JP2013046113A - VIDEO QUALITY ESTIMATION DEVICE, METHOD AND PROGRAM USING BASIC GoP LENGTH - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基本GoP(Group of Picture)長を用いた映像品質推定装置及び方法及びプログラムに係り、特に、インターネットのようなIP(Internet Protocol)ネットワーク経由で行うIPTVサービス、映像配信サービスにおける映像の品質を客観的に評価するために用いる基本GoP長を用いた映像品質推定装置及び方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a video quality estimation apparatus, method, and program using a basic GoP (Group of Picture) length, and in particular, an IPTV service and video distribution service performed via an IP (Internet Protocol) network such as the Internet. The present invention relates to a video quality estimation apparatus, method, and program using a basic GoP length used for objectively evaluating quality.
インターネットアクセス回線の高速・広帯域化に伴い、インターネットを介して映像や音声を含む映像メディアを端末間あるいはサーバと端末との間で転送する映像通信サービスの普及が期待されている。 With the increase in speed and bandwidth of Internet access lines, the spread of video communication services that transfer video media including video and audio between terminals or between servers and terminals via the Internet is expected.
インターネットは、必ずしも通信品質が保証されていないネットワークであるため、音声及び映像メディアなどを用いて通信を行う場合、ユーザ端末間のネットワークの回線帯域が狭いことによるビットレートの低下、回線が輻輳することでパケット損失やパケット転送遅延が発生し、音声や映像メディアなどに対してユーザが知覚する品質(ユーザ体感品質:QoE(Quality of Experience))が劣化してしまう。 Since the Internet is a network whose communication quality is not always guaranteed, when communication is performed using audio and video media, the bit rate is lowered and the line is congested due to the narrow line bandwidth of the network between user terminals. As a result, packet loss and packet transfer delay occur, and the quality perceived by the user for audio, video media, etc. (user experience quality: QoE (Quality of Experience)) deteriorates.
具体的には、原映像を符号化する場合、フレーム内の映像信号にブロック単位の処理による劣化が生じたり、映像信号の高周波成分が失われることにより、映像全体の精細感が低くなる。また、ネットワークを介し、符号化された映像データをパケットとしてユーザ端末に送信する際、パケット損失や廃棄が発生すると、フレーム内に劣化が生じ、映像全体の品質が低くなる。 Specifically, when the original video is encoded, the video signal in the frame is deteriorated by processing in units of blocks, or high-frequency components of the video signal are lost, so that the fineness of the entire video is lowered. Further, when the encoded video data is transmitted as a packet to the user terminal via the network, if a packet loss or discard occurs, the frame is deteriorated and the quality of the entire video is lowered.
結果として、ユーザは受信した映像に、ぼけ、にじみ、やモザイク状の歪みを知覚する。 As a result, the user perceives blur, blur, and mosaic distortion in the received video.
上記のような映像通信サービスを良好な品質で提供していることを確認するためには、サービス提供中に、ユーザが体感する映像の品質を測定し、ユーザに対して提供される映像の品質が高いことを監視することが重要となる。 In order to confirm that the video communication service as described above is provided with good quality, the quality of the video provided to the user is measured by measuring the quality of the video experienced by the user during the service provision. It is important to monitor that is high.
したがって、ユーザが体感する映像の品質を適切に表現することができる映像品質客観評価技術が必要とされている。 Therefore, there is a need for video quality objective evaluation technology that can appropriately express the quality of the video experienced by the user.
従来、映像品質を評価する手法として、主観品質評価法(例えば、非特許文献1参照)や客観品質評価法(例えば、非特許文献2参照)がある。 Conventionally, as a method for evaluating video quality, there are a subjective quality evaluation method (for example, see Non-Patent Document 1) and an objective quality evaluation method (for example, Non-Patent Document 2).
主観品質評価法は、複数のユーザが実際に映像を視聴し、体感した品質を5段階(9段階や11段階の場合もある)の品質尺度(非常に良い、良い、ふつう、悪い、非常に悪い)や妨害尺度(劣化が全く認められない、劣化が認められるが気にならない、劣化がわずかに気になる、劣化が気になる、劣化が非常に気になる)などにより評価し、全ユーザ数で各映像(例えば、パケット損失率0%でビットレートが20Mbpsの映像)の品質評価値を平均し、その値をMOS(Mean Opinion Score)値やDMOS(Degradation Mean Opinion Score)値として定義している。 The subjective quality evaluation method is a quality scale (very good, good, normal, bad, very good) of the quality experienced by multiple users who actually watched the video and experienced the quality (may be 9 or 11 levels) Bad) and disturbance scale (no degradation is observed, degradation is observed but not bothered, slightly concerned about degradation, concerned about degradation, very concerned about degradation), etc. Average the quality evaluation value of each video (for example, video with a packet loss rate of 0% and a bit rate of 20 Mbps) by the number of users, and define the value as MOS (Mean Opinion Score) value or DMOS (Degradation Mean Opinion Score) doing.
しかしながら、主観品質評価は、特別な専用機材(モニタなど)や評価環境(室内照度や室内騒音など)を調整可能な評価施設を必要とするだけではなく、多数のユーザが実際に映像を評価する必要がある。そのため、ユーザが実際に評価を完了するまでに時間がかかってしまい、品質をリアルタイムに評価する場合には不向きである。 However, subjective quality evaluation not only requires special dedicated equipment (such as a monitor) and an evaluation facility that can adjust the evaluation environment (such as room illuminance and room noise), but many users actually evaluate the video. There is a need. For this reason, it takes time for the user to actually complete the evaluation, which is not suitable for evaluating the quality in real time.
