LED显示屏图像质量主观评价方法探索

1、全彩色LED显示屏图像质量主观评价方法探讨程德诗，李达红（上海三思科技发展有限公司，上海201199）（上海三思电子工程有限公司，上海201199）摘要：本文概述了LED显示屏图像质量主观评价方法的重要意义和必要性，并根据LED器件的发光特性、显示屏模块及模组的生产工艺特点，传输、刷新、控制的基本原理以及LED显示屏的工作环境来论述了方法架构中的评价观察条件、观察人员、评价方法和性能评价体系。既希望能对业已开展的LED显示屏图像质量主观评价方法的行业标准制定起到抛砖引玉的作用。关键词：LED显示屏，图像质量，主观评价Discussions on Subjective Methods of Vi

2、deo Quality Evaluation of Full Color LED DisplaysCheng Deshi. Li Dahong(Shanghai Sansi Technology Co., Ltd, Shanghai 201199, China)(Shanghai Sansi Electronics Co., Ltd, Shanghai 201199, China)Abstract：This paper introduces the importance and necessity of subjective methods in the evaluation of the v

3、ideo quality of LED displays. Discussions are made on the evaluation conditions, personnel, methods and performance index from points of the light emitting features of LED devices, the production features of LED display tile and module, the basic principles of transmission, refreshing and control, a

4、nd the operating environment conditions of LED displays. It is hoped that this paper may inspirit or generate more thoughts on the industrial standard, Subjective Methods of Video Quality Evaluation of Full Color LED Displays, which is being composed.Keywords：LED display，video quality，subjective eva

5、luation1. 概述当今，人们对各类显示产品的图像质量的评价基本方法主要有：客观评价法和主观评价法。客观评价法主要基于一些传统的、物理意义上的测量、统计、误差分析等，近些年一些新的评价模型也仅仅只是对视觉感知能力的一些肤浅的和不成熟的模拟。虽然客观评价法具有测量方法及条件明确，可操作性好，其结果相对公平等优点。但是，目前人们还难以找到一种客观的、准确的且完备的数学模型和方法来模拟人类视觉生理和心理对现实世界的感知能力，故现有各类显示产品的客观评价法其评价结果往往并不能如实反映人眼对图像质量的真实感受。显示类产品的信宿是人眼的主观感受，而不是一堆抽象的测量分析数据，因而图象质量仅仅用客观测量

6、评价法是不完备的。具体到大型LED显示屏又与其它诸如液晶电视、计算机显示器等显示类产品又存在另一种差异：大型LED显示屏在工程安装完成后，由于受场地的光照、气候、测量角度、距离以及测量仪器等条件的限制，客观评价法在很多工程项目中是无法实施的。因此，制定LED显示屏图像质量主观评价方法（以下简称方法）便显得更加具有现实意义。我国LED显示屏已经历了近三十年的发展，直到2003年才出台了我国第一版LED显示屏客观评价方法LED显示屏测量方法-SJ/T11281-2003，而权威的LED显示屏图像质量主观评价方法却一直未见踪影。使得业内在产品研发、制造、调试、验收、评价等各个环节呈现无标可依的混乱状

7、况。近年来，业内的一些专家在不断地呼吁尽快制订LED显示屏图像质量主观评价方法的行业标准，工信部平板显示标准化工作组业已对该标准项目进行了立项，并有望在三年左右正式推出LED显示屏图像质量主观评价方法的行业标准。2.方法的基本架构自上个世纪80年代，我国便颁布了若干项有关显示类产品的图像质量主观评价方法的标准，其中的一些基本思路对方法的制订具有一定的借鉴意义。但纵观不同类显示产品主观评价方法的内容，虽然在基本方法上存在一些共性，但在评估项目、选题、测试素材、关注点、终极评价等方面却有着极大的差异。比如：.对早期的CRT电视机，必须通过纵横白色条纹来评价红绿蓝汇聚状况；通过棋盘格来评价几何失真等

8、指标。.对视频图像压缩与解压缩进行主观评价时，我们关注点主要在：快速变化的实时视频图像响应速度，解压过程中图像的马赛克现象以及图像边缘的锐度变化等。因此，在制定LED显示屏图像质量主观评价方法过程中我们是不能简单的照搬其它类显示产品的标准，必须根据LED器件的发光特性、模块及模组在生产过程中的工艺特点、传输、刷新、控制的基本原理来制定与LED显示屏相适应的性能评价体系、观察条件、评价人员、评价方法、测试素材及终极评价等。下面我们对方法中的核心要素逐一展开探讨：2.1 基本观察条件LED显示屏其工程安置地点的环境条件千差万别，因而评价的观察条件必须相对宽松。这一点有别于其它类显示产品。下表是LE

