CN101911714A - 视频质量估计设备、方法和程序 - Google Patents

Abstract

分组丢失频率计算单元(102)根据提取的分组丢失模式，将在表示多个连续IP分组的间隔的预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失，以计算计数值作为分组丢失频率。分组丢失频率计算单元(102)根据分组丢失模式计算突发分组丢失长度，其表示连续丢失的分组数目。根据突发分组丢失长度计算质量估计间隔内的平均突发分组丢失长度。分组丢失变化指标计算单元(106)根据平均突发分组丢失长度，导出分组丢失变化指标。另外，编码质量计算单元(103)基于提取的编码比特率和帧率计算编码的视频质量值。视频质量估计单元(104)基于编码的视频质量值、分组丢失频率、分组丢失变化指标计算视频质量值。这允许正确估计已经发生突发分组丢失的视频的质量。

Description

视频质量估计设备、方法和程序

技术领域

本发明涉及一种视频质量估计技术，用于对经由诸如互联网等IP(互联网协议)网络提供的IPTV服务、视频分发服务、视频通信服务等中的视频通信质量进行估计。

背景技术

随着互联网接入线路的速度和带宽的增长，期望视频通信服务能够更普遍，该视频通信服务经由互联网在终端之间或服务器端之间传送包括视频和语音的视频媒体。

互联网是一种不一定保证通信质量的网络。为此，当使用语音和视频媒体来进行通信时，如果网络带宽较窄，或者网络在用户终端之间被阻塞，则用户所感知到的语音和视频媒体的质量[QoE(体验质量)]会劣化。

更具体地，视频质量劣化被感知为，视频的模糊、拖尾、马赛克形状的失真、以及抖动效果。为了提供高质量视频通信服务，提供服务之前的应用或网络质量设计和开始服务之后的质量管理是重要的。因此，需要能够适当表达观察者所感知的视频质量的简单且高效的视频质量评估技术。

传统上，ITU-T(国际电信联盟-电信标准部)推荐标准J.144(ITU-T推荐标准J.144)定义了一种客观视频质量评估方法。ITU-T推荐标准G.1070(ITU-T推荐标准G.1070)定义了一种用于视频电话的质量设计的质量估计方法。这些客观评估技术可以在具有估计误差情况下对主观质量进行估计，该估计误差相当于预定条件下的主观质量的统计不确定性。

发明内容

然而，上述ITU-T推荐标准是一种使用视频媒体信号(像素信号)的质量估计方法，并且需要与质量估计有关的大量计算。为此，该方法不适合于通过提取网络之间的质量信息来估计质量，更具体地，不适合于大规模网络中的质量估计。

基于影响视频质量的质量参数来估计质量的方法(上述ITU-T推荐标准G.1070)是一种仅能够对随机分组丢失(即，突发丢失长度为“1”的分组丢失)进行估计而不能对突发分组丢失(连续产生的分组丢失)进行估计的模型。

更具体地，当产生突发分组丢失时，一次连续丢失多个IP分组。因此，视频的丢失频率低于随机分组丢失的频率。例如，假定分组丢失率为3％，并且当突发分组丢失长度为“1”时，分组丢失频率为3。在这种情况下，当突发分组丢失长度为“3”时，分组丢失频率为1。

即，在前一种情况下(分组丢失长度为“1”时的分组丢失，即，随机分组丢失)，用户感知到在视频中已经发生了三次分组丢失。在后一种情况下(连续产生的分组丢失，即，突发分组丢失)，用户感知到已经发生了一次分组丢失。

如上所述，如果分组丢失率相同，如图11A所示，产生突发分组丢失时的视频质量比产生随机分组丢失时的视频质量高。注意，在图11A中，ABL表示平均突发分组丢失长度。通过将丢失的分组数目除以分组丢失频率来获得ABL。由于传统方法不考虑上述特征，因此产生突发分组丢失时的视频质量被评估为比实际质量低，导致极低的估计精确度。

在移动通信中，基于一个或若干分组形成一个帧。当产生长突发分组丢失时，丢失了若干帧(在HD标准的视频中，一个帧包括几十个分组或更多分组，因此，如果突发分组丢失长度高达10，则仅一个帧劣化)。另一方面，很少跨若干帧发生随机分组丢失(即，当突发分组丢失长度为1时)(然而，如果一个分组包含多个帧的信息，则在丢失一个分组时丢失多个帧)。因此，如果突发分组丢失长度较长，则多个帧劣化。与随机分组丢失相比，人类所感知到的质量变得更差。更具体地，例如，当帧率为30fps时，一个帧的丢失时间为33ms。例如，如果丢失了10个帧，则丢失继续330ms。按照相同的分组丢失频率，针对突发分组丢失的质量比针对随机分组丢失的质量差。

