Analysis on Subjective Image Quality Assessments for 4K-UHD Video Viewing Environments

In this paper, we perform subjective visual quality assessments on UHD video for UHD TV services and analyze the assessment results. Demands for video services have been increased with availabilities of DTV, Internet and personal media equipments. With this trend, the demands for high definition video have also been increasing. Currently, 2K-HD ($1920{\times}1080$) video have been widely consumed over DTV, DVD, digital camcoders, security cameras and other multimedia terminals in various types, and recently digital cinema contents of 4K-UHD($3840{\times}2160$) have been popularly produced and the cameras, beam projects, display panels that support for 4K-UHD video start to come out into multimedia markets. Also it is expected that 4K-UHD service will appear soon in broadcasting and telecommunications environments. Therefore, in this paper, subjective assessments of visual quality on resolutions, color formats, frame rates and compression rates have been carried to provide basis information for standardization of signal specification of UHD video and viewing environments for future UHDTV. As the analysis on the assessments, UHD video exhibits better subjective visual quality than HD by the evaluators. Also, the 4K-UHD test sequences in YUV444 shows better subjective visual quality than the 4K-UHD test sequences in YUV422 and YUV420, but there is little perceptual difference on 4K-UHD test sequences between YUV422 and YUV420 formats. For the comparison between different frame rates, 4K-UHD test sequences of 60fps gives better subjective visual quality than those of 30fps. For bit-depth comparison, HD test sequences in 10-bit depth were little differentiated from those in 8-bit depth in subject visual quality assessment. Lastly, the larger the PSNR values of the reconstructed 4K-UHD test sequences are, the higher the subjective visual quality is. Against the viewing distances, the differences among encoded 4K-UHD test sequences were less distinguished in longer distances from the display.

4K-UHD 비디오 시청환경 특성분석을 위한 주관적 화질평가 분석

본 논문에서는 초고해상도(UHD: Ultra High Definition) 영상의 방송 서비스를 위한 UHD 영상의 주관적 화질 평가를 수행하고 이에 따른 화질평가 결과를 분석하였다. TV, 인터넷, 개인 미디어 기기들의 보급으로 인해 영상 콘텐츠의 소비가 늘어나고 있으며 이와 더불어 고화질 영상에 대한 수요 또한 증가하고 있다. 현재 HD급($1920{\times}1080$) 영상이 DTV, DVD, 디지털 캠코더, 감시 비디오 및 기타 멀티미디어 기기 등을 통하여 다양한 형태로 소비되고 있으며, 최근에는 이러한 HD 해상도를 넘어 4K-UHD($3840{\times}2160$) 해상도의 디지털 시네마 콘텐츠가 활발히 제작되고 있고, 멀티미디어 시장에서도 이를 지원하는 카메라, 빔 프로젝터, 디스플레이 등의 기기가 출시되기 시작하였으며, 곧 방송${\times}$통신 환경에서도 4K-UHD 비디오 서비스가 출현할 것으로 예상된다. 이에 본 논문에서는 UHD TV 서비스 도입 시에 UHD 비디오의 시청환경 및 신호규격을 결정하는데 도움을 주기 위해 4K-UHD 영상에 대해 공간 해상도, 컬러포맷, 프레임률, 압축률을 포함한 4 가지 항목에 대한 주관적 화질 평가 실험을 수행하였다. 평가 결과, HD 해상도 대비 UHD 해상도의 영상에 대해 더 높은 주관적 화질 평가 결과를 보였으며, 컬러포맷이 YUV444인 4K-UHD 영상이 YUV422, YUV420인 4K-UHD 영상들 보다 화질이 더 높은 주관적 평가를 받았고, YUV422와 YUV420 4K-UHD 영상 간의 화질 비교에서는 주관적 평가 차이는 미미한 것으로 나타났다. 프레임률에 있어서는 60fps의 4K-UHD 영상이 30fps의 4K-UHD 영상보다 움직임이 많은 영상일수록 더 높은 주관적 화질 평가 결과를 보였으며, HD 영상에 대한 비트심도 비교에서는 10bit인 영상과 8bit인 영상 간의 주관적 화질 평가차이는 매우 작은 것으로 나타났다. 마지막으로 복${\times}$부호화된 4K-UHD 영상의 PSNR이 높을수록 높은 주관적 화질평가를 받았으며 시청거리가 멀어질수록 부호화에 의한 화질 열화를 인지하는 능력이 떨어지면서 PSNR이 낮은 영상도 화질이 양호한 것으로 평가되는 경향이 있었다.