JP2010507324A - ビデオ画質の決定方法 - Google Patents

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Abstract

ビデオストリーミングプレーヤーに関するパラメータ、及び、データ伝送に関するパラメータの少なくとも一方から導かれた計測データを用いたアルゴリズムを利用した方法、及び装置を開示している。モデルにおいて、入力として用いられるデータは、例えば、ＭＯＳスコアのようなマルチメディアシーケンスの品質と対応する値を生成するように構成される。

Description

本願発明は、マルチメディアシーケンスの品質を決定する方法、及び装置に関する。
新しい高性能の無線ネットワークは、新しい移動サービスやアプリケーションの道を開いている。例えば、多くの新しいサービスは、通話の実績の拡大を狙っている。他のサービスは、ビデオオンデマンドや他の類似のマルチメディアサービスのような、ビデオ信号の送信を提供する。受信機において様々な種類のマルチメディアの受信を伴う新たなサービスの全ては、知覚受信品質の監視を必要とする。これは、ユーザが良い品質を体験し、彼らが期待するサービスを得ることを保証するためである。言い換えれば、エンドユーザによって知覚されるビデオストリーミングのようなマルチメディアサービスの品質は、全種類のネットワークの事業者に対する一つの重要なサービス品質の計測値である。起こりうるサービスの問題は解決される必要がある。
主観的に知覚したビデオ画質は、客観的なビデオ画質モデルで評価されうる。ビデオ画質値は、ＭＯＳ（Ｍｅａｎ Ｏｐｔｉｏｎ Ｓｃｏｒｅ）値や他の適当な指標となりうる。ＭＯＳは、主観テストで得た評価の平均値であり、最も悪い品質の１から最も良い品質の５までの等級の範囲において、テスト者がマルチメディアクリップを等級付けするものである。
今日、マルチメディアの品質の計測や評価に対する多くの商業用ツールが存在する。しかしながら、今日の市場におけるビデオ画質を決定するための製品は、多くがビデオ画像解析によるビデオ画質評価に基づいている。ビデオ画像解析に基づくアプローチは、用いられるツールの計算能力が高いことが求められる。なぜなら、解析に用いられるアルゴリズムは、それ自身、計算的に要求が厳しいためである。これは、言い換えると、リアルタイムで結果を出力することを難しくする。
既存の解決策が直面している他の問題は、ビデオ信号の前後関係において、変化に敏感であるということである。なぜなら、それらは、一般的にビデオ画質の評価については、ビデオシーケンスにおける様々なフレーム間の解析に基づく出力だからである。
また、原ビデオを、受信したビデオと比較する（ｆｕｌｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄと呼ばれる）既存の解決策が有する他の問題は、意味ある出力結果を生成するためには、連続したフレーム間の同期を必要とすることである。
更に、必要とする計算能力がより低く、故に、安価に製造でき、操作が容易な装置にて実行できうる方法が必要である。
本発明の目的は、マルチメディアシーケンスの品質を決定するための既存の方法、及びツールが有する少なくともいくつかの問題を解消することである。
この目的とその他のものは、ビデオストリーミングプレーヤーに関連付けられたパラメータ、及び、データ送信に関連付けられたパラメータの少なくとも一方の入力から導かれた計測データを用いたアルゴリズムを利用する方法及び装置によって達成される。マルチメディアシーケンスは、様々な種類のネットワーク（例えば、無線ネットワークや固定ネットワーク）上で送信されうる。そのデータは、マルチメディアシーケンスの品質と対応する、例えば、ＭＯＳ値のような値を生成するように設計されたモデルにて、入力データとして用いられる。本発明に係る、方法は、コンピュータプログラム製品に収めたコンピュータソフトウェアによって、有効に実装されうる。
そのような手法は、必要な計算がより簡単であるため、ビデオ画像解析に基づいたアプローチより著しく速い。一般的に、それらは周波数領域などへの変換を必要としない。
さらに、ネットワークパラメータに基づく解決策では参照を要求しないため、全参照ビデオ画像解析に基づく解決策の場合のように、参照を要求する解決策では必要とされる正確な同期は必須ではない。同様に、計算された出力（例えばＭＯＳ値）は、コンテンツが入れ替わったとしても、画像解析を用いたモデルのようには影響を受けない。
