JP2801039B2

JP2801039B2 - 画像品質測定方法

Info

Publication number: JP2801039B2
Application number: JP26219189A
Authority: JP
Inventors: 正之井上; 信小杉
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1989-10-09
Publication date: 1998-09-21
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JPH03124192A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の属する技術分野）本発明は、テレビジョンなどの画像の品質を計測する
際に、特別なテスト画像もしくはテスト信号を用いるこ
となく、任意の自然画像を用い、しかも、主観的に感じ
る品質と精度良く対応させながら、物理的に画像品質を
計測する方法に関するものである。

（従来の技術）従来、テレビジョンなどの画像品質を定量化する方法
は、主観的な画質を測定する際には、定められたテスト
画像を用い、物理計測はこれとは別個にテスト信号を用
いて行うのが主であった。従って、主観的な画質を定量
化する際の評価対象と、物理的な画質を定量化する際の
測定対象が異なるという、本質的な問題をはらんでい
た。

また、最近の符号化処理画像の評価などでは、物理測
定テスト信号を用いることなく、原画像と対象画像との
自乗平均誤差を求める方法が採られることもあるが、主
観的な画質との対応が悪いなどの問題があった。

（発明の目的）本発明は、上述のような問題に対処するために、主観
的な画質の定量化に用いるのと同様な自然画像を評価対
象として用い、物理測定を行うことにより、画質の客観
測定を実現することも目的としたものである。

（発明の構成）（発明の特徴と従来技術との差異）本発明は上記目的を達成するため、所定の計測単位時
間毎に原画像と被測定画像との差分信号を直交変換した
歪成分の周波数スペクトラムを算出し、この周波数スペ
クトラムの成分にその変化周期に応じて重み付けを行な
い、この重み付けされた周波数スペクトラムを逆直交変
換した信号を用いて、時系列に画像品質の定量化を行な
うことを特徴とする。

従来技術とは、主観的な画質の定量化に用いるものと
同様な自然画像を評価対象として用い、物理測定を行な
う点が異なる。

以下に本発明の画像品質測定方法の原理をのべる。

テレビジョンの画質劣化は、通常、雑音妨害と歪（波
形歪）に分られる。このうち、波形歪について考える
と、一般に、伝達系の周波数特徴Ｈ（ω）は、Ｈ（ω）＝Ａ（ω）ｅ^{−jB（ω）} ……（１）で、表わすことができ、歪のない理想的な特性は次式で
表わせる。

式（１）で、Ａ（ω）,B（ω）は、それぞれ偶関数、
及び奇関数であるから、それぞれフーリエ展開すると、
次式のようになる。

上式で、Σで表わされる各フーリエ級数項の部分が歪
を表わしている。

そこで、式（３），（４）を式（１）に代入し、フー
リエ逆変換を行うと、|a_m|≪1,|b_n|≪１のとき、１次近
似として出力応答ｇ（ｔ）は次式で表わせる。

ここで、g₀（ｔ）はH₀（ω）に対応する波形応答を表
わしている。すなわち、伝達系の歪成分は、式（５）の
第２項以下のエコー列で表わされることになる。

ところで、従来から、テレビジョン伝送系のエコー妨
害については、エコーの出現位置、すなわちエコー遅延
時間τと心理的妨害度との間には、第１図に示すような
関係のあることが知られており、式（５）と式（３），
（４）の各項の対応を考慮すると、歪成分の周波数スペ
クトラムに於て、緩やかに変化する成分と細やかに変化
する成分とでは画像品質に及ぼす影響が異なることを示
している。

従って、式（５）の各エコー成分（歪成分）、また式
（３），（４）の各フーリエ成分の係数a_m,b_nに、第１
図（横軸はエコー遅延時間，縦軸は心理的妨害度）で示
される視感度特性に応じた重み付けを施し、各々の成分
の画像品質に及ぼす効果を均等にすることにより、視感
度との対応のよい画質評価測度が得られると考えられ
る、また、ｍ＝ｎのとき、振幅偏差と位相偏差の画質に
及ぼす影響は同等であることが知られているので、重み
係数は、ｍまたはｎの値に応じて、a,b共通に用いるこ
とができる。

