Пиковое отношение сигнал / шум - Википедия - Peak signal-to-noise ratio

Пиковое отношение сигнал / шум (PSNR) - это технический термин, обозначающий соотношение между максимально возможной мощностью сигнал и сила развращения шум что влияет на точность его представления. Поскольку многие сигналы имеют очень широкий динамический диапазон, PSNR обычно выражается через логарифмический децибел шкала.

Определение

PSNR проще всего определить через среднеквадратичная ошибка (MSE). Учитывая бесшумный м×п монохромное изображение я и его зашумленное приближение K, MSE определяется как:

ПСНР (в дБ ) определяется как:

Здесь, МАКСИМУМя - максимально возможное значение пикселя изображения. Когда пиксели представлены с использованием 8 бит на выборку, это 255. В более общем случае, когда выборки представлены с использованием линейного PCM с B бит на выборку, МАКСИМУМя 2B−1.

Применение в цветных изображениях

За цветные изображения с тремя RGB значений на пиксель, определение PSNR такое же, за исключением того, что MSE - это сумма всех квадратов разностей значений (теперь для каждого цвета, то есть в три раза больше различий, чем в монохромном изображении), разделенная на размер изображения и на три. Как вариант, для цветных изображений изображение преобразуется в другое. цветовое пространство и PSNR сообщается для каждого канала этого цветового пространства, например, YCbCr или же HSL.[1][2]

Оценка качества с PSNR

PSNR чаще всего используется для измерения качества восстановления сжатия с потерями. кодеки (например, для сжатие изображений ). Сигнал в этом случае - это исходные данные, а шум - это ошибка, вносимая сжатием. При сравнении кодеков сжатия PSNR является приближение человеческому восприятию качества реконструкции.

Типичные значения PSNR в с потерями сжатие изображения и видео составляет от 30 до 50 дБ при глубине цвета 8биты, где выше - лучше. Для 16-битных данных типичные значения PSNR составляют от 60 до 80 дБ.[3][4] Допустимыми значениями потери качества беспроводной передачи считаются от 20 до 25 дБ.[5][6]

В отсутствие шума два изображения я и K идентичны, и, следовательно, MSE равна нулю. В этом случае PSNR бесконечен (или не определен, см. Деление на ноль ).[7]

Исходное несжатое изображение
Q = 90, PSNR 45,53 дБ
Q = 30, PSNR 36,81 дБ
Q = 10, PSNR 31,45 дБ
Пример яркость Значения PSNR для cjpeg сжатое изображение с различным уровнем качества.

Сравнение производительности

Хотя более высокий PSNR обычно указывает на более высокое качество реконструкции, в некоторых случаях это может не быть. Следует быть предельно осторожным с диапазоном действия этой метрики; он окончательно действителен только тогда, когда он используется для сравнения результатов одного и того же кодека (или типа кодека) и того же контента.[8][9]

В целом, PSNR показал низкую производительность по сравнению с другими показатели качества когда дело доходит до оценки качество изображений и особенно видео, как они воспринимаются людьми.[8][10]

Варианты

PSNR-HVS[11] является расширением PSNR, которое включает в себя свойства зрительной системы человека, такие как контрастное восприятие.

PSNR-HVS-M улучшает PSNR-HVS за счет дополнительного учета визуальная маскировка.[12] В исследовании 2007 года он предоставил лучшее приближение к суждениям о качестве человеческого зрения, чем PSNR и SSIM с большим отрывом. Также было показано, что он имеет явное преимущество перед DCTune и ПСНР-ХВС.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ориани, Эмануэле. "qpsnr: быстрый анализатор PSNR / SSIM для Linux". Получено 6 апреля 2011.
  2. ^ "Руководство пользователя pnmpsnr". Получено 6 апреля 2011.
  3. ^ Уэлстед, Стивен Т. (1999). Техники фрактального и вейвлет-сжатия изображений. Публикация SPIE. С. 155–156. ISBN  978-0-8194-3503-3.
  4. ^ Рауф Хамзауи, Дитмар Саупе (май 2006 г.). Барни, Мауро (ред.). Фрактальное сжатие изображений. Сжатие документов и изображений. 968. CRC Press. С. 168–169. ISBN  9780849335563. Получено 5 апреля 2011.
  5. ^ Томос, Н., Булгурис, Н. В., и Стринцис, М. Г. (2006, январь). Оптимизированная передача потоков JPEG2000 по беспроводным каналам. IEEE Transactions по обработке изображений, 15 (1).
  6. ^ Xiangjun, L., & Jianfei, C. Надежная передача изображений, закодированных в формате JPEG2000, по каналам с потерей пакетов. ICME 2007 (стр. 947-950). Школа компьютерной инженерии, Наньянский технологический университет.
  7. ^ Саломон, Дэвид (2007). Сжатие данных: полный справочник (4-е изд.). Springer. п. 281. ISBN  978-1846286025. Получено 26 июля 2012.
  8. ^ а б Huynh-Thu, Q .; Ганбари, М. (2008). «Область действия PSNR при оценке качества изображения / видео». Письма об электронике. 44 (13): 800. Дои:10.1049 / el: 20080522.
  9. ^ MIT.edu
  10. ^ Huynh-Thu, Quan; Ганбари, Мохаммед (01.01.2012). «Точность PSNR в прогнозировании качества видео для различных сцен и частоты кадров». Телекоммуникационные системы. 49 (1): 35–48. Дои:10.1007 / s11235-010-9351-х. ISSN  1018-4864. S2CID  43713764.
  11. ^ Егиазарян, Карен, Яакко Астола, Николай Пономаренко, Владимир Лукин, Федерика Баттисти и Марко Карли (2006). «Новые эталонные метрики качества на основе HVS». В материалах второго международного семинара по обработке видео и метрикам качества, т. 4.
  12. ^ Пономаренко, Н .; Еремеев, О .; Лукин, В .; Егиазарян, К .; Карли, М. (февраль 2011 г.). «Измененные показатели визуального качества изображения для учета изменения контраста и среднего сдвига». 2011 11-я Международная конференция «Опыт проектирования и применения САПР в микроэлектронике» (CADSM): 305–311.
  13. ^ Николай Пономаренко; Флавия Сильвестри; Карен Егиазарян; Марко Карли; Яакко Астола; Владимир Лукин, «О межкомпонентной контрастной маскировке базисных функций DCT» (PDF), CD-ROM Труды Третьего международного семинара по обработке видео и показателям качества для бытовой электроники VPQM-07, 25. – 26. Январь 2007 г. (на немецком языке), Скоттсдейл, Аризона