Assessment of perceptual video quality affected by acquisition and bit-rate reduction artifacts

Abstract

This dissertation deals with the problem of the perceptual video quality assessment for video content. A huge increase in popularity of video-based services over recent years has raised unsolved quality assurance problems. Video service providers cannot afford the risk of going to market with a sub-standard video offer and need to manage their quality problems. Competition between providers is fierce and the key to success is to provide a service with the highest possible level of user satisfaction (QoE - Quality of Experience). The thesis is proven by proposing a set of no-reference video quality metrics and demonstrating their high performance in terms of a correlation with end users' experience. Three stages of the end-to-end video delivery chain were addressed, namely video acquisition, compression, and service environment including end users' preferences. The metrics were verified using subjective experiments and objective models were derived upon the results. The obtained results show that the reliable video quality assessment can be realized using no-reference metrics, for video-based services using H.264/AVC compression, and in a real-time for standard definition video. High performance in terms of a correlation with end users' experience was obtained for a diversified video content. Rozprawa ta dotyczy problemu oceny jakości postrzeganej sekwencji wizyjnych. Ogromny wzrost popularności usług wideo na przestrzeni ostatnich lat pozostawił za sobą nierozwiązane problemy zapewnienia jakości. Dostawcy usług wideo nie mogą sobie pozwolić na ryzyko oferowania usług o niedostatecznej jakości, dlatego istnieje konieczność rozwiązania tych kwestii. Konkurencja między dostawcami jest bardzo silna, a kluczem do sukcesu jest zapewnienie usług oferujących najwyższy poziom zadowolenia użytkowników (QoE - Quality of Experience). Teza została dowiedziona poprzez zaproponowanie zestawu metryk jakości sekwencji wizyjnych i wykazanie ich wysokiej korelacji z odczuciami użytkowników końcowych. Trzy poziomy łańcucha dostarczenia wideo zostały pokryte: akwizycja, kompresja i środowisko usługi, w tym preferencje użytkowników. Metryki zostały zweryfikowane na podstawie wyników uzyskanych w testach subiektywnych. Uzyskane wyniki sugerują, że rzetelną ocenę jakości sekwencji wizyjnych można zapewnić stosując podejścia bez referencji, dla usług wykorzystujących wideo skompresowane przy użyciu H.264/AVC, w czasie rzeczywistym, dla rozdzielczości standardowej SD. Wysoką korelację z odczuciami użytkowników końcowych uzyskano dla zróżnicowanych treści wideo, metryki mogą być w przez dostawców usług wideo dla stałego i niezawodnego monitorowania jakości.