本願発明を、限定した例としてではなく、添付した図面を参照してより詳細に示す。
図１は、ストリーミングビデオシステムの一般的概念図である。 図２は、図１にて示したシステムの一部の近接図である。 図３は、知覚マルチメディア品質を決定するための装置において実行される様々なステップを示したフローチャートである。
図１において、本願発明に合致した受信したマルチメディアシーケンスの品質を計測するシステムの一般的概念図が示される。マルチメディアシーケンスは、以下の例では関連音声を有するビデオクリップである。システムは、ビデオストリーミングサーバ１０１を有する。ビデオストリーミングサーバ１０１は、ビデオ信号としてネットワーク１０３上で送信される関連音声を有するビデオシーケンスの情報源である。ネットワーク１０３は、例えば、無線ネットワークやその他のネットワークでもよい。
ネットワーク１０３上で送信されたビデオシーケンスは、移動試験システム１０５によって受信される。移動試験システム１０５は、通常、ビデオストリーミングプレーヤー１０７とビデオ画質モデルを含む装置１０９を有する。装置１０９は、ビデオストリーミングプレーヤー１０７とトランスポート層とから得られたデータとを、現エンドユーザの知覚するビデオ、オーディオ、及び総合的な品質の評価としての値を生成するために、利用する。
図２において、移動試験システム１０５は、より詳細に示される。試験システム１０５は、ビデオシーケンスの受信時に、計算上の効率的な方法で、ビデオに対する知覚ビデオ画質を評価するように設計されている。評価は、リアルタイムで、ビデオストリーミングプレーヤー（ビデオストリーミング）、及び、データ送信（特にＩＰ層やそれより上の層）の少なくとも一方からの計測データを収集することによって行われる。データは、入力され、ビデオ画質評価モデルにおいて組み合わされ、ビデオ画質値が計算される（例えば、ＭＯＳスコア）。
計算された出力（ＭＯＳ値）は、ユーザが知覚したビデオとオーディオとの品質の評価である。計算されたＭＯＳ値は、主観テスト（人の視点やビデオクリップの等級によるテスト）の結果と近似するように意図されている。総合的なストリーミング品質（ＭＯＳ値）は、入力変数の関数として表される。線形と非線形のモデル両方がＭＯＳ値を評価するのに用いられうる。同様に、線形と非線形を組み合わせた関数を用いても良い。
モデルは、その際、以下に示す1以上のものを評価するように設計される。
・総合的品質
・ビデオ画質
・オーディオ音質
おそらく、移動ビデオストリーミングにおける最も一般的なビデオ画質の問題は、高圧縮（ネットワーク全体の低い帯域幅に起因する）、パケットロスに起因するビデオ画質の劣化、長い初期バッファリング、及び、ビデオの真っ最中の再バッファリングである。好適な実施形態において、モデルは、これらの品質問題の全てに配慮しており、その結果、例えばＭＯＳ値で表現される出力は、その際、知覚したビデオ画質を反映する。
モデルへの入力は、多くの計測パラメータを含む。例えば、以下に示した１以上のパラメータが用いられても良い。
・オーディオコーデック
・ビデオコーデック
・全コード化ビットレート
・ビデオビットレート
・オーディオビットレート
・ビデオフレームレート
・パケットロスレート
・初期バッファリングの長さ（絶対的、及びビデオクリップ時間への相対的割合）
・再バッファリングイベントの回数
・再バッファリング頻度（再バッファリングイベントの回数に類似）
・再バッファリングの開始時間（絶対的時間、及び全クリップ時間への相対的割合）
・再バッファリングの長さ（絶対的時間、及び全クリップ時間への相対的割合）
・データスループット
・ＩＰパケットジッタ
・ＩＰパケットサイズ
・ＲＴＰ／ＲＴＣＰシグナリング
・ビデオクライアントのバッファサイズ
異なるシナリオにおいて、ビデオ画質値を決定する際には、種々のパラメータを他のパラメータよりも、より重要なものとしても良い。例を挙げると、使用目的によっては、コーデックや全コード化ビットレートについての情報を組み合わせたパケットロス、初期バッファリングの長さ、及び再バッファリングに対応づけたパラメータは、ビデオ画質値の良い評価を与えることになる。このようなシナリオでは、パラメータの小さなサブセットのみが、現在の品質値の良い評価を生成するために必要である。その結果、モデルがより単純にされ、故に品質値を生成するための装置における実行がより速く、より低価格にてできるため、このことは有利である。
