JP2007243294A

JP2007243294A - 映像品質監視装置

Info

Publication number: JP2007243294A
Application number: JP2006059335A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Kawada; 亮一川田; Osamu Sugimoto; 修杉本; Atsushi Koike; 淳小池
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2007-09-20
Also published as: US8134598B2; US20070206095A1

Abstract

【課題】帯域が互いに相異する映像間であっても、その帯域の相異の影響を受けずに、伝送や処理の過程における本来の画質劣化を監視可能にすること。
【解決手段】映像(例えば6MHzの帯域を有するデジタル信号)は、圧縮符号化器11、配信サーバ12、ネットワーク13を介してセットトップボックス(STB)14に配信される。画質監視装置15の低域フィルタ151は、入力されるデジタル信号の高域成分を落として4MHzに帯域制限された輝度信号をPSNR計算器153に入力する。Y/C分離器152は、セットトップボックス14から送出されるNTSC方式のアナログコンポジット信号から輝度信号、色差信号を分離する。分離後の輝度信号Yは、4MHzの帯域を有する。PSNR計算器153は、低域フィルタ151からの輝度信号とY/C分離器152からの輝度信号を入力とし、両者間でのPSNRを計算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像品質監視装置に関し、特に、2本の映像を比較してその品質を監視する場合や、複数の伝送処理装置が縦列に挿入された伝送路上の各地点間での映像を比較してその伝送画質劣化を中央で一括して遠隔監視する場合に好適な映像品質監視装置に関する。

従来、2本の映像を比較してその品質を監視する場合、2本の映像における対応画面の画像間でのPSNRを求め、求められた値を元に映像の品質劣化を判定する手法が存在する。例えば、原映像とそれを処理を施した後の処理済映像を比較してその品質を監視する場合、原映像と処理済映像を監視装置に取り込み、フレームごとに原映像に対する処理済映像のPSNRを求めて、その値が小さくなっていないかを監視する。

映像がNTSC信号である場合、映像は、毎秒約30コマ(フレーム)の画像から成るため、各フレームについてPSNRを求めるとすると、その算出は毎秒30回となる。PSNRは、下記式(1)で算出することができる。

ここで、MSEは、b(x,y)を原映像の画像(8ビット表現)、bp(x,y)を処理済映像の対応画像、Nをフレームの全画素数とすると、下記式(2)で表される。

本発明者らは、複数の伝送処理装置が縦列に挿入された伝送路上の各地点での映像の画質劣化を中央で一括して遠隔監視する伝送画質監視装置を特許文献１,２で既に提案した。

特許文献１の伝送画質監視装置では、伝送路上の2地点から抽出して取り込んだ画像をそれぞれ、あるサイズのブロックに分割し、各ブロックの画像を直交変換し、その変換係数を抽出して画質特徴量として中央監視室へ伝送する。中央監視室では、2地点から伝送された画質特徴量を比較することによりPSNRを推定する。そして、PSNRの値が小さくなったら該2地点間で画質劣化があったと判定し、アラームを発する。

特許文献２の伝送画質監視装置では、直交変換とPN系列乗算とを用いて画質特徴量を抽出し、この画質特徴量を中央監視室へ伝送することとしている。
特開２００３−８７８２３号公報特開２００３−９１８６号公報

特許文献１,２の伝送画質監視装置は、比較対象の2本の映像が途中で帯域を変えることなくのまま伝送されることを想定している。すなわち、比較対象の2本の映像の帯域が同じであれば、2本の映像の対応画面の画像から画質特徴量を抽出して比較するだけで両映像の画質の差異を判定できる。

しかしながら、伝送や途中での処理に伴って、伝送される映像の帯域が狭められる場合がある。特に、伝送や途中の処理にD/A変換が入る場合、D/A変換前の原映像のデジタル信号の帯域よりD/A変換後のアナログ信号の帯域が狭まっていることが多い。

