JP2002528008A - ブロック効果を減少させるための方法および装置 - Google Patents

ブロック効果を減少させるための方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 圧縮ビットストリームから取り出すことのできるパラメータを用いて、原本を参照する必要なく、復号化画像の主観品質についての尺度を得る。ブロッキーネスの尺度は局所的および全体的の両方として取り出され、デブロッキングフィルタを制御するために用いられる。信号対雑音比の評価は量子化値から取り出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、圧縮されたビットストリームから復号化された画像の主観品質の評
価に関し、さらに、いくつかの態様においては、上記主観品質を向上させるため
の技術に関する。
【０００２】 一般に、ビットストリーム自体と復号化された画像の両方はアクセス可能だが
、原本はそうではない；従って「シングルエンド型」という語句が用いられる。
このようなシングルエンド型評価は、明らかに、復号化出力を原画像と比較でき
る評価ほどには信頼性が高くないが、ビットストリームをモニターしている時に
、圧縮を伴う放送連鎖中に生じ得る問題の有用な指標として役立つ。
【０００３】 本発明は、最も重要な例においてはMPEG―２ビデオ圧縮規格に関するが、より
広義には、変換型の圧縮システムに適用される。
【０００４】 解決されるべき問題は、MPEG―２ビットストリームから復号化された画像また
はシーケンスの主観画像品質を評価する際の問題である。このような評価をおこ
なう通常の方法は、本提案において、「ダブルエンド型」方法として言及されて
いる。
【０００５】 復号化された画像は、原画像の必然的に遅延されたものと比較される。この比
較に基づく最も一般的な品質尺度は、最大可能信号電力と、原信号と復号化信号
の差電力との比に基づくピーク信号対雑音比（PSNR)である。その他の尺度も利
用することができる。そのうちのいくつかは人間の知覚作用ファクターを考慮に
いれることを試みている。
【０００６】 全てのダブルエンド型方法の欠点は、画像源へのアクセスを必要とすることで
ある。これは研究室でシステムを試験するのには適しているが、圧縮品質を現場
でモニターするためには通常使うことができない。
【０００７】 本発明の目的は、シングルエンド型手法に基づく一連の品質評価方法を提供す
ることによって、上記欠点を克服することである。
【０００８】 したがって、本発明は、一態様において、ブロック型の処理によって生じる画
像アーチファクトの度合い(severity of a picture artefact：以下、「画像の
アーチファクト度」と呼ぶ)を評価する方法であって、画素差分信号を取り出す
ステップと、この信号を水平方向および垂直方向にフィルタリングしてアーチフ
ァクト度（artefact severity）の局所的な尺度を得るステップとを含む方法で
ある。
【０００９】 好適には、前記尺度は、前記画像アーチファクトの視認性を隠蔽することので
きるフィルタの動作を制御するために用いられる。
【００１０】 好適には、前記尺度は、画像信号と前記フィルタの出力の間のフェードを制御
するために用いられる。
【００１１】 本発明は、さらなる態様において、圧縮されたビットストリームから復号化さ
れた画像信号の信号対雑音比を評価する方法であって、上記圧縮に用いた量子化
値を判定するステップと、前記値を処理することにより前記評価を得るステップ
とを含む方法である。
【００１２】 好ましくは、上流側の位置で得られた尺度が前方に送られ、試験中の装置から
得られた尺度と比較される。
【００１３】 本発明の実施の形態では、先行する特許出願（EP0765576およびEP０９１３０
５８参照）の主題である「情報バス」を用いている。情報バスは、圧縮されたビ
ットストリームから抽出した圧縮符号化決定事項とパラメータの全てを含む、簡
単にアクセスできる形態の信号である。ここに提示する、さらに工夫した品質評
価技術には、EP0807356の主題でもある情報信号を用いてもよい。これは情報バ
スに類似しているが、考慮対象の圧縮符号化復号化装置の上流側で行なわれ得る
その他のプロセスに関する情報を運ぶものである。
【００１４】 以下、本発明を、添付の図面を参照して例を挙げて説明する。
【００１５】 シングルエンド型品質計測の基本構造を図１に示す。