もし、直近の状況に対し重要な1以上の入力パラメータが利用できなければ、他のパラメータを、欠けたパラメータを計算するために用いることができる。従って、もし、例として“全コード化ビットレート”が利用できなければ、“データスループット”、“ＩＰパケットサイズ”、及び“クライアントのバッファサイズ”を、全コード化ビットレートを評価するために用いることができる。“再バッファリングの回数”、“再バッファリング頻度”、“再バッファリングの開始時間”、“初期バッファリングの長さ”、及び“再バッファリングの長さ”のようなバッファリング入力パラメータは、全コード化ビットレート、スループット、及びマルチメディアプレーヤーのバッファサイズに関する知識に基いて、同様の方法で評価することが出来る。他の重要なパラメータを評価のために、他の関係を用いても良い。多くのパラメータの組み合わせ効果を、品質を評価するために用いることができる。例えば、同時に起こるパケットロスと再バッファリングの組み合わせ効果を、用いることができる。品質は、パケットロスや再バッファリングによる品質劣化の単純加算を必要としない。事実、いくつかの適用において、関係は、考えられる限り、より複雑になり、知覚ビデオ画質を正確にモデル化するためにより複雑なモデルを必要とする。
ビデオ画質モデルは、主観テストに基づいて調整され、そのテストは、人が見て、長短の初期バッファリングや長短のパケットの中間バッファリングを有するビデオクリップ、様々なロスレート、及び他の品質を劣化させうる効果を等級付けする。さらに中間バッファリングの回数は、更に良いモデルに調整するために変化されても良い。モデルを調整するための他の方法としては、他の客観モデル等の助けによる調整を含有する。
図３において、上記で述べたようなビデオ画質モデリング装置において、実行される様々なステップが示されている。故に、まずステップ３０１にて、ビデオプレーヤーはビデオシーケンスを示すビデオ信号を受信する。ビデオシーケンスは、音声と関連付けられていても、そうでなくても良い。次に、ステップ３０３にて、受信したビデオ信号、及び、ビデオプレーヤーの少なくとも一方と関連のある様々なパラメータに対する多くのデータが、ビデオ画質モデリング装置へ転送される。データは、一般的に、図２に関連して上記に並べられた１以上のパラメータに関連する。例えば、ビデオコーデック、オーディオコーデック、全コード化ビットレート、ビデオビットレート、オーディオビットレート、ビデオフレームレート、パケットロスレート、再バッファリングの開始時間（絶対的時間、及び全クリップ時間への相対的割合）、初期バッファリングの長さ（絶対的、及びビデオクリップ時間への相対的割合）、再バッファリングイベントの回数、再バッファリング頻度（再バッファリングイベントの回数に類似）、再バッファリングの長さ（絶対的時間、及び全クリップ時間への相対的割合）、データスループット、ＩＰパケットジッタ、ＲＴＰ／ＲＴＣＰシグナリング、ビデオクライアントのバッファサイズ、もしくは、有り得る状況としての特定の状況に対して、適切なその他のパラメータなどである。
その後、ステップ３０５において、受信したビデオ信号の品質を示す値が計算される。装置が、出力として何を生成するように設計されているかに応じて、値は全ての、もしくは、総合的品質、ビデオ画質、及びオーディオ音質のサブセットと成り得る。ステップ３０５において実行された計算は、様々な利用やシナリオに対し、異なっていてよく、以下により詳しく述べられる。最後に、ステップ３０７において、装置は結果を出力する。例えば、ビデオ画質値は、ＭＯＳのような数値として示されても良い。この値は、その結果、ネットワークを最適化することや類似のタスクに対する入力データとして用いられる。 一つの好適な実施形態に従って、モデルの基本関数が、
Figure 2010507324
によって記述される。
基本品質（符号化の品質、Ｑｕａｌｅｎｃｏｄｉｎｇ）は、
Figure 2010507324
により記述される。
ｃ０、ｃ１、及びλは定数である。定数は、異なるコーデックに対し異なる値を有する。 ＱｕａｌｂｕｆｆとＱｕａｌｐｌは、初期バッファリング時間、再バッファリングパーセンテージ、再バッファリング頻度、及びパケットロスそれぞれに基づく出力ＭＯＳ値を減少させる。