例えば、原映像がD1フォーマットのデジタル信号(デジタルコンポーネント信号)であり、それがNTSC方式アナログ信号(アナログコンポジット信号)に変換される場合、輝度信号については、変換前のデジタル信号の帯域は6MHzであり、変換後のアナログ信号の帯域は4MHzとなる。D1フォーマットのデジタル信号をNTSC方式のアナログ信号に変換する場合の具体的処理では、6MHzの帯域を有するデジタルの輝度信号に低域フィルタを適用し、その帯域を4MHzに帯域制限する。また、3MHzの帯域を有する色信号も帯域制限する。そして、帯域制限された輝度信号と色信号を多重化する。

この場合、水平帯域幅6MHzのデジタル信号が水平帯域幅4MHzのアナログ信号に変換されていることになる。したがって、変換後のアナログ信号は、変換前のデジタル信号に対してかなり帯域制限がかかった信号となる。

ここで、これらの2本の映像の画質特徴量を単に比較してPSNRを求めたとすると、低域フィルタの帯域制限による高域成分減衰の影響でPSNRが低下し、PSNRの値は、監視したい伝送路での本来の画質劣化を表さないものとなる。したがって、特許文献１,２の伝送画質監視装置をそのまま用いたのでは本来の画質劣化を監視できないという課題がある。

本発明の目的は、上記課題を解決し、D/A変換前後のデジタル信号とアナログ信号のように、帯域が互いに相異する映像間であっても、その帯域の相異の影響を受けることなく、伝送や処理の過程における本来の画質劣化を監視できる映像品質監視装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、原映像とそれが処理されて帯域が狭められた処理済映像間での画質劣化を監視する映像品質監視装置において、少なくとも原映像に適用され、原映像と処理済映像の帯域を合わせる水平低域フィルタと、前記水平低域フィルタで帯域が合わされた原映像と処理済映像の画質を比較する比較手段を備えたことを特徴としている。

また、本発明は、原映像がデジタル信号であり、処理済映像がアナログ信号であることを特徴としている。

また、本発明は、原映像がデジタルコンポーネント信号であり、処理済映像がアナログコンポジット信号であることを特徴としている。

また、本発明は、複数の伝送装置が縦列接続された伝送路上の少なくとも２地点間での映像の伝送画質劣化を監視する映像品質監視装置において、伝送路上の少なくとも２地点における映像を抽出する映像抽出手段と、少なくとも１地点における映像に適用され、前記映像抽出手段により抽出された各映像の帯域を合わせる水平低域フィルタと、前記水平低域フィルタで帯域が合わされた各映像の画質特徴量をそれぞれ抽出する特徴量抽出手段と、前記特徴量抽出手段により抽出された画質特徴量を中央監視室に伝送する伝送手段を備え、前記中央監視室で各画質特徴量を比較することにより伝送路上での映像の伝送画質劣化を監視することを特徴としている。

また、本発明は、前記特徴量抽出手段が、前記水平低域フィルタで帯域が合わされた各映像に対して直交変換を施す直交変換手段と、前記直交変換手段から出力された直交変換係数を抽出して画質特徴量とする抽出手段を備えたことを特徴としている。

また、本発明は、前記特徴量抽出手段が、前記水平低域フィルタで帯域が合わされた各映像に対してＰＮ系列の乗算と直交変換を施す演算手段と、前記演算手段から出力される直交変換係数を抽出して画質特徴量とする抽出手段手段を備えたことを特徴としている。

また、本発明は、前記水平低域フィルタが適用される少なくとも１地点における映像がデジタル信号であり、他の映像がアナログ信号であることを特徴としている。

さらに、本発明は、タが適用される少なくとも１地点における映像がデジタルコンポーネント信号であり、他の映像がアナログコンポジット信号であることを特徴としている。

本発明では、まず、D/A変換などの処理に伴って減衰される帯域の映像を、水平帯域制限フィルタを適用することにより処理前の映像からも減衰させる。その後、画質特徴量抽出やPSNR算出の処理を行う。これにより、映像間での帯域の相異による影響をなくすことができ、2本の映像間での本来の画質劣化を適切に監視できるようになる。

まず、本発明の原理を説明する。本発明では、映像間での画質劣化を監視するに際し、2本の映像における対応画面の画像を比較する。この比較に際しては、例えば、画像を構成する画素ごとの差分の自乗和MSEを推定するという枠組みを使用することができる。

MSEは、上記式(2)で表され、上記式(1)によりPSNRに変換できる。また、PSNRを遠隔で推定することも可能である。PSNRの遠隔での推定については、特許文献１,２に記載されている。

