JP2010515392A - 映像信号符号化 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図2
Description
・フィールド/フレーム毎平均オピニオン評点MOSFn
・映像ユニット/画像群平均オピニオン評点MOSGOP
・品質の一時的変化(MOSFn−MOSFn−1)
・平均オピニオン評点の映像ユニット変化(MOSGop(k)−MOSGop(k−i))
・空間上の複雑性
・空間上のマスキング
・一時的複雑性
・(フィールド/フレーム毎)量子化器ステップ幅
・ビットレート
・スライス構造
・マクロブロックサイズおよび構成
・動きベクトル値
制御装置24内にさらに設けられているのは、PQMシステム32によって生成された1つまたは各パラメータ(詳細な説明においては、1つのMOS値が用いられている)を受け取って、示されている品質測度が、ユーザ入力によって閾値および目標値によって定義された品質値の範囲内にあるか否かを判断するように構成されているロジック回路34である。そうである場合、制御ロジック34は映像を「合格」とし、映像は後の送信に備えて格納されるか、直ちに送信される。そうでない場合、制御ロジック34は映像を「不合格」とし、映像は送信も格納もされない。代わりに、映像データ(すなわち不合格のフレームまたはフレーム群に対応するソース映像データ)は、符号化前に事前濾波された映像データとともに、および/または修正済符号化パラメータ(典型的には、量子化ステップ幅(QSS)または符号化ビットレートの修正された値)を用いて、再び符号化される。符号化パラメータを事前濾波するか修正するかどうかの選択は、制御装置のロジック34の一部として提供される所定の修正規則に基づく。この規則は、次の符号化反復において品質測度が閾値によって定義された合格品質範囲に少なくとも近づくものとして定義される。さらに、後に説明されるように、適用される修正のタイプおよび/または量は、PQMシステム32によって生成されたパラメータの1つ以上に依存する。図2は、フレームまたはフレーム群が再符号化および符号化器22のための更新されたパラメータの組を要求していることを示す制御信号をソース映像に供給するものとして個別のモジュール28を示している。実際上、これは、制御装置24の不可欠な部分を形成し得る。
制御信号 意味
0 合格映像、次の2秒のコンテンツ・セグメントを符号化せよ
1 不合格映像、新しい量子化器パラメータ(例えばQSS、ビットレート)を待て
2 不合格映像、新しい事前濾波されたソース入力を待て
QCU56の内には、不合格映像が次にどのように処理されるべきかを判断する多くの規則が設けられている。それは、どの事前濾波(ある場合)が適用されるべきか、また/または、量子化パラメータがどのように修正されるべきか、を判断することである。この規則は不合格のセグメントが3つの品質プロファイルA〜Cのどれに当てはまるか同定することを含んでいる。次に、各プロファイルが、関連するプロファイルの識別に応じてQCUロジック34によって取られる通信アクションと共に、現実のシナリオとの関連で次に考察される。この目的のために、PAL映像の2秒を表わし、よって50のフレームを含んだ映像データ・セグメントを想定する。各GOPが10個のフレームを含むものとする。
このシナリオでは、2秒のセグメントのデータの全体が品質判定基準を満たさない。図5は、この状況に帰着し得る出力をグラフの形態で示す。あらゆるGOPについて、品質要求事項を満たすための符号化プロセスを操作する余地はほとんどない。したがって、この場合、再符号化前にソース映像が事前濾波される。制御信号「2」が符号化器42に送られる。事前濾波は、空間上および時間上周波数濾波の一方または両方を行なうことによって、映像の複雑性を減少させる。あるいは、画像が、例えば最大解像度度から4分の3または3分の2の解像度まで減じられ得る。その後、濾波されたソースが符号化器42に渡されるとともに繰返し回数が増加させられる。
このシナリオでは、検討中のセグメントの少数が不合格である。図6は、帰着し得る出力をグラフの形態で示す。セグメントの期間、GOP5〜GOP7は下限未満へと低下している。この場合、QCUは、不合格のGOPに関する情報を抽出し、かつ修正された符号化パラメータ(例えばQSS)を生成することを命じられる。制御信号「1」が符号化器42に渡される。さらに、品質の低下のための良好な候補であることとして標的GOP、この場合、GOP3、GOP9、およびGOP10が特定される。この点で、不合格のGOPの品質を改善するために、QSSを減じることによる圧縮コストがかかることが認識される。目標品質を超えているGOPを特定することができれば、我々はもちろん最小の品質要求事項を満たしながら補正を行うように管理された方法でそれらの品質を減じ得る。もちろん、第2のGOPの候補、例えばGOP1、GOP2、およびGOP8が特定されることも可能である。
