JP2014500677A - ビデオ信号の符号化及び伝送の間のビデオ信号の品質を評価するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
・“Full Reference”法(FR法):基準信号が必要とされる。
・“Reduced-Reference”法(RR法):ソース信号(source signal:源信号)から抽出された部分的な情報が必要とされる。
・“No-Reference”法(NR法):基準信号が必要とされない。
・信号/媒体ベース(signal/media-based):復号化された画像(ピクセル情報)が必要とされる。
・パラメータベース(parameter-based):ビットストリームレベル情報が必要とされる。情報は、パケットヘッダのみの構文解析(parsing)を必要とするパケットヘッダ情報から、一部分を越えて、ビットストリームの完全な復号化まで、分類することができる。
・ネットワーク計画(Network Planning):最も良い可能な実装を確認するために、モデルまたは測定システムが、計画段階におけるサービスの実装の前に使用される。
・サービス監視(Service Monitoring):そのモデルが、サービス動作の間に使用される。
i)GOP長さ、すなわち、復号化されるべき以前のフレーム及び更なるフレームを必要としないフレーム、いわゆる“キーフレーム(key-frame)”または“I−フレーム(I-frame)”の間の距離。1つのグループオブピクチャー(GOP)は、1つのI−フレーム、及びビデオシーケンスの次のI−フレームまでの全てのフレームをカバーする。
ii)予測された(P−)フレーム、及び双方向性の(B−)フレームである、各GOPにおけるB−フレーム及びP−フレームの数、及び再区分(repartition)。
iii)GOP“タイプ”:open−GOP(開いたGOP)またはclosed−GOP(閉じたGOP);GOPが開いているとき、1つのGOPに属するフレームが、次のGOPもしくは前のGOPからの基準フレームを用いて符号化され得る。;GOPが閉じているとき、現在のGOPが提供する基準フレームのみが、現在のGOPのフレームを符号化するための基準として使用され得る。
「1.1 損失の時空間的な範囲“xl_k”−GOP“k”あたりの、そしてシーケンス(xwpSEQ)あたりの劣化」
本発明は、スライシングに関して最初に記述される。フリージングのための方法は、スライシングのためのサブケース(sub-case)として、後で示される。
・“N”は、測定窓内のグループオブピクチャー(GOP)の数である。
・“xl_k”は、グループオブピクチャー(GOP)“k”で発生する損失の時空間的な範囲であり、下記式(5)のようである。
・“i”は、新しい損失事象(すなわち、損失伝搬に起因しない)のインデックスである。もし(階層型符号化の場合の基準B−フレームでない)B−フレームにおいて損失事象が発生するならば、その損失は伝搬せず、従って、損失事象は、“xl_k”の計算において無視される。
・“t_i”は、新しい損失事象が発生するフレームの(GOPの始まりと比較した)インデックスである。
・“T_k”は、一般的にフレームの数の観点から表されたGOP“k”の継続期間または長さである。
・“xl_i”は、損失事象“i”に起因する、影響を受けたフレーム内の障害のある(impaired:損なわれた)ピクセルの割合である。
「1.1.1.1 パケット当たりに1つのスライス」
用いられたパケット化(packetization)スキームに応じて、障害のあるピクセルの推測の割合“xl_i”を判定するためのさまざまな方法が存在する。
・“nlp_i”は、現在の影響を受けたフレームにおけるパケット損失事象“i”のために失われたビデオパケットの数である。
・“np”は、現在の影響を受けたフレームにおける(失われたパケット+正しく受け取られたパケット)の数である。
・“xl_i”は、損失事象において失われたパケットに対応する、現在の影響を受けたフレームにおける障害のあるピクセルの推測の割合である。
・“blp_i”は、現在の影響を受けたフレームにおける損失事象“i”に起因して失われたビデオのバイトの数である。
・“bp”は、現在の影響を受けたフレームにおける(失われたバイト+正しく受け取られたバイト)の数である。
・“xl_i”は、損失事象“i”によって失われたバイトに対応する、現在の影響を受けたフレームにおける障害のあるピクセルの推測の割合である。
次に、スライスが固定量のピクセルを含むような方法で、パケット化が行われる場合が考察される。例えば、これは、MTUサイズに割り当てるように強要されないスライスを有するIP/UDP/RTPベースの伝送の場合である。現在のフレームに影響を与える任意の損失事象において、“nlp_i”個のパケットが連続的に失われると仮定されている。パケット化が他の場合は“サイズ(パケット)=min(MTU,スライス)”のパケットを生じると予測されるので、2つの場合、すなわち、a)パケットサイズがスライスサイズより大きい場合、b)パケットサイズがスライスサイズに等しいか、もしくはスライスサイズより小さい場合、が識別され得る。場合a)では、整数のスライスが各パケット含まれると共に、スライスの断片化が行われないことになると仮定され得る。この場合a)は、概念的に(conceptually)、パケット当たりに1つのスライスが存在した前の説明に非常に類似している。同様に、等式(6)及び(6a)を参照すると、1つのパケットに整数のスライスが含まれるこの場合a)では、損失事象“i”によって失われたピクセルの相対量は、全体のフレームが構成されるパケットの数によって除算された、失われたパケットの相対数“nlpi”に対応する。
