация полностью не воспринимается. Не воспринимается главное содержание программы | Дефект полностью или частично не допускает восприятия информации |
| Плохо | Информация воспринимается затрудненно | Дефект препятствует восприятию звука или нарушает художественную целостность программы |
| Удовлетворительно | Информация воспринимается, но присутствуют дефекты | Дефект не отвлекает от восприятия информации, но вносит незначительные искажения |
| Хорошо | Информация воспринимается, дефекты присутствуют, но трудно определяются | Дефекты не влияют на восприятие информации |
| Отлично | Информация воспринимается полностью и без искажений | Дефекты отсутствуют |