JP2011044769A - 映像符号化難易度の定量化装置、方法およびプログラム - Google Patents
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【解決手段】符号化映像の属性毎に前記符号化映像のビット量を出力するビット量出力部11と、前記符号化映像の属性毎にマクロブロックの量子化幅の平均値を量子化パラメータの特徴量として出力する特徴量出力部12と、符号化映像の属性毎のビット量と量子化パラメータとの基準となる関係を表す標準変動特性と、前記ビット量出力部によって出力されるビット量と、前記特徴量出力部によって出力される量子化パラメータの特徴量とに基づいて前記符号化映像に対する符号化難易度を導出する符号化難易度導出部13とを設けた。
【選択図】 図1
Description
このような映像配信サービスを行う事業者にとって、元映像の符号化難度を定量的に把握することは、配信映像の品質を確保してユーザ満足度を向上させる上で重要である。
したがって、クリティカリティは、符号化難度の高い映像ほど符号化映像の1画素当たりに発生する情報量が多くなるためクリティカリティが高くなり、一方、符号化難度の低い映像ほど情報量は少なくなりクリティカリティが低くなるといった特徴を有する。
また、量子化パラメータの特徴量に代えて符号化映像の主観品質値を用いることによって、算出した符号化映像の属性毎のビット量とこの符号化映像の主観品質値との関係を示す変動特性に基づいて映像の符号化難易度を導出する。
したがって、量子化制御機能が自動制御され外部制御できないような既存の符号化器(エンコーダ)によって符号化された符号化映像や、既に量子化後の圧縮符号化された符号化映像のような、符号化の際の量子化精度が一定であるのか変動しているのか不明な符号化映像に対しても、符号化難度を定量化することができるとともに、これらの符号化映像の符号化難易度を逐次把握することが可能となる。
なお、以下に説明する実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置は、一例として符号化方式H.264によって圧縮符号化された映像の符号化難易度を導出するものとする。
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置は、符号化映像の符号化難度を定量的に示す符号化難易度を、符号化映像のビットストリームのビット量と量子化パラメータとに基づいて導出するものである。
本実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置10の構成を示すブロック図を、図1に示す。
本実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置10は、図1に示すように、ビット量出力部11と特徴量出力部12と符号化難易度導出部13とから構成されている。
特徴量出力部12は、量子化パラメータ抽出部12−1と特徴量算出部12−2とから構成されており、入力された符号化映像の属性毎にマクロブロックの量子化パラメータの平均値を算出して、この値を量子化パラメータの特徴量として出力する。
特徴量算出部12−2は、量子化パラメータ抽出部によって抽出された量子化パラメータを用いて、符号化映像の属性毎にマクロブロックの量子化パラメータの平均値を算出し、この値を量子化パラメータの特徴量として出力する。
なお、本実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置10は、CPU(中央演算装置)やメモリ、インターフェースからなるコンピュータにコンピュータプログラムをインストールすることによって実現され、上述した映像符号化難易度の定量化装置10の各機能は、上記コンピュータの各種ハードウェア資源と上記コンピュータプログラム(ソフトウェア)とが協働して実現される。
ここで、符号化映像の属性について説明する。
本実施の形態においては、符号化映像の属性として、符号化の際に出力されるデータ属性(以下、「符号化属性」という。)と符号化映像の画面の種別を表す「フレーム属性」とを用いる。
これら各々の符号化属性を示すデータのビット量は、元映像の絵柄や動きなど画像の情報量に依存しており、元映像の絵柄や動きによって大きく変化する。
図2に示すように、符号化映像のビットストリームが入力されると(S111)、ビット量出力部11は、このビットストリームの符号化属性(Prediction bits,Residual bits,Oter bits)を識別する(S112)。
ビット量出力部11は、さらに符号化属性毎に識別されたビットストリームのフレーム属性(Iフレーム,Pフレーム,Bフレーム)を識別する(S113)。
