JP2019041145A - 品質推定装置、品質推定方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワーク内での品質の評価を可能とすること。【解決手段】品質推定装置は、ネットワークを介して転送されるデータについて、単位時間ごとの転送量を導出する第１の導出部と、前記単位時間ごとの前記転送量に基づいて、前記単位時間ごとに前記データに関してユーザが体感する品質を推定する推定部とを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、品質推定装置、品質推定方法及びプログラムに関する。

インターネットを介して映像や音響（以下、音声も含む）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が普及している。

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、音声メディアや映像メディアなどを用いて通信を行う場合、視聴者の端末と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によるパケット損失、パケット転送遅延、パケットの再送が発生し、音声メディアや映像メディアなどに対して視聴者が知覚する品質の劣化が発生してしまう。

特に、ネットワークのスループットの状態に応じ、映像メディアのビットレートを変更しながら配信するアダプティブビットレート映像配信では、スループット低下に伴う音質・画質低下や、受信端末のバッファに所定のデータ量が蓄積されていないために発生するバッファリング処理に伴う再生待ちや再生停止が発生する。

ネットワーク事業者が、上記のような映像通信サービスが良好な品質で提供されていることを確認するためには、サービス提供中に、視聴者が体感するオーディオビジュアルの品質を測定し、視聴者に対して提供されるオーディオビジュアルの品質が高いことを監視できることが重要となる。

したがって、視聴者が体感するオーディオビジュアル品質を適切に表現することができる品質推定技術が必要とされている。

従来の客観品質評価法の１つに、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｐ．１２０３がある。本技術は、受信端末（スマートフォンやＳＴＢ（Set-Top Box））が受信したパケットから抽出される映像の解像度、フレームレート、ビットレート、再生停止時間などの品質パラメータを用いて品質を推定する技術である。つまり、従来の客観品質評価法は、上記のように、受信端末で取得したパケットから映像や音響に関する品質パラメータを抽出し、品質評価値を推定するものであった。

Parametric bitstream-based quality assessment of progressive download and adaptive audiovisual streaming services over reliable transport, ITU-T P.1203

しかしながら、ネットワーク事業者が、ネットワーク内で品質を監視しようとした場合には、映像ストリームは暗号化等されているため、ネットワーク内のパケットから上記の品質パラメータを取得し、品質を推定することができない（課題１）。

また、アダプティブビットレート映像配信は、ネットワークのスループットの状態に応じて適応的に映像・音響のビットレートを変更して配信するサービスであるため、ビットレートが一定のＩＰＴＶサービスのように、映像ストリームのスループットで映像・音響のビットレートを近似し、品質推定に利用することができない。すなわち、ＩＰＴＶは、ビットレートの変動がないサービスであるため、ネットワークのスループットも一定になる。そのため、或る関数にスループットを入力しビットレートそのものを推定することができる。

一方、アダプティブビットレート映像配信は、ネットワークのスループットの状態が良い際に、受信端末のバッファ量の上限一杯まで映像・音響データを蓄積する方式であるため、数十秒の映像・音響データが数秒で配信され、数十秒程度データ配信が停止され、受信端末のバッファ量の低下に応じ、配信サーバへの次のデータの要求が繰り返される。例えば、図１に示すように、１分の映像が１２０メガビットの場合、高速通信時、１分の映像データの全ての配信を５秒で完了した場合、スループットは２４Ｍｂｐｓになるが、低速通信時、１分の映像データの全ての配信を４０秒で完了した場合、スループットは３Ｍｂｐｓになる。スループットは大きく異なるものの、ユーザが視聴している映像の品質自体はいずれも同じであるため、スループットではユーザが視聴している品質を評価できないことが問題となる（課題２）。

また、前述のように、高速通信時には、最初の１分の映像データの配信を５秒で完了しているのに対し、低速通信時には、１分の映像データの配信を４０秒かけて完了している。２番目の１分の映像データについても、同様に配信されるが、図１に示すように、高速通信時と低速通信時とでは２番目の１分の映像データを配信するタイミングが異なるため、配信されたデータが、全データのうちのどの映像区間に紐付いているのか（すなわち、全データのうちのどの部分に該当するのか）を考慮できないという問題がある（課題３）。

更に、アダプティブビットレート映像配信では、受信端末のバッファの枯渇により、映像・音響の再生停止が発生する。このような再生停止をスループット情報のみから推定するのは困難であるという問題がある（課題４）。