そこで、映像品質に影響を与える特徴量(例えば、ビットレートやフレーム単位のビット量、パケット損失情報など)を利用し、映像品質評価値を出力する客観品質評価法の開発が望まれている。 Therefore, it is desired to develop an objective quality evaluation method that outputs a video quality evaluation value using a feature amount (for example, bit rate, bit amount in frame units, packet loss information, etc.) that affects video quality.
従来の客観品質評価法の1つに、送信されたパケットとサービス提供者などから得たGoP(Group of Picture)の設定値を入力とし、映像フレームのビット量から映像フレーム種別(I、B、Pフレーム)を推定し、パケット損失により損失した映像フレームがどの程度、劣化が伝搬するか考慮し、映像品質評価値を導出する技術がある(例えば、非特許文献2参照)。 As one of the conventional objective quality evaluation methods, the input value of GoP (Group of Picture) obtained from the transmitted packet and the service provider is input, and the video frame type (I, B, There is a technique for deriving a video quality evaluation value by estimating a P frame) and considering how much deterioration is propagated in a video frame lost due to packet loss (see, for example, Non-Patent Document 2).
従来の客観品質評価法の多くは、上記のように、パケットを用いて映像品質評価値を推定するものであった。 Many of the conventional objective quality evaluation methods estimate a video quality evaluation value using a packet as described above.
映像通信サービスを良好な品質で提供していることを確認するためには、サービス提供中に、ユーザが体感する映像の品質を測定し、ユーザに提供される映像の品質が高いことを監視することが重要であり、ユーザが体感する映像の品質を適切に表示することが可能な映像品質客観評価技術が必要とされている。 In order to confirm that the video communication service is provided with good quality, the quality of the video experienced by the user is measured while the service is provided, and the high quality of the video provided to the user is monitored. Therefore, there is a need for an objective video quality evaluation technique that can appropriately display the quality of the video experienced by the user.
しかしながら、非特許文献2の技術は、サービス提供者などから得た基本的なGoP長(以降、基本GoP長)を用いることを前提としているため、基本GoP長がわからないサービスには適用できないといった問題がある。
However, since the technology of Non-Patent
具体的には、非特許文献2では、基本GoP長に一定量(数映像フレーム)を加算した値を、Iフレームの推定区間とし、その推定区間の中で一番、ビット量が多い映像フレームをIフレームとしているが、当該Iフレームの推定区間が定まらないといった問題が発生する。
Specifically, in Non-Patent
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、上述の問題を解決すべく、各映像フレームが持つビット量を入力として、そのビット量の変動から基本GoP長を導出することで、非特許文献2で記載されるように、パケット損失により損失した映像フレームがどの程度、劣化が伝搬するか考慮し、映像品質評価値を導出するための基本GoP長を用いた映像品質推定装置及び方法及びプログラムを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and in order to solve the above-described problem, the bit amount of each video frame is input, and the basic GoP length is derived from the variation of the bit amount. As described in
図1は、本発明の原理構成図である。 FIG. 1 is a principle configuration diagram of the present invention.
本発明(請求項1)は、映像の品質を客観的に評価する基本GoP長を用いた映像品質推定装置であって、
入力されたパケットを、映像フレーム毎にグループ化する映像フレーム判別手段と、
前記映像フレーム判別手段により判別された映像フレーム毎の映像フレーム情報量を導出する映像フレーム情報量算出手段と、
前記映像フレーム情報量算出手段で導出された前記映像フレーム毎の映像フレーム情報量からIフレーム毎の映像フレームの間隔を導出するIフレーム間隔算出手段と、
前記Iフレーム間隔算出手段で導出されたIフレーム間隔の集合から品質測定区間の発生頻度の最も高いIフレーム間隔を基本GoP(Group of Picture)長として算出する基本GoP長算出手段と、
前記基本GoP長算出手段で導出された前記基本GoP長をもとに、全映像フレームの映像フレーム種別(I、B、Pフレーム)を算出する映像フレーム種別算出手段と、
前記映像フレーム情報量算出手段で導出された前記映像フレーム毎の映像フレーム情報量から映像のビットレートを算出する映像ビットレート算出手段と、
前記映像フレーム判別手段で判別された映像フレームにパケット損失が含まれるか判別する損失映像フレーム判別手段と、
前記映像フレーム種別算出手段で算出された前記映像フレーム種別と前記損失映像フレーム判別手段で判別された損失映像フレームから損失の影響がどの程度伝搬するか判別する劣化映像フレーム算出手段と、
前記映像ビットレート算出手段で算出された前記映像のビットレートを用いて映像符号化に関する映像品質を算出する符号化映像品質算出手段と、
前記符号化映像品質算出手段で算出された符号化映像品質と前記劣化映像フレーム算出手段で算出された劣化映像フレームから映像品質を算出する映像品質算出手段と、を備える。
The present invention (Claim 1) is a video quality estimation apparatus using a basic GoP length for objectively evaluating video quality,
Video frame discriminating means for grouping input packets for each video frame;
Video frame information amount calculating means for deriving a video frame information amount for each video frame determined by the video frame determining means;
I frame interval calculation means for deriving an interval between video frames for each I frame from the video frame information amount for each video frame derived by the video frame information amount calculation means;
A basic GoP length calculating means for calculating, as a basic GoP (Group of Picture) length, an I frame interval having the highest occurrence frequency of the quality measurement interval from a set of I frame intervals derived by the I frame interval calculating means;
Based on the basic GoP length derived by the basic GoP length calculating means, video frame type calculating means for calculating video frame types (I, B, P frames) of all video frames;
Video bit rate calculating means for calculating a video bit rate from the video frame information amount for each video frame derived by the video frame information amount calculating means;
A lost video frame determining means for determining whether a packet loss is included in the video frame determined by the video frame determining means;
A deteriorated video frame calculating means for determining how much the influence of loss propagates from the video frame type calculated by the video frame type calculating means and the lost video frame determined by the lost video frame determining means;
Encoded video quality calculating means for calculating video quality related to video encoding using the bit rate of the video calculated by the video bit rate calculating means;
Video quality calculating means for calculating video quality from the encoded video quality calculated by the encoded video quality calculating means and the deteriorated video frame calculated by the deteriorated video frame calculating means.
