1. 영상 품질 평가 (Video Quality Assessment)
ㅇ 멀티미디어 동영상의 화질 성능을 판단하는 주관적,객관적 평가
- 평가 대상 : 비디오 코덱 성능, 압축 기법, 전송 품질, 비디오 장비 평가 등
- 평가 방식 : 주관적, 객관적
- 평가 지표 : (종합) PSNR, (아날로그 위주) SNR, DG, DP
2. 주요 평가 대상
ㅇ 비디오 코덱 성능 : H.264/AVC, H.265/HEVC, AV1, VP9 등 코덱 간 화질·압축효율 비교 평가
ㅇ 동영상 압축 기법 : 비트레이트, 양자화 파라미터(QP), 공간·시간적 압축 손실 평가
ㅇ 전송 성능 평가 : 스트리밍 지연, 패킷 손실, 버퍼링에 따른 체감 품질(QoE) 저하 분석
ㅇ 비디오 장비 평가 : 카메라, 디스플레이, 캡처 장비 등 하드웨어 성능 측정 (SNR, DG, DP 등)
3. 주관적 화질 평가 (Subjective Quality Assessment)
ㅇ 실제 시청자(평가자)가 직접 영상을 보고 품질을 판단하는 방식
- 인간의 시각적 인지(HVS)를 직접 반영하므로, 객관적 평가의 기준(Ground Truth)이 됨
ㅇ 특징
- 시간,비용,인력 면에서 많은 제약
- 통제된 실험 환경 필요 (조도, 시청 거리 등)
- 결과를 MOS(평균 의견 점수)로 수치화
- ITU-R BT.500 등 국제 표준 절차 준수
ㅇ 종류
- ACR (Absolutely Category Rating Method)
. 평가자에게 원본 영상과 처리 영상을 무작위로 섞어놓고,
. 각각의 영상을 1회 만 보여주고 평가표에,
. 5가지(Excellent, Good, Fair, Poor, Bad) 중 하나로 평가하는 방식
. (24명 내외의 평가자가 참여하고 평가점수의 평균을 취함)
. 평가결과는 MOS(Mean Opinion Score) 로 수치 환산
- ITU-R BT500 권고
. DSIS (Double Stimulus Impairment Scale Method)
.. 원본 → 처리 영상 순서로 보여준 뒤 처리 영상의 손상 정도를 5단계 평가
. DSCQS (Double Stimulus Continuous Quality Scale Method)
.. 두 영상을 연속 척도(0~100)로 동시 평가. 둘 중 어느 것이 원본인지 모르는 상태로 진행
. SS (Single Stimulus Method)
.. 처리 영상만 보여주고 절대 품질 평가. 원본 없이도 사용 가능
. SSCQE (Single Stimulus Continuous Quality Evaluation Method)
.. 긴 영상 시청 중 슬라이더로 품질을 연속적으로 평가. 시간에 따른 품질 변화 추적 가능
. SDSCE (Simultaneous Double Stimulus for Continuous Evaluation Method)
.. 두 영상을 나란히 동시 재생하며 연속 평가. 빠른 비교에 유리
ㅇ [참고]
- MOS (Mean Opinion Score) : 주관적 평가 결과를 수치화한 대표적 지표
. ACR 방식에서 평가자(통상 24명 내외)가 각 영상을 5단계로 평가하고 그 평균값을 취함
.. 1 (Bad), 2 (Poor), 3 (Fair), 4 (Good), 5 (Excellent)
- 평가 환경 조건 (ITU-R BT.500 기준)
. 시청 환경
.. 조도 : 200 Lux 이하 (HDTV 기준)
.. 시청 거리 : 화면 높이의 3H (표준)
.. 배경 휘도 : 화면 최대 휘도의 15~20%
.. 색 온도 : 6500K (D65 표준광)
. 평가자 요건
.. 비전문가 패널 15~24명 권고
.. 정상 시력 또는 교정 시력 보유
.. 색맹,색약 배제
.. 사전 훈련 세션 실시
4. 객관적 화질 평가 (Objective Quality Assessment)
ㅇ 수학적,통계적 알고리즘으로 자동 계산하는 방식
- 실시간 처리가 가능하고 비용이 절감되나, 인간의 시각적 인지와 완벽히 일치하지 않을 수 있음
ㅇ 특징
- 실시간성,자동화,비용 절감 가능
- 원본 참조 여부에 따라 3가지 기준법으로 구분
- PSNR, SSIM, VMAF 등 다양한 지표 존재
- 주관적 평가와의 상관관계 검증 필수
ㅇ 종류
- 전 기준법 (Full Reference, FR) : 원본 영상 전체를 참조하여 비교