【００１６】 遠隔の上流側エンコーダ１００からのMPEG信号は、デコーダ１０２によって受
信される。このデコーダ１０２は、前述の引用例で述べたように、復号化された
ビデオに加えて情報バス出力を提供することができる。したがって、画像品質計
測部１０４は、復号化ビデオに対してだけでなく、エンコーダ１００によって採
用され、MPEGビットストリームに当然含まれている符号化決定事項に対してもア
クセスを有する。
【００１７】 一実施例における画像品質計測プロセスは、圧縮符号化復号化装置（Codec）
のデコーダ側で得られる情報すなわち、復号化ビデオ信号と、符号化決定事項お
よびパラメータを含む情報バスとによってのみ動作する。これは画像原本側への
アクセスは持たない。この理由から、品質計測は完全に信頼性あるものにはなり
得ない。なぜなら、画像における品質劣化のどれが現在の符号化プロセスによる
もので、どれが原本側にあったものかを教える手段がないからである。したがっ
て、これは、ダブルエンド型手法に基づく実験室計測の完全な代替物として企図
されるものではない。しかしこれは、多くの応用に対して有用であり、「赤―黄
−緑」の類の単純な自動表示が必要とされる分野におけるモニタリング用途にと
って充分であることは確かである。しかしながら、原本についての若干の考慮を
加えた変形を含む、本発明のさらなる実施例を後述する。
【００１８】 ＭＰＥＧ−２符号化画像について最も多い不満のひとつは、それらが「ブロッ
キー」に見えることであり、これは、画像のブロックとマクロブロック構造が見
えるということを意味する。これらのブロック状アーチファクトは幾つかの理由
によって発生する： ・マクロブロック間での量子化スケールの変動 ・非イントラマクロブロックにおけるＤＣ係数の粗い量子化 ・不均一な動きベクトルフィールドから生じる予測誤差の残留視認性 これらの可能な原因のそれぞれについて分析を試みる代わりに、本実施例が提
供する「ブロッキーネス」計測は、単純に、最終結果、すなわち、復号化画像に
基づいている。ブロッキーネスには種々の尺度があるが、これら全ての背後にあ
る原理は、ブロック境界を横切る画素差分を、ブロック境界を横切らない画素差
分と比較することである。以下の説明において、マクロブロック（１６×１６ブ
ロック）境界とＤＣＴブロック（８×８ブロック)境界の間の区別を認識するこ
とに注意を払わなければならない。
【００１９】 下記は、マクロブロック境界で作用するブロッキーネスの尺度の一例である。
【００２０】 水平マクロブロッキーネス＝マクロブロック境界を横切る水平隣接輝度画素差
分の画像ごとの平均絶対値で、ＤＣＴブロック境界を横切るのではない水平隣接
画素差分の平均絶対値に対する分数増分（fractional increase）として表され
る。
【００２１】 この尺度がハードウェアにおいてどのように実現されるかを示す一例を図２に
示す。
【００２２】 画素差分は、画素遅延を介してとりだされ、絶対値が計算される。この結果は
、水平同期パルスによってリセットされるモジュロ16画素カウンタによって制御
される２つのゲートアキュムレータに与えられる。上位アキュムレータはマクロ
ブロック境界を横切る画素差分を合計し（モジュロ16画素カウント＝０の場合）
、下位アキュムレータはＤＣＴブロック境界を横切らない画素差分を合計する（
モジュロ16画素カウント≠０または８の場合）。イベントカウンタがこれらの２
つの場合の発生をそれぞれカウントし、これにより、除算器が２つの量の平均値
を計算できる。最後に分数増分が計算され、ブロッキーネスの尺度が得られる。
アキュムレータと事象カウンタは一画像ごとにリセットされる。
【００２３】 この特定の尺度は、ＭＰＥＧ−２ビットストリームにおいてＩフレームであっ
たフレームに適用した場合に、その結果が平均量子化スケール値にほとんど正確
に比例するという、興味深い性質をもつ。ＰおよびＢフレームに適用した場合に
はその結果はより小さくなるが、動き評価システムの相違から生じる、知覚され
るブロッキーネスの差をかなり明確に反映している。
【００２４】 ブロッキーネス尺度の定義において下記の変形が可能であり、これら変形は本
発明の一部であるとみなされる。
【００２５】 ・ＤＣＴブロック境界をマクロブロック境界の代わりに用いることができる。
この変形は、画素カウンタの論理出力の変更を必要とする。この変形の場合とも
