JP2015505196A

JP2015505196A - ビデオ品質測定のための方法及び装置

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Publication number: JP2015505196A
Application number: JP2014546260A
Authority: JP
Inventors: チャン，ファン; リャオ，ニン; シエ，カイ; チェン，ジボ
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2015-02-16
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Abstract

ビデオ品質測定の精度及び効率は、解決されるべき主たる課題である。本発明に従って、ビデオ品質を正確に予測する方法（５０６）は、コンテンツ予測不可能性ＣＵに依存する補正関数によって補正される量子化パラメータＱＰの有理関数を使用する。例として、補正関数はＣＵのべき関数である。ＱＰ及びＣＵはいずれも、ビデオを完全に復号することなくビデオエレメンタリストリームから計算され得る（５１１）。これは高い効率を確かにする。

Description

本発明は、特に、原の非圧縮ビデオのコピーの参照を伴わない圧縮ビデオの評価によるビデオ品質測定に関する。

ＩＰＴＶ（Internet protocol television；インターネット・プロトコル・テレビジョン）において、ビデオプログラムは、それらのライフサークルの間に異なるフォーマット段階を有する。ビデオエンコーダは、ビデオプログラムを、エレメンタリストリーム（ＥＳ；elementary stream）とも呼ばれるビットストリームへ圧縮する。ＥＳは、トランスポートストリーム（ＴＳ；transport stream）に更にパケット化され、最終的にＩＰチャネルにおいて送信される。ビデオ品質は、トランスポートストリーム、エレメンタリストリーム又は復号されたビデオにアクセスすることによって得られるデータを用いて測定され得る。３種類の測定の中でも、トランスポートストリームを用いることは、それが最小量の利用可能なビデオデータを有するために、一般的に最速であるが最も正確でない。復号されたビデオを用いることは、ビデオを復号することが計算コストが高いために、しばしば正確であるが最も遅い。エレメンタリストリームを用いることは、精度と計算複雑性との間のトレードオフを達成することができる。現在、特に、エレメンタリストリームに基づくビデオ品質測定が研究されている。

ビデオ圧縮は、一般的に量子化技術を用いる。量子化は、信号値の正確さを制限することによる不可逆圧縮技術である。量子化は、アーティファクト視認性に対する有意な要因であることがよく知られており、量子化パラメータ（ＱＰ；quality parameter）は、ビデオ品質に対する強力な予測子である。ＱＰに対するビデオ品質の様々な関数が、一次関数（特許文献１，非特許文献１）及び指数関数（非特許文献２）のように、文献において与えられている。しかし、それらは、比較的大きい及び／又は比較的小さいＱＰレベルに関して十分に正確でなく、よって、それらの結果は、低バンド幅又は高フィデリティの用途にとって満足でない。

コンテンツ複雑性は、ビデオ品質測定（ＶＱＭ；video quality measurement）にとって他の重要な要素である。複雑なビデオにおける視覚アーティファクトは、人間の目によって許容される可能性がより高く、よって、より良い品質を示す。従って、ＱＰとコンテンツ複雑性とを組み合わせると、ＱＰのみを用いるのに比べて、品質測定の精度が改善され得る。

従来、非特許文献３において、コンテンツ複雑性は、ピクセル値の分散、傾き、若しくはエッジフィルタ応答、又はそれらの組み合わせとして定量化されてよい。従来の方法は少なくとも、以下の欠点を伴う。

第１に、そのような特性は、密接に人間の視覚認知と相関しない。大きなコンテンツ複雑性を有するビデオは、豊かなテクスチャ及び不規則な動きのみならず、多くのエッジ及び／又は規則的な動きも有することがある。人間の目にとって、視覚アーティファクトは、テクスチャ及び不規則に（すなわち、確率的に）動く領域では許容される可能性がより高いが、通常エッジ又は規則的に（すなわち、定期的に続いて）動き領域ではより人目を引き且つ可視的である。第２に、そのような特性は、ピクセルが完全な復号化の後に回復されるまでほとんど計算不可能である。よって、従来の複雑性測定は、それがビデオの完全な復号化を必要とするために、計算コストが高い。

米国特許公開第２００８／０３１７１１（Ａ１）号明細書

F. Yang，S. Wan，Q. Xie et. al.，"No-reference quality assessment for networked video via primary analysis of bit stream." IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol. vol.20，no.11，pp.1544-1554，２０１０年１１月 M. N. Garcia，R. Schleicher，A. Raake，"Towards a content-based parametric video quality model for IPTV"，VPQM，２０１０年 K. Yamagishi，T. Kawano，T. Hayashi，"Hybrid video-quality-estimation model for IPTV services."，GLOBECOM，２００９年 ITU TD 469-GEN，"P.NAMS Test Plan"，http://www.itu.int/md/T09-SG12-110118-TD-GEN-0469/en，２０１１年１月