. 가장 정확하나 원본 전송 필요
. 대표 지표 : PSNR, SSIM, VMAF
- 감소 기준법 (Reduced Reference, RR) : 원본의 일부 특징(feature)만 전송하여 비교
. 대역폭 절감과 정확도의 절충
. 대표 지표 : RRVQM
- 무 기준법 (No Reference, NR) : 원본 없이 처리 영상만으로 평가
. 실시간 방송,스트리밍에 적합
. 대표 지표 : BRISQUE, NIQE
ㅇ (평가 지표 例)
- PSNR (기준법 : FR) : 픽셀 단위 MSE를 기반으로 한 가장 고전적 지표
. 계산이 단순하나 인간 시각과 상관관계가 낮을 수 있음
. dB (높을수록 우수. 통상 30 ~ 50 dB)
- SSIM (기준밥 : FR) : 구조적 유사도 지수
. 밝기(Luminance), 대비(Contrast), 구조(Structure) 세 요소를 복합 평가
. PSNR 보다 인간 인지와 상관성 높음
. -1 ~ 1 (1이 최고)
- MS-SSIM (기준법 : FR) : SSIM을 다중 해상도(Multi-Scale)로 확장
. 다양한 시청 거리,해상도 환경에서 더 강건함
. 0 ~ 1 (1이 최고)
- VMAF (기준법 : FR) : Netflix 개발
. VIF, DLM, Motion 등 여러 특징을 머신러닝(SVM)으로 결합
. 현재 산업 표준급 지표
. 0 ~ 100 (높을수록 우수)
- VQ (기준법 : FR) : NTIA/ITS 개발
. 시공간적 왜곡을 인간 시각 시스템(HVS) 기반으로 모델링
. ITU-T J.144 표준 채택
. 0 ~ 1 (0이 최고)
- BRISQUE (기준법 : NR) : 자연 장면 통계(NSS) 기반 블라인드 품질 평가
. 원본 없이 노이즈, 블러, 블록 왜곡 등 검출
. 0 ~ 100 (낮을수록 우수)
- NIQE (기준법 : NR) : 자연 영상 품질 평가자
. 학습 데이터 없이도 동작하는 완전 비참조 방식
. 낮을수록 우수
5. 고전적 화질 평가 지표
ㅇ PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) : 가장 널리 사용되는 객관적 화질 지표
- PSNR = 10 log10(MAX2/MSE)
. MAX : 픽셀 최댓값 (8 비트 : 255)
. MSE : 원본과 처리 영상 간 평균 제곱 오차
ㅇ 아날로그 위주
- SNR : 신호 대 잡음비 (영상 신호의 순수 성분 대비 불필요한 노이즈 비율)
. SNR = 20 log10(Vsignal / Vnoise) [dB]
- DG (Differential Gain) : 왜곡 정도 [% 단위]
. 색차 신호(크로미넌스)의 진폭이 휘도(루미넌스) 레벨에 따라 변하는 왜곡 정도
. 아날로그 컬러 TV에서 색 포화도 변동으로 나타남
- DP (Differential Phase) : 왜곡 정도 [도(˚) 단위]
. 색차 신호의 위상이 휘도 레벨에 따라 변하는 왜곡 정도
. 아날로그 컬러 TV에서 색조(Hue) 변동으로 나타남
6. 표준화 기관
ㅇ ITU-R 6Q (구 Study Group 6, Q&A 6)
— 국제전기통신연합 무선통신 부문의 방송용 영상 품질 국제 권고 담당
- 대표 표준 : BT.500 (주관적 평가), BT.1683 (객관적 평가)
ㅇ ITU-T SG9 (Study Group 9)
— 국제전기통신연합 표준화 부문의 케이블망,통신망 TV 그룹
- 유선 전송망 기반 영상 품질 표준 제정
- 대표 표준 : J.144 (VQM), J.247, J.341
ㅇ VQEG (Video Quality Experts Group)
— ITU-R, ITU-T 공동 전문가 그룹
- 객관적 화질 평가 알고리즘의 검증,비교·표준화를 주도
- HDTV, SDTV, 모바일 등 다양한 환경별 평가 방법론 연구
ㅇ SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers)
— 영화,방송 분야 기술 표준 단체
- 영상 신호 레벨, 색역(Color Gamut), HDR 품질 등 제작 표준 제정
ㅇ 3GPP / ETSI
— 모바일 통신 분야 영상 품질 표준
- 화상회의(WebRTC), 모바일 스트리밍 QoE 등을 다루며,
- MOS 기반 통화 품질 평가(PESQ/POLQA)와 연계