図3に示すように、符号化映像のビットストリームが入力されると(S121)、特徴量抽出部12の量子化パラメータ抽出部12−1は、入力されたビットストリームの内部を走査し、対象となるビットストリームから全てのマクロブロックの量子化パラメータを抽出して出力する(S122)。
量子化パラメータ抽出部12−1は、入力された符号化映像のビットストリームに含まれる量子化パラメータが記述されているシンタックス情報を参照することにより、マクロブロックの量子化パラメータを抽出する。また、このシンタックス情報に量子化パラメータの設定がなされていないマクロブロックが存在する場合、量子化パラメータ抽出部12−1は、このマクロブロックについて任意の値を量子化パラメータとして抽出しても良く、そのまま設定されていない状態を抽出して量子化パラメータを「0」としても良い。
図3に示すように、符号化難易度導出部13は、ビット量出力部11によって出力された属性毎に分類された符号化映像のビットストリームのビット量と特徴量出力部12によって出力されたフレーム属性毎の量子化パラメータの特徴量とを取得する(S131)。
ここで、本実施の形態において符号化難易度の導出の際に用いる変動特性と標準変動特性について説明する。
まず、符号化映像の属性毎のビット量と量子化パラメータの特徴量との関係を示す変動特性について説明する。
変動特性は、どのような符号化器においても、入力される符号化映像のビットレートを細かく変化させながら、その符号化映像のビットストリームから符号化映像の属性毎のビット量と量子化パラメータの特徴量とを算出し、算出された符号化映像の属性毎のビット量と量子化パラメータの特徴量との関係をコンピュータなどの記憶装置に記憶することで取得することができる。
図5は、符号化映像のフレーム属性毎に区別されたビットストリームの一部であるResidual bits(I)と量子化パラメータの特徴量であるQP(I)との関係を示す変動特性を、図6は Residual bits(P)とQP(P)との関係を、図7はResidual bits(B)とQP(B)との関係を示す変動特性を、測定対象となる複数の映像コンテンツ(ここでは8サンプル)毎に示したものである。ただし、図5〜図7の横軸は対数軸である。
標準変動特性とは、多様な符号化映像から導出される変動特性のうち、平均的な符号化難度となる符号化映像から導出される変動特性、すなわち、符号化映像の属性毎のビット量と量子化パラメータの特徴量との基準となる関係を示す変動特性とする。
この標準変動特性は、後述するように複数の映像コンテンツに対する変動特性を予め導出しておき、それぞれの変動特性における量子化パラメータの特徴量を映像コンテンツ毎に平均した量子化パラメータの特徴量を算出し、この平均した量子化パラメータの特徴量と符号化映像のビット量との関係をコンピュータなどの記憶装置に記憶することで取得することができる。
図8の中に示される標準変動特性は、図5〜図7に示すような複数の映像コンテンツに対する変動特性において、映像コンテンツ毎のQP(I), QP(P), QP(B)を平均した量子化パラメータQPave(I), QPave (P), QPave (B)と、ビット量Residual bits(I), Residual bits(P), Residual bits(B)との関係を導出することにより取得できる変動特性である。
標準変動特性は、予め取得した複数の映像コンテンツの変動特性に基づいて導出されるために、予め取得した変動特性、すなわち、測定対象となる映像コンテンツが多いほど、導出される標準変動特性の精度は向上する。
本実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置においては、図5〜図7に示すように8種類の映像コンテンツの変動特性に基づいて標準変動特性を取得する。
さらに、映像コンテンツの長さには、特に制限を設ける必要は無いが、取得するデータの信頼性を確保するため、10秒程度の映像コンテンツを必要とする。
また、H.264方式の量子化パラメータの設定値は51〜0であるため、量子化パラメータの特徴量QP(I), QP(P), QP(B)は、51付近と0付近で飽和する。
本実施の形態にかかる符号化難易度の定量化装置10のビット量出力部11によって出力される符号化映像の属性毎に区別されたビットストリームのビット量は、Prediction bits(I), Prediction bits(P), Prediction bits(B), Residual bits(I), Residual bits(P), Residual bits(B), Other bits(I), Other bits(P), Other bits(B)それぞれのビット量であり、その一部または全てが符号化難易度の算出に用いられる。本実施の形態では、Residual bits(I), Residual bits(P), Residual bits(B)のビット量を用いて符号化難易度を導出することとする。