との場合の両方において、分数の分母は、ＤＣＴブロック境界を横切らない画素
差分である。
【００２６】 ・差分は、水平方向ではなく垂直方向に取り出すことができる（画素遅延の代
わりにライン遅延を必要とする）。あるいは、これら２つの組み合わせを用いる
こともできる。我々は、ハードウェアにおける計算が容易であることと、フィー
ルド画像符号化とフレーム画像符号化のどちらが使用されても境界が同一である
ことから、水平方向差分を選択した。しかしながら、垂直方向差分の方が簡単に
計算できる状況もある。
【００２７】 ・平均平方値または画素差分についてのその他何らかの関数の平均値を、平均
絶対差分の代わりに用いることができる。
【００２８】 平均値以外の何らかの統計関数を用いることができる。例えば、画像の小さい
領域におけるごくわずかなブロッキーネスが、同じ平均値をもたらす均一に分散
するブロッキーネスよりも眼に対して攪乱をもたらすと考えられるため、例えば
、１００個のうちの９０番目（90th centile）のマクロブロック境界画素差分を
用いることがより適当であろう。
【００２９】 ・ブロッキーネスは、分数増分ではなく対数比率（ｄＢ測定値のように）で表
現することができる。このことは、図２の最終ブロックに影響を及ぼす。しかし
、直線的差分が良好な結果を与えることが実験的に示された。
【００３０】 ・尺度に用いる画素差分の数を少なくすることも可能である。
【００３１】 ・計測期間は、１画像期間より多くても少なくてもよい。これは図２のアキュ
ムレータとイベントカウンタのリセットに影響を与える。
【００３２】 ブロッキーネスを、Ｉフレーム、Ｐフレーム、Ｂフレームについて別々に記録
することが望ましい。式の分母には、基準フレーム内のマクロブロック境界また
はブロック境界から生じうる予測残余（prediction residues）が含まれるため
、ＰフレームおよびＢフレームの数字は低い。画像種類（Ｉ、ＰまたはＢ）を検
出するために情報バスを用いることができる。あるいは、情報バスが存在しない
場合は、同時に提出された特許出願（ＧＢ９８２２０９２．４の優先権に基づく
ＷＯ ００／２２８３１）に記載されているような、画像種類検出方法を用い
ることもできる。さらなる可能性として、ブロッキーネス尺度自体における変動
を画像種類検出方法の基礎として用いることができる。
【００３３】 上記説明は、マクロブロック境界の位置が既知であることを仮定している。場
合によっては、この情報は入手することができない。しかし、次々に１６個の可
能な位置を仮定してブロッキーネスを算出し（全てか又は減縮した数の画素を用
いて）、最大値を生じる位置を選択することによって、この情報を得ることがで
きる。
【００３４】 特定の用途においては、ブロッキーネスの尺度を、画像についてだけではなく
、画像の領域についても得ることが有用である。
【００３５】 ブロッキーネスの尺度を得るための別の実施例について、図３を参照して説明
する。
【００３６】 遅延器３００および減算器３０２は画素差分信号を生成する役割をもつ。３０
４で絶対値をとり、その結果は３０６でフィルタリングされる。８×８ブロック
の場合、このフィルタのためのアパーチャを、 -1 ..... -1 -1 14 -1 -1 ..... -1 として、マクロブロック境界を横切らない平均値に対して、マクロブロックを横
切る平均絶対値差分を直接生成する。次に、この結果は、ブロック３０８におい
て８個ごとにサブサンプリングされ、マクロブロック境界上にフィルタの中心が
ない場合に無意味な値を取り除く。
【００３７】 ブロック３１０および３１２の機能は、同様に、マクロブロックの８ラインに
わたる垂直平均を構築し、必要とされない値を廃棄することである。得られた尺
度を、３１４において全画像について平均化するか又はローカルフィルタ３１６
（典型的には８×８の移動平均を用いる）においてフィルタリングすることによ
ってブロッキーネスの局所的尺度を得ることができる。
【００３８】 このようなローカルおよびグローバルな尺度を巧みに用いて、局所的なブロッ
キーネスに対応して効果が変化する、ブロッキーネスを除去するためのフィルタ
を提供することが可能である。
【００３９】 図４を参照すると、３つの入力の中間順位のものを選択する中間値フィルタ４
０２が示されている。１つの入力は、未補正のビデオ入力であり、ここから、４
０２において、コンバイナ４０４からの合成ブロッキーネス尺度が減算される。