考虑上述问题做出了本发明，并且本发明的目的是允许可靠地估计产生突发分组丢失的视频的质量。

解决问题的手段

为了解决上述问题，根据本发明，提供了一种视频质量估计设备，包括：分组分析单元，从输入IP分组中提取编码比特率、帧率、以及分组丢失模式作为质量参数；分组丢失频率计算单元，根据提取的分组丢失模式，将在预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失，该预定间隔表示多个连续IP分组的间隔，从而计算计数值作为分组丢失频率；编码质量计算单元，基于所提取的编码比特率和帧率，来计算第一视频质量值；以及视频质量估计单元，基于由分组丢失频率计算单元计算的分组丢失频率以及由编码质量计算单元计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

根据本发明，还提供了一种视频质量估计方法，包括：提取步骤，从输入IP分组中提取编码比特率、帧率、以及分组丢失模式作为质量参数；分组丢失频率计算步骤，根据所提取的分组丢失模式，将在预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失，该预定间隔表示多个连续IP分组的间隔，从而计算计数值作为分组丢失频率；编码质量计算步骤，基于所提取的编码比特率和帧率，来计算第一视频质量值；以及视频质量估计步骤，基于计算的分组丢失频率和第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

本发明的效果

根据本发明，根据所提取的分组丢失模式，将在预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失，该预定间隔表示多个连续IP分组的间隔，从而计算计数值作为分组丢失频率。另一方面，基于所提取的编码比特率和帧率，来计算第一视频质量值。基于第一视频质量值和分组丢失频率，来计算第二视频质量值作为视频质量值。这实现了对已经发生突发分组丢失的视频的质量进行正确估计。

此外，根据本发明，根据所提取的分组丢失模式，来计算表示连续丢失的分组数目的突发分组丢失长度。基于计算的突发分组丢失长度和分组丢失频率以及计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。这实现了对诸如移动通信等低比特率通信中的视频质量进行正确估计。因此，能够避免以下问题：对已经发生突发分组丢失的视频的质量的估计精确度非常低。

附图说明

图1是示出了根据本发明第一至第四实施例的视频质量估计设备的框图；

图2是示出了根据本发明第五实施例的视频质量估计设备的框图；

图3是示意了图1所示的视频质量估计设备的单元的操作概要的流程图；

图4是示意了图2所示的视频质量估计设备的单元的操作概要的流程图；

图5A是示出了视频质量估计设备中提供的质量数据库103A的布置的表格；

图5B是示出了视频质量估计设备中提供的系数数据库103B的布置的表格；

图5C是示出了视频质量估计设备中提供的系数数据库103C的布置的表格；

图6A是示出了视频质量估计设备中提供的质量数据库104A的布置的表格；

图6B是示出了视频质量估计设备中提供的系数数据库104B的布置的表格；

图7是示出了系数数据库105B的布置的表格；

图8A是示出了分组丢失状态的图示；

图8B是示出了分组丢失状态的图示；

图8C是示出了分组丢失状态的图示；

图9A是示出了分组丢失状态的图示；

图9B是示出了分组丢失状态的图示；

图9C是示出了分组丢失状态的图示；

图10是示出了针对每个平均突发分组丢失长度的分组主观质量与分组丢失频率之间的关系的图；

图11A是示出了根据连续分组丢失长度的分组主观质量与分组丢失率之间的关系的图；

图11B是示出了根据连续分组丢失长度的分组主观质量与分组丢失频率之间的关系的图；

图12是示出了视频质量估计设备的硬件配置的框图。

具体实施方式

通常，当高比特率通信中的分组丢失频率不变时，优选地，基于分组丢失频率对质量进行估计，从图11B中明显看出，这是由于主观质量值几乎恒定，而与连续丢失长度(突发分组丢失长度)无关。在本发明中，使用该特征，考虑突发分组丢失的影响，来实现质量估计。对于低比特率通信而言，考虑突发分组丢失长度，来实现质量估计。

更具体地，与现有技术不同，该方法不使用分组丢失率，而使用质量估计间隔(例如，10秒)中的分组丢失频率。即，捕获IP分组。基于IP分组的IP分组头部或RTP(实时传输协议)头部中设置的序号，来确定丢失是随机分组丢失还是突发分组丢失。对质量估计间隔内分组丢失簇产生的次数进行计数，并且根据分组丢失频率(例如，5次)，对视频质量(例如，MOS＝2.5，其中，MOS是平均意见得分(主观视频质量值))进行估计。

根据本发明，由于在服务提供期间，可以基于可从网络中提取的IP分组中设置的信息，而不使用视频媒体的像素信息，来估计视频质量，因此能够通过更少计算量来考虑突发分组丢失。

将详细描述本发明。如后续所述，本发明包括：分组分析单元101，从输入IP分组中提取编码比特率、帧率、以及分组丢失模式作为质量参数；分组丢失频率计算单元102，根据提取的分组丢失模式，将在预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失，该预定间隔表示多个连续IP分组的间隔，从而计算计数值作为分组丢失频率；编码质量计算单元103，基于所提取的编码比特率和帧率，来计算第一视频质量值；以及视频质量估计单元104，基于由分组丢失频率计算单元102计算的分组丢失频率以及由编码质量计算单元103计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