なお、piおよびqiは、導出される変動特性に基づいた回帰分析により求められる係数であり、また、iはフレーム属性の種別(Iフレーム属性、Pフレーム属性、Bフレーム属性)を表す符号であり、i=IまたはPまたはBで表される。
なお、iはフレーム属性の種別(Iフレーム属性、Pフレーム属性、Bフレーム属性)を表す符号であり、i=IまたはPまたはBで表される。
なお、式(1)および式(2)では、映像コンテンツのビット量(本実施の形態ではResidual bits(I), Residual bits(P), Residual bits(B))と量子化パラメータの特徴量(QP(I), QP(P), QP(B))および平均化された量子化パラメータの特徴量(QPave(I), QPave (P), QPave (B))との対数関係を表しているが、式(1)および式(2)が示す関係は対数関係に限るものではない。
本実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置10は、予め、複数の映像コンテンツの変動特性から平均的な符号化難度である符号化映像のビット量と量子化パラメータの特徴量との関係を表す標準変動特性を示す式(2)を取得し、記憶する。
映像符号化難易度の定量化装置10の符号化難易度導出部13は、図8に示すように、予め記憶している標準変動特性のテンプレートを用いて入力された符号化映像の符号化難易度を導出する。
符号化映像Video1とVideo2について、ビット量出力部11によって導出された符号化映像の属性毎に区別されたビット量と特徴量出力部12によって導出された量子化パラメータの特徴量とから、符号化難易度導出部13は、Video1とVideo2の変動特性ポイントを導出し、図8に示すテンプレートにあてはめる。
したがって、変動特性ポイントが標準変動特性を基準として上部に位置するか下部に位置するかによって符号化難易度の高低を判別し、RoDの値によって符号化難易度の程度を導出する。
ビット量出力部11によって導出されるResidual bits(I)は、イントラフレーム属性の特徴、すなわち、映像フレーム内に存在する画素値そのもののビット量の和であり、Residual bits(P)とResidual bits(B)は動き補償属性の特徴、すなわち、フレーム間の画素値の差分のビット量の和である。
したがって、Residual bits(I)は映像のフレーム内の複雑さを示し、Residual bits(P)と Residual bits(B)は映像のフレーム間における動きの大きさや複雑さを示すことにより、Iフレーム属性における図8に示すテンプレートによって導出された符号化難易度はフレーム内の複雑さに関する符号化難易度を示し、Pフレーム属性またはBフレーム属性における図8に示すテンプレートによって導出された符号化難易度は、フレーム間の動きの大きさや複雑さに関する符号化難易度を示す。
また、フレーム属性毎に導出した変動特性と標準変動特性との比較結果に基づいて符号化難易度を導出することにより、符号化映像の特徴に応じた符号化難易度を知ることができる。
よって、既存のエンコーダを利用するユーザは、映像コンテンツの符号化難易度に基づいて符号化パラメータを最適化して、より高品質な映像の圧縮符号化を行うことが可能となる。また、映像配信サービスの事業者は、ユーザが体感する配信映像の品質に直結する符号化難易度を逐次把握することにより、映像配信サービスの提供環境の最適化を行うことが可能となる。
本発明の第2の実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置は、符号化映像の符号化難度を定量的に示す符号化難易度を、符号化映像のビットストリームのビット量と、この符号化映像の主観評価の評価結果とから導出するものである。
なお、本実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置の構成要素のうち、第1の実施の形態において説明した映像符号化難易度の定量化装置10の構成要素と同一の構成および機能を有するものには、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置20は、図9に示すように、ビット量出力部11と、主観品質値出力部22と、符号化難易度導出部23とから構成されている。