パケットロスを有するロギング間隔に対するパケットロスの影響は、下式にて示すことが出来る。
Figure 2010507324
因数ξは下式にて定義される。
Figure 2010507324
ＰＬＲｕとＰＬＲｌは、パケットロスレートの上限と下限それぞれであり、ＰＬＲｍｅａｎは、現在のロギング時間枠の平均パケットロスレートである；故に、０≦ξ≦１
Figure 2010507324
主観テストに基づいて、パケットロスに対する上限、下限が定義されうる。下限より低いパケットロスレート（ＰＬＲ）は、その際、認識されないとみなされ、故にＭＯＳ値に影響を与えることは無いだろう。目盛のもう一方の端においては、上限と等しいか、それより上のＰＬＲが、等しく非常に悪い（最悪の）品質であると、既定値毎に設定される。故に、以下の制限が、即時のＰＬＲ値に適用される。
Figure 2010507324
かつ、
Figure 2010507324
品質への再バッファリングと初期バッファリングの影響は、例えば、下式のように加えられる。
Figure 2010507324
Ｑｕａｌｂｕｆｆは、下式にて計算される。
Figure 2010507324
ここで定数はそれぞれ下式にて示される。
ＢＵＦ＿ＰＥＲＣ：再バッファリング時間／（再生時間＋再バッファリング時間+初期バッファリング時間）
ＩＮＩＴ＿ＰＥＲＣ：初期バッファリング時間／（再生時間＋再バッファリング時間＋初期バッファリング）
ＢＵＦ＿ＦＲＱ：バッファリングイベントの回数／分
パケットロスレート、再バッファリング、初期バッファリングの影響は、純一次効果よりむしろ下式の関数としてより良くモデル化できる。
Figure 2010507324
深刻なパケットロスや知覚品質に影響に対処するためには、高いパケットロスレートに対し、それより低いレートよりも大きな重みを与えることが望ましい。長い再バッファリング時間に対処するためには、出力であるＭＯＳスコアが、とても長い再バッファリングパーセンテージに対して切り捨てられても良い。例えば、６７％やより高い再バッファリング割合は、最低のビデオ画質を常にもたらすように、モデル化（例えば、ＭＯＳ＝１）できるであろう。
本発明を適用することによって、入力パラメータの組み合わせを、完全なビデオ画質を評価するために用いることができる。本発明の一つの利点は、ビデオシーケンスに対するパラメータの小さなサブセットのみが良いビデオ画質値を生成するために必要とされることである。例えば、品質の評価をするために中断（再バッファリング）とパケットロスとの組み合わせだけを、コーデックとビットレートとに加えて用いることができる。
本発明は、ビデオ画像を解析しないという事実のおかげで、計算が効率的である。入力パラメータが少なく、さらに良いビデオ画質評価が得られることができる。本発明は、最も重要なビデオ画質の劣化要因（コード化品質や送信エラーに起因する劣化）を考慮に入れる。送信エラーは、本質的に、低いスループットやパケットロスである。低いスループットは長い初期バッファリングや再バッファリングイベントを引き起こしかねない。パケットロスは、ビデオにおける一時的な問題に起因して、画像、及び、音声の少なくとも一方のゆがみや品質劣化を引き起こすだろう。
ここで述べられた発明は、計算が効率的であるという事実に起因して、リアルタイムにてビデオ画質値を生成することが出来る。故に、計測の際に直ちに、スコアが生成されるべきテスト状況において、とても良く適合する。
加えて、ここで述べられた発明を用いることにより、ネットワークパラメータに基づく解決策は、参照を必要としないため、ビデオ画像解析に基づく解決策の場合のように、正確な同期化は必要でない。同様に、計算された出力（例えば、ＭＯＳ値）は、コンテンツが入れ替えられたとしても、画像解析を用いるモデルにおける場合のように影響をうけない。

Claims (19)

  1. マルチメディアシーケンスを受信する工程と、
    受信した前記シーケンスに関連する、送信パラメータ、及び、マルチメディアプレーヤーパラメータの少なくとも一方から得た複数の入力パラメータを抽出する工程と、
    抽出した前記入力パラメータの少なくとも１つに基づいた主観的品質スコアに対応する、品質値を生成する工程と、
    受信した前記シーケンスの前記品質の指標としての前記品質値を出力する工程と
    を有するマルチメディア品質決定の方法。