在这种情况下，分组丢失频率计算单元102根据所提取的分组丢失模式来计算突发分组丢失长度，该突发分组丢失长度表示连续丢失的分组数目。视频质量估计单元104基于由分组丢失频率计算单元102计算的突发分组丢失长度和分组丢失频率、以及由编码质量计算单元103计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

此外，本发明包括：提取步骤，从输入IP分组中提取编码比特率、帧率、以及分组丢失模式作为质量参数；分组丢失频率计算步骤，根据所提取的分组丢失模式，将在预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失，该预定间隔表示多个连续IP分组的间隔，从而计算计数值作为分组丢失频率；编码质量计算步骤，基于所提取的编码比特率和帧率，来计算第一视频质量值；以及视频质量估计步骤，基于计算的分组丢失频率和第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

在这样的情况下，在分组丢失频率计算步骤中，根据所提取的分组丢失模式，来计算突发分组丢失长度，该突发分组丢失长度表示连续丢失的分组数目。在视频质量估计步骤中，基于在分组丢失频率计算步骤中计算的突发分组丢失长度和分组丢失频率、以及在编码质量计算步骤中计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

此外，本发明包括使计算机(图12中所示的CPU 13)执行以下处理的程序：提取处理，从输入IP分组中提取编码比特率、帧率、以及分组丢失模式作为质量参数；分组丢失频率计算处理，根据所提取的分组丢失模式，将在预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失，该预定间隔表示多个连续IP分组的间隔，从而计算计数值作为分组丢失频率；编码质量计算处理，基于所提取的编码比特率和帧率，来计算第一视频质量值；以及视频质量估计处理，基于计算的分组丢失频率和第一视频质量值，来计算第二视频质量值。本发明还包括存储该程序的记录介质(图12所示的记录介质16)。

在这种情况下，分组丢失频率计算处理包括：突发分组丢失长度计算处理，根据所提取的分组丢失模式，来计算表示连续丢失的分组数目的突发分组丢失长度。视频质量估计处理包括：第二视频质量值计算处理，基于在分组丢失频率计算处理中计算的突发分组丢失长度和分组丢失频率、以及在编码质量计算处理中计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。本发明包括使计算机(CPU 13)执行以下处理的程序：突发分组丢失长度计算处理以及第二视频质量值计算处理。本发明还包括存储该程序的记录介质(记录介质16)。

以下参照附图描述本发明。图1使示出了根据本发明实施例的视频质量估计设备的框图。

视频质量估计设备通过使诸如CPU等计算机读出存储在存储介质中的程序并执行该程序，来实现诸如图1所示的IP分组分析单元101、分组丢失频率计算单元102、编码质量计算单元103、以及视频质量估计单元104等单元的功能。视频质量估计设备还包括：存储单元，保存要在后续描述的质量数据库103A和104A以及系数数据库103B和104B。

在该视频质量估计设备中，首先捕获用于视频通信的IP分组。IP头部、传输流(TS)、基本流(ES)等存在于IP分组中。

将捕获的IP分组发送至IP分组分析单元101。在接收IP分组时，IP分组分析单元101提取要被输入至分组丢失频率计算单元102和编码质量计算单元103的质量参数，作为用于要在后续描述的用于估计视频质量的视频质量估计函数的参数。将所提取的质量参数发送至分组丢失频率计算单元102以及编码质量计算单元103，使得分组丢失频率计算单元102和编码质量计算单元103接收这些质量参数，作为用于视频质量估计函数的参数。在该实施例中，如后续将描述的，在视频质量估计间隔中的分组丢失频率、分组丢失间隔、比特率、以及帧率用作质量参数。

关于分组丢失频率，使用表示视频质量随分组丢失频率增大而降低的特性。

不仅可以使用在该实施例中使用的质量参数，而且还可以使用IP分组中设置的视频格式、编码速率、帧信息(帧内刷新率、GoP、以及帧类型)、在运动补偿之后用于误差信号的信息(例如，量化步骤的数目，以及变换系数(DCT系数/积分变换系数/小波系数))、分组丢失信息(例如，分组丢失率、分组丢失模式、以及分组延迟时间)等。

以下描述该实施例中提取质量参数并将它们发送至分组丢失频率计算单元102和编码质量计算单元103的详细方法。

(a)分组丢失模式

为了计算分组丢失频率，从在IP分组头部或RTP头部中设置的序号等中，检测出序号丢失。将检测到的序号发送并输入至分组丢失频率计算单元102。

(b)比特率

对于IP分组中视频编码所需的码量(即，比特数目)进行计数。将比特率发送并输入至编码质量计算单元103。如果由于加密等不能直接对比特率进行计数，则对可参考的头部进行计数。从在IP头部中描述IP长度中减去计数值，并将该计数值用作比特率。