本発明は少なくとも、ビデオ品質測定の精度及び／又は効率を改善するという課題を解決する。

本発明に従って、ビデオ品質を正確に予測する方法は、コンテンツ予測不可能性（ＣＵ；content unpredictability）に依存する補正関数によって補正されるＱＰの有理関数を使用する。様々な実施形態において、補正関数はＣＵのべき関数である。ＱＰ及びＣＵはいずれも、ビデオを完全に復号することなくビデオエレメンタリストリームから計算され得る。有利に、これは高い効率を確かにする。

本発明の第１の利点は、ビデオ品質予測の高い精度である。これは、ＩＴＵ−ＴＳＧ１２（非特許文献４）に従う主観的実験及び統計的検証によって確認される。精度は、少なくとも２つの特徴によって確保される。１つは、平均ＱＰを計算し、該平均ＱＰの有理関数を用いて量子化に起因する基本的欠陥を予測することである。この関数は、比較的大きいＱＰレベル及び比較的小さいＱＰレベルの両方での品質飽和の効果を捕らえることができ、よって、十分に正確な結果を提供する。他の特徴は、ＣＵのべき関数を用いて、ＱＰに基づく予測を補正することであり、これにより予測精度は更に改善される。

具体的に、ビデオ特性としてのＣＵは、不規則な変化と、規則的な変化及びビデオ信号における不変化とを区別することができる。結果として、ＣＵは、認知される品質に対するコンテンツ特徴の影響を捕らえるのにより強力である。本発明はまた、ビデオエレメンタリストリームからＣＵを推定するための高速なアルゴリズムを提供し、これは第２の利点をもたらす。

第２の利点は、方法が、完全に復号されたビデオの代わりにビデオのエレメンタリストリームしか必要とせず、よって、既知の方法よりも計算コストが低いことである。

正確さ及び低い計算コストにより、ＶＱＭは、ビデオ品質をモニタして、サービスプランニングのためのフィードバックを提供するように、例えば、ユーザ端末、セットトップボックス、ホームゲートウェイ、ルータ、又はビデオストリーミングサーバにおいて、展開される。

本発明は、一態様において、マクロブロック予測残余を含む符号化されたビデオストリームのビデオ品質を推定する方法であって、
複数のフレームを含むビデオシーケンスについて、補正係数Ｑｃを乗じられた基本品質スコアＱｂから全体の品質スコアＱを計算するステップ
を有し、
前記基本品質スコアＱｂは、前記ビデオシーケンスの前記フレームの平均量子化パラメータ
＜外１＞

から得られ、前記補正係数Ｑｃは、前記ビデオシーケンスにおけるマクロブロックの予測残余内の平均ピクセル分散から得られる、
方法に関する。

一態様において、本発明は、マクロブロック予測残余を含む符号化されたビデオストリームのビデオ品質を推定する装置であって、
複数のフレームを含むビデオシーケンスについて、補正係数Ｑｃを乗じられた基本品質スコアＱｂから全体の品質スコアＱを計算するプロセッシング要素
を有し、
前記基本品質スコアＱｂは、前記ビデオシーケンスの前記フレームにわたる平均量子化パラメータ値から得られ、前記補正係数Ｑｃは、前記ビデオシーケンスにおけるマクロブロックの予測残余内の平均ピクセル分散から得られる、
装置に関する。

様々な実施形態において、当該装置は、
前記マクロブロックの量子化パラメータを検出し平均する量子化パラメータパーサであって、前記マクロブロックの前記量子化パラメータ及び前記平均量子化パラメータ値を供給する前記量子化パラメータパーサ、
前記マクロブロックのＤＣＴ係数を検出し取り出すＤＣＴ係数パーサ、
前記マクロブロックの量子化パラメータ及び前記マクロブロックのＤＣＴ係数に従って、局所的なコンテンツ予測不可能性を表す第１の値ＣＵ_ｌと、大域的なコンテンツ予測不可能性を表す、前記第１の値を平均することで計算される第２の値ＣＵ_ｇとを計算するコンテンツ予測不可能性計算部、
トランスポートストリームをデパケット化（又は解凍）するデパケッタイザであって、エレメンタリストリームが得られる前記デパケッタイザ、及び
前記エレメンタリストリームの少なくとも部分を復号する選択的エントロピデコーダ
のうちの１又はそれ以上を有する。