・“np”は、現在のフレームを含むパケットの数である。
・“nlp_i”は、以前と同様に、損失事象“i”において失われる現在の影響を受けたフレームにおける失われたビデオパケットの数である。
・“nsc”は、フレーム当たりのスライスの数である。
・“np/nsc”は、スライス当たりのパケットの推測の数である。
・“bp”は、現在のフレームを含むパケットのバイトにおける全体のサイズである。
・“blp_i”は、現在の影響を受けたフレームにおける損失事象“i”に起因して失われたビデオのバイトの数である。
・“np/nsc”は、スライス当たりのパケットの推測の数である。
・“np”は、現在のフレームを含むパケットの数である。
・“nlp_ij”は、(現在の影響を受けたフレームの)2つのパケット損失事象“i”と“j”との間に含まれるすき間(gap:空隙)における発見されたパケットに加えて、更に全ての失われたパケットである、結合された損失事象“ij”に属するビデオパケットの数である。
・“nfp_ij”は、損失事象“ij”の間に発見された、現在の影響を受けたフレームにおけるビデオパケットの数である。ここで、結合された損失事象は、“1”が失われたパケットに対応し、“0”が発見されたパケットに対応する場合に、“1...0.0..1”の形式の損失事象である。従って、損失事象は、損失を有して(損失によって)始まって、次に発見された“nfp_ij”個のパケットがあり、そして損失を有して(損失によって)終わる。
・“nsc”は、フレーム当たりのスライスの数である。
・“np/nsc”は、スライス当たりのパケットの推測の数である。
パケット化がトランスポートストリーム(TS)パケットを包含する場合、ビデオパケットは、ビデオペイロードを有するTS−パケットに対応する。この場合、以前の場合と同様に、各スライスは、一般的に、それぞれのビデオフレームにおける固定の空間領域に対応する。ここでは、同様に、1つからいくつかのパケットが、任意のフレームに関するビデオの空間的な、または時間的な複雑さに応じて、それぞれのスライスを送信することを要求され得る。
・“nlp_i”は、連続的に失われたビデオTS−パケットの数である。
・“nsc”は、フレーム当たりのスライスの数である。
・“1/(2*nsc)”は、従って、損失によって影響を受けたスライスにおける損失伝播を反映する修正項である。
・“blp_i”は、連続的に失われたTS−パケットにおけるビデオのバイトの数である。
・“bp”は、現在の影響を受けたフレームに含まれるビデオのバイトの総数である。
・“nlp_ij”は、2つの損失事象の間(ここでは、2つの損失事象“i”、“j”の間の1つのすき間(gap:空隙)だけを仮定する)で発見されたパケットを含む結合された損失事象“ij”に属するビデオTS−パケットの数である。
・“nfp_ij”は、結合された損失事象“ij”の損失部分の間で発見されたビデオTS−パケットの数である。
・“nsc”は、フレーム当たりのスライスの数である。
・“1/(2*nsc)”は、従って、損失によって影響を受けたスライスにおける損失伝播を反映する修正項である。
ここで、前述の場合の全てに関して、本発明に従うと、下記式(8)を得る。
「1.3.1 エラー伝搬の間に損失の影響を受けた領域の振る舞い」
もし1つのパケット損失がGOP“k”の時刻“t_i”において基準P−フレームまたはIフレームに発生するならば、そのエラーは、次のI−フレームまで伝搬される。時刻“t_i”で最初に影響を受けたフレームにおける障害のあるピクセルの数、及び次のI−フレームまでの従属するフレームにおける障害のあるピクセルの数は、一定であると考えられる。言い換えると、損失の空間的な範囲は、伝搬している間一定であると考えられる(図5(a)を参照)。この仮定は、厳密ではないが、大部分の場合に存在する。実際には、ビデオには動きがあるので、そして、符号化処理の性質に起因して、損失の空間的な範囲は、1つの従属のフレームから別の従属のフレームでは、変化している(図5(b)を参照)。この空間的な範囲の拡大(図5(c))または減衰(図5(b))は、動きの量及び時間的な複雑さによって決まる。もしその動きが混沌としているならば、例えばもし画像のさまざまな部分がさまざまな方向に移動するならば、その損失は、全フレームを横断して伝搬し得る(図5(c))が、しかしもし障害のあるオブジェクトの動きが首尾一貫していると共に速いならば、障害のあるオブジェクトは、次のI−フレームより前にピクチャから姿を消すであろう(図5(b))。この特徴は、等式(9a)、(9a2)、及び(9b)において示されるように、等式(4)及び全ての関連する等式における“xl_k”に補正係数“α1,k”を挿入することによって、及び/または、等式(5)及び全ての関連する等式における“xl_i”に補正係数“α2,i”を挿入することによって、調整され得る。
・“tcomp”は、GOPの時間的な複雑さであり、例えばI−フレーム、P−フレーム、及びB−フレームのフレームサイズの関数になる。
・“t_i”は、新しい損失事象が発生する、GOPにおけるフレームの位置である。
