Video quality measurement based on objective quality metrics

Abstract

Die Verbreitung von multimedialen Inhalten, vor allem aber von Video- und Filmmaterial über das Internet hat in den letzten Jahren beständig zugenommen. Die Anzahl der Video-Streaming Dienste wächst, während sich Plattformen für die Verbreitung von nutzergenerierten Inhalten weiterhin höchster Beliebtheit erfreuen. Die Benutzer erwarten Videos in bestmöglicher Qualität, unabhängig von diversen Einschränkungen wie zum Beispiel der Bandbreite. Für Provider ist es deshalb umso wichtiger, die richtigen Parameter bei der Videokompression zu verwenden und die Qualität der produzierten Videos ständig zu überwachen. In den letzten Jahren gab es viele Forschungsprojekte mit dem Ziel neuere oder bessere Algorithmen zur Qualitätsbestimmung in Videos zu entwickeln. Das primäre Ziel dieser Studie ist die Identifikation der kritischen Encoder-Einstellungen mit dem Fokus auf Streaming über mobile Endgeräte. Das Ziel des Experimentes ist es, den Einfluss von unterschiedlichen Encoder-Parametern auf die wahrgenommene Qualität zu untersuchen. Die Daten für diese Studie wurden durch ein Experiment mit 22 Videoclips, die alle zwischen sieben und 14 Sekunden lang sind, gewonnen. Die Videos mit einer Auflösung zwischen 320p und 1080p wurden mit unterschiedlichen Encoder-Einstellungen encodiert. Durch die Kombination verschiedener Einstellungen ergeben sich 23100 theoretische Möglichkeiten der Encodierung. Als Basis für das Experiment diente der H.264/AVC Encoder, welcher frei verfügbar und außerdem heute auch noch einer der am häufigsten verwendeten Encoder ist. Um die Qualität der encodierten Videos zu messen wurden objektive Methoden wie PSNR, SSIM und VQM zwischen Referenzvideo und encodierten Video berechnet. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass nur eine Reduktion der Bitrate die Videoqualität signifikant beeinflusst, während GOP Länge, Buffergröße und Auflösung keinen Einfluss auf die Videoqualität nahmen. Den Ergebnissen zufolge erhalten Videos mit einer Bitrate über 400 kBit/s das Prädikat sehr gut hinsichtlich ihrer Qualität, während Videos, die mit einer Bitrate von 200 KBit/s und darunter encodiert wurden, schlechtere Ergebnisse erzielten. Der Inhalt eines Videos hat maßgebenden Anteil an der Leistung der Encoder und der daraus folgenden Videoqualität des Endproduktes. Die Ergebnisse der drei Algorithmen PSNR, SSIM und VQM liefern auf den ersten Blick ein ähnliches Ergebnis, detaillierte Einblicke zeigen dann aber, dass die Metriken nicht vergleichbar sind.