一態様において、本発明は、コンピュータに、複数のフレームを含むビデオシーケンスについて、補正係数Ｑｃを乗じられた基本品質スコアＱｂから全体の品質スコアＱを計算するステップを実行させる実行可能命令を記憶するコンピュータ可読媒体であって、前記基本品質スコアＱｂは、前記ビデオシーケンスの前記フレームの平均量子化パラメータ
＜外２＞

から得られ、前記補正係数Ｑｃは、前記ビデオシーケンスにおけるマクロブロックの予測残余内の平均ピクセル分散から得られる、
コンピュータ可読媒体に関する。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項、以下の記載及び図において開示される。

ビデオ品質測定ツールの構造主観的品質を測定関数に適応させるビュー主観的品質を測定関数に適応させるビュー主観的品質を測定関数に適応させるビューＱＰの種々の関数への基本的欠陥の適応特に、大きいＱＰレベルでの、本発明に従う改善された品質予測ビデオ品質測定のフローチャート

本発明の実施例は、添付の図面を参照して記載される。

本発明の一実施形態において、図１は、ビデオ送信システム１００内のビデオ品質測定（ＶＱＭ）ツール１０６の構造を示す。ビデオプログラムの典型的なフォーマット段階１０１、１０２、１０３は次のとおりである：ビデオエンコーダ１０４は、エレメンタリストリーム（ＥＳ）（図１では、例として、ビデオエンコーダ１０４内のみ。従って、図示せず。）とも呼ばれるビットストリームへビデオプログラム１０１を圧縮する。ＥＳは、トランスポートストリーム（ＴＳ）１０３に更にパケット化され、次いで送信チャネル、例えば、ＩＰチャネルにおいて送信される。ＶＱＭツール１０６は、原理上、ビデオＴＳ１０３をデパケット化してビデオＥＳを取得し、次いでＱＰをパースし平均し且つ取得されたビデオＥＳからコンテンツ予測不可能性ＣＵ値を取得し、最終的にＱＰ及びＣＵ値からビデオ品質Ｑを予測する。更なる詳細は以下で与えられる。有利に、このプロセスは高速であり、ビデオを完全に復号する必要がない。

ビデオ品質は、２つのサブ関数の乗算である関数によって予測される。第１のサブ関数の値は、量子化による基本的欠陥、すなわち、基本品質スコアを決定する。一実施形態において、第１のサブ関数はＱＰの有理関数である。具体的に、その分母は、ビデオの平均ＱＰに関する多項式であり、一方、その分子は、定数（例えば、１）によって小さくされた分母である。第２のサブ関数は補正係数であり、その値は、認知される品質に対するコンテンツ予測不可能性（ＣＵ）の影響を定量化する。望ましくは、第２のサブ関数は、以下で更に特定されるように、ビデオのＣＵに関するべき関数である。

ＣＵはビデオに関連する値であり、有利に、以下で記載されるようビデオＥＳから、具体的に、ビデオの量子化されたＤＣＴ係数を用いることによって、計算され得る。ビデオのＣＵは、コンテンツの固有の特徴を反映し、すなわち、コンテンツを特徴付ける値を提供する。よって、それは、認知されるビデオ品質に対するコンテンツの影響を決定するために使用され得る。

一実施形態において、ＱＰ及び量子化されたＤＣＴ係数は、選択的エントロピ復号モジュール１０８における選択的エントロピ復号化の後に再生される。全ランレングス復号化、逆量子化、逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ；inverse discrete cosine transform）及び残余補償を含むビデオの完全な復号化は、概して必要とされない。

本発明のビデオ品質予測は、“非参照（no-reference）”ＮＲ（すなわち、non-intrusive；非侵入型）タイプである。すなわち、それは、原の圧縮されていないビデオのコピーにアクセスする必要がない。更に、本発明の品質予測がビデオを完全に復号する必要性は存在しない。一実施形態において、予測は、ビデオエレメンタリストリームから直接取り出され得るデータを使用する。

以下で、図１に示されているビデオ品質測定（ＶＱＭ）ツール１０６のワークフローは詳細に記載される。

ＶＱＭツール１０６の入力は、ビデオプログラム１０１からビデオエンコーダ及びパケッタイザ１０４によって生成され得るトランスポートストリーム１０３であってよい。ビデオエンコーダ及びパケッタイザ１０４は、しかし、本発明の部分である必要はない。他の実施形態では、復号されたビデオプログラム１０１を有するビデオＥＳ１０２が直接ＶＱＭツール１０６へ入力される。ＶＱＭツール１０６の出力１１５は、入力ビデオに関連する予測された品質スコアＱである。