・“α1”は、“tcomp”の関数になる。
・“α2”は、“t_i”と“T”との間のフレームの位置、及び“tcomp”の関数になる。
上記で導入された同じ重み係数を使用して、損失事象“i”によって引き起こされたフレーム内の劣化の位置が、明白に考慮されることができる。これは、さまざまな理由において意味があり得る。
・“xfoundB_i”は、損失事象“i”によって影響を受けていない、フレーム“j”の始まりにおける相対的な空間領域である。“xfoundB_i”が0に等しくなり得る点に注意が必要である。
・“xfoundE_i”は、損失事象“i”によって影響を受けていない、フレーム“j”の終わりにおける相対的な空間領域である。“xfoundE_i”が0に等しくなり得る点に注意が必要である。
・“sll_i”は、各走査線(line)に、フレームのそれぞれの部分が損失事象“i”の一部を含むかどうか、そして、必要に応じて、フレームのそれぞれの部分のどの範囲が損失事象“i”の一部を含むか、に関する情報を含む列ベクトルである。この目的のために、フレーム“j”は、“M”がベクトル“sll_i”の次元の数に対応する、M個の等しい大きさの水平走査線に分割される。
・“sB_i”は、M個の走査線へのラインサンプリングの観点からの、損失によって影響を受けていない、フレームの始まりにおける割合であると共に、全体のフレームサイズと比較して表される。
・“sE_i”は、M個の走査線へのラインサンプリングの観点からの、損失によって影響を受けていない、フレームの終わりにおける割合であると共に、全体のフレームサイズと比較して表される。
モデルの予測を向上させる追加の方法は、損失事象を有するGOPの数を入力パラメータとして挿入することである。実際には、等式(4)において見られ得るように、そのモデルは、今までのところ、大きな空間領域を有する単一の長い損失事象の質的影響(quality impact)と、(空間領域の観点からの)いくらかのより短くより小さな損失事象の質的影響を区別しない。ここで、いくらかの小さな損失事象が単一のより大きな損失事象より更に品質を劣化させると仮定するが、しかし、この差異は、損失事象それ自身の空間的な範囲によって決まる。その結果、等式(11)において示されたように、補正係数“β”を等式(4)に挿入する。
・“Ngl”は、測定窓内に損失事象を有するGOPの数である。
・“xl_k”は、GOP“k”において発生する損失の時空間的な範囲である(等式(5)及び(9)、そして全ての関連する等式を参照)。
今までのところ、方法は、スライシングがパケット損失隠蔽タイプとして使用されたと仮定して説明された。しかしながら、もし測定窓のGOPが同じ長さを持っているならば、“xwpSEQ”パラメータは、フリージングがパケット損失隠蔽タイプとして使用される場合に、同様に有効である。実際には、上記の「背景技術」欄の要素f)において言及されたように、フリージングの場合には、もしフレームがパケット損失によって影響を受けるならば、最後の損なわれていない(unimpaired)フレームが次のI−フレームまでフリーズ(freeze)する。“xwpSEQ”において示された損失の空間的な範囲は、このパラメータによってカバーされた損失の時間的な特徴に反して、持続しない。
[1]“A. Takahashi”、“D. Hands”、及び“V. Barriac”、“Standardization Activities in the ITU for a QoE Assessment of IPTV”、IEEE Communication Magazine, 2008年
[2]“S. Winkler”及び“P. Mohandas”、“The Evolution of Video Quality Measurement: From PSNR to Hybrid Metrics”、IEEE Trans. Broadcasting、2008年
[3]“A. Raake”、“M.N. Garcia”、“S. Moeller”、“J. Berger”、“F. Kling”、“P. List”、“J. Johann”、及び“C. Heidemann”、“T-V-MODEL: Parameter-based prediction of IPTV quality”、“ICASSP”の講演録、2008年
[4]“O. Verscheure”、“P. Frossard”、及び“M. Hamdi”、“User-Oriented QoS Analysis in MPEG-2 Video Delivery”、Real-Time Imaging 5, 305〜314頁、(1999年)
[5]“F. You”,“W. Zhang”、“J. Xiao”、“Packet Loss Pattern and Parametric Video Quality Model for IPTV”、“Eighth EEEE/ACIS International Conference on Computer and Information Science”の講演録、824〜828頁、2009年
[6]“M.-N. Garcia”及び“A. Raake”、“Parametric Packet-Layer Video Quality Model For IPTV”、“Tenth International Conference on Information Science, Signal Processing and their Applications (ISSPA)”の講演録、2010年
