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Video quality measurement based on objective quality metrics

Doris Isabella Braunöder

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Informatik

Betreuer*in

Helmut Hlavacs

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DOI

10.25365/thesis.34989

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30421.18225.368161-6

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

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.

Abstract

(Englisch)

The distribution of multimedia content, especially videos and films over the internet, has been growing rapidly over the past years. The number of professional streaming services has been rising for years, while platforms for user generated content, as for example YouTube, still enjoy great popularity. Consumer expectations regarding the quality of the videos are difficult to satisfy. Therefore, it is absolutely essential for providers to choose the right compression parameters and monitor the perceived quality of the compressed video files. In the last years the development of video quality assessment methods on how to meet different requirements has been part of many research studies. The primary purpose of this study is the identification of critical encoder settings with a focus on mobile streaming. The goal of the experiment is to investigate the impact of different encoder settings such as varying bit rates, resolutions, buffer sizes or group of picture lengths on the perceived video quality. Data for this study were collected during an experiment, in which 22 clips with seven to 14 seconds length and a resolution between 320p and 1080p were encoded with different encoder settings. All of the 23100 hypothetical reference circuits were performed with the H.264/AVC codec, because it is freely available and one of the most frequently used codecs for video compression. For measuring the perceived video quality of the encoded files the objective full reference evaluation methods PSNR, SSIM and VQM were used. The results of the study showed that the reduction of the bit rate does have a significant impact on the video quality, while other tested parameter settings are not limiting factors for video quality. The study showed that the quality of videos with bit rates over 400 kBit/s are always rated with good video quality, while bit rates of 200 kBit/s or below are not recommendable. It was concluded that the content of each video does have a major impact on the performance of an encoder and therefore also on the perceived video quality. The results of the three objective algorithms PSNR, SSIM and VQM are comparable for overview results - they review the files with similar quality - but on a closer look each of the metrics show different results.

Autor*innen

Doris Isabella Braunöder

Haupttitel (Englisch)

Video quality measurement based on objective quality metrics

Paralleltitel (Deutsch)

Messung der Videoqualität mit objektiven Qualitätsmetriken

Publikationsjahr

2014

Umfangsangabe

XIII, 86 S. : graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Helmut Hlavacs

Klassifikation

54 Informatik > 54.87 Multimedia

AC Nummer

AC12242611

Utheses ID

31028

Studienkennzahl

UA | 066 | 935 | |

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