(c)帧率

通过参考与视频编码有关的信息，从GoP(画面组)结构中获得帧率。将帧率发送并输入至编码质量计算单元103。在广播服务或类似服务中，帧率通常是固定的。因此，给予帧率诸如30fps的固定值。如果与视频编码有关的信息已被加密，则在一些应用中存在于RTP头部中的标记比特表示帧结束。可以使用该信息对帧的数目进行计数。类似地，可以使用TS头部中的有效载荷单元开始指示符对帧的数目进行计数。

分组丢失频率计算单元102根据分组丢失模式，来计算分组丢失频率，然后，将该分组丢失频率发送并输入至视频质量估计单元104。更具体地，根据以下过程来计算分组丢失频率。注意，分组丢失频率意味着，一个丢失分组和例如连续丢失的分组都被计数作为一次分组丢失。

(a)例如，假定IP分组分析单元101分析出，如图8B所示，IP分组序号31至34丢失，从而连续丢失分组。在这种情况下，不管连续分组丢失长度(例如，在上述示例中，连续分组丢失长度为“4”)是多少，都将分组丢失频率计数为“1”。然而，例如如图8A所示，如果IP分组序号31、33、35和37丢失，则丢失频率为“4”。如图8C所示，如果在连续丢失两个IP分组之后，序列返回至正常状况，然后再次丢失一个分组，则丢失频率为“2”。

(b)如图9A、9B和9C所示，与分组丢失模式无关地，将在预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失。例如，当将预定间隔设置为10个IP分组(例如，序号为30至39)时，将图8A中的分组丢失计数为一次分组丢失。

可以按照以下方式给出预定间隔。

(a)将预定数目的IP分组定义为一个间隔(例如，10个IP分组)。

(b)将构成一个帧的片(slice)定义为一个间隔(可以将多个片定义为一个间隔)。

(c)将一个帧定义为一个间隔(可以将多个帧定义为一个间隔)。

(d)将一个GoP定义为一个间隔(可以将多个GoP定义为一个间隔)。

可以直接从与媒体有关的有效载荷信息中读出片、帧或GoP。然而，由于通常为了版权保护对与媒体有关的有效载荷信息进行加密，因此可以使用如上所述的RTP头部中的标记比特或TS头部中的有效载荷单元开始指示符，对片、帧或GoP进行区分。

上述间隔仅作为示例，本发明还结合通过任何其他方法确定的间隔。

“预定间隔”的开始点可以是丢失分组。

注意，上述间隔由帧、GoP、秒等给出。由于间隔取决于系统或编解码器(编码器和解码器)，因此可以通过主观评估来确定(可以通过任何其他方法来确定)该间隔。

注意，当如图9A所示每隔一个分组丢失一个分组时(这同样适用于图9B和9C)，通过将预定间隔中的分组丢失作为一个分组丢失进行处理，来提高质量估计精确度。更具体地，连续丢失长度为“1”时的质量与连续丢失长度为“10”时的质量几乎相同。为此，例如，如果将10分组定义为预定间隔，则优选地在图9A、9B和9C的情况下，将丢失频率计数为“1”。

编码质量计算单元103在根据编码比特率Br以及帧信息(不仅帧率Fr是可用的，而且帧内刷新率或GoP也是可用的)进行编码之后立即对视频质量进行估计。以下作为第一和第二实施例，描述通过编码质量计算单元103的视频质量估计的示例。

(第一实施例)

在第一实施例中，如图1所示，编码质量计算单元103接收视频通信服务类型信息A、视频通信格式信息B、以及编解码器信息C，视频通信服务类型信息A表示目标视频例如是IPTV、VoD(视频点播)、或视频电话，视频通信格式信息B表示目标视频例如是HD(高清)或SD(标清)，编解码器信息C表示例如H.264或MPEG4。编码质量计算单元103然后从存储单元中的质量数据库中访问图5A所示的质量数据库103A，该质量数据库103A与接收到的服务类型信息A、视频格式信息B以及编解码器信息C相对应。编码质量计算单元103从访问的质量数据库103A中的视频质量值中导出质量值(由图1的质量特性X表示的质量值)，该质量值与从IP分组分析单元101输入的编码比特率和帧率相对应。编码质量计算单元103将质量值传送至视频质量估计单元104。然而，输入信息不限于服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C。可以输入任何其他信息以导出质量值。输入信息不限于从IP分组中提取的信息。可以作为外部信息来输入该信息，所述外部信息例如是服务类型信息A。

(第二实施例)

在第二实施例中，编码质量计算单元103数学表达质量特性。作为表达式中的参数值v1至v7(要在后续描述)，可以从图5B所示的系数数据库103B中获得与输入服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C相对应的参数值。将所获得的参数值输入至表达式，从而导出视频质量值作为要稍后描述的Vc。将视频质量值Vc传送至视频质量估计单元104。可以由公式(1)来数学表达视频质量值。然而，视频质量值有时可以由更简单的公式来数学表达。因此，本发明不限于那些公式。