符号化難易度導出部23は、ビット量出力部11によって出力される符号化映像の属性毎のビット量と、主観評価値出力部22によって出力される主観品質値と、符号化映像のビット量と主観品質値との基準となる関係を表す標準変動特性とに基づいて、符号化映像に対する符号化難易度を導出する。
本実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置20は、入力される符号化映像を符号化映像の属性毎に分類したビットストリームのビット量と入力される符号化映像の主観品質評価の評価結果に基づいた主観評価値との関係を示す変動特性を明らかにして、入力される符号化映像の符号化難易度を導出するものである。
図10に示すように、符号化映像のビットストリームが入力されると(S211)、このビットストリームを対応する圧縮符号化方式の復号器(デコーダ)に入力し、符号化映像の複合化(画素情報の取得)を実行する(S212)。本実施の形態における復号器(デコーダ)は、H.264に準拠しているものである。
本実施の形態にかかる映像符号化難易度の定量化装置20において、入力された符号化映像の主観評価値を導出する際に実施される主観品質評価に関する実験は、ITU−T勧告P.910(Subjectiv video quality assessment methods for multimedia applications)に記載されている方法など、公知となっている全ての方法を利用することができる。
例えば、複数の項目についての評価結果である評価データの平均値を主観品質値として導出することができ、また、各評価項目別に評価結果の重み付けを行い、重み付けの反映後の評価データに基づいて主観品質値を導出することとしても良い。
また、入力された符号化映像に対して主観品質評価実験を実施せずに、予め記憶してある符号化映像のビット量と主観品質値との関係をデータベース化した主観品質値の導出データベースを用いることにより、主観評価値を導出することとしても良い。
図11に示すように、符号化難易度導出部23は、ビット量出力部11によって出力された符号化映像の属性毎に区別されたビットストリームのビット量と主観品質出力部22によって出力された主観品質値とを取得する(S221)。
ここで、符号化映像のビット量と主観評価値との関係を示す変動特性について説明する。
符号化映像のビット量と主観品質値との関係を示す変動特性は、どのような符号化器においても、入力される符号化映像のビットレートを細かく変化させながら、その符号化映像のビットストリームから符号化映像のビット量の総和を算出し、算出されたビット量と対応する符号化映像の復号化された映像に対する主観品質値との関係をコンピュータなどの記憶装置に記憶することで取得することができる。
本実施の形態にかかる符号化難易度の定量化装置20においては、8種類の映像コンテンツの変動特性に基づいて標準変動特性を取得する。
図12の中に示される標準変動特性は、同じく図12の中に示される複数の映像コンテンツに対する変動特性において、映像コンテンツ毎の主観品質値を平均した値と、映像コンテンツの総ビット量との関係を導出することにより取得できる変動特性である。
本実施の形態にかかる符号化難易度の定量化装置20のビット量出力部11によって出力される符号化映像の属性毎に分類されたビットストリームのビット量は、Prediction bits(I), Prediction bits(P), Prediction bits(B), Residual bits(I), Residual bits(P), Residual bits(B), Other bits(I), Other bits(P), Other bits(B)それぞれのビット量であり、その一部または全てが符号化難易度の算出に用いられる。本実施の形態では、これら全てのビット量の和である「All_bits」を用いて符号化難易度を導出することとする。
符号化難易度導出部23によって導出される符号化難易度は、「All_bits」で表されるビット量とこの符号化映像の主観評価値「SQ」との関係を示す変動特性と、予め記憶している標準変動特性との比較結果に基づいて導出される。
また、標準変動特性、すなわち、映像コンテンツ毎の主観品質値を平均した値「SQave」と、映像コンテンツの総ビット量「All_bits」との関係を、以下に示す式(4)で近似することができる。
SQave≒aave−bave×exp(−cave×All_bits+dave) 式(4)
なお、式(3)および式(4)の各係数a,b,c,d,aave,bave,cave,daveは、導出される変動特性および標準変動特性に基づいた回帰分析により求められる係数である。