このシナリオは図7にグラフの形態で示されている。若干のコンテンツは下限未満であることによって不合格であり、若干のコンテンツは良好過ぎることによって、つまり上限を超えていることによって不合格であった。残りのコンテンツは、品質境界内に収まっていた。上記のように、QCU56は各GOP、または品質が可変のGOP内のフレームを修正する。この事例では、しかしながら、最初の繰返しは、GOP2、4、9、10の品質を上げるとともに、この改善をGOP5、6、7の品質を下げることによって埋め合わせることによって、品質範囲外のGOPS、すなわちGOP2、GOP4、GOP5、GOP6、GOP7、GOP9およびGOP10に対処する。
本システムの目的は、複数のフレームを表す映像信号についての品質の基準を生成することである。映像信号は、以下を有している:元の形態; 映像信号が、可変量子化器ステップ幅を利用する圧縮アルゴリズムを使用して符号化された信号がそれと関連可能な量子化器ステップ幅パラメータを有するように符号化されている符号化された形態; 符号化された映像信号の少なくとも一部が元の形態に再変換されている復号された形態。本システムは、次のステップを行なうように構成されている:a)上記の量子化器ステップ幅パラメータの関数である第1品質測度を生成し; b)復号された形態の映像信号によって表わされるフレームの少なくとも一部の空間上の複雑性の関数である第2品質測度を生成し; c)第1および第2測度を組み合わせる。
下記の実施形態は、無参照型で復号器を基盤とする映像品質評価ツールに関する。本ツールのためのアルゴリズムは、映像復号器の内部で動作可能であり、各復号されたマクロブロックについての量子化器ステップ幅パラメータ(通常、入来する符号化された映像ストリームに含まれている変数)および各復号された画像の画素強度値を使用して復号された映像の主観的品質の評価を作成する。スライディング・ウィンドウ平均画素強度差(画素のコントラスト測度)計算が、各フレームの復号された画素に対して行なわれる。また、その結果得る平均(TCF)は、映像のノイズ・マスキング特性の基準として使用される。その後、品質推定値が、TCFパラメータの重み関数およびステップ幅パラメータの平均から作られる。重み関数は、復号されたシーケンスおよびシーケンスについて前もって取得された主観的スコアの特性のトレーニング・データベースに対する多重回帰分析によって予め求められる。一方ではステップ幅の、他方ではスライディング・ウィンドウ平均画素強度差の組合せを使用して複雑性を推定することは、主観的品質の良好な推定値を提供する。
画素内の水平方向の復号された画像サイズ(Px)
画素内の垂直方向の復号された画像サイズ(Py)
マクロブロック内の水平方向の復号された画像(Mx)
マクロブロック内の垂直方向の復号された画像サイズ(My)
量子化器ステップ幅パラメータの組(Q)。
このことは、復号器からの出力された量子化器ステップ幅信号Qを使用する。Qは、現在の復号された画像の各マクロブロックについて1つの量子化器ステップ幅パラメータ値QPを含んでいる。H.264については、量子化器パラメータQPは、変換係数を符号化するために使用される線形の量子化器の間隔QSTEPを定義する。実際には、QPは、所定の間隔の表に索引を付ける。この表においては、QPが6増分するごとにQSTEPは幅が2倍になる。画像平均された量子化器パラメータQPFは、以下に従ってユニット3で算出される。
図9および図10は、水平方向サイズが画素Px個および垂直方向サイズが画素Py個の画像内の位置(x,y)の画素p(x,y)についてのコントラスト測度がどのように計算されるかを示している。
X=H−1…Px−H−1
y=V−1…Py−V−1
ここで、適用形態によっては、水平方向・垂直方向成分を別々のままにして主観的品質の評価(ユニット6)の際に各々に異なる重み付けパラメータが適用されることを可能にする方が良い場合があることが注目されるべきである。
このことは、時間平均されたパラメータTQPFおよびTCFを使用して、復号されたシーケンスDの対応する期間についての主観的に測定された平均オピニオン評点の推定値PMOSを作成する。TQPFは、復号されたシーケンス内のノイズの推定に寄与し、TCFは、そのノイズが映像シーケンスのコンテンツによってどれくらい覆い隠され得るかの推定に寄付する。PMOSは、以下に従って、パラメータの組合せから計算される。