このコンバイナはグローバルおよびローカルの両方のブロッキーネス尺度を受け
て、合成尺度を生成する。中間値フィルタの第２の入力は、合成ブロッキーネス
尺度と未補正信号の和であり、第３の入力は、ブロッキーネスに関連づけられた
水平および垂直空間周波数を取り除くために構築されたフィルタの出力である。
【００４０】 上記構成の作用は、合成ブロッキーネス尺度に応じて、未補正のビデオ入力と
フィルタ出力の間の算術的フェードを提供することである。ブロッキーネス尺度
は未補正ビデオ入力とフィルタ出力の間の絶対差分と効果的に比較される。ブロ
ッキーネス尺度がこの差分を超える場合には、完全にフィルタされた出力が採用
される。ブロッキーネス尺度がゼロとこの差分の間にある場合は、算術的フェー
ドが与えられる。
【００４１】 さらなるシングルエンド型品質尺度により、復号化画像のピーク信号対雑音比
（PSNR）の評価が与えられる。驚くべきことに、ビットストリーム内に存在する
量子化スケール値のみを必須的に用いることによって、実際の実験的な値に良好
に対応するPSNRの推定値が得られることがわかった。
【００４２】 採用された手法は下記のとおりである：
【数１】 ここで、ｑは量子化レベル間隔ｑであり、量子化スケールコードと情報バスにお
いて受け取ったｑ―スケールタイプパラメータから知ることができる。AおよびB
は実験的に導き出したパラメータである。ベース比PSNR０は、許容される最も精
細な量子化および予め定められた量子化重み付けマトリクスを用いて、信号対雑
音比の実験的な値として取り出される。
【００４３】 和は画像の平均量子化スケール値を与え、平均は、画像内のマクロブロックの
すべてに対して対数ドメインにおいて取られる。
【００４４】 Hは、可能な最も精細な値である量子化スケール値１を用いて生成されるDCT係
数ビットの数として定義される最新のＩ画像のエントロピーの推定値である。Ｈ
の推定値は、それぞれのマクロブロックに対して生成された係数ビットの実際の
数と、マクロブロックに用いられる量子化スケール値に基づいており、モデルに
基づいた２次式を用いている。
【００４５】 すなわち
【数２】 である。ここで、ｃはマクロブロック内の係数ビットの数である。Mqの関数は、
好ましくは２次式である。
【００４６】 Mは、ビットストリーム内の異なる重みづけマトリクスの使用のための修正を
おこなう補正係数である。これは、使用されているマトリクスが、MPEGデフォル
ト・イントラ・マトリクスおよびMPFGデフォルト（すなわちフラット）非イント
ラ・マトリクスである場合に、値１をもつように定められる。
【００４７】 最後に、表示され符号化されたサンプルに関与する修正を、次の形で追加する
ことができる。
【００４８】
【数３】 これはサブサンプリング画像およびレターボックス画像を用いた作業の主観効
果を補正するように設計されている。例えば、７２０×３３２レターボックスを
含む７２０×５７６画像を、符号化のために４８０×２８８にサブサンプリング
した場合（したがって符号化ラインのうち１６６本のみがアクティブ画像データ
を含む）、Ncodedの値は４８０×１６６、Ndisplayedの値は７２０×５７６とな
る。この補正は主観効果のためであり、符号化画像の全体にわたって計算された
PSNRとの相関を求める場合には適用してはならない。
【００４９】 上述の手法は「シングルエンド型」構造に基づくものであり、そうであるため
に、計測された減損のどの程度が符号化処理により生じ、どの程度が原本側から
生じたのかを知ることができないという制限を受けている。以下、この制限を部
分的に克服できる変形例について説明する。
【００５０】 その技術は、いくつか又は全ての尺度を、信号連鎖における原本側及び／また
は中間点に適用し、EP0807356の原理に従って、MPEGビットストリーム内の補助
データと情報バスの組み合わせを用いて、考慮対象のデコーダに結果を送信する
ものである。連鎖における中間点では、画像がMPEGビットストリームから復号化
され、その復号化プロセスによって生じる情報バスへのアクセスが存在しており
、上述の全ての尺度を用いることができる。原本側において、または完全な情報
バスが入手不可能な場所においては、尺度の選択はさらに制限される。どちらの
場合でも、結果を現在の結果と比較することができ、その差分によって、最後に
計測された品質劣化のどの程度が、介在するひとつまたは複数の圧縮プロセスに
よるものであったかの表示を与える。