従来、映像符号化を実施する際に利用される基本的なGoP長(Iフレームの間隔)は、サービスプロバイダが、映像品質評価装置に基本GoP長を与えることで実施されていたが、サービスプロバイダが基本GoP長を与えることができない状況下では、上記のような技術を用いて映像品質を評価することはできない。 Conventionally, the basic GoP length (I-frame interval) used for video encoding has been implemented by the service provider giving the basic GoP length to the video quality evaluation device. Under the circumstances that cannot give the basic GoP length, it is not possible to evaluate the video quality using the above techniques.
これに対し、本発明によれば、受信したパケットデータのみから、映像フレーム毎の情報量を基に基本GoP長を算出し、各映像フレームの映像フレーム種別を導出することができるため、基本GoP長の情報を入手できない状況下でも映像品質を評価できる。 On the other hand, according to the present invention, the basic GoP length can be calculated from only received packet data based on the information amount for each video frame, and the video frame type of each video frame can be derived. Video quality can be evaluated even in situations where long information is not available.
したがって、本発明によりユーザが実際に視聴する映像通信サービスの映像について映像品質値を監視可能となるため、提供中のサービスがユーザに対してある一定以上の品質を保っているか否かを容易に判断することができる。 Therefore, the present invention makes it possible to monitor the video quality value for the video of the video communication service that is actually viewed by the user. Therefore, it is easy to determine whether the service being provided maintains a certain level of quality for the user. Judgment can be made.
このため、提供中のサービスの品質実態を従来技術で映像品質評価をできなかった点を改善することが可能となる。 For this reason, it becomes possible to improve the point that the quality of the service being provided could not be evaluated with the prior art.
以下図面と共に、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の本実施の形態にかかる基本GoP長を用いた映像品質推定装置(以下、「映像品質推定装置」と記す)は、入力パケット内に示される映像フレームの区切り情報をもとに、入力パケットが構成する各映像フレームを判別し、判別された映像フレームの情報量(ビット量やパケット数)を算出する。映像フレームの区切り情報としては、RTP/UDP/IPの場合においてRTP(Real-time Transport Protocol)ヘッダに記載されるマーカビットが0×1の場合(映像フレームを構成する最後のパケットであることを意味する。)やRTP timestamp(複数パケットで構成される同一の映像フレームは同一のRTP timestampを持つことを利用し、映像フレームの区切りを判別する)の場合、TS/RTP/UDP/IPやTS/UDP/IPやTTS/RTP/UDP/IPやTTS/UDP/IPの場合においてTS(Transport Stream)やTTS(Timestamped TS)に記載されるPayload unit start indicator(PUSI)が0×1の場合(映像フレームを構成する先頭のパケットであることを意味する)やPES(Packetized Elementary Stream)ヘッダの有無(1つのPESに1つの映像フレームが内容されていることを利用する)などを利用することが可能である。算出された映像フレーム毎の情報量をもとに映像フレームをいくつかのグループにクラスタリングし、最も情報量が多い映像フレームを含むグループの映像フレームすべてをIフレームとし、Iフレームの間隔で発生頻度の一番高いものを基本GoP長として、映像フレーム毎の映像フレーム種別(I,B,Pフレーム)を推定する。ここで、クラスタリングの手法として、本願実施の形態では最短距離法と昇順法を対象としているが、他の方法を用いることも可能である。映像フレーム毎の情報量から映像のビットレートを算出し、そのビットレートから符号化直後の映像品質を導出する。パケット損失が発生した映像フレームを判別し、損失映像フレームと映像フレーム種別から劣化の伝搬状況を加味し劣化映像フレーム長を算出する。最後に、符号化映像品質と劣化映像フレーム長から映像品質を客観的に評価するものである。 The video quality estimation apparatus using the basic GoP length according to this embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “video quality estimation apparatus”) is input based on video frame delimiter information indicated in the input packet. Each video frame included in the packet is determined, and the information amount (bit amount and number of packets) of the determined video frame is calculated. As the video frame delimiter information, in the case of RTP / UDP / IP, if the marker bit written in the RTP (Real-time Transport Protocol) header is 0x1 (that is, the last packet constituting the video frame) TS / RTP / UDP / IP or TS in the case of RTP timestamp (uses the same video frame consisting of multiple packets to have the same RTP timestamp to determine the video frame delimiter) In the case of / UDP / IP, TTS / RTP / UDP / IP and TTS / UDP / IP, when the Payload unit start indicator (PUSI) described in TS (Transport Stream) and TTS (Timestamped TS) is 0x1 ( Use the presence of a PES (Packetized Elementary Stream) header (uses the fact that one PES contains one video frame), etc. Is possible. Based on the calculated amount of information for each video frame, the video frames are clustered into several groups, and all the video frames in the group including the video frame with the largest amount of information are defined as I frames, and the frequency of occurrences occurs at I frame intervals Is the basic GoP length, and the video frame type (I, B, P frame) for each video frame is estimated. Here, as the clustering method, the shortest distance method and the ascending order method are targeted in the embodiment of the present application, but other methods can also be used. The video bit rate is calculated from the amount of information for each video frame, and the video quality immediately after encoding is derived from the bit rate. A video frame in which packet loss has occurred is discriminated, and a degraded video frame length is calculated from the lost video frame and the video frame type, taking into account the propagation state of degradation. Finally, the video quality is objectively evaluated from the encoded video quality and the degraded video frame length.