ツール１０６内で、トランスポートストリームを処理することができる実施形態において、最初に、デパケッタイザ１０７は、ビデオエレメンタリストリーム１０２を得るよう、受信されたトランスポートストリーム１０３をパースする。第２に、平均ＱＰ１１２及び大域的ＣＵ１１３を含むビデオ特性が、選択的エントロピデコーダ１０８において選択的エントロピ復号化を行い、ＱＰパーサ１０９及びＤＣＴ係数パーサ１１０において選択的にエントロピ復号されたデータをパースしてＱＰパーサ１０９が平均ＱＰ１１２を供給し、ＣＵ計算部１１１において大域的ＣＵ１１３を計算することによって、求められる。最後に、品質予測器モジュール１１４は、所定の測定関数を介してビデオ特性に従って品質スコアＱを決定する。

具体的に、ビデオ特性は、２つの同時実行する関数ブロック又はスレッドによって、選択的エントロピデコーダ１０８の出力から求められる。１つのスレッドにおいて、ＱＰパーサ１０９は、各マクロブロック（ＭＢ；macroblock）のＱＰを獲得し（すなわち、取り出し）、ＱＰをＣＵ計算部１１１へ供給する。更に、ＱＰパーサ１０９は、複数のＭＢにわたってＱＰを平均し、結果として得られた平均値１１２を出力する。他のスレッドにおいて、最初に、ＤＣＴ係数パーサ１１０は、各ＭＢのＤＣＴ係数を獲得し（すなわち、取り出し）、次いで、ＣＵ計算部１１１は、ＤＣＴ係数パーサ１１０からのＤＣＴ係数及びＱＰパーサ１０９からの対応するＱＰに従って局所的ＣＵを計算する。最後に、ＣＵ計算部１１１は、局所的ＣＵを平均し、全ての局所的ＣＵを平均することで求められた大域的ＣＵ１１３を出力する。

以下で、測定関数の全体論的ビューが記載される。

測定関数は、平均ＱＰ１１２及び大域的ＣＵ１１３を含む少なくとも２つのビデオ特性に対してビデオ品質を表す数学的モデルに従って品質推定器モジュール１１４において働く。一実施形態において、測定関数は：

Ｑ＝Ｑｂ×Ｑｃ（１）

と定義される。上記式で、Ｑｂは、量子化に起因する基本品質レベルであり、Ｑｃは、ビデオのコンテンツ予測不可能性に従ってＱｂを補正するための項であり、Ｑは、最終的な予測される品質である。

実施形態において、量子化に起因する基本品質レベルＱｂ、及びＣＵに従って基本品質レベルＱｂを補正する補正係数Ｑｃは、次の式に従って計算される：

＜外３＞

は平均ＱＰ値であり、ＣＵ_ｇは、大域的ＣＵ値であり、ａ_１，ａ_２，ａ_３，ｂ_１，ｂ_２及びｂ_３は所定のパラメータである。

望ましくは、所定のパラメータは正の有理数であり、次の範囲から選択される：
２≦ａ_１≦６；特に有利な値はａ_１＝４である。
１０^−５≦ａ_２≦１０^−４；特に有利な値はａ_２＝０．００００５（５・１０^−５）である。
３０≦ａ_３≦７５；特に有利な値はａ_３＝４９である。
０．１≦ｂ_１≦０．３；特に有利な値はｂ_１＝０．２である。
０．１≦ｂ_２≦０．３；特に有利な値はｂ_２＝０．１８である。
１≦ｂ_３≦２；特に有利な値はｂ_３＝１．６５である。

測定関数の高い精度は、図２乃至４に示される実験結果によって確認される。それらは、例となるビデオシーケンスに関して、主観的品質を測定関数に適応させる種々のビューを示す。図２は、全体論的ビューを示す。特に、図２乃至４は、平均ＱＰ及び大域的ＣＵに対して主観的品質スコアを適応させることを表す。各点は、主観的データベースからの６４のビデオのうちの１つに対応する。６４（＝８×８）のビデオは、８つの異なる圧縮率で８つの異なる原ビデオを圧縮することによって生成される。異なる原ビデオからの圧縮されたビデオは、図３における凡例によって表されるように、異なるマーカによって印を付される。主観的品質は、ＩＴＵ−ＴＳＧ１２（非特許文献４）に従う主観的実験の間に、２４人の信頼できる被験者によって格付けされる。対応するビデオの平均ＱＰ及び大域的ＣＵが格付けされる。