上述のように、暗号化されたアダプティブビットレート映像配信では、パケットから映像の解像度、フレームレート、ビットレート、再生停止時間の情報を取得することができないため（課題１）、非特許文献１を適用できない。また、パケット情報の代替として、ネットワークのスループットから得られる情報を非特許文献１に適用する場合も、アダプティブビットレート映像配信は、スループットとビットレートの相関が低い（課題２）、配信されているパケットと映像区間の紐付けができない（課題３）、再生停止状態を取得できない（課題４）ことから、高精度な品質推定を行うことは困難である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、ネットワーク内での品質の評価を可能とすることを目的とする。

そこで上記課題を解決するため、品質推定装置は、ネットワークを介して転送されるデータについて、単位時間ごとの転送量を導出する第１の導出部と、前記単位時間ごとの前記転送量に基づいて、前記単位時間ごとに前記データに関してユーザが体感する品質を推定する推定部とを有する。

ネットワーク内での品質の評価を可能とすることができる。

アダプティブビットレート映像配信のデータ配信を説明する図である。 第１の実施の形態におけるネットワーク構成例を示す図である。 第１の実施の形態における品質推定装置１０のハードウェア構成例を示す図である。 第１の実施の形態における品質推定装置１０の機能構成例を示す図である。 第１の実施の形態の品質推定装置１０が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 パケット情報の一例を示す図である。 第２の実施の形態における品質推定装置１０の機能構成例を示す図である。 第２の実施の形態の品質推定装置１０が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図２は、第１の実施の形態におけるネットワーク構成例を示す図である。図２において、１以上の視聴者端末３０は、ネットワークＮ１を介して１以上のサーバ２０に接続される。各サーバ２０は、それぞれが、映像通信サービスを提供する１以上のコンピュータの集合である。各サーバ２０によるサービスの内容や運営者等は異なっていてもよい。また、各サーバ２０による映像データの配信は、アダプティブビットレートによって行われてもよいし、コンスタントビットレート（固定ビットレート）によって行われてもよい。なお、映像データは、映像や音響（音声も含む）を含むデータである。但し、音響を含まないデータや映像を含まないデータが、配信対象とされてもよい。

視聴者端末３０は、映像通信サービスのユーザが映像及び音響の視聴に利用する端末である。例えば、ＰＣ（Personal Computer）、スマートフォン、タブレット端末、ＳＴＢ（Set-Top Box）等が視聴者端末３０として利用されてもよい。

ネットワークＮ１は、映像通信サービスによって配信される映像データの転送に利用される通信網である。

品質推定装置１０は、ネットワークＮ１の状態を観測することで、ネットワークＮ１において転送される映像データのパケットに関する情報（以下、「パケット情報」という。）を収集可能なように配置される。品質推定装置１０は、例えば、ＤＰＩ（Deep Packet Inspection）装置の一部を構成してもよい。但し、品質推定装置１０は、必ずしも直接的にネットワークＮ１の状態を観測可能でなくてもよい。例えば、品質推定装置１０とは別のＤＰＩ装置によってネットワークＮ１から採取される情報（後述のパケット情報）が品質推定装置１０に入力されてもよい。品質推定装置１０は、パケット情報等に基づいて、視聴者端末３０のユーザが体感するオーディオビジュアルの品質（以下、単に「品質」という。）を推定する。なお、品質推定装置１０は、例えば、ネットワーク事業者によって管理される。

図３は、第１の実施の形態における品質推定装置１０のハードウェア構成例を示す図である。図３の品質推定装置１０は、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１００、補助記憶装置１０２、メモリ装置１０３、ＣＰＵ１０４、及びインタフェース装置１０５等を有する。

品質推定装置１０での処理を実現するプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体１０１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１０１がドライブ装置１００にセットされると、プログラムが記録媒体１０１からドライブ装置１００を介して補助記憶装置１０２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１０１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１０２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。

メモリ装置１０３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１０２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１０４は、メモリ装置１０３に格納されたプログラムに従って品質推定装置１０に係る機能を実行する。インタフェース装置１０５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。

図４は、第１の実施の形態における品質推定装置１０の機能構成例を示す図である。図４において、品質推定装置１０は、測定区間入力部１１、パケット情報入力部１２、データ転送量導出部１３及び品質推定部１４等を有する。これら各部は、品質推定装置１０にインストールされた１以上のプログラムが、ＣＰＵ１０４に実行させる処理により実現される。すなわち、これら各部は、品質推定装置１０のハードウェア資源と、品質推定装置１０にインストールされたプログラム（ソフトウェア）との協働によって実現される。