F1およびF2はAvQpおよびCS内の適切な線形または非線形の関数である。K0は定数である。PMOSは予測された平均オピニオン評点で、1…5の範囲内にある。5が優良品質に、1が悪い品質に等しい。F1、F2、およびK0は、多くの商用統計ソフトパッケージにおいて利用可能な適切な(例えば、線形、多項式、対数型の)回帰分析によって決定され得る。そのような分析は、既知の主観的品質のトレーニング・シーケンスの組を必要とする。次に、F1、F2、およびK0によって定義されたモデルは、MOSを独立変数としTQPFおよびTCFを従属変数として用いて回帰分析によって導出され得る。典型的に、この、結果得るモデルが使用されてトレーニングにおいて使用される劣化に類似の劣化(コーデック・タイプおよび圧縮率)にさらされた検査シーケンスの品質を予測する。しかしながら、映像コンテンツは異なり得る。
PMOS=−0.135*TPQF+0.04*CS+7.442 (9)
であることが見出された。
if(PMOS<I)PMOS=1 (10)
以下に、上記の実施形態の様々な側面の補足説明が提供される。
本技術をトレーニングおよびテストするために使用される映像データベースは、18個の異なる8秒のシーケンス(全て、625の放送フォーマット)から構成された。トレーニング・セットは9つのシーケンスから構成された。シーケンスのうちの6つはVQEG1データベースから、また、残りの3つは他のところから調達された。テスト・セットは9つの異なるシーケンスから構成された。VQEG1コンテンツはよく知られており、VQEGウェブサイトからダウンロードされることが可能である。品質パラメータは各シーケンスの継続時間にわたる平均に基づくことになっているので、動きおよび細部が一貫している特性を備えるコンテンツを選択することが重要であった。シーケンスの詳細は表4に示されている。
H.264符号化器JM7.5cを使用してトレーニング・シーケンスおよびテスト・シーケンスの全てが符号化された。各々に対して同じ符号化器オプションが設定されている。符号化器設定の主な特長は次の通りであった:
I、P、B、P、B、P、…フレームパタン; レート制御無効; 量子化パラメータ(QP)固定; 適応性フレーム/フィールド符号化有効; ループ濾波無効。
Claims (19)
- 複数のフレームを表す映像信号を符号化する方法であって、
(a)少なくとも1つの符号化パラメータを利用する圧縮アルゴリズムを使用して前記映像信号またはその一部を符号化し、
(b)知覚品質メトリックを使用して符号化された信号についての品質測度を生成するとともに前記品質測度が所定の品質基準を満たすかを確認し、
(c)前記品質測度が前記所定の品質基準を満たさない場合、前記少なくとも1つの符号化パラメータの修正値または前記映像信号の修正された形態を用いて前記品質測度が前記所定の品質基準を満たすまでステップ(a)乃至(c)を繰り返す、
ことを具備する方法。 - 前記品質測度が前記所定の品質基準を満たす場合のみ、前記符号化された信号を通信リンク上で映像復号器に送信することをさらに含む、請求項1の方法。
- ステップ(c)において、前記符号化パラメータの値または前記映像信号に適用される修正の量が、ステップ(b)において生成される前記品質測度の値の関数である、請求項1または2の方法。
- 前記方法が第1および第2信号部分に対して実行され、
前記品質測度が前記第1信号部分について前記所定の品質基準を満たす場合に前記第2信号部分が符号化される、
請求項1乃至3のいずれか1項の方法。 - 前記品質測度が所定のアルゴリズムを用いて生成される数値であり、
前記数値が所定の範囲内にある場合、前記品質測度が前記所定の品質基準を満たす、
請求項1乃至4のいずれか1項の方法。 - 前記所定の範囲が第1および第2境界値によって定義され、
前記適用される修正が、前記品質測度の値が後続の繰り返しにおいて前記境界値の一方に近づく変化に帰着する、
請求項5の方法。 - 前記符号化された信号が、複数の個別に識別可能なフレーム群(GOF)を表わし、
品質測度が各GOFに対して導出可能であって、
ステップ(c)において、前記少なくとも1つの符号化パラメータの修正された値または前記映像信号の修正された形態が前記所定の品質基準を満たさない各GOFに適用される、
請求項7の方法。 - 各々がステップ(c)において適用される択一的なプロファイルを定義する複数の修正プロファイルを提供し、
1つ以上の選択規則に応じて前記複数のプロファイルのうちの1つを選択する、
ことをさらに具備する請求項7の方法。 - 連続する所定数のGOFが前記所定の品質基準を満たさない場合に第1修正プロファイルが選択され、
前記第1プロファイルが、適用されると前記GOFに対応する前記映像信号の濾波された形態を再符号化するように構成されている、
請求項8の方法。 - 前記濾波が、前記GOFの各フレームを符号化するのに必要なビット数を減じることを具備する、請求項9の方法。
- 所定数のGOFを具備するセグメントにおいて一部のGOFのみが前記所定の品質基準を満たさない場合に第2プロファイルが選択され、