  2. 前記入力パラメータは、ビデオストリーミングプレーヤーに関するパラメータ、及び、データ送信に関するパラメータの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記入力パラメータは、前記コーデックと前記コード化ビットレートとに対応するパラメータを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 付加パラメータ（パケットロス、初期バッファリングの長さ、及び再バッファリングの長さ）のうち唯一、または、複数が品質値を生成するために利用されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 生成する前記品質値は、ＭＯＳ値に対応することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 生成する前記品質値は、パケットロスレート、再バッファリング、及び初期バッファリングデータの関数を用いて計算されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 総合的品質、ビデオ画質、オーディオ音質のうち一つ、または、複数に対する品質値が生成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記マルチメディアシーケンスは、無線ネットワーク上で受信されることを特徴とする請求項1乃至７のいずれか一項に記載の方法。
  9. １または複数の前記入力パラメータは、他のパラメータから導かれるか、評価されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
  10. マルチメディアシーケンスを受信する手段と、
    受信した前記シーケンスに関連する、送信パラメータ、及び、マルチメディアプレーヤーパラメータの少なくとも一方から得た複数の入力パラメータを抽出する手段と、
    抽出した前記入力パラメータの少なくとも１つに基づいた主観的品質スコアに対応する、品質値を生成する手段と、
    受信した前記シーケンスの前記品質の指標としての前記品質値を出力する手段と
    を有するマルチメディア品質を決定する装置。
  11. 前記入力パラメータは、ビデオストリーミングプレーヤーに関するパラメータ、及び、データ送信に関するパラメータの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
  12. 前記入力パラメータは、前記コーデックと前記コード化ビットレートとに対応するパラメータを含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
  13. 付加パラメータ（パケットロス、初期バッファリングの長さ、及び再バッファリングの長さ）のうち唯一、または、複数が品質値を生成するために利用されるように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
  14. 生成する前記品質値は、ＭＯＳ値に対応することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
  15. パケットロスレート、再バッファリング、及び初期バッファリングデータの関数を用いて、前記生成する品質値を計算するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 総合的品質、ビデオ画質、オーディオ音質のうちの一つ、または、複数に対する品質値を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
  17. 持ち運び可能で、前記マルチメディアシーケンスが、無線ネットワークを越えて受信されるように構成されていることを特徴とする請求項1０乃至１６のいずれか一項に記載の装置。
  18. １または複数の前記入力パラメータは、他のパラメータから導くか、評価することを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載の装置。
  19. 請求項１乃至９に記載の方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムプロダクト。
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