図２は、予測される品質スコアが如何にして式（１）乃至（３）に従う測定関数を介して主観的品質スコアと整合するのかを示す。これは、このビューにおいて面を形成する。図３は、その面の左側のビュー（断面図）を示し、図４は、その面の右側のビュー（断面図）を示す。予測される品質スコアと主観的スコアとの間の相関の実験結果は、測定関数が正確にビデオ品質を予測することができることを裏付ける。

平均ＱＰ
Ｈ．２６４に関し、また他の圧縮標準に関し、各マクロブロック（ＭＢ）はＱＰを有する。ＱＰは、現在のＭＢ内でＤＣ係数を量子化するために使用される線形量子化器である量子化ステップＱＳＴＥＰの所定のテーブルにインデックスを付す。平均ＱＰ１１２は、全てのＭＢの間の中間又は平均ＱＰである。

量子化による基本的欠陥
本発明のＱＰに基づく関数と既存の解決法との間の違いが図５で表されている。図５は、基本的欠陥（すなわち、図３で見られる左側ビュー）を平均ＱＰの種々の関数に適合させることを示す。図５は、平均ＱＰのみに対する主観的品質を示す点に留意されたい。図５ａ）では、基本的欠陥を一次関数と適合させることが表されている。図５ｂ）では、基本的欠陥を指数関数と適合させることが表されている。図５ｃ）では、基本的欠陥を有理関数と適合させることが表されている。各々の圧縮されたビデオは、点として表されている。図５は、本発明に従って、特許文献１及び非特許文献１において見られるように図５ａ）における点（ＱＰに対する品質）を一次関数と適合させ、非特許文献２において見られるように図５ｂ）における点を指数関数と適合させ、式（２）において見られるように図５ｃ）における点を有理関数と適合させることを示す。回帰分析は、有理関数が点の位置に最も近いことを示す。つまり、本発明に従って品質を有理関数へマッピングすることは、それが、第１に、小さなＱＰレベルで及び大きなＱＰレベルでの品質飽和傾向に整合し、且つ、第２に、小さなＱＰレベルでの緩やかな飽和（大旋回）及び大きなＱＰレベルでの急な飽和（急旋回）を捕捉することができるので、指数関数又は一次関数へマッピングすることよりも優れた解決法である。

コンテンツ予測不可能性
コンテンツ複雑性に基づく既存の解決法とは異なり、本発明は、不規則な変化を規則的な変化又はビデオ信号における不変化と区別するためにコンテンツ予測不可能性（ＣＵ）を用いる。従来のコンテンツ複雑性は、ビデオのピクセル情報により計算され、一方、ＣＵは、ビデオの残余情報により計算される。本発明に関し、局所的ＣＵは、マクロブロックの（イントラ又はインター）予測残余のピクセル分散として定義され、大域的ＣＵは、ビデオにおける幾つか又は全てのマクロブロックの局所的ＣＵの平均として定義される。インター予測（Ｈ．２６４，Ｈ．２６３，Ｈ．２６１，ＭＰＥＧ−４，ＭＰＥＧ−２等における）及びイントラ予測（Ｈ．２６４，ＭＰＥＧ−４等における）は、残余を生じるビデオ予測可能性において利用する圧縮技術である。予測残余は、通常、不規則性情報を保つ。これは、時空間的な近傍からほとんど予測不可能である。従って、本発明では、残余の分散がコンテンツ予測不可能性の適切なインジケータである。

既知の解決法は、たとえそれらが非特許文献１のようにＣＵの重要性に気付いているとしても、未だビデオのビットレートに従ってＣＵを推定する。しかし、ビットレートは、多くの要因（例えば、ＤＣＴ係数分布、運動ベクトル、等）によって影響を及ぼされる。よって、ビットレートによりＣＵを推定することは、ＣＵとは関係がない多くの要因の干渉を受ける。従って、ＣＵがビットレートに従うのではなく上記のように予測される点は、本発明の利点である。更に、コンテンツ複雑性が完全な復号化の後に計算されるのとは異なり、ＣＵは、完全なビデオ復号化によらずに、ＥＳ内のデータから高速に計算され得る。

一実施形態において、残余ＭＢの分散は、ＭＢのブロックの中間値（平均）及び分散によって近似される。ブロック分散は理論上、全ての逆量子化されたＡＣ係数のユークリッド・ノルムに等しい。局所的ＣＵは、ＤＣ係数の重み付き分散を加えられた量子化されたＡＣ係数のユークリッド・ノルムに比例する。重みは、４×４及び８×８整数離散コサイン変換（ＩＤＣＴ；integer discrete cosine transform）における異なるスケールファクタの平衡を保たせるべきである。局所的ＣＵを更に近似するよう、量子化は、本発明においてＱＰに従って補償される。