[7]“K. Yamagishi”及び“T. Hayashi”、“Parametric Packet-Layer Model for Monitoring Video Quality of IPTV Services”、IEEE ICC 2008, CQ04-3、110〜114頁、北京市、中国、2008年
[8]“Q. Huynh-Thu”、“Quan”、及び“B. Pernot”、“Method and apparatus for generation of a video quality parameter”、欧州特許出願公開第2112835号
[9]“A. Clark”、“Method and system for viewer quality estimation of packet video streams”、米国特許出願公開第2009/0041114号、国際公開第2009/012302号
[10]“P. Frossard”、“O. Verscheure”、“Joint Sourc/FEC Rate Selection for Quality-optimal MPEG-2 Video Delivery”、IEEE Trans. Image Proc.、Vol. 10、No. 12、2001年12月
Claims (21)
- 送信されたビデオ信号シーケンスの品質を受信機側で評価するための方法であって、
a)受信された入力ビデオビットストリームを復号化する前に獲得し、それをビデオビットストリームアナライザに供給する段階と、
b)測定時間窓の間に、獲得された前記入力ビデオビットストリームのパケットヘッダから、前記ビットストリームアナライザによって、1つまたは複数の特徴を抽出する段階と、
c)前記1つまたは複数の特徴から、及び任意に、スライシングの構成のようなメディアストリームに関して知られているメタ情報から、パケット損失に起因する信号劣化の大きさを表す単一のパラメータ“xwpSEQ”を判定する段階と、
d)判定された前記パラメータを品質評価モジュールに供給する段階と、
e)パケット損失に起因する信号劣化の大きさを表す前記単一のパラメータ“xwpSEQ”に基づいて、及びビデオ解像度情報と使用されたビデオコーデックに基づいて、前記品質評価モジュールによって、パケット損失に起因する品質尺度“Qtrans”を計算する段階と
を含むことを特徴とする方法。 - 前記段階c)において判定された前記単一のパラメータ“xwpSEQ”が、損失の空間的な範囲及び継続期間を表す
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記段階c)において、前記単一のパラメータ“xwpSEQ”が、測定窓内のグループオブピクチャー(GOP)の数“N”、及び影響されたグループオブピクチャー“k”で発生する損失の時空間的な範囲“xl_k”に基づいている
ことを特徴とする請求項2に記載の方法。 - グループオブピクチャー(GOP)“k”で発生する前記損失の前記時空間的な範囲“xl_k”が、損失事象に起因する、影響を受けたフレーム内の障害のあるピクセルの割合“xl_i”、前記GOPの始まりと比較した損失の位置“t_i”、及び前記GOPの長さ“T_k”に基づいて計算される
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記影響を受けたフレーム内の前記障害のあるピクセルの割合“xl_i”が、現在の影響を受けたフレーム内の失われたパケット及び正しく受信されたパケットの数によって除算された、現在の影響を受けたフレーム内のパケット損失事象“i”のために失われたビデオパケットの数に基づいて計算される
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記影響を受けたフレーム内の前記障害のあるピクセルの割合“xl_i”が、現在の影響を受けたフレーム内の失われたバイト及び正しく受信されたバイトの数によって除算された、現在の影響を受けたフレーム内のパケット損失事象“i”に起因して失われたビデオのバイトの数に基づいて計算される
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記影響を受けたフレーム内の前記障害のあるピクセルの割合“xl_i”が、現在のフレームを含むパケットの数、損失事象“i”において失われる現在の影響を受けたフレーム内の失われたビデオパケットの数、フレーム当たりのスライスの数、及び、スライス当たりのパケットの推測の数に基づいて計算される
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記影響を受けたフレーム内の前記障害のあるピクセルの割合“xl_i”が、現在のフレームを含むパケットのバイトにおける全体のサイズ、現在の影響を受けたフレーム内の損失事象“i”に起因して失われたビデオのバイトの数、及び、スライス当たりのパケットまたはバイトの推測の数に基づいて計算される