例えば、本実施の形態においては、インターネットのようなIPネットワーク経由で行うIPTVサービス、映像配信サービスなど映像通信における客観的な映像品質評価を実現するために、パケットを分析し、これらの映像通信に関わる映像品質に影響を与える特徴量を定量的に表した映像品質値を導出する。 For example, in the present embodiment, in order to realize objective video quality evaluation in video communication such as IPTV service and video distribution service performed via an IP network such as the Internet, packets are analyzed and these video communication are performed. Deriving a video quality value that quantitatively represents the feature quantity that affects the video quality involved.
図1は、本発明の一実施の形態における映像品質推定装置の構成を示す。 FIG. 1 shows the configuration of a video quality estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.
同図に示すように、映像品質推定装置100は、映像フレーム判別部1と、映像フレーム情報量算出部2と、Iフレーム間隔算出部3と、基本GoP長算出部4と、映像フレーム種別算出部5と、映像ビットレート算出部6と、損失映像フレーム判別部7と、劣化映像フレーム算出部8と、符号化映像品質算出部9と、映像品質算出部10とから構成されている。
As shown in the figure, the video
Iフレーム間隔算出部3は、図2に示すように、最短距離映像フレーム算出部31(図2(A))もしくは昇順映像フレーム算出部32(図2(B))とから構成されている。
As shown in FIG. 2, the I-frame
なお、上記の各算出部は、算出結果を一時的に保存するメモリ(図示せず)を有するものとする。 In addition, each said calculation part shall have a memory (not shown) which preserve | saves a calculation result temporarily.
映像フレーム判別部1は、入力パケット内に示される映像フレームの区切り情報である特定の値を持つマーカビットやPUSIの情報などをもとに、図3のように、入力されたパケットを、構成する映像フレーム毎にグループ化することで、各映像フレームを判別する。図3は、映像フレームの区切り情報として、パケット構成がRTP/UDP/IPの場合に0x1の値を持つマーカビットを利用した際の例である。仮に、パケット損失により映像フレームの区切り情報が損失しても、パケット構成がRTP/UDP/IPの場合、RTP タイムスタンプは映像フレーム毎に増加するため、RTP タイムスタンプの増加量から損失を検知できる。更に、タイムスタンプから映像のフレームレートを換算できるため、映像フレームが複数連続して損失しても、タイムスタンプから抜けてしまった映像フレームの存在を確認できる。ただし、各映像フレームが何パケットもっているか判別できない。
The video
映像フレーム情報量算出部2は、映像フレーム判別部1で判別された映像フレーム毎に、映像フレームを構成するパケットとしてグループ化されたパケットの数をカウントし、映像フレーム毎の情報量として記憶する。この際、パケット数ではなく、パケット数からビット数やバイト数としてカウントしてもよい。
The video frame information
Iフレーム間隔算出部3は、映像フレーム情報量算出部2で算出された映像フレーム毎の情報量をもとに映像フレームをいくつかのグループにクラスタリングし、最も情報量が多い映像フレームと同一のグループに分類された映像フレームをすべてIフレームと判定し、各Iフレームの間隔をIフレーム間隔として算出する。
The I-frame
Iフレーム間隔算出部3は、最短距離映像フレーム算出部31を備え、映像フレーム情報量算出部2で算出された映像フレーム毎の情報量をもとに最短距離法を適用して映像フレームをクラスタリングし、最も情報量が多い映像フレームと同一のグループに分類された映像フレームすべてをIフレームと判定してもよい。具体的には、図4に示すように、映像のフレームレートが3fpsのとき、フレームレートである3の2倍の6映像フレームを最短距離映像フレーム算出部31の入力として、最短距離法を適用していくつかのグループにクラスタリングする(この際、最短距離法への入力を映像フレームレートの三倍などの値としても良い)。クラスタリングによるグループ化は、映像フレーム種別判別部5においてI、B、Pフレームと3種類の映像フレーム種別があることから、3つのグループになるまで処理を続け、最も情報量が多い映像フレームと同一のグループに分類された映像フレームすべてをIフレームと判定し、Iフレーム間隔算出部3においてIフレームと認定されたフレーム番号が出現する間隔を計算する。図4の例において、最も情報量の多い映像フレームの映像フレーム番号は"6"であるので、当該"6"と同一のグループである映像フレーム番号"5"をIフレームとする。なお、例えば、映像フレーム番号"10"〜"18"まで同一グループであれば、"10"〜"18"は全てIフレームとなる。
The I-frame
また、Iフレーム間隔算出部3は、上述した最短距離映像フレーム算出部31の代わりに、昇順映像フレーム算出部32を備え、映像フレーム情報量算出部2で算出された映像フレーム毎の情報量をもとに昇順法を適用して映像フレームをクラスタリングし、最も情報量が多い映像フレームと同一のグループに分類された映像フレームすべてをIフレームと判定してもよい。
The I frame
具体的に、昇順法によるクラスタリングの例を図5に示す。同図において、fは映像フレーム番号を示し、VTSfは映像フレーム毎のTS数を示す。同図における導出手順は以下の通りである。 Specifically, FIG. 5 shows an example of clustering by the ascending order method. In the figure, f indicates a video frame number, and VTSf indicates the TS number for each video frame. The derivation procedure in the figure is as follows.
1)(2×フレームレート)分の映像フレームのデータを入力する。 1) Input video frame data for (2 × frame rate).
2)10映像フレーム毎に最大TS数を持つ映像フレームの番号とTS数を記憶する(但し、最大値が複数ある場合は映像フレームが小さい方を選択)。 2) Store the number of video frames having the maximum number of TSs and the number of TSs every 10 video frames (however, if there are multiple maximum values, select the smaller video frame).
3)上記2)で選択された映像フレーム対し、TS数に関し昇順に並べる。 3) The video frames selected in 2) are arranged in ascending order with respect to the TS number.
4)順番に並んだTS数の除算値を計算する。 4) Calculate the division value of the TS numbers arranged in order.