４×４変換ブロックを有する残余マクロブロックに関し、局所的ＣＵは：

として定義される。８×８変換ブロックを有する残余マクロブロックに関し、局所的ＣＵは：

として定義される。上記の式で、ＱＰは、現在のマクロブロックのＱＰ値であり、ＡＣ_ｉｊは、現在のマクロブロック内のｊ番目のブロックのｉ番目のＡＣ係数値であり、ＤＣ_ｊは、現在のマクロブロック内のｊ番目のブロックのＤＣ係数値であり、定数ｃ_１は、ＱＳＴＥＰスケーリングに関連し、２^{ＱＰ／Ｃ１}は、量子化を補償すべきである。定数ｃ_２及びｃ_３は夫々、４×４及び８×８変換におけるスケールファクタの平衡を保たせるためである。最後に、大域的ＣＵは、全てのＭＢの間の平均の局所的ＣＵである。ＣＵ_ｌを計算するためのパラメータの例は、ｃ_１＝３，ｃ_２＝１５，ｃ_３＝３である。

ＣＵによって補正される予測された品質
ＶＱＭにおいてＣＵを導入する利点は、ＱＰのみによって予測された品質が補正され、従って改善され、これによりＶＱＭの精度が高められることである。これは、図３及び図５ｃ）に示される実験結果によって確かめられる。図３における、同じ原ビデオに対応する全ての８つの圧縮されたビデオを異なる有理関数曲線と適合させることは、図５ｃ）における、全部で６４の圧縮されたビデオを一意の有理関数曲線と適合させることよりも、正確である。更に、８つの有理関数曲線は互いに類似しており、それらの振幅においてのみ相違する。振幅は、図３（すなわち、図２の右側ビュー）に示されるように、大域的ＣＵのべき関数によって予測され得る。べき関数は式（３）によって定義される。

ＶＱＭツール１０６及び式（１）乃至（３）の正確な測定関数は最大の精度を確かにするが、本発明は、一実施形態において、ＱＰに基づく予測しか含まず、まずまず良い精度と、既知の解決法よりも低い計算コストとを提供する。

実施形態は、ＱＰパーサ１０９及び品質予測モジュール１１４を少なくとも有し、すなわち、ＤＣＴ係数パーサ１１０及びＣＵ計算部１１１を伴わなくてよい。上述されたように、ＶＱＭツールは、一実施形態において、デパケッタイザ１０７及び選択的エントロピデコーダ１０８を更に有してよい。選択的エントロピデコーダ１０８は、ビデオのＩフレームにおけるＱＰしか扱わず、Ｐ及びＢフレームにおけるＱＰを無視してよい。品質予測モジュール１１４は、最終的なビデオ品質を決定するために式（２）のみを実行する。

図６は、特に、大きなＱＰレベルでの、本発明に従う改善された品質予測を表すダイアグラムを示す。本発明に従う方法は、通常のビデオに関し正確にビデオ品質を予測することができるが、それは、特定の特別な入力に関し一意の結果を出力してよい。例えば、４５の一定のＱＰを有する圧縮されたビデオを前提として、ＱＰが５１以上に設定される場合に、より良い品質スコアが達成される。この効果は、より高いＱＰがより高い圧縮を意味することから有利であり、それは、次の２つの理由のために達成される。第１に、従来のＱＰに基づく方法はしばしばＱＰに対して単調関数を使用し、より大きなＱＰは常により悪い品質スコアをもたらす。すなわち、５１のＱＰは、通常、４５のＱＰよりも劣っているべきである。第２に、有理関数式（２）は、ＱＰが４６よりも小さい場合にＱＰとともに単調に減少するが、ＱＰが４６よりも大きい場合にＱＰとともに増大する。これは、図６に示されている。すなわち、例えば５１のＱＰは、例えば４５のＱＰよりも良い。

更に、次の効果が達成される。圧縮されたビデオを前提として、各変換ブロックにおける最大ＡＣ係数が１だけ大きくされる場合に、より良い品質が達成される。これは、第１に、そのような加減がビデオ・ウォータマークのような役割を果たすためである。すなわち、それは、ＡＣ係数のユークリッド・ノルム、ひいてはＣＵ_ｇを増大させる点を除いて、エレメンタリストリーム及び復号されたビデオにおけるよく使われる特性（例えば、ＱＰ、ビットレート）をほとんど変化させない。第２に、本発明の方法は、それがＡＣ係数の高次モーメント（分散を含む。）を使用するので、品質の変化を検出することができる。第３に、本発明の方法は、ＣＵ_ｇ（ひいてはＱｃ）が増大するので、より良い品質を予測する。

