[论文解读] Evaluating the Performance of Existing Full-Reference Quality Metrics on High Dynamic Range (HDR) Video Content

Maryam Azimi, Amin Banitalebi-Dehkordi+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2018

Image Enhancement Techniques被引用 26

一句话总结

本研究利用新创建的、包含多样化失真、亮度水平和运动的HDR视频数据集，评估了现有全参考视频质量评价指标在高动态范围（HDR）内容上的表现。研究发现，视觉信息保真度（VIF）指标在所有测试失真下与主观质量评估的相关性最高，优于其他LDR和HDR专用指标。

ABSTRACT

While there exists a wide variety of Low Dynamic Range (LDR) quality metrics, only a limited number of metrics are designed specifically for the High Dynamic Range (HDR) content. With the introduction of HDR video compression standardization effort by international standardization bodies, the need for an efficient video quality metric for HDR applications has become more pronounced. The objective of this study is to compare the performance of the existing full-reference LDR and HDR video quality metrics on HDR content and identify the most effective one for HDR applications. To this end, a new HDR video dataset is created, which consists of representative indoor and outdoor video sequences with different brightness, motion levels and different representing types of distortions. The quality of each distorted video in this dataset is evaluated both subjectively and objectively. The correlation between the subjective and objective results confirm that VIF quality metric outperforms all to ther tested metrics in the presence of the tested types of distortions.

研究动机与目标

• 评估现有全参考质量指标在高动态范围（HDR）视频内容上的表现。
• 通过将客观评分与主观质量评估进行比较，识别适用于HDR应用的最有效指标。
• 创建一个具有多样化失真、亮度和运动的代表性HDR视频数据集，用于质量指标的基准测试。
• 鉴于HDR视频压缩标准的日益普及，评估低动态范围（LDR）指标在HDR内容上的适用性。

提出的方法

• 创建了一个新的HDR视频数据集，包含室内和室外序列，其亮度、运动和失真类型均经过控制。
• 对每个视频序列施加常见的失真类型，以模拟现实世界中的损伤。
• 采用标准化的平均意见得分（MOS）测试进行主观质量评估，以建立真实质量评分。
• 对受损视频应用客观质量指标（包括VIF、SSIM、PSNR以及HDR专用指标），生成客观质量评分。
• 使用斯皮尔曼等级相关系数计算主观MOS评分与客观指标评分之间的相关性。
• 根据各指标在所有测试序列中与主观意见的相关性强弱，评估其性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在HDR视频内容上，哪种全参考质量指标与主观质量评估的相关性最高？
• RQ2 当应用于具有各种失真类型的HDR视频时，传统LDR质量指标表现如何？
• RQ3 视频内容的动态范围在多大程度上影响现有质量指标的可靠性？
• RQ4 在多种失真条件下，现有HDR专用质量指标能否优于LDR指标？

主要发现

• 视觉信息保真度（VIF）指标在所有测试失真下与主观质量评分的斯皮尔曼等级相关性最高。
• 在HDR数据集上，VIF在一致性和准确性方面优于所有其他评估指标，包括HDR专用和基于LDR的指标。
• 传统LDR指标（如PSNR和SSIM）在HDR内容上的主观意见相关性显著较低。
• 所有指标的性能均对失真类型敏感，而VIF在各种条件下均保持强劲表现。
• 本研究证实，在测试条件下，VIF是HDR视频质量评估中最稳健的指标。
• 新创建的HDR视频数据集因其内容和失真类型的多样性，对基准测试未来质量指标具有显著有效性。