測定区間入力部１１は、評価対象の映像データ（以下、「対象映像データ」という。）に関して品質を評価する単位時間（以下、「測定区間」という）の入力を評価者から受け付ける。すなわち、本実施の形態では、評価対象とされた１つの映像データについて、測定区間ごとに区切って品質の推定が行われる。測定区間としては、例えば、評価者の任意によって決定される時間が入力される。但し、測定区間は、ネットワークＮ１において対象映像データの転送に要する時間を複数に分割する時間であるのが望ましい。例えば、転送に数十分以上を要する映像データであれば、１分（６０秒）、３分、５分等が測定区間として入力されてもよい。対象映像データの最初のパケットが検出されてから、最後のパケットが検出されるまでの時間（転送の所要時間）が９分を超えて１０分以下であり、測定区間が１分であれば、１０個の測定区間が存在する。したがって、１０個の測定区間のそれぞれについて品質の推定が行われる。なお、評価者とは、品質推定装置１０の利用者をいい、視聴者端末３０のユーザとは異なる。

パケット情報入力部１２は、ネットワークＮ１から対象映像データに係るパケット情報を入力する。パケット情報の入力は、公知のＤＰＩ技術を用いて行われてもよい。パケット情報は、対象映像データのパケットについて、ネットワークＮ１における転送状況（流通状況）を時系列に示す情報（当該パケットの転送状況の履歴を示す情報）であり、ネットワークＮ１を観測することで獲得可能な情報である。なお、ネットワーク事業者であれば、ネットワークＮ１を流通する各パケットが、いずれの映像データに属するものかを、当該パケットが暗号化されていたとしても容易に特定可能である。

データ転送量導出部１３は、パケット情報入力部１２が入力したパケット情報に基づいて、測定区間入力部１１が受け付けた測定区間ごとにデータ転送量を導出する。例えば、測定区間が６０秒である場合、６０秒間ごとに当該６０秒間において転送されたデータ量（例えば、バイト数やビット数等）がデータ転送量として計測される。具体的には、測定区間が６０秒の場合であって、或る測定区間の最初の５秒で５Ｍバイト／毎秒でデータが転送され、残りの５５秒ではデータ転送が無い場合、当該測定区間におけるデータ転送量は５×５＝２５Ｍバイトとして導出される。なお、データ量とは、パケット全体のデータ量でもよいし、パケット内のペイロード部分のみのデータ量でもよい。ＩＰパケットのヘッダサイズは小さいため、パケット全体のデータ量が採用されても、品質の推定結果に対する影響はほとんど無いと考えられるからである。

品質推定部１４は、データ転送量導出部１３から出力される測定区間ごとのデータ転送量に基づいて、測定区間ごとに品質を推定する。具体的には、品質推定部１４は、データ転送量（Ｄ）の増加に伴い品質が増加する特性（例えば、対数、ロジスティック関数等）に基づいて、品質を示す指標値である品質値（Ｑ）を算出する。例えば、品質推定部１４は、以下の式（１）又は（２）に基づいて各測定区間の品質値を算出する。
Ｑ＝ａ＋ｂｌｎ（Ｄ／ｃ） ・・・（１）
Ｑ＝ａ＋（１−ａ）／（１＋（Ｄ／ｂ）^ｃ） ・・・（２）
但し、ａ，ｂ，ｃはあらかじめ定めた係数とする。すなわち、品質推定部１４は、データ転送量が大きいほど品質が高いと推定する。

以下、品質推定装置１０が実行する処理手順について説明する。図５は、第１の実施の形態の品質推定装置１０が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。図５の処理手順は、対象映像データの視聴と並行してリアルタイムに実行されてもよいし、対象映像データの視聴後の任意のタイミングでバッチ的に実行されてもよい。

ステップＳ１１０において、測定区間入力部１１は、品質の推定に先立って、測定区間の入力を評価者から受け付ける。測定区間入力部１１は、当該測定区間をデータ転送量導出部１３に入力する。

続いて、パケット情報入力部１２は、対象映像データに関するパケット情報を入力する（Ｓ１２０）。パケット情報の入力は、対象映像データに関して転送されるパケットをリアルタイムに観測することで行われてもよいし、過去に転送された対象映像データに関して補助記憶装置１０２等に記憶されているパケット情報を読み込むことで行われてもよい。パケット情報入力部１２は、入力したパケット情報をデータ転送量導出部１３に入力する。

図６は、パケット情報の一例を示す図である。図６において、横軸は、対象映像データの最初のパケットが検出された時点からの経過時間を示し、縦軸は、１秒間のデータ転送量を示す。すなわち、図６における各プロットは、パケットが検出された１秒間のタイミング（経過時間）と、当該１秒間におけるデータ転送量とを示す。