図７は、ビデオ品質測定方法７０６のフローチャートを示す。それは、ＭＢ予測残余を含む符号化されたビデオストリームのビデオ品質を推定する方法であって、１又はそれ以上のフレームを含むビデオシーケンスＶＳについて、補正係数Ｑｃを乗じられた基本品質スコアＱｂから全体の品質スコアＱを計算するステップ７１４を少なくとも有し、基本品質スコアＱｂは、ビデオシーケンスのフレームの平均量子化パラメータ
＜外４＞

から得られ、補正係数Ｑｃは、ビデオシーケンスにおけるマクロブロックの予測残余内の平均ピクセル分散ＣＵ_ｌから得られる、方法である。一実施形態において、方法は、デパケット化ステップ７０７、選択的エントロピ復号化ステップ７０８、ＱＰパーシングステップ７０９、ＤＣＴ係数パーシングステップ７１０、局所的ＣＵ及び大域的ＣＵの計算ステップ７１１、並びにビデオ品質予測ステップ７１４のうちの１又はそれ以上を有する。

一実施形態において、方法は、ＱＰパーシングステップ７０９において、
＜外５＞

として表される平均ＱＰを決定するようＭＢ内のＱＰを平均するステップを更に有する。

一実施形態において、方法は、各ＭＢの量子化パラメータ及びＤＣＴ係数に従って、局所的なコンテンツ予測不可能性を表す第１の値ＣＵ_ｌと、大域的なコンテンツ予測不可能性を表す第２の値ＣＵ_ｇとを計算するステップを更に有し、第２の値は、前記第１の値を平均Ａｖｇすることで計算される。第１の値は、予測残差のピクセル分散である。

本発明は、ビデオ品質評価、知覚的ビデオ符号化、ビデオストリームに関するプランニング、等に使用され得る。原理上、ビデオ品質予測は、ＤＣＴ及び量子化によって圧縮されているビデオに適用可能である。一実施形態は、Ｈ．２６４標準に従って圧縮されたビデオに関し設計される。他の実施形態では、本発明は、Ｈ．２６１，Ｈ．２６３，ＭＰＥＧ−２，ＭＰＥＧ−４等のような他のコーデックに関する。

実施形態において、本発明は、非参照のＥＳに基づくビデオ品質測定ツールに関する。ツール、又は対応する方法は、ＱＰ及び量子化されたＤＣＴ（離散コサイン変換）係数を用いて、ユーザ端末、セットトップボックス、ホームゲートウェイ、ルータ、又はビデオストリーミングサーバにおいて動作することができる。ＣＵは、ＤＣＴ係数及びＱＰに従って計算される。次いで、ビデオ品質は、ＱＰ及びＣＵに関する関数から計算される。一実施形態において、その関数のパラメータは、ＩＴＵ−ＴＳＧ１２に従って特別に構築される主観的データベースの重回帰分析によって予め決定される。

本発明の好適実施形態に適用される本発明の基礎的な新規の特徴が図示、記載、及び指摘されてきたが、記載される装置及び方法における、開示される装置の形態及び詳細における、並びにそれらの動作における様々な削除及び置換及び変更は、本発明の技術的範囲から外れることなしに当業者によってなされ得ることが理解されるであろう。同じ結果を達成するよう実質的に同じように実質的に同じ機能を実行する要素の全組み合わせは、本発明の技術的範囲内にある。１つの記載される実施形態から他への要素の置換はまた、十分に意図され考えられている。本発明は、単に一例として記載されており、細部の変更は、本発明の技術的範囲から外れることなしになされ得ることが理解されるであろう。

明細書並びに（必要に応じて）特許請求の範囲及び図面において開示される各々の特徴は、独立して、又は何らかの適切な組み合わせにおいて、提供されてよい。特徴は、必要に応じて、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせにおいて実施されてよい。特許請求の範囲において現れる参照符号は、単なる例示であり、特許請求の範囲の適用範囲に対する限定効果を有すべきではない。

Claims

マクロブロック予測残余を含む符号化されたビデオストリームのビデオ品質を推定する方法であって、
複数のフレームを含むビデオシーケンスについて、補正係数Ｑｃを乗じられた基本品質スコアＱｂから全体の品質スコアＱを計算するステップ
を有し、
前記基本品質スコアＱｂは、前記ビデオシーケンスの前記フレームの平均量子化パラメータ
＜外１＞