以下描述使用表达式进行视频质量估计的示例。ITU-T推荐标准G.1070等视频质量估计函数适用于编码质量计算单元103。G.1070模型的示例如下。

[数学公式1]

$\left.\begin{array}{c}\mathrm{Vc}=1+I_{\mathrm{coding}}\\ I_{\mathrm{coding}}=I_{\mathrm{Ofr}}\exp \{-\frac{{[\ln \left(\mathrm{Fr}\right)-\ln \left(\mathrm{Ofr}\right)]}^2}{2\·{\mathrm{DFr}}^2}\}\\ \mathrm{Ofr}=v1+v2\·\mathrm{Br}\\ I_{\mathrm{Ofr}}=v3-\frac{v3}{1+{\left[\frac{\mathrm{Br}}{v4}\right]}^{v5}}\\ \mathrm{DFr}=v6+v7\·\mathrm{Br}\end{array}\right\}...\left(1\right)$

其中，Vc是取值为1至5的视频质量值，I_coding是取值为0至4的视频质量特性，Ofr是最优帧率(对于每个比特率最大化视频质量的帧率)，以及I_Ofr是最优帧率下的视频质量值。注意，Br是上述的编码比特率，Fr是上述帧率，以及v1，v2，...，v7是存储在上述系数数据库103B中的参数值，这些参数值是由服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器(编码器和解码器)信息C确定的系数。

在诸如IPTV服务等服务中，有时以30fps的固定帧率进行通信。由于帧率始终为30fps，不需要评估帧率对视频质量的影响程度。在这种情况下，使用以下给出的质量估计函数来评估视频质量：

[数学公式2]

$\left.\begin{array}{c}\mathrm{Vc}=1+I_{\mathrm{coding}}\\ I_{\mathrm{coding}}=v3-\frac{v3}{1+{\left[\frac{\mathrm{Br}}{v4}\right]}^{v5}}\end{array}\right\}...\left(2\right)$

当帧率固定时，图5C中所示的系数数据库103C中的系数值用作公式(2)中的系数v3、v4、和v5。

视频质量估计单元104根据来自于分组丢失频率计算单元102的分组丢失频率PLF以及来自于编码质量计算单元103的紧接编码之后的视频质量值Vc，来估计视频质量值V。以下作为第三和第四实施例描述视频质量估计单元104进行的视频质量估计的示例。

(第三实施例)

在第三实施例中，如图1所示，视频质量估计单元104接收目标视频服务类型信息A、目标视频格式信息B、以及编解码器信息C(表示例如H.264或MPEG4)。视频质量估计单元104然后从存储单元中的质量数据库中访问如图6A所示的质量数据库104A，该质量数据库104A与接收到的服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C相对应。视频质量估计单元104从所访问的质量数据库104A中导出视频质量值(由图1的质量特性Y表示的视频质量值)，该视频质量值与从编码质量计算单元103接收到的视频质量值以及从分组丢失频率计算单元102接收到的分组丢失频率相对应。然而，输入信息不限于服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C。可以输入任何其他信息以导出质量值。输入信息不限于从IP分组中提取的信息。可以作为外部信息输入该信息，所述外部信息例如是服务类型信息A。

(第四实施例)

在第四实施例中，视频质量估计单元104数学表达质量特性。作为表达式中的参数值v8(要在后续描述)，可以从图6B所示的系数数据库104B中的参数值中获得与输入服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C相对应的参数值。将所获得的参数值输入至表达式，从而导出视频质量值作为V。可以由公式(3)来数学表达视频质量值。然而，视频质量值有时可以由更简单的公式来数学表达。因此，本发明不限于那些公式。

以下描述使用表达式进行视频质量估计的示例。视频质量估计表达式由以下公式给出：

[数学表达式3]

$v=1+I_{\mathrm{coding}}\·\exp [-\frac{\mathrm{PLF}}{v8}]...\left(3\right)$

其中，V是取值1至5的视频质量值，v8是存储在上述系数数据库104B中的参数值，该参数值是由服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器(编码器和解码器)信息C确定的系数。

如上所述，可以使用与视频质量相关联的参数来估计视频通信服务的视频质量值。这允许使用服务的用户容易确定保持预定质量还是保持比预定质量高的质量。因此能够设计要在视频通信服务中使用的质量参数，或者掌握并管理所提供的服务的质量状况。

(第五实施例)

图2是示出了根据本发明第五实施例的视频质量估计设备的框图。视频质量估计设备通过使诸如CPU等计算机读取存储在存储介质中的程序并执行该程序，来实现例如图1和2所示的IP分组分析单元101、分组丢失频率计算单元102、编码质量计算单元103、视频质量估计单元104、突发分组丢失长度计算单元105、以及分组丢失变化指标计算单元106等单元的功能。视频质量估计设备还包括存储单元，该存储单元保存质量数据库103A和104A以及系数数据库103B、103C、104B和105B。