符号化映像Video3とVideo4について、ビット量出力部11によって導出されたビット量の総和と主観品質値出力部22によって出力された主観品質値とから、符号化難易度導出部23は、図12に示すテンプレート上にVideo3とVideo4の変動特性ポイントを導出し、図12に示すテンプレートにあてはめる。
したがって、変動特性ポイントが標準変動特性を基準として上部に位置するか下部に位置するかによって符号化難易度の高低を判別し、RoDの値によって符号化難易度の程度を導出する。
したがって、符号化映像のビットストリームを走査して量子化パラメータを抽出したり、符号化映像の属性毎に区別したビット量を算出するといった処理が必要なく、符号化難易度の導出するためのコンピュータに対する負荷を軽減させることができる。
Claims (7)
- 入力される符号化映像の属性毎に前記符号化映像のビット量を算出し出力するビット量出力部と、
前記符号化映像の属性毎にマクロブロックの量子化パラメータの平均値を算出し、この値を量子化パラメータの特徴量として出力する特徴量出力部と、
符号化映像の属性毎のビット量と量子化パラメータの特徴量との基準となる関係を表す標準変動特性と、前記ビット量出力部によって出力されるビット量と、前記特徴量出力部によって出力される量子化パラメータの特徴量とに基づいて前記符号化映像に対する符号化難易度を導出する符号化難易度導出部と
を備えることを特徴とする映像符号化難易度の定量化装置。 - 請求項1に記載の映像符号化難易度の定量化装置において、
前記特徴量出力部は、
入力される符号化映像のビットストリームに含まれるシンタックス情報から前記符号化映像の各マクロブロックにおける量子化パラメータを抽出する量子化パラメータ抽出部と、
この量子化パラメータ抽出部によって抽出された量子化パラメータを用いて前記符号化映像の属性毎にマクロブロックの量子化パラメータの平均値を算出し、この値を量子化パラメータの特徴量として出力する特徴量算出部と
を備えることを特徴とする映像符号化難易度の定量化装置。 - 入力される符号化映像の属性毎に前記符号化映像のビット量を算出し出力するビット量出力部と、
前記符号化映像を復号して出力される映像に対する主観品質評価に基づいた評価データを導出し、このデータを主観品質値として出力する主観品質値出力部と、
前記ビット量出力部によって出力されるビット量と、前記主観品質値出力部によって出力される主観品質値と、符号化映像のビット量と主観品質値との基準となる関係を表す標準変動特性とに基づいて前記符号化映像に対する符号化難易度を導出する符号化難易度導出部と
を備えることを特徴とする映像符号化難易度の定量化装置。 - 請求項1乃至3に記載の映像符号化難易度の定量化装置において、
前記ビット量算出部は、入力される符号化映像のビット量を前記符号化映像が符号化される際に出力されるパラメータで分類し、分類されたパラメータ毎に前記符号化映像のビット量を算出することを特徴とする映像符号化難易度の定量化装置。 - 入力される符号化映像の属性毎に前記符号化映像のビット量を算出し出力するビット量出力ステップと、
前記符号化映像のビットストリームに含まれるシンタックス情報から前記符号化映像の各マクロブロックにおける量子化パラメータを抽出する量子化パラメータ抽出ステップと、
この量子化パラメータ抽出ステップによって抽出された量子化パラメータを用いて前記符号化映像の属性毎にマクロブロックの量子化パラメータの平均値を算出し、この値を量子化パラメータの特徴量として出力する特徴量算出ステップと、
符号化映像の属性毎のビット量と量子化パラメータの特徴量との基準となる関係を表す標準変動特性と、前記ビット量出力ステップによって出力されるビット量と、前記特徴量算出ステップによって出力される量子化パラメータの特徴量とに基づいて前記符号化映像に対する符号化難易度を導出する符号化難易度導出ステップと
を有することを特徴とする映像符号化難易度の定量化方法。 - 入力される符号化映像の属性毎に前記符号化映像のビット量を算出し出力するビット量出力ステップと、
前記符号化映像を復号して出力される映像に対する主観品質評価に基づいた評価データを導出し、このデータを主観品質値として出力する主観品質値出力ステップと、
前記ビット量出力ステップによって出力されるビット量と、前記主観品質値出力ステップによって出力される主観品質値と、符号化映像のビット量と主観品質値との基準となる関係を表す標準変動特性とに基づいて前記符号化映像に対する符号化難易度を導出する符号化難易度導出ステップと
を有することを特徴とする映像符号化難易度の定量化方法。 - 請求項5または6に記載の映像符号化難易度の定量化方法をコンピュータに実行させるための映像符号化難易度の定量化プログラム。
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