5)除算値が最大ところ(白抜き部分)を閾値として仮のIフレームを決める(但し、最大値が複数ある場合は、最初の最大値)。 5) A temporary I frame is determined with the division value being the maximum (outlined portion) as a threshold (however, if there are a plurality of maximum values, the first maximum value).
6)仮のIフレームの間隔を"距離が長いほう"から計算し、最も発生頻度の多いものを基本GoP長とする(但し、距離が"10以下"はカウントしない)。 6) The temporary I-frame interval is calculated from “the longer the distance”, and the most frequently occurring one is set as the basic GoP length (however, the distance of “10 or less” is not counted).
図5の例では、映像のフレームレートが30fpsのとき、フレームレートである30の2倍の60映像フレームを昇順映像フレーム算出部の入力としていくつかのグループにクラスタリングする(この際、昇順法への入力を映像フレームレートの三倍などの値としても良い)。ただし、図面の太線がデータ入力の区切りを示している。具体的には、入力された60映像フレームに対し、10映像フレーム毎に最大の情報量を持つ映像フレームを抽出し、昇順法を適用して、情報量の大小関係に基づきデータの並び替えを実施している(本実施例では、計算量削減の観点から、10映像フレーム毎に最大の情報量を持つ映像フレームを抽出しているが、本処理を用いず、60映像フレームに対し、直接昇順法を適用しても良い)。次に、昇順に並び替えられた映像フレームに対し、除算法を用い、隣接映像フレームの情報量を除算する(図5の例では、映像フレーム番号34の情報量を映像フレーム番号18の情報量で除算し、他の映像フレームに対しても同様の処理をする)。得られた除算値の中で最大の除算値を閾値として、閾値を超える情報量を持つ映像フレームを仮のIフレームとする。
In the example of FIG. 5, when the video frame rate is 30 fps, 60 video frames that are twice the frame rate of 30 are clustered into several groups as inputs to the ascending video frame calculation unit (in this case, the ascending order method). Can be a value such as three times the video frame rate). However, a bold line in the drawing indicates a delimiter for data input. Specifically, for the input 60 video frames, video frames with the maximum amount of information are extracted every 10 video frames, and ascending order is applied to rearrange the data based on the magnitude relationship of the information amount. (In this example, from the viewpoint of reducing the amount of calculation, a video frame having the maximum amount of information is extracted for every 10 video frames. Ascending order may be applied). Next, for the video frames rearranged in ascending order, the division method is used to divide the information amount of the adjacent video frame (in the example of FIG. 5, the information amount of the
基本GoP長算出部4は、Iフレーム間隔算出部3で判定されたIフレームの間隔から各GoP長で発生頻度の一番高いGoP長を基本GoP長とする。
The basic GoP
映像フレーム種別算出部5は、基本GoP長算出部4で算出された基本GoP長と、映像フレーム情報量算出部2で算出された映像フレーム毎の情報量から映像フレーム種別(I,P,B)を判別する。非特許文献2で示されるように、具体的には、基本GoP長に2〜4の値を加えた値を探索範囲とし、探索範囲の中で最大の情報量を持つ映像フレームをIフレームとする。Iフレーム間にある映像フレームの情報量を平均し、事前に決定されている係数αを掛けた値を閾値として、映像フレーム毎の情報量が閾値以上の映像フレームはPフレーム、閾値未満のフレームはBフレームと判定する(非特許文献2図7参照)。なお、係数αは、映像コーディックの実装により変化する値であり、概ね0.9〜1.3の値を持つ。
The video frame
映像ビットレート算出部6は、映像フレーム情報量算出部2で算出された情報量をもとにビットレートを算出する。
The video bit
損失映像フレーム判別部7は、映像フレーム判別部1で映像フレーム毎にグループ化されたパケットの中にパケット損失があるか判別し、パケット損失がある場合は、その映像フレームを損失映像フレームと判定する。具体的には、RTPパケットのRTP タイムスタンプの抜けやTSパケットのTSヘッダ内の巡回カウンタ(CC)の抜けから、損失パケットを検出し、その損失パケットを含む映像フレームを損失映像フレームと判定する。
The lost video
劣化映像フレーム算出部8は、損失映像フレーム判別部7により判定された損失映像フレームと、映像フレーム種別算出部5で判定された映像フレーム種別をもとに、非特許文献2で示されるように、損失の劣化の伝搬状況を加味し、劣化映像フレーム数をカウントする(非特許文献2図3参照)。
As shown in
符号化映像品質算出部9は、映像ビットレート算出部6で算出されたビットレート(BR)をもとに、以下の数式に基づき、符号化映像品質(VQC)を算出する。ただし、v1, v2, v3は、予め記憶されている定数とする。
The encoded video
図6は、符号化映像品質・映像品質算出機能の構成例を示し、当該符号化映像品質・映像品質算出機能は、ビットレートや映像フレーム毎のビット量と映像フレーム種別を利用して符号化映像品質(VQC)、映像品質(VQ)を導出するものである。 FIG. 6 shows an example of the configuration of the encoded video quality / video quality calculation function. The encoded video quality / video quality calculation function performs encoding using the bit rate, the bit amount for each video frame, and the video frame type. Video quality (VQC) and video quality (VQ) are derived.
