Avaliação subjetiva de qualidade aplicada à codificação de vídeo escalável

Abstract

Os constantes avanços nas áreas de transmissão e processamento de dados ao longo dos últimos anos permitiram a criação de diversas aplicações e serviços baseados em dados multimídia, como streaming de vídeo, videoconferências, aulas remotas e IPTV. Além disso, avanços nas demais áreas da computação e engenharias, possibilitaram a construção de uma enorme diversidade de dispositivos de acesso a esses serviços, desde computadores pessoais até celulares, para citar os mais utilizados atualmente. Muitas dessas aplicações e dispositivos estão amplamente difundidos hoje em dia, e, ao mesmo tempo em que a tecnologia avança, os usuários tornam-se mais exigentes, buscando sempre melhor qualidade nos serviços que utilizam. Devido à grande variedade de redes e dispositivos atuais, uma dificuldade existente é possibilitar o acesso universal a uma transmissão. Uma alternativa criada é utilizar transmissão de vídeo escalável com IP multicast e controlada por mecanismos para adaptabilidade e controle de congestionamento. O produto final dessas transmissões mulimídia são os próprios dados multimídia (vídeo e áudio, principalmente) que o usuário está recebendo, portanto a qualidade destes dados é fundamental para um bom desempenho do sistema e satisfação dos usuários. Este trabalho apresenta um estudo de avaliações subjetivas de qualidade aplicadas em sequências de vídeo codificadas através da extensão escalável do padrão H.264 (SVC). Foi executado um conjunto de testes para avaliar, principalmente, os efeitos da instabilidade da transmissão (variação do número de camadas de vídeo recebidas) e a influência dos três métodos de escalabilidade (espacial, temporal e de qualidade) na qualidade dos vídeos. As definições foram baseadas em um sistema de transmissão em camadas com utilização de protocolos para adaptabilidade e controle de congestionamento. Para execução das avaliações subjetivas foi feito o uso da metodologia ACR-HRR e recomendações das normas ITU-R Rec. BT.500 e ITU-T Rec. P.910. Os resultados mostram que, diferente do esperado, a instabilidade não provoca grandes alterações na qualidade subjetiva dos vídeos e que o método de escalabilidade temporal tende a apresentar qualidade bastante inferior aos outros métodos. As principais contribuições deste trabalho estão nos resultados obtidos nas avaliações, além da metodologia utilizada durante o desenvolvimento do trabalho (definição do plano de avaliação, uso das ferramentas como o JSVM, seleção do material de teste, execução das avaliações, entre outros), das aplicações desenvolvidas, da definição de alguns trabalhos futuros e de possíveis objetivos para avaliações de qualidade.

The constant advances in multimedia processing and transmission over the past years have enabled the creation of several applications and services based on multimedia data, such as video streaming, teleconference, remote classes and IPTV. Futhermore, a big variety of devices, that goes from personal computers to mobile phones, are now capable of receiving these transmissions and displaying the multimedia data. Most of these applications are widely adopted nowadays and, at the same time the technology advances, the user are becoming more demanding about the quality of the services they use. Given the diversity of devices and networks available today, one of the big challenges of these multimedia systems is to be able to adapt the transmission to the receivers' characteristics and conditions. A suitable solution to provide this adaptation is the integration of scalable video coding with layered transmission. As the final product in these multimedia systems are the multimedia data that is presented to the user, the quality of these data will define the performace of the system and the users' satisfaction. This paper presents a study of subjective quality of scalable video sequences, coded using the scalable extension of the H.264 standard (SVC). A group of experiments was performed to measure, primarily, the efeects that the transmission instability (variations in the number of video layers received) has in the video quality and the relationship between the three scalability methods (spatial, temporal and quality) in terms of subjective quality. The decisions taken to model the tests were based on layered transmission systems that use protocols for adaptability and congestion control. To run the subjective assessments we used the ACR-HRR methodology and recommendations given by ITU-R Rec. BT.500 and ITU-T Rec. P.910. The results show that the instability modelled does not causes significant alterations on the overall video subjective quality if compared to a stable video and that the temporal scalability usually produces videos with worse quality than the spatial and quality methods, the latter being the one with the better quality. The main contributions presented in this work are the results obtained in the subjective assessments. Moreover, are also considered as contributions the methodology used throughout the entire work (including the test plan definition, the use of tools as JSVM, the test material selection and the steps taken during the assessment), some applications that were developed, the definition of future works and the specification of some problems that can also be solved with subjective quality evaluations.