前記第2プロファイルが、適用されると各不合格GOFに対応する前記映像信号を修正された符号化パラメータを使用して再符号化するように構成されている、
請求項8乃至10のいずれか1項の方法。 - 各フレームについてのさらなる品質測度が生成され、
あるフレームについての前記さらなる品質測度が前記所定の品質基準を満たさない場合、フレーム内分析が該フレームに対して実行されて該フレームのどの部分が修正を必要としているかを判断する、
請求項1乃至11のいずれか1項の方法。 - 前記少なくとも1つの符号化パラメータが量子化ステップ幅を含み、
ステップ(c)が量子化ステップ幅の修正された値を適用することを具備する、
請求項1乃至12のいずれか1項の方法。 - 前記少なくとも1つの符号化パラメータが符号化ビットレートを含み、
ステップ(c)が前記符号化ビットレートの修正された値を適用することを具備する、
請求項1乃至13のいずれか1項の方法。 - 複数のフレームを表す映像信号を符号化する方法であって、
(a)少なくとも1つの符号化パラメータを利用する圧縮アルゴリズムを使用して前記映像信号またはその一部を符号化し、
(b)知覚品質メトリックを使用して符号化された信号についての品質測度を生成するとともに前記品質測度が所定の品質基準を満たすかを確認し、
(c)前記品質測度が前記所定の品質基準を満たさない場合、複数の修正プロファイルのうちの1つを選択するとともに前記少なくとも1つの符号化パラメータの修正値または前記映像信号の修正された形態を用いて前記品質測度が前記所定の品質基準を満たすまでステップ(a)乃至(c)を繰り返す、
ことを具備し、
所定数のフレームを具備する前記映像信号のセグメントが前記所定の品質基準を満たさない場合に第1修正プロファイルが選択され、
前記第1プロファイルが、適用されると前記映像セグメントの濾波された形態を再符号化するように構成されており、
所定数のフレームを具備する前記映像信号のセグメント内のフレーム部分集合またはフレーム群のみが前記所定の品質基準を満たさない場合に第2プロファイルが選択され、
前記第2プロファイルが、適用されると各不合格フレームまたはフレーム群に対応する前記映像信号を修正された符号化パラメータを使用して再符号化するように構成されている、
方法。 - 複数のフレームを表す映像信号を符号化する方法であって、
(a)少なくとも1つの符号化パラメータを利用する圧縮アルゴリズムを使用して前記映像信号またはその一部を符号化することであって、 前記符号化された信号が複数の個別に識別可能なフレーム群(GOF)を表わしており、
(b)複数のGOFを具備する映像セグメントについて、知覚品質メトリックを使用して各GOFについての品質測度を生成し、
(c)前記品質測度が所定の品質レベルを下回っている前記映像セグメント内の1つ以上のGOFを特定し、再符号化されたときに前記品質測度が前記所定の品質レベルを満たすか前記所定の品質レベルに近づくように品質レベルを下回るGOFについて用いられる前記少なくとも1つの符号化パラメータを修正し、
(d)前記品質測度が所定の品質レベルを上回っている同じ前記映像セグメント内の1つ以上のGOFを特定し、再符号化されたときに前記品質測度が前記所定の品質レベルを満たすか前記所定の品質レベルに近づくように品質レベルを上回るGOFについて用いられる前記少なくとも1つの符号化パラメータを修正し、
(e)(c)および(d)において修正された前記符号化パラメータを使用して前記映像セグメントを再符号化する、
ことを具備する方法。 - プロセッサ上で実行されると前記プロセッサに請求項1乃至16のいずれか1項の方法を実行させるプロセッサ・コードを運ぶためのキャリア媒体。
- 少なくとも1つの符号化パラメータを利用する圧縮アルゴリズムを使用して複数のフレームを表す映像信号を符号化するように構成されている映像符号化器と、
前記映像符号化器からの前記符号化された信号を受け取るためのものであって、知覚品質メトリックを使用して前記符号化された信号についての品質測度を生成し、前記品質測度が所定の品質基準を満たすかを確認し、前記品質測度が前記所定の品質基準を満たさない場合、前記映像符号化器に前記少なくとも1つの符号化パラメータについての修正値または前記映像信号の修正された形態を用いて前記品質測度が前記所定の品質基準を満たすまで前記映像信号を繰り返し再符号化させるように構成されているコントローラと、
を具備する映像符号化システム。 - 映像データの少なくとも1つのチャネルを複数の受信器へとそれぞれのIPリンク上で送信するように構成されているとともに請求項18において定義されている符号化システムを具備するIPTVサービス供給システム。
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