監視対象の映像がデジタル信号同士、あるいはアナログ信号同士の場合などで、2本の映像の帯域が同じであれば、上記式(2)によるPSNR算出やPSNRの遠隔推定の枠組みをそのまま用いることで画質劣化を監視できる。

しかし、送信側の圧縮符号化前の映像がデジタル信号であり、受信側のセットトップボックス(STB)からは帯域制限されたアナログ信号しか出力されず、その場合にデジタル信号の帯域よりアナログ信号の帯域が狭められているシステムが存在する。

例えば、D1フォーマットのデジタルコンポーネント信号が圧縮符号化されて伝送され、受信側のセットトップボックスでNTSC方式のアナログコンポジット信号に変換される場合、送信側のデジタルコンポーネント信号や伝送される符号化デジタル信号における輝度信号は、6MHzの帯域を有するのに対し、セットトップボックスから出力されるアナログコンポジット信号の輝度信号は4MHzとなる。これは、伝送された符号化デジタル信号がセットトップボックス内部で復号され、さらにアナログコンポジット信号の生成の際に帯域制限用の水平低域フィルタで帯域制限されることに因る。

このため、送信側のデジタル信号と受信側のアナログ信号を単に比較した場合に得られるPSNRは、伝送路での画質劣化によるPSNR低下とセットトップボックス内での低域フィルタ適用による帯域制限の影響によるPSNR低下の両者を含むことになり、伝送路での画質劣化を適切に表さない。特に、高域成分を多く含む高精細の映像の場合、この問題が顕著に現れる。

そこで、本発明では、監視の前処理として、敢えてデジタル信号に低域フィルタ処理を加える。その後に画質特徴量抽出やPSNR算出を行う。これにより、D/A変換などに伴って生じる帯域相異の影響を除去でき、帯域相異によるPSNR低下にマスクされることなく、伝送路での画質劣化による本来のPSNR低下を監視できる。以上が本発明の原理である。

次に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態を示すブロック図である。以下では、D1フォーマットのデジタルの原映像と、それを変換して生成されたNTSC方式のアナログの処理済映像間での画質劣化を、特に輝度信号に着目して監視する場合を例にあげて説明する。この場合、原映像は、元々輝度信号Y、色差信号U,Vに分離されているデジタル信号(デジタルコンポーネント信号)であり、輝度信号Y、色差信号U,Vはそれぞれ、6MHz,3MHz,3MHzを有する。また、処理済映像は、原映像のデジタル信号を元にD/A変換を含む処理で生成されるアナログコンポジット信号であり、その輝度信号は4MHzの帯域を有する。

原映像のデジタル信号は、圧縮符号化器11で圧縮符号化され、配信サーバ12よりネットワーク13に配信される。ネットワーク13に配信された映像は、同じ場所に折り返され、その場所に設置されたセットトップボックス(STB)14によりに受信される。

図２は、セットトップボックス14の具体例を示すブロック図である。セットトップボックス14は、伝送されてきた原映像の圧縮符号化デジタル信号を圧縮復号する圧縮復号器141、圧縮復号器141からのデジタル信号の高域成分を落として4MHzに帯域制限する低域フィルタ142、および低域フィルタ142の出力を元にYC合成を行ってNTSC方式のアナログコンポジット信号を生成するYC合成器143を備える。

送信側では6MHzの帯域であった輝度信号Yは、セットトップボックス14でアナログコンポジット信号を生成する際に、その低域フィルタ142で4MHzに帯域制限される。

画質監視装置15は、低域フィルタ151、Y/C分離器152、PSNR計算器153を備える。低域フィルタ151は、水平走査方向での画像の高域を制限する水平低域フィルタであり、圧縮符号化器11に入力されるのと同じデジタル信号を入力とし、その高域成分を落として4MHzに帯域制限された輝度信号YをPSNR計算器153に入力する。

Y/C分離器152は、セットトップボックス14から送出されるNTSC方式のアナログコンポジット信号から輝度信号Y、色差信号U,Vをそれぞれ分離する。分離後に得られる輝度信号Yは、4MHzの帯域を有する。