同図に示す符号化映像品質・映像品質算出機能200では、入力パケットに含まれる符号化映像パケットを分析し、これらの映像通信に関わる映像品質に影響を与える特徴量を定量的に表した映像品質値を導出する。具体的には、符号化映像のビットレート、符号化映像の映像フレームにおける各映像フレーム種別毎のビット量、損失映像フレーム数それぞれを考慮して映像品質評価値を導出することにより、符号化映像の映像品質を推定するものである。符号化映像品質・映像品質算出機能200は、パケット分析部20、映像集合フレーム特性推定部21、符号化品質推定部22、パケット損失品質推定部23とから構成されている。
The encoded video quality / video
パケット分析部20は、入力されたパケットに含まれる符号化映像パケットのビットレートを導出するビットレート算出部201と、映像フレーム種別毎のビット量を導出するビット量算出部202とから構成されており、ビットレート算出部201によって導出されたビットレートと、ビット量算出部202によって導出された映像フレーム種別毎のビット量とを出力する。
The
映像集合フレーム特性推定部21は、パケット分析部20のビットレート算出部201より出力されたビットレートを入力として、フレーム種別毎のビット量の特性を示すフレーム特性を導出し、出力する。
The video aggregate frame
符号化品質推定部22は、パケット分析部20のビット量算出部202より出力されたビットレートと映像種別毎のビット量と、映像集合フレーム特性推定部21から出力された映像フレーム種別毎のフレーム特性とに基づいて符号化映像品質評価値(VQC)を導出する。
The encoding
パケット損失映像品質推定部23は、符号化品質推定部22より算出された符号化映像品質評価値(VQC)と、パケット分析部20より算出された映像フレーム種別毎のビット量と映像フレーム損失数を表す損失映像フレーム数と、映像集合フレーム特性推定部21により導出される映像フレーム種別毎のフレーム特性とに基づいて、パケット損失劣化によって影響を受ける符号化映像の品質を定量的に表した映像品質評価値(VQ)を導出する。図7,8に、上記の映像フレーム毎のビット量と映像フレーム種別を利用し、符号化映像品質(VQC)、映像品質(VQ)を導出するための詳細なフローチャートを例示する。
The packet loss video
次に、本実施の形態にかかる映像品質推定装置100の動作について以下に具体的に説明する。
Next, the operation of the video
図9は、本発明の一実施例における映像品質推定装置の動作のフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart of the operation of the video quality estimation apparatus in one embodiment of the present invention.
映像品質推定装置100の映像フレーム判別部1に、パケットが入力されると映像フレームの区切り位置を示す情報に基づき各映像フレームを構成するパケットがグループ化されて映像フレームが判別され、当該映像フレームを映像フレーム情報量算出部2及び損失映像フレーム判別部7に出力する(S101)。
When a packet is input to the video
映像フレーム情報量算出部2は、映像フレーム判別部1から入力された映像フレームを構成するパケット数を映像フレーム毎の情報量として計数し、Iフレーム間隔算出部3及び映像ビットレート算出部6に出力する(S102)。
The video frame information
Iフレーム間隔算出部3は、入力された映像フレーム毎の情報量に基づき、最終的に3つのグループに収束するまでクラスタリングを繰り返し、収束した3つのグループの内、最も情報量が多い映像フレームを含むグループに分類された映像フレームすべてをIフレームとし、各Iフレームの間隔を計算し、基本GoP長算出部4へ出力する(S103)。
本実施例では、クラスタリングの手法として、最短距離法を適用した場合と、昇順法を適用した場合を図4、図5等で例示している。基本GoP長算出部4は、Iフレーム間隔算出部3で計算されたIフレームの間隔の中で発生頻度の高いものを基本GoP長とし、映像フレーム種別算出部5へ出力する(S104)。
Based on the input information amount for each video frame, the I-frame
In this embodiment, as a clustering method, the case where the shortest distance method is applied and the case where the ascending order method is applied are illustrated in FIGS. The basic GoP
映像フレーム種別算出部5は、基本GoP長算出部4で導出された基本GoP長と映像フレーム情報量算出部2で算出された映像フレームごとの情報量から映像フレーム種別(I,P,Bフレーム)を導出し、劣化映像フレーム算出部8へ出力する(S105)。
The video frame
映像ビットレート算出部6は、映像フレーム情報量算出部2から入力された映像フレームごとの情報量からビットレートを算出し、符号化映像品質算出部9へ出力される(S106)。
The video bit
損失映像フレーム判別部7は、映像フレーム判別部1から入力される各映像フレームにパケット損失が含まれるか否かによって、損失映像フレームを判定し、損失映像フレームと判定された映像フレームは劣化映像フレーム算出部8へ出力される(S107)。
The lost video
劣化映像フレーム算出部8は、損失映像フレーム判別部7より入力された損失映像フレームと、映像フレーム種別算出部5で入力された映像フレーム種別から、劣化の伝搬状況を加味し、劣化映像フレーム数をカウントし、映像品質算出部10へ出力する(S108)。
The degraded video
符号化映像品質算出部9は、映像ビットレート算出部6より入力されたビットレートに基づき、符号化直後の符号化映像品質を導出し、映像品質算出部10へ出力する(S109)。
The encoded video
映像品質算出部10は、符号化映像品質算出部9から入力された符号化映像品質と、劣化映像フレーム算出部8から入力される損失映像フレームから映像品質を導出し(S110)、処理を終了する。
The video
このように、本実施の形態によれば、受信したパケットデータのみから、映像フレームごとの情報量をもとに基本GoP長を算出し、各映像フレームの映像フレーム種別を導出することができるため、基本GoP長の情報を予め入手できない状況下でも映像品質を評価可能となる。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to calculate the basic GoP length based on the amount of information for each video frame from only the received packet data and derive the video frame type of each video frame. The video quality can be evaluated even in situations where basic GoP length information is not available in advance.
したがって、提供中のサービスがユーザに対してある一定以上の品質を保っているか否かを容易に判断することができ、提供中のサービスの品質実態をリアルタイムで把握・管理することが可能となる。 Therefore, it is possible to easily determine whether the service being provided maintains a certain level of quality for the user, and it becomes possible to grasp and manage the actual quality of the service being provided in real time. .