なお、パケット情報は、必ずしも、図６に示す構成を有していなくてもよい。各パケットの実体と、各パケットが検出された時刻とを示す情報がパケット情報であってもよい。斯かるパケット情報からも、図６に示されるような情報を容易に導出可能だからである。

続いて、データ転送量導出部１３は、パケット情報に基づいて、測定区間ごとにデータ転送量を導出する（Ｓ１３０）。パケット情報が、図６に示される通りであって、測定区間が６０秒である場合、６０秒ごとに、当該６０秒に含まれる各プロットの縦軸の値（データ転送量）の総和を求めることで、当該６０秒に対応する測定区間のデータ転送量を導出ことができる。データ転送量導出部１３は、測定区間ごとのデータ転送量を品質推定部１４へ入力する。

続いて、品質推定部１４は、連続する測定区間ごとに、当該測定区間のデータ転送量（Ｄ）を式（１）又は式（２）に当てはめて、各測定区間の品質値を算出する（Ｓ１４０）。例えば、図６の例によれば、５つの測定区間が存在する。したがって、５つの品質値が算出される。品質推定部１４は、算出した品質値を、測定区間ごとに出力する。出力の形態は、表示装置への表示であってもよいし、補助記憶装置１０２への保存であってもよいし、ネットワークを介した他の装置への送信であってもよいし、他の形態であってもよい。

上述したように、第１の実施の形態によれば、ネットワーク内で観測可能なデータ転送の状態に基づいて、品質値が算出される。したがって、ネットワーク内での品質の評価を可能とすることができる。

また、解像度、フレームレート、ビットレートなどの品質パラメータを用いることなく、ネットワーク内を通過するデータ転送量を用いることで品質の評価が可能であるため、課題１を解決することができる。

また、単位時間当たり（測定区間ごと）の品質を推定する際、スループットを用いるのではなく、各測定区間のデータ転送量を用いて品質を推定するため、課題２を解決することができる。

また、測定区間を装置に与えることで、測定区間ごとに品質が推定されるため、課題３を解決することができる。

更に、品質値の算出には、ネットワーク内を通過するデータのデータ転送量が用いられる。ここで、データ転送量は、再生停止状態に対して相関を有するパラメータであると考えられる。すなわち、単位時間あたり（或る測定区間）のデータ転送量が小さい場合には、再生停止状態が発生している可能性が高いことが推定される。したがって、本実施の形態によれば再生停止状態をも考慮した品質値を算出することができる。その結果、課題４を解決することもできる。

このように、本実施の形態によれば、視聴者が実際に視聴する映像通信サービスの品質値を監視することで、提供中のサービスが視聴者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。

このため、提供中のサービスの品質実態を従来技術でオーディオビジュアル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。

なお、上記において、測定区間は、評価者によって固定的に設定される例について説明したが、例えば、測定区間入力部１１は、動的に測定区間を導出してもよい。例えば、図１に示されるように、高速通信時にはデータ転送時間が短くなり、低速通信時にはデータ転送時間が長くなる特性が考慮されて測定区間が導出されてもよい。例えば、測定区間入力部１１は、高速通信時、つまり、スループットが高い場合、測定区間が短くなり、低速通信時、つまり、スループットが低い場合、測定区間が長くなるように定式化し、パケット情報から導出可能なスループットに応じて、測定区間を導出してもよい。

次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では第１の実施の形態と異なる点について説明する。第２の実施の形態において特に言及されない点については、第１の実施の形態と同様でもよい。

図７は、第２の実施の形態における品質推定装置１０の機能構成例を示す図である。図７中、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図７において、品質推定装置１０は、更に、データ転送時間導出部１５を有する。データ転送時間導出部１５は、品質推定装置１０にインストールされた１以上のプログラムが、ＣＰＵ１０４に実行させる処理により実現される。

データ転送時間導出部１５は、パケット情報入力部１２から入力されるパケット情報に基づいて、測定区間入力部１１から入力される測定区間ごとにデータ転送時間を導出する。例えば、測定区間が６０秒の場合、当該６０秒間においてデータが転送された時間がデータ転送時間として計測される。具体的には、測定区間が６０秒の場合であって、或る測定区間の最初の５秒で５Ｍバイト／毎秒でデータが転送され、残りの５５秒ではデータ転送が無い場合、当該測定区間におけるデータ転送時間は、５秒として導出される。