在上述第四实施例中，已经解释了估计参数值v8作为与服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C相对应的固定值的示例。以如HDTV中的高比特率，一个帧由许多分组形成(例如，一个帧由几十到几百个分组形成)。为此，由于突发分组丢失长度(表示一次分组丢失中连续丢失的分组数目)大约为几十个，极可能仅在一个帧中发生丢失，并且可以通过分组丢失频率来估计视频质量。

然而，当如在移动通信中以低比特率进行编码时，包括在一个帧中的分组数目较小(例如，一个帧由一个分组形成)。如果发生突发分组丢失(例如，突发分组丢失长度为10)，则一次丢失许多帧(例如，丢失10个帧)。因此，视频质量倾向于比较短突发丢失长度的视频质量更差。

如图10所示，对应于平均突发分组丢失长度(ABL)的主观质量随着分组丢失频率的增加而单调降低。对于每个上述平均突发分组丢失长度(ABL)，指数函数的时间常量有所变化。如图10所示，在如上述移动通信中以低比特率传输中，随着平均突发分组丢失长度的增加，表示指数函数的曲线的斜率变得更大。当平均突发分组丢失长度增加时，主观质量突然降低。

在第五实施例中，视频质量估计单元104基于来自于分组丢失频率计算单元102的分组丢失频率PLF、来自于编码质量计算单元103的紧接编码之后的视频质量值Vc、以及来自于分组丢失变化指标计算单元106的分组丢失变化指标v8，来估计视频质量值V。

在第五实施例中，对分组丢失变化指标v8进行数学表达。可以从图7所示的系数数据库105B中的参数值中，获得与输入服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C相对应的参数值。将所获得的参数值输入至以下表达式，从而导出分组丢失变化指标v8。

以下描述使用表达式的示例，估计表达式由以下公式给出：

[数学公式4]

v8＝a+b·exp(-BL/c)                ...(4)

其中，v8是分组丢失变化指标，以及a、b和c是存储在图7所示系数数据库105B中的参数值，这些参数值是由服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C确定的系数。注意，ABL是通过以下操作获得的平均突发分组丢失长度：使突发分组丢失长度计算单元105对由分组丢失频率计算单元102计算的分组丢失的突发分组丢失长度进行平均。

因此，将所获得的分组丢失变化指标v8、第一视频质量值Vc、以及分组丢失频率PLF输入至公式(3)，从而获得期望的第二视频质量值V。

图3是示意了根据本发明第一至第四实施例的视频质量估计设备的单元的操作概要的流程图。参照该流程图描述视频质量估计设备的主要部分的操作。

在接收到捕获的IP分组时，IP分组分析单元101从接收到的IP分组中提取质量参数作为视频质量估计函数，来估计视频质量，该质量参数包括要输入至分组丢失频率计算单元102和编码质量计算单元103的编码比特率、帧信息(例如，帧率)、以及分组丢失模式。将所提取的质量参数发送至分组丢失频率计算单元102和编码质量计算单元103(步骤S101)。

分组丢失频率计算单元102根据由IP分组分析单元101提取的分组丢失模式来计算分组丢失频率，并将该分组丢失频率发送至视频质量估计单元104(步骤S102)。

编码质量计算单元103根据由IP分组分析单元101提取的编码比特率和帧信息，来估计紧接编码之后的视频质量。在这种情况下，编码质量计算单元103访问与接收到的服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C相对应的质量数据库103A。编码质量计算单元103导出与输入编码比特率和帧率相对应的视频质量值(由图1中的质量特性X表示的视频质量值)，并将该视频质量值传送至视频质量估计单元104。备选地，编码质量计算单元103将视频质量特性数学表达为类似上述公式(1)或(2)的视频质量估计函数。编码质量计算单元103将参数输入至公式，以导出视频质量值Vc，并且将该视频质量值Vc传送至视频质量估计单元104(步骤S103)。

视频质量估计单元104根据由分组丢失频率计算单元102计算的分组丢失频率以及来自于编码质量计算单元103的紧接编码之后的视频质量值Vc，来估计视频质量值V。在这种情况下，视频质量估计单元104访问与接收到的服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C相对应的质量数据库104A。视频质量估计单元104导出与分组丢失频率和紧接编码之后的输入视频质量值Vc相对应的视频质量值(由图1的质量特性Y表示的视频质量值)。备选地，视频质量估计单元104将视频质量特性数学表达为类似上述公式(3)的视频质量估计函数。视频质量估计单元104将参数输入至公式，以导出视频质量值V(步骤S104)。