なお、上記の実施の形態における映像品質推定装置100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、上述した映像品質推定装置100の各種機能は、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。
The video
図1、図2に示す映像品質推定装置100の構成要素の動作をプログラムとして構築し、当該映像品質推定装置として利用されるコンピュータにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。
The operations of the constituent elements of the video
なお、欧州のIPTVの仕様で、パケットにIフレームを示すフラグが暗号化されていない場合は、基本GoPサイズは自明であるが、欧州のIPTVの仕様でIフレームを示すフラグが暗号化されている場合や標準の日本のパケットの仕様では基本GoPサイズが自明ではないため、GoPのサイズをパケットを用いて導出する必要があり、本発明が有効となる。 If the flag indicating I frame is not encrypted in the IPTV specification in Europe, the basic GoP size is obvious, but the flag indicating I frame is encrypted in the European IPTV specification. Since the basic GoP size is not obvious in the case of standard Japanese packet specifications, it is necessary to derive the GoP size using the packet, and the present invention is effective.
さらに、構築されたプログラムをハードディスクや、フレキシブルディスク・CD−ROM等の可搬記憶媒体に格納し、コンピュータにインストールする、または、配布することが可能である。 Furthermore, the constructed program can be stored in a portable storage medium such as a hard disk, a flexible disk, or a CD-ROM, and installed in a computer or distributed.
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications can be made within the scope of the claims.
IPネットワーク経由で行うIPTVサービス、映像配信サービスなどの映像通信の映像品質評価値を推定する映像品質推定装置に利用できる。 It can be used for a video quality estimation device that estimates a video quality evaluation value of video communication such as an IPTV service and a video distribution service performed via an IP network.
1 映像フレーム判別部
2 映像フレーム情報量算出部
3 Iフレーム間隔算出部
4 基本GoP長算出部
5 映像フレーム種別算出部
6 映像ビットレート算出部
7 損失映像フレーム判別部
8 劣化映像フレーム算出部
9 符号化映像品質算出部
10 映像品質算出部
20 パケット分析部
21 映像集合フレーム特性推定部
22 符号化品質推定部
23 パケット損失品質推定部
31 最短距離映像フレーム算出部
32 昇順映像フレーム算出部
100 映像品質推定装置
200 符号化映像品質・映像品質算出機能
201 ビットレート算出部
202 ビット量算出部
DESCRIPTION OF
10 Video quality calculator
20
32 Ascending video
Claims (7)
入力されたパケットの情報をもとに、映像フレーム毎にパケットをグループ化する映像フレーム判別手段と、
前記映像フレーム判別手段により判別された映像フレーム毎の映像フレーム情報量を導出する映像フレーム情報量算出手段と、
前記映像フレーム情報量算出手段で導出された前記映像フレーム毎の映像フレーム情報量からIフレーム毎の映像フレームの間隔を導出するIフレーム間隔算出手段と、
前記Iフレーム間隔算出手段で導出されたIフレーム間隔の集合から品質測定区間の発生頻度の最も高いIフレーム間隔を基本GoP(Group of Picture)長として算出する基本GoP長算出手段と、
前記基本GoP長算出手段で導出された前記基本GoP長をもとに、全映像フレームの映像フレーム種別(I、B、Pフレーム)を算出する映像フレーム種別算出手段と、
前記映像フレーム情報量算出手段で導出された前記映像フレーム毎の映像フレーム情報量から映像のビットレートを算出する映像ビットレート算出手段と、
前記映像フレーム判別手段で判別された映像フレームにパケット損失が含まれるか判別する損失映像フレーム判別手段と、
前記映像フレーム種別算出手段で算出された前記映像フレーム種別と前記損失映像フレーム判別手段で判別された損失映像フレームから損失の影響がどの程度伝搬するか判別する劣化映像フレーム算出手段と、
前記映像ビットレート算出手段で算出された前記映像のビットレートを用いて映像符号化に関する映像品質を算出する符号化映像品質算出手段と、
前記符号化映像品質算出手段で算出された符号化映像品質と前記劣化映像フレーム算出手段で算出された劣化映像フレームから映像品質を算出する映像品質算出手段と、
を備えることを特徴とする基本GoP長を用いた映像品質推定装置。 A video quality estimation device that uses the basic GoP length to objectively evaluate video quality,
Video frame discriminating means for grouping packets for each video frame based on the input packet information;
Video frame information amount calculating means for deriving a video frame information amount for each video frame determined by the video frame determining means;
I frame interval calculation means for deriving an interval between video frames for each I frame from the video frame information amount for each video frame derived by the video frame information amount calculation means;
A basic GoP length calculating means for calculating, as a basic GoP (Group of Picture) length, an I frame interval having the highest occurrence frequency of the quality measurement interval from a set of I frame intervals derived by the I frame interval calculating means;
Based on the basic GoP length derived by the basic GoP length calculating means, video frame type calculating means for calculating video frame types (I, B, P frames) of all video frames;
Video bit rate calculating means for calculating a video bit rate from the video frame information amount for each video frame derived by the video frame information amount calculating means;
A lost video frame determining means for determining whether a packet loss is included in the video frame determined by the video frame determining means;
A deteriorated video frame calculating means for determining how much the influence of loss propagates from the video frame type calculated by the video frame type calculating means and the lost video frame determined by the lost video frame determining means;
Encoded video quality calculating means for calculating video quality related to video encoding using the bit rate of the video calculated by the video bit rate calculating means;
Video quality calculating means for calculating video quality from the encoded video quality calculated by the encoded video quality calculating means and the degraded video frame calculated by the degraded video frame calculating means;
A video quality estimation device using a basic GoP length characterized by comprising:
映像フレームの情報量を最短距離法に基づきクラスタリングし、最大映像フレーム情報量を持つ映像フレームと同一のグループとされた映像フレームをIフレームと判定する最短距離映像フレーム算出手段を含む
請求項1に記載の基本GoP長を用いた映像品質推定装置。 In the I frame interval calculation means,
2. The shortest distance video frame calculation means for clustering video frame information based on the shortest distance method and determining video frames grouped in the same group as video frames having the maximum video frame information amount as I frames. Video quality estimation device using the basic GoP length described.