なお、品質推定部１４は、データ転送量導出部１３が出力する測定区間ごとのデータ転送量に加え、データ転送時間導出部１５が出力する測定区間ごとのデータ転送時間を入力として、測定区間ごとの品質を推定する。具体的には、品質推定部１４は、データ転送量（Ｄ）の増加に伴い品質が増加する特性（例えば、対数、ロジスティック関数など）と、データ転送時間（Ｔ）の増加に伴い品質が低下する特性（例えば、一次関数、指数関数）とに基づいて品質値（Ｑ）を算出する。例えば、品質推定部１４は、以下の式（３）又は（４）に基づいて品質値を算出する。
Ｑ＝（ａ＋ｂｌｎ（Ｄ／ｃ））×ｅｘｐ（−（ｄ−Ｔ）／ｅ） ・・・（３）
Ｑ＝（ａ＋（１−ａ）／（１＋（Ｄ／ｂ）^ｃ））×ｅｘｐ（−（ｄ−Ｔ）／ｅ） ・・・（４）
但し、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅはあらかじめ定めた係数とする。すなわち、品質推定部１４は、データ転送量が大きいほど品質が高く、データ転送時間が長いほど品質が低いと推定する。

以下、品質推定装置１０が実行する処理手順について説明する。図８は、第２の実施の形態の品質推定装置１０が実行する処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。図８中、図５と同一ステップには同一ステップ番号を付し、その説明は省略する。

ステップＳ１３５において、データ転送時間導出部１５は、パケット情報に基づいて、測定区間ごとにデータ転送量を導出する。パケット情報が、図６に示される通りであって、測定区間が６０秒である場合、６０秒ごとに、当該６０秒に含まれるプロットの総数を求めることで、当該６０秒に対応する測定区間のデータ転送時間（秒）を導出ことができる。各プロットは、データ転送が行われた１秒間を示すからである。例えば、或る測定区間のプロット数が１０であれば、当該測定区間のデータ転送時間は、１０秒として導出される。データ転送時間導出部１５は、測定区間ごとのデータ転送時間を品質推定部１４へ入力する。

続いて、品質推定部１４は、連続する測定区間ごとに、当該測定区間のデータ転送量（Ｄ）及びデータ転送時間（Ｔ）を式（３）又は式（４）に当てはめて、各測定区間の品質値を算出する（Ｓ１４０ａ）。例えば、図６の例によれば、５つの測定区間が存在する。したがって、５つの品質値が算出される。品質推定部１４は、算出した品質値を、測定区間ごとに出力する。

上述したように、第２の実施の形態によれば、データ転送量に加えてデータ転送時間が用いられて品質値が算出される。したがって、より高い精度で再生停止状態を考慮することができ、その結果、品質の推定精度を高めることができる。

なお、上記各実施の形態において、データ転送量導出部１３は、第１の導出部の一例である。品質推定部１４は、推定部一例である。データ転送時間導出部１５は、第２の導出部の一例である。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 品質推定装置
１１ 測定区間入力部
１２ パケット情報入力部
１３ データ転送量導出部
１４ 品質推定部
１５ データ転送時間導出部
２０ サーバ
３０ 視聴者端末
１００ ドライブ装置
１０１ 記録媒体
１０２ 補助記憶装置
１０３ メモリ装置
１０４ ＣＰＵ
１０５ インタフェース装置
Ｂ バス

Claims (7)

1. ネットワークを介して転送されるデータについて、単位時間ごとの転送量を導出する第１の導出部と、
   前記単位時間ごとの前記転送量に基づいて、前記単位時間ごとに前記データに関してユーザが体感する品質を推定する推定部と、
   を有することを特徴とする品質推定装置。
2. 前記推定部は、前記転送量が大きいほど前記品質が高いと推定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の品質推定装置。
3. 前記データについて、前記単位時間ごとの転送時間を導出する第２の導出部を有し、
   前記推定部は、前記単位時間ごとの前記転送量及び前記転送時間に基づいて、前記単位時間ごとに前記品質を推定する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の品質推定装置。
4. 前記推定部は、前記転送時間が長いほど前記品質が低いと推定する、
   ことを特徴とする請求項３記載の品質推定装置。
5. ネットワークを介して転送されるデータについて、単位時間ごとの転送量を導出する第１の導出手順と、
   前記単位時間ごとの前記転送量に基づいて、前記単位時間ごとに前記データに関してユーザが体感する品質を推定する推定手順と、
   をコンピュータが実行することを特徴とする品質推定方法。
6. 前記データについて、前記単位時間ごとの転送時間を導出する第２の導出手順をコンピュータが実行し、
   前記推定手順は、前記単位時間ごとの前記転送量及び前記転送時間に基づいて、前記単位時間ごとに前記品質を推定する、
   ことを特徴とする請求項５記載の品質推定方法。
7. 請求項１乃至４いずれか一項記載の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

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