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記影響を受けたフレーム内の前記障害のあるピクセルの割合“xl_i”が、現在のフレームを含むパケットの数、結合された損失事象“ij”に属するビデオパケットの数、損失事象“ij”の間に発見される現在の影響を受けたフレーム内のビデオパケットの数、フレーム当たりのスライスの数、及び、スライス当たりのパケットの推測の数に基づいて計算される
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記影響を受けたフレーム内の前記障害のあるピクセルの割合“xl_i”が、連続的に失われたビデオトランスポートストリームのパケットの数、フレーム当たりのスライスの数、及び、損失によって影響を受けたフレームにおける損失伝播を反映する修正項に基づいて計算される
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記影響を受けたフレーム内の前記障害のあるピクセルの割合“xl_i”が、連続的に失われたトランスポートストリームのパケットにおけるビデオのバイトの数、及び、現在の影響を受けたフレームに含まれるビデオのバイトの総数に基づいて計算される
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記影響を受けたフレーム内の前記障害のあるピクセルの割合“xl_i”が、結合された損失事象“ij”に属するビデオトランスポートストリームのパケットの数、結合された損失事象“ij”の損失部分の間で発見されるビデオトランスポートストリームのパケットの数、フレーム当たりのスライスの数、及び、損失によって影響を受けたフレームにおける損失伝播を反映する修正項に基づいて計算される
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。 - フレーム当たりに1つのスライスが使用される場合に、損失事象“i”の寄与度“xl_i”が、最初に失われたパケットと前記フレームの終わりとの間の空間領域として計算される
ことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の方法。 - 前記段階c)が、前記ビデオシーケンスの時空間的な複雑さを表す補正係数を更に考慮し、前記補正係数により、全体のパラメータに対するそれぞれの損失事象“i”の寄与度“xl_i”が補正される
ことを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の方法。 - 前記補正係数が、グループオブピクチャーごとに計算されたビデオの時間的な複雑さによって決まる
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。 - 前記補正係数が、損失事象“i”によって影響を受けたグループオブピクチャーにおけるフレームの時間的な位置によって決まる
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。 - 前記補正係数が、損失事象“i”によって影響を受けたグループオブピクチャーにおけるフレームの時間的な位置、及びグループオブピクチャーごとに計算されたビデオの時間的な複雑さによって決まる
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。 - 前記段階e)が、損失事象を有するグループオブピクチャーの数を更に考慮する
ことを特徴とする請求項1から請求項17のいずれか一項に記載の方法。 - 変数が、それぞれのフレームにおける影響された領域の推測の位置を獲得する損失事象ごとに保存されると共に、損失事象“i”の寄与度“xl_i”を補正するために、または、前記段階c)による前記全体のパラメータに対する前記シーケンスの所定の時間的な部分の寄与度を補正するために使用される
ことを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の方法。 - フリージングがパケット損失隠蔽タイプとして使用されると共に、前記段階c)による前記パラメータが、請求項1から請求項17のいずれか一項に記載の方法により計算された、前記シーケンスにおける前記フリージング事象の全体の重み付けされた時間的な継続期間のことを指す
ことを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の方法。 - 送信されたビデオ信号シーケンスの品質を受信機側で評価するための装置であって、
受信された入力ビデオビットストリームを復号化する前に獲得すると共に、測定時間窓の間に、獲得された前記入力ビデオビットストリームのパケットヘッダから、1つまたは複数の特徴を抽出するように構成されるビデオビットストリームアナライザと、
前記1つまたは複数の特徴から、及び任意に、スライシングの構成のようなメディアストリームに関して知られているメタ情報から、パケット損失に起因する信号劣化の大きさを表す単一のパラメータ“xwpSEQ”を判定するための手段と、
判定された前記パラメータを受信するように構成されると共に、パケット損失に起因する信号劣化の大きさを表す前記単一のパラメータ“xwpSEQ”に基づいて、及びビデオ解像度情報と使用されたビデオコーデックに基づいて、パケット損失に起因する品質尺度“Qtrans”を計算するように構成される品質評価モジュールと
を備えることを特徴とする装置。
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