图4是示意了根据本发明第五实施例的视频质量估计设备的单元的操作概要的流程图。参照该流程图描述视频质量估计设备的主要部分的操作。

在接收到捕获的IP分组时，IP分组分析单元101从接收到的IP分组中提取质量参数作为视频质量估计函数，来估计视频质量，该质量参数包括要输入至分组丢失频率计算单元102和编码质量计算单元103的编码比特率、帧信息(例如，帧率)、以及分组丢失模式。将所提取的质量参数发送至分组丢失频率计算单元102和编码质量计算单元103(步骤S201)。

分组丢失频率计算单元102根据由IP分组分析单元101提取的分组丢失模式来计算分组丢失频率，并将该分组丢失频率发送至视频质量估计单元104(步骤S202)。分组丢失频率计算单元102还根据由IP分组分析单元101提取的分组丢失模式，来计算与一次分组丢失相对应的突发分组丢失长度，并将该分组丢失长度发送至突发分组丢失长度计算单元105。

突发分组丢失长度计算单元105根据与由分组丢失频率计算单元102计算的一次分组丢失相对应的突发分组丢失长度，来计算质量估计间隔内的平均突发分组丢失长度，并且将该平均突发分组丢失长度发送至分组丢失变化指标计算单元106(步骤S203)。

分组丢失变化指标计算单元106计算分组丢失变化指标，该分组丢失变化指标与由突发分组丢失长度计算单元105计算的平均突发分组丢失长度相对应。在这种情况下，分组丢失变化指标计算单元106将与接收到的服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C相对应的质量特性数学表达为类似上述公式(4)的估计函数。分组丢失变化指标计算单元106将图7所示系数数据库105B中的参数输入至公式(4)，以导出分组丢失变化指标(由图2中的质量特性Z表示的质量特性系数值)，并且将该分组丢失变化指标发送至视频质量估计单元104(步骤S204)。

注意，在该实施例(第五实施例)中，在多次测量突发分组丢失长度之后，获得长度的平均值(平均突发丢失长度)，并且将其用于变化指标计算。然而，用于变化指标计算的值不限于平均突发丢失长度。例如，除了平均值以外，通过一次测试获得的值、通过多次测试获得的典型值、或通过统计处理获得的值也是可用的。

编码质量计算单元103根据由IP分组分析单元101提取的编码比特率和帧信息来估计紧接编码之后的视频质量。在这种情况下，编码质量计算单元103访问与接收到的服务类型信息A、视频格式信息B、以及编解码器信息C相对应的质量数据库103A。编码质量计算单元103导出与输入编码比特率和帧率相对应的质量值(由图2的质量特性X表示的质量值)，并且将该质量值传送至视频质量估计单元104。备选地，编码质量计算单元103将质量特性数学表达为类似上述公式(1)或(2)的视频质量估计函数。编码质量计算单元103将参数输入至公式，以导出视频质量至Vc，并将该视频质量值Vc传送至视频质量估计单元104(步骤S205)。

视频质量估计单元104根据由分组丢失频率计算单元102计算的分组丢失频率、来自于编码质量计算单元103的紧接编码之后的视频质量值Vc、以及由分组丢失变化指标计算单元106计算的分组丢失变化指标，来估计视频质量值V(步骤S206)。

Claims (17)

1.一种视频质量估计设备，包括：

分组分析单元，从输入IP分组中提取编码比特率、帧率、以及分组丢失模式作为质量参数；

分组丢失频率计算单元，根据所提取的分组丢失模式，将在预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失，从而计算计数值作为分组丢失频率，其中所述预定间隔表示多个连续IP分组的间隔；

编码质量计算单元，基于所提取的编码比特率和帧率，来计算第一视频质量值；以及

视频质量估计单元，基于由所述分组丢失频率计算单元计算的分组丢失频率以及由所述编码质量计算单元计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

2.根据权利要求1所述的视频质量估计设备，其中，所述分组丢失频率计算单元使用丢失分组作为预定间隔的开始点。

3.根据权利要求1所述的视频质量估计设备，还包括：第一表格，在所述第一表格中，与编码比特率和帧率相对应地设置视频质量值，

其中，所述编码质量计算单元访问所述第一表格，以选择与所提取的编码比特率和帧率相对应的视频质量值，并且计算所选视频质量值作为第一视频质量值。

4.根据权利要求1所述的视频质量估计设备，还包括第二表格，在所述第二表格中，与第一视频质量值和分组丢失频率相对应地设置视频质量值，

其中，所述视频质量估计单元访问所述第二表格，以选择与由所述编码质量计算单元计算的第一视频质量值以及由所述分组丢失频率计算单元计算的分组丢失频率相对应的视频质量值，并且计算所选视频质量值作为第二视频质量值。

5.根据权利要求1所述的视频质量估计设备，其中

所述分组丢失频率计算单元根据所提取的分组丢失模式来计算突发分组丢失长度，所述突发分组丢失长度表示连续丢失的分组数目，以及

所述视频质量估计单元基于由所述分组丢失频率计算单元计算的突发分组丢失长度和分组丢失频率、以及所述编码质量计算单元计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