9、D显示屏主观评价时的基本观察条件，在评价不同技术指标时，观察条件可能会有相应的调整和变化。序号项 目要 求备 注1观察距离条件1：(17003400)*P1. P：物理像素间距；2. H：显示屏高度；3. 当条件1和条件2无法兼顾时，条件1优先级高于条件2。条件2：3H10H2观察角度在条件允许的情况下，尽可能使观察者的视线与显示屏的光轴对齐。当观察角度与观察距离产生矛盾时，优先满足观察距离的要求。3环境照度与显示屏亮度. 环境照度范围限定为20Lux20000Lux；. 显示屏亮度范围限定为200cd/10000cd/。显示屏亮度随环境照度等比例变化。1. 环境照度和显示屏亮度的测量方法，参

10、照LED显示屏测量方法(SJ/T11281)执行；2. 如环境照度很高，需要显示屏亮度高达10000cd/左右，而显示屏亮度又力所不及，则将显示屏亮度调至最高值进行评价。4显示屏背景衬托光亮度显示屏背景衬托光亮度与图像峰值亮度之比0.1Cb0.5。选择距离显示屏边缘23米的位置抽取8个亮度较高点（原则上四个边，每边2个点）测量背景亮度，然后取8个数据的算术平均值作为背景衬托光亮度。5气候条件对温度、湿度、气压等气候条件无特殊要求。2.2 观察人员² 观察人员可以是专业人员也可以是非专业人员；² 观察人员应有正常的视力和彩色视觉；² 观察人员至少7人最好15人甚至更

11、多；² 观察人员性别与年龄知识结构等方面要全面考虑。2.3 评价方法显示类产品的图像质量主观评价方法通常有：² 质量制：是从图像质量主观感觉的综合优劣程度出发对受评图像进行评分；² 损伤制：是根据图像质量受损程度的主观感觉对受评图像进行评分；² 比较制：是将受评图像与一个基准图像同时显示由观察人员的主观判断作出比较性评分。LED显示屏在进行图像质量主观评价时通常无法提供一个能够完全还原标准图像的LED显示屏作为参照物，故损伤制和比较制均是不适宜的。因而，质量制（五级）是一个比较合适的选择。质量制（五级）评分的分级如下：图像等级主观评价主观感受5优图像质量

12、极佳十分满意4良图像质量好比较满意3中图像质量一般尚可接受2差图像质量差勉强能看1劣图像质量低劣无法观看2.4 性能评价体系我们共选择了10大类性能指标来进行分别评价，并根据具体技术性能提出核心关注点、测试素材及终极评价的构想：2.4.1 静态图像清晰度： 目前，LED显示屏清晰度提升技术五花八门，各种方式的动态像素技术、虚拟像素技术、各种增强处理、直方图均衡等。其实际成效众说纷纭。客观定量测量方法空白、制造商忽悠、用户困惑、业内迷茫。我们可通过特制的清晰度测试卡（包含不同清晰度线对图、低灰等级区分图、高灰等级区分图）以及一组特定的图片（如眉毛、眼睛的神态、发丝、灌木丛等）。有条件的情况下，通

13、过对一组LED显示屏的比较可观察出不同处理技术对清晰度的改善功效。2.4.2 运动图像清晰度长期以来，LED显示屏在显示高速运动画面时，普遍存在残影、拖尾、模糊以及错行失真（隔行/逐行转换形成）等现象。其实，与CRT及LCD相比，LED因为具有快速导通和快速关断（无余辉、纳秒级）的独特优势。因此，倍帧加速、分帧消影、精帧还原等一系列数字处理技术最合适在LED显示屏进行应用，这些技术在消除动态图像的残影、拖尾及模糊现象，提升运动图像清晰度方面具有显著的效果。通过识别快速行驶中的车牌号码、狂奔中的运动员的五官等动态视频图像，我们可以很容易识别出显示屏运动图像的清晰程度。2.4.3 图像信噪比图像增

14、强提锐与图像平滑降噪是鱼和熊掌而难以兼得。图像增强不当，或将损失信噪比，并反过来伤及清晰度。而图像平滑过渡在改善信噪比的同时，也将对清晰度产生负面影响。因此，无论噪声源是外部噪声、内部噪声，抑或是光学噪声、电子噪声，在考察、评价清晰度之后我们必须对图像信噪比进行一个评价。根据LED的发光特性，尤其需要对低灰度（暗画面）的静态和动态画面进行信噪比评价。2.4.4 大面积色彩还原：由于LED三基色的色坐标与常用的光电转换器件（CCD或CMOS）的三基色色坐标存在较大的差异，因此，LED显示屏的在表现摄像视频画面以及照相图片时如果不做色度还原处理，LED显示屏的色彩还原度和舒适度是存有瑕疵的。尤其是