から得られ、前記補正係数Ｑｃは、前記ビデオシーケンスにおけるマクロブロックの予測残余内の平均ピクセル分散から得られる、
方法。
平均量子化パラメータを決定するよう、量子化パラメータＱＰのパーシングを行い、該量子化パラメータＱＰを平均するステップ
を更に有する請求項１に記載の方法。
前記マクロブロックの量子化パラメータ及びＤＣＴ係数に従って、局所的なコンテンツ予測不可能性を表す、前記予測残余のピクセル分散である第１の値ＣＵ_ｌと、大域的なコンテンツ予測不可能性を表す第２の値ＣＵ_ｇとを計算するステップを更に有し、
前記第２の値は、前記第１の値を平均することで計算される、
請求項１又は２に記載の方法。
前記平均量子化パラメータ
＜外２＞

に依存するｘ_ｂにより、式ｘ_ｂ／（１＋ｘ_ｂ）の一次関数に従って前記基本品質スコアＱｂを決定するステップと、
定数であるｂ_２、ｂ_３と、前記予測残余内の前記平均ピクセル分散のべき関数であるｘ_ｃとにより、式ｂ_２・ｘ_ｃ＋ｂ_３の有理関数に従って前記補正係数Ｑｃを決定するステップと
を更に有する請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の方法。
ａ_１、ａ_２、ａ_３は正の有理数パラメータであるとして、前記基本品質スコアＱｂに関してｘ_ｂ＝ａ_２・（ＱＰ−ａ_３）^ａ１を用いる、
請求項４に記載の方法。
前記正の有理数パラメータは、次の範囲
２≦ａ_１≦６
１０^−５≦ａ_２≦１０^−４
３０≦ａ_３≦７５
の中にある、請求項５に記載の方法。
ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３は正のパラメータであるとして、前記補正係数Ｑｃに関してｘｃ＝（ＣＵ_ｇ）^ｂ１を用いる、
請求項４乃至６のうちいずれか一項に記載の方法。
前記パラメータは、次の範囲
０．１≦ｂ_１≦０．３
０．１≦ｂ_２≦０．３及び
１≦ｂ_３≦２
の中にある、請求項４又は７に記載の方法。
当該方法はトランスポートストリームレベルで作用し、
前記トランスポートストリームをパースしデパケット化するステップであって、エレメンタリストリームが取得されるステップと、
前記量子化パラメータ及びピクセル値を得るよう選択的エントロピデコーダによって前記エレメンタリストリームの少なくとも部分を復号するステップと
を更に有する、請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の方法。
マクロブロック予測残余を含む符号化されたビデオストリームのビデオ品質を推定する装置であって、
複数のフレームを含むビデオシーケンスについて、補正係数Ｑｃを乗じられた基本品質スコアＱｂから全体の品質スコアＱを計算するプロセッシング要素
を有し、
前記基本品質スコアＱｂは、前記ビデオシーケンスの前記フレームにわたる平均量子化パラメータ値から得られ、前記補正係数Ｑｃは、前記ビデオシーケンスにおけるマクロブロックの予測残余内の平均ピクセル分散から得られる、
装置。
前記マクロブロックの量子化パラメータを検出し平均する量子化パラメータパーサを更に有し、
前記量子化パラメータパーサは、前記マクロブロックの前記量子化パラメータ及び前記平均量子化パラメータ値を供給する、
請求項１０に記載の装置。
前記マクロブロックのＤＣＴ係数を検出し取り出すＤＣＴ係数パーサ
を更に有する請求項１０又は１１に記載の装置。
前記マクロブロックの量子化パラメータ及び前記マクロブロックのＤＣＴ係数に従って、局所的なコンテンツ予測不可能性を表す第１の値ＣＵ_ｌと、大域的なコンテンツ予測不可能性を表す第２の値ＣＵ_ｇとを計算するコンテンツ予測不可能性計算部を更に有し、
前記第２の値は、前記第１の値を平均することで計算される、
請求項１０乃至１２のうちいずれか一項に記載の装置。
当該装置はトランスポートストリームレベルで動作し、
前記トランスポートストリームをデパケット化するデパケッタイザであって、エレメンタリストリームが得られる前記デパケッタイザと、
前記エレメンタリストリームの少なくとも部分を復号する選択的エントロピデコーダと
を更に有する請求項１０乃至１３のうちいずれか一項に記載の装置。
前記基本品質スコアＱｂは、前記平均量子化パラメータ
＜外３＞

に依存するｘ_ｂにより、式ｘ_ｂ／（１＋ｘ_ｂ）の一次関数に従って決定され、
前記補正係数Ｑｃは、定数であるｂ_２、ｂ_３と、が前記予測残余内の前記平均ピクセル分散のべき関数であるｘ_ｃとにより、式ｂ_２・ｘ_ｃ＋ｂ_３の有理関数に従って決定される、
請求項１０乃至１４のうちいずれか一項に記載の装置。