Das Spitzensignal-Rausch-Verhältnis (PSNR) ist das Verhältnis zwischen einer maximalen Signalleistung und der Leistung des Signalrauschens. Ingenieure verwenden häufig das PSNR, um die Qualität der rekonstruierten Bilder zu messen, die komprimiert wurden. Jedes Bildelement (Pixel) hat einen Farbwert, der sich ändern kann, wenn ein Bild komprimiert und anschließend dekomprimiert wird. Signale können einen weiten Dynamikbereich haben, daher wird PSNR normalerweise in Dezibel ausgedrückt, was eine logarithmische Skala ist.
Definieren Sie den Bel und Dezibel. Der Bel ist mathematisch definiert als LB = log10 (P1 / P0), wobei P1 und P0 zwei Größen sind, die sich in den gleichen Maßeinheiten befinden. Das Dezibel ist 0,1 bel, der Dezibelwert LdB ist also LdB = 10 log10 (P1 / P0).
Definieren Sie den mittleren quadratischen Fehler (MSE) zwischen zwei monochromatischen Bildern, wobei ein Bild als Annäherung an das andere betrachtet wird. Die MSE kann als Mittelwert des Quadrats der Unterschiede in den Pixelwerten zwischen den entsprechenden Pixeln der beiden Bilder beschrieben werden.
Drücken Sie MSE mathematisch aus der Beschreibung in Schritt 1 aus. Wir haben daher MSE = 1 / mn, wobei I und K Matrizen sind, die die zu vergleichenden Bilder darstellen. Die zwei Summierungen werden für die Dimensionen "i" und "j" durchgeführt. Daher repräsentiert I (i, j) den Wert des Pixels (i, j) des Bildes I.
Bestimmen Sie den maximal möglichen Wert der Pixel in Bild I. Typischerweise kann dies als (2 ^ n) - 1 angegeben werden, wobei n die Anzahl der Bits ist, die das Pixel darstellen. Somit hätte ein 8-Bit-Pixel einen Maximalwert von (2 ^ 8) - 1 = 255. Der Maximalwert für Pixel in Bild I sei MAX.
Geben Sie die PSNR in Dezibel an. Ab Schritt 1 haben wir den Dezibelwert LdB als LdB = 10 log10 (P1 / P0). Nun sei P1 = MAX ^ 2 und P0 = MSE. Wir haben dann PSNR = 10 log10 (MAX ^ 2 / MSE) = 10 log10 (MAX / (MSE) ^ (1/2)) ^ 2 = 20 log10 (MAX / (MSE) ^ (1/2)). Daher ist PSNR = 20 log10 (MAX / (MSE) ^ (1/2)).