6.根据权利要求5所述的视频质量估计设备，还包括：

突发分组丢失计算单元，根据突发分组丢失长度，来计算与质量估计间隔内的突发分组丢失长度有关的统计信息；以及

分组丢失变化指标计算单元，计算分组丢失变化指标，所述分组丢失变化指标对应于与突发分组丢失长度有关的统计信息，

其中，所述视频质量估计单元基于由所述分组丢失变化指标计算单元计算的分组丢失变化指标、由所述分组丢失频率计算单元计算的分组丢失频率、以及由所述编码质量计算单元计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

7.根据权利要求1所述的视频质量估计设备，其中，

所述分组丢失频率计算单元根据所提取的分组丢失模式，来计算表示连续丢失的分组数目的突发分组丢失长度，以及

视频质量随着分组丢失频率的增加而单调降低。

8.根据权利要求1所述的视频质量估计设备，其中，

所述分组丢失频率计算单元根据所提取的分组丢失模式，来计算表示连续丢失的分组数目的突发分组丢失长度，

视频质量具有随着分组丢失频率的增加而单调降低的特性，以及

表示单调降低的曲线的降低程度随着分组丢失频率的增加而变大。

9.一种视频质量估计方法，包括：

提取步骤，从输入IP分组中提取编码比特率、帧率、以及分组丢失模式作为质量参数；

分组丢失频率计算步骤，根据所提取的分组丢失模式，将在预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失，从而计算计数值作为分组丢失频率，其中所述预定间隔表示多个连续IP分组的间隔；

编码质量计算步骤，基于所提取的编码比特率和帧率，来计算第一视频质量值；以及

视频质量估计步骤，基于计算的分组丢失频率和计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

10.根据权利要求9所述的视频质量估计方法，其中，所述分组丢失频率计算步骤还包括步骤：使用丢失分组作为预定间隔的开始点。

11.根据权利要求9所述的视频质量估计方法，其中，所述编码质量计算步骤还包括步骤：访问第一表格，以选择与所提取的编码比特率和帧率相对应的视频质量值，并且计算所选视频质量值作为第一视频质量值，其中在所述第一表格中，与编码比特率和帧率相对应地设置视频质量值。

12.根据权利要求9所述的视频质量估计方法，其中，所述视频质量估计步骤还包括步骤：访问第二表格，以选择与在所述编码质量计算步骤中计算的第一视频质量值以及在所述分组丢失频率计算步骤中计算的分组丢失频率相对应的视频质量值，并且计算所选视频质量值作为第二视频质量值，其中在所述第二表格中，与第一视频质量值和分组丢失频率相对应地设置视频质量值。

13.根据权利要求9所述的视频质量估计方法，其中，

在所述分组丢失频率计算步骤中，根据所提取的分组丢失模式，来计算突发分组丢失长度，所述突发分组丢失长度表示连续丢失的分组数目，以及

所述视频质量估计步骤还包括步骤：基于在所述分组丢失频率计算步骤中计算的突发分组丢失长度和分组丢失频率、以及在所述编码质量计算步骤中计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

14.根据权利要求13所述的视频质量估计方法，还包括：

突发分组丢失计算步骤，根据突发分组丢失长度，来计算与质量估计间隔内的突发分组丢失长度有关的统计信息；以及

分组丢失变化指标计算步骤，计算分组丢失变化指标，所述分组丢失变化指标对应于与突发分组丢失长度有关的统计信息，

其中，所述视频质量估计步骤包括步骤：基于在所述分组丢失变化指标计算步骤中计算的分组丢失变化指标、在所述分组丢失频率计算步骤中计算的分组丢失频率、以及在所述编码质量计算步骤中计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

15.根据权利要求9所述的视频质量估计方法，其中，

在所述分组丢失频率计算步骤中，根据所提取的分组丢失模式，来计算表示连续丢失的分组数目的突发分组丢失长度，以及

视频质量随着分组丢失频率的增加而单调降低。

16.根据权利要求9所述的视频质量估计方法，其中，

在所述分组丢失频率计算步骤中，根据所提取的分组丢失模式，来计算表示连续丢失的分组数目的突发分组丢失长度，

视频质量具有随着分组丢失频率的增加而单调降低的特性，以及

表示单调降低的曲线的降低程度随着分组丢失频率的增加而变大。

17.一种程序，使计算机执行：

提取处理，从输入IP分组中提取编码比特率、帧率、以及分组丢失模式作为质量参数；

分组丢失频率计算处理，根据所提取的分组丢失模式，将在预定间隔中产生的分组丢失计数为一次分组丢失，从而计算计数值作为分组丢失频率，其中所述预定间隔表示多个连续IP分组的间隔；

编码质量计算处理，基于所提取的编码比特率和帧率，来计算第一视频质量值；以及

视频质量估计处理，基于计算的分组丢失频率和计算的第一视频质量值，来计算第二视频质量值。

Images