PSNR計算器153は、低域フィルタ151からの輝度信号YとY/C分離器152からの輝度信号Yを入力とし、両者間でのPSNRを計算する。低域フィルタ151からの輝度信号YとY/C分離器152からの輝度信号Yは、同じ4MHzの帯域を有するので、両者の比較において低域フィルタ142による帯域制限の影響が現れることはない。なお、Y/C分離器152とPSNR計算器153との間に低域フィルタ151と同様の低域フィルタ154を設けてもよく、これによりノイズなどの影響をなくすことができる。

PSNR計算器153は、PSNRの値が所定閾値より小さくなったとき、圧縮符号化器11、配信サーバ12、ネットワーク13およびセットトップボックス14を通る伝送路での映像の画質劣化が大きいとしてアラームを送出する。

図３は、本発明の第２実施形態を示すブロック図である。本実施形態は、映像品質監視を遠隔で行うことを可能にするために、監視対象の映像の画質特徴量を抽出し、それを監視回線を通じて遠隔画質監視装置(中央監視室)16に伝送するようにしたものである。

原映像のデジタル信号は、圧縮符号化器31で圧縮符号化され、配信サーバ32よりネットワーク33に配信される。ネットワーク33に配信された映像は、セットトップボックス(STB)34によりに受信される。

セットトップボックス34は、図２と同じ構成であり、伝送されてきた原映像の圧縮符号化デジタル信号を復号し、復号されたデジタル信号の高域成分を落として4MHzに帯域制限し、帯域制限されたデジタル信号を元にNTSC方式のアナログコンポジット信号を生成する。

低域フィルタ35は、水平走査方向での画像の高域を制限する水平低域フィルタであり、圧縮符号化器31に入力されるのと同じデジタル信号を入力とし、その高域成分を落として4MHzに帯域制限された輝度信号Yを特徴量抽出器36に入力する。

Y/C分離器37は、セットトップボックス34から出力されるNTSC方式のアナログコンポジット信号から輝度信号Y、色差信号U,Vをそれぞれ分離し、4MHzの帯域を有する輝度信号Yを特徴量抽出器38に入力する。なお、Y/C分離器37と特徴量抽出器38との間に低域フィルタ35と同様の低域フィルタ39を設けてもよく、これによりノイズなどの影響をなくすことができる。

特徴量抽出器36,38はそれぞれ、入力された輝度信号Yから映像画質の特徴を表す画質特徴量を抽出する。画質特徴量は、映像画質を表すものであればどのようなものでもよいが、特許文献１，２に記載された画質特徴量と同様のものを採用できる。

図４は、特徴量抽出器36,38の具体例を示すブロック図であり、図５は、特徴量抽出器36,38の他の具体例を示すブロック図である。特徴量抽出器36と38は同じであるので、以下では、特徴量抽出器36について説明する。

図４の特徴量抽出器36は、ブロック分割部361、直交変換部362および係数抽出部363を有する。ブロック分割部361は、入力画像の輝度信号Yを予め定めたサイズのブロックに分割する。直交変換部362は、分割された各ブロックの画像を直交変換する。

ここで、直交変換する前にスペクトル拡散を施すことが好ましい。スペクトル拡散を施すことにより、画像におけるノイズが周波数領域上で均等にばらついて画質特徴量を精度よく抽出でき、結果としてPSNRの推定精度を高めることができる。直交変換としては、ウオッシュアダマール変換、フーリエ変換、離散コサイン変換などを用いることができる。

係数抽出部363は、直交変換により得られた係数の中から適当な係数を抽出し、画質特徴量として送出する。

図５の特徴量抽出器36は、ブロック分割部361、PN系列乗算部364、直交変換部362および係数抽出部363を有する。ブロック分割部361は、入力画像の輝度信号Yを予め定めたサイズのブロックに分割する。PN系列乗算部364は、分割された各ブロックに対しPN系列を乗算する。PN系列の乗算によりスペクトル拡散がなされる。

直交変換部362は、分割された各ブロックの画像を直交変換する。ここでの直交変換は、ウオッシュアダマール変換(WHT)が好ましい。WHTは、和演算または差演算で全ての演算を実現でき、計算が簡単になるからである。係数抽出部363は、直交変換により得られた係数の中から適当な係数を抽出し、画質特徴量として送出する。