映像フレームの情報量を昇順法に基づきクラスタリングし、最大映像フレーム情報量を持つ映像フレームと同一のグループとされた映像フレームをIフレームと判定する昇順映像フレーム算出手段を含む
請求項1に記載の基本GoP長を用いた映像品質推定装置。 In the I frame interval calculation means,
2. The ascending order video frame calculating means according to claim 1, further comprising: ascending order picture frame calculating means for clustering the information amount of the picture frame based on the ascending order method, and judging the picture frame grouped with the picture frame having the maximum picture frame information quantity as the I frame. Video quality estimation device using basic GoP length.
映像フレーム判別手段が、入力されたパケットの情報をもとに、映像フレーム毎にパケットをグループ化する映像フレーム判別ステップと、
映像フレーム情報量算出手段が、前記映像フレーム判別ステップにより判別された映像フレーム毎の映像フレーム情報量を導出する映像フレーム情報量算出ステップと、
Iフレーム間隔算出手段が、前記映像フレーム情報量算出ステップで導出された前記映像フレーム毎の映像フレーム情報量からIフレーム毎の映像フレームの間隔を導出するIフレーム間隔算出ステップと、
基本GoP長算出手段が、前記Iフレーム間隔算出ステップで導出されたIフレーム間隔の集合から品質測定区間の発生頻度の最も高いIフレーム間隔を基本GoP(Group of Picture)長として算出する基本GoP長算出ステップと、
映像フレーム種別算出手段が、前記基本GoP長算出ステップで導出された前記基本GoP長をもとに、全映像フレームの映像フレーム種別(I、B、Pフレーム)を算出する映像フレーム種別算出ステップと、
映像ビットレート算出手段が、前記映像フレーム情報量算出ステップで導出された前記映像フレーム毎の映像フレーム情報量から映像のビットレートを算出する映像ビットレート算出ステップと、
損失映像フレーム判別手段が、前記映像フレーム判別ステップで判別された映像フレームにパケット損失が含まれるか判別する損失映像フレーム判別ステップと、
劣化映像フレーム算出手段が、前記映像フレーム種別算出ステップで算出された前記映像フレーム種別と前記損失映像フレーム判別ステップで判別された損失映像フレームから損失の影響がどの程度伝搬するか判別する劣化映像フレーム算出ステップと、
符号化映像品質算出手段が、前記映像ビットレート算出ステップで算出された前記映像のビットレートを用いて映像符号化に関する映像品質を算出する符号化映像品質算出ステップと、
映像品質算出手段が、前記符号化映像品質算出ステップで算出された符号化映像品質と前記劣化映像フレーム算出ステップで算出された劣化映像フレームから映像品質を算出する映像品質算出ステップと、
を行うことを特徴とする基本GoP長を用いた映像品質推定方法。 A video quality estimation method using a basic GoP length to objectively evaluate video quality,
A video frame discrimination step, wherein the video frame discrimination means groups the packets for each video frame based on the input packet information;
A video frame information amount calculating means for deriving a video frame information amount for each video frame determined by the video frame determining step;
An I frame interval calculating means for deriving an interval of video frames for each I frame from the video frame information amount for each of the video frames derived in the video frame information amount calculating step;
The basic GoP length calculation means calculates the basic GoP (Group of Picture) length as the basic GoP (Group of Picture) length from the set of I frame intervals derived in the I frame interval calculation step. A calculation step;
A video frame type calculating step for calculating a video frame type (I, B, P frame) of all video frames based on the basic GoP length derived in the basic GoP length calculating step; ,
A video bit rate calculating means for calculating a video bit rate from a video frame information amount for each video frame derived in the video frame information amount calculating step;
A lost video frame determining means for determining whether the video frame determined in the video frame determining step includes a packet loss;
Degraded video frame calculating means for determining how much the influence of loss propagates from the video frame type calculated in the video frame type calculating step and the lost video frame determined in the lost video frame determining step A calculation step;
An encoded video quality calculating step, wherein the encoded video quality calculating means calculates a video quality related to video encoding using the bit rate of the video calculated in the video bit rate calculating step;
A video quality calculating means for calculating a video quality from the encoded video quality calculated in the encoded video quality calculating step and the deteriorated video frame calculated in the deteriorated video frame calculating step;
A video quality estimation method using a basic GoP length characterized by
映像フレームの情報量を最短距離法に基づきクラスタリングし、最大映像フレーム情報量を持つ映像フレームと同一のグループとされた映像フレームをIフレームと判定する
請求項4に記載の基本GoP長を用いた映像品質推定方法。 In the I frame interval calculation step,
5. The basic GoP length according to claim 4, wherein the information amount of the video frame is clustered based on the shortest distance method, and the video frame that is grouped with the video frame having the maximum video frame information amount is determined as an I frame. Video quality estimation method.
映像フレームの情報量を昇順法に基づきクラスタリングし、最大映像フレーム情報量を持つ映像フレームと同一のグループとされた映像フレームをIフレームと判定する
請求項4に記載の基本GoP長を用いた映像品質推定方法。 In the I frame interval calculation step,
The video using the basic GoP length according to claim 4, wherein the information amount of the video frame is clustered based on an ascending order method, and the video frame grouped with the video frame having the maximum video frame information amount is determined as an I frame. Quality estimation method.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基本GoP長を用いた映像品質推定装置の各手段として機能させるための基本GoP長を用いた映像品質推定プログラム。 Computer
A video quality estimation program using a basic GoP length for functioning as each unit of the video quality estimation apparatus using the basic GoP length according to any one of claims 1 to 3.
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