15、在表现黄种人和白种人的肤色时，色彩失真现象较为明显。同时，在表现红绿蓝三基色时，其色彩饱和度大大高于绝大多数自然界色彩。因此，我们须通过特定的图片对色彩还原度进行评价。测试素材可选取：黄种人肤色、白种人肤色、蓝天、白云、绿草地、红旗等静态图片。并对色彩还原度及色彩舒适度进行综合评价。2.4.5 均匀性：均匀性欠佳是目前LED显示屏存在的最严重的痼疾之一，也是衡量LED显示屏画面质量优劣的重要指标，不均匀是由LED器件本身、显示屏生产工艺、均匀性处理技术等众多原因造成的。主要表现为模块及像素之间的亮度不均匀和色度不均匀。红、绿、蓝三基色各自的均匀性是显示屏全部复合色均匀性的基础，而标准白场色则是

16、均匀性最敏感的色度。因此，我们当然须选择红、绿、蓝三基色以及白色作为测试素材对LED显示屏均匀性进行评估（在合适的对比度状态下）。同时，我们还须对全屏黑色画面（不点亮状态下）模块面罩的均匀性、模块及箱体的物理拼缝进行综合主观评价。2.4.6 灰阶表现力灰度表现力的要素包括：灰度重现能力（亮度鉴别等级）、灰度处理深度（等高线现象）、白平衡状态等。我们将通过相应的测试素材对诸多要素进行综合评价。² 灰度重现能力（亮度鉴别等级）：可参照LED显示屏测试方法（SJ/T11281-2007）进行；² 灰度处理深度（等高线现象）：当显示屏灰度处理深度不够时，在环境照度较低的情况下我们可

17、以看到低灰度的画面会出现明显的等高线现象；² 白平衡状态：长期以来，在我们LED显示屏行业内常常有一个误区，将“白平衡”与“标准白场”混为一谈。其实，在视频技术中“白平衡”是指：从黑电平信号开始的低灰度到白电平信号的高灰度，其中的各级灰度的白场色坐标始终处于稳定状态。而“标准白场”则是指：在红绿蓝同灰度等级的状态下显示屏所表现出来的色度状态。在明确了“白平衡”定义后，我们很容易在输入相应测试素材后对显示屏白平衡状态进行主观评价。2.4.7 图像连贯性与稳定性对运动图像其连贯性的观察，主要是评价LED显示屏换帧频率的高低。而对静态图像其稳定性的观察，则主要是对LED显示屏刷新频率高低评

18、估。在客观评价方法LED显示屏测试方法中对换帧频率给出了明确的定义，并提出了测量方法。但是由于配套的测量手段存在难度，业内对换帧频率的客观测量并未真正开展。而在LED显示屏测试方法中对刷新频率的测量方法理论上虽是可行的。但是，由于LED显示屏刷新方式的差异，导致测量结果与人眼观察到结果有时却是相悖的。因此，通过叩齿、眨眼、跳跃等简单的主观评价方式才是最准确的评价。2.4.8 模块与模组的拼装精度LED显示屏是由像素构成模块，模块组成模组，再由模组拼成全屏。因此，模块、模组的拼装精度成为衡量一块LED显示屏品质档次的重要指标之一。在客观评价方法LED显示屏测试方法虽然有详细严谨的测量手段和计算方

19、法。但是一旦显示屏安装到工程现场后，这些测量手段基本都无法实施。而采用一组特定的静态图片，对显示屏的马赛克效应、模块及模组之间的拼缝进行主观评价是更加客观和适宜的。2.4.9 图像干扰图像干扰是指：非信源所要表达的亮度和色度的不规则性改变或图像稳定性受到损伤。与其它显示媒体相比，LED显示屏面积大、功耗大、工作频率高，在信号地、信号电源、动力电源中均存在较大的纹波、谐波和辐射等。如果处理不当，在信号处理、传递过程中极易受到各种干扰。而这些现象是难以进行定量地客观测量的。通过主观观察视频图像中亮度及色度之间是否存在串扰、图像是否存在抖动、波动、跳动和抽动是评价图像稳定性最直接的方式。2.4.10 可靠性一块大型LED显示屏所选用的电子元器件及接插件数量之多，可能是其它任何电子产品都无法比拟的。因