特徴量抽出器36,38で抽出された画質特徴量はそれぞれ、監視回線を通して遠隔画質監視装置(中央監視室)16に設けられたPSNR計算器161に伝送される。PSNR計算器161は、伝送されてきた画質特徴量を元にPSNRを計算する。

以上、実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、原映像がD1フォーマットのデジタルコンポーネント信号であり、その処理後の処理済映像がNTSC方式のアナログコンポジット信号であるとしたが、本発明は、原映像がデジタル信号であり、その処理後の処理済映像が狭帯域のアナログ信号の場合、さらには原映像とそれが処理されて帯域化された処理済映像間での画質劣化を監視する場合に適用できる。

また、上記実施形態では、映像の画質劣化を監視するために、輝度信号Y、あるいは輝度信号Yから抽出した画質特徴量を用いたが、輝度信号Yに代えてあるいは輝度信号Yに加えて色信号UやVを用いることもできる。また、複数フレームでの画質劣化を判定してからアラームを送出させるようにすることもできる。

本発明の第１実施形態を示すブロック図である。セットトップボックスの具体例を示すブロック図である。本発明の第２実施形態を示すブロック図である。特徴量抽出器の具体例を示すブロック図である。特徴量抽出器の他の具体例を示すブロック図である。

符号の説明

11,31・・・圧縮符号化器、12,32・・・配信サーバ、13,33・・・ネットワーク、14,34・・・セットトップボックス(STB)、15・・・画質監視装置、16・・・遠隔画質監視装置(中央監視室)、35,39,142,151,154・・・低域フィルタ、37,152・・・Y/C分離器、36,38・・・特徴量抽出器、141・・・圧縮復号器、143・・・YC合成器、153,161・・・PSNR計算器、361・・・ブロック分割部、362・・・直交変換部、363・・・係数抽出部、364・・・PN系列乗算部

Claims

原映像とそれが処理されて帯域が狭められた処理済映像間での画質劣化を監視する映像品質監視装置において、
少なくとも原映像に適用され、原映像と処理済映像の帯域を合わせる水平低域フィルタと、
前記水平低域フィルタで帯域が合わされた原映像と処理済映像の画質を比較する比較手段を備えたことを特徴とする映像品質監視装置。
原映像がデジタル信号であり、処理済映像がアナログ信号であることを特徴とする請求項１に記載の映像品質監視装置。
原映像がデジタルコンポーネント信号であり、処理済映像がアナログコンポジット信号であることを特徴とする請求項１に記載の映像品質監視装置。
複数の伝送装置が縦列接続された伝送路上の少なくとも２地点間での映像の伝送画質劣化を監視する映像品質監視装置において、
伝送路上の少なくとも２地点における映像を抽出する映像抽出手段と、
少なくとも１地点における映像に適用され、前記映像抽出手段により抽出された各映像の帯域を合わせる水平低域フィルタと、
前記水平低域フィルタで帯域が合わされた各映像の画質特徴量をそれぞれ抽出する特徴量抽出手段と、
前記特徴量抽出手段により抽出された画質特徴量を中央監視室に伝送する伝送手段を備え、
前記中央監視室で各画質特徴量を比較することにより伝送路上での映像の伝送画質劣化を監視することを特徴とする映像品質監視装置。
前記特徴量抽出手段は、前記水平低域フィルタで帯域が合わされた各映像に対して直交変換を施す直交変換手段と、前記直交変換手段から出力された直交変換係数を抽出して画質特徴量とする抽出手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の映像品質監視装置。
前記特徴量抽出手段は、前記水平低域フィルタで帯域が合わされた各映像に対してＰＮ系列の乗算と直交変換を施す演算手段と、前記演算手段から出力される直交変換係数を抽出して画質特徴量とする抽出手段手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の映像品質監視装置。
前記水平低域フィルタが適用される少なくとも１地点における映像がデジタル信号であり、他の映像がアナログ信号であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の映像品質監視装置。
前記水平低域フィルタが適用される少なくとも１地点における映像がデジタルコンポーネント信号であり、他の映像がアナログコンポジット信号であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の映像品質監視装置。