【００５１】 本発明を例示を用いて説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく多様な
変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施例のブロック図である。
【図２】 図１の構成に用いる画像品質計測のブロック図である。
【図３】 図１の構成に用いる画像品質計測のブロック図である。
【図４】 本発明のさらなる実施例のブロック図である。
【図５】 図４の構成に用いるフィルタの図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディギンズ，ジョナサン イギリス国，ハムプシャー ジーユー31 ４ジェイワイ，ピーターズフィールド，サ セックス ガーデンズ 16 Ｆターム(参考） 5B057 AA20 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CB20 CC01 CE05 CE06 CG01 CH01 DA13 DB02 DB09 DC22 5C059 KK03 KK47 MA00 MA02 MA05 MA23 MC16 ME02 PP05 PP06 PP07 UA05 UA18

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブロック型の処理によって生じる画像アーチファクト度を評
    価する方法であって、画素差分信号を取り出すステップと、前記信号を水平方向
    および垂直方向にフィルタリングしてアーチファクト度の局所的な尺度を得るス
    テップとを含む方法。
  2. 【請求項２】 前記尺度は、前記アーチファクトの視認性を隠蔽することの
    できるフィルタの動作を制御するために用いられることを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記フィルタはブロック繰り返しレートにおける水平周波数
    および垂直周波数を除去することができることを特徴とする請求項２に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 前記尺度は画像信号と前記フィルタの出力の間のフェードを
    制御するために用いられることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 圧縮されたビットストリームから復号化された画像信号の信
    号対雑音比を評価する方法であって、上記圧縮に用いた量子化値を判定するステ
    ップと、前記値を処理することにより前記評価を得るステップとを含む方法。
  6. 【請求項６】 許容される最も精細な量子化と、予め定められた量子化重み
    付けマトリクスとを用いて信号対雑音比の実験的な値として、ベース比が取り出
    されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記処理は量子化スケールコードの関数を形成し、画像活性
    （picture activity）の尺度によって前記関数を修正するステップを含むことを
    特徴とする請求項５に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記量子化スケールコードの関数は２次関数であることを特
    徴とする請求項５に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記量子化スケールコードの関数は、前記予め定義された量
    子化重み付けマトリクスからの偏差を考慮して修正されることを特徴とする請求
    項５に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記画像活性の尺度には圧縮ビットストリームのビットレ
    ートを用いることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 上流側の位置で得られた尺度が前方に送られ、試験中の装
    置から得られた尺度と比較されることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載
    の方法。
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