ここで、重み付けを具体的に行う方法としては、歪成
分をいきなり式（５）のように分解して分離するのは難
しいので、式（３），（４）で示されるように、一旦周
波数領域に変換し、その上でそれをフーリエ展開し、各
フーリエ級数項に対し、対応する重みづけを行うことで
実現できる。このとき、周波数軸上での各フリーエ成分
の変化周期Δｔとエコー遅延時間τの間には次の逆比例
の関係がある。

τ＝1/Δｆ ……（６）そこで、以上の関係をディジタル符号化処理で生じる
画質劣化に当てはめて考えると、ディジタル符号化処理
で生じる画質劣化の特徴の１つは、その大部分が歪に属
することであり、原画像と被測定画像との差分信号がす
なわち歪成分に相当している。そして、その周波数スペ
クトラムが上記周波数特性に相当すると考えられる。

従って、この周波数スペクトラムに対し、その周波数
軸上での変化周期に応じて、第１図を用いた視感度補正
を施し、しかる後、元の時間軸に逆変換し、いわば「評
価差分信号」を求めてやれば、その、例えば平均電力、
最大振幅などは視感度との対応のよい画像品質評価測度
になる。

第２図は歪成分に対し重み付けを行う手順の動作原理
説明図を示す。図において（１）は元の歪信号の時間軸
波形を示し、上記式（５）の左辺ｇ（ｔ）を表す。
（２）は直交変換した結果得られる周波数スペクトラム
を表わしており、上記式（１）に対応する。（３）は前
記図（２）を更にフーリエ展開して得られる特性を表わ
し、直流成分（ア）,m＝ｎ＝１（イ）,m＝ｎ＝２
（ウ），…ｍ＝ｎ＝ｌ（エ）の各成分であり、これらは
式（３）又は式（４）の各級数項に対応する。（４）は
前記図（３）の各成分にそれぞれの変化周期Δｆに対応
して、第１図の視感度特性から得られる重み係数ｗを用
いて重み付けを行なった結果を示す。ここで、τ＝1/Δ
ｆであり、ｗはτに対応する第１図の縦軸（心理的妨害
度）の値（τ→±∞のときｗ→1,τ→０のときω→０）
である。（５）は前記図（４）を逆フーリエ変換して得
られる重み付けられた周波数スペクトラム（評価周波数
スペクトラムという）を表わす。

また（６）は前記図（５）を更に逆直交変換して得ら
れる重み付けられた時間軸波形（評価時間軸波形とい
う）を表す。上記（１）〜（６）のｔは時間、ｆは周波
数を示す。

（実施例）第３図は本発明方法を実施するための装置のブロック
構成図を示す。図において、１は原画像信号１−１と被
測定画像信号１−２の供給を行なう入力部、２は差分信
号抽出部、３はフレームタイミング信号、４は周波数軸
への変換部、５は視感度補正部で、フーリエ変換部５−
１と重み付け計算部５−２とフーリエ逆変換部５−３と
でなる。６は時間軸への逆変換部、７は評価差分電力算
出部、８は表示部で評価S/D表示部を有する。

次に動作を説明すると、本装置は入力部で、それぞれ
原画像信号１−1,被測定画像信号１−２が供給される。
差分信号抽出部２は、両信号１−1,1−２からの入力の
差分を計算するとともに、フレームタイミング信号３に
同期して、フレーム単位で、差分信号を次の周波数軸へ
の変換部４へ送る。この変換部４はスペクトルアナライ
ザまたは高速フーリエ変換プログラムなどを用いて時間
軸特性を周波数軸特性へと変換するための部分で、ハー
ド的に実現する場合とソフト的に実現する場合の両方で
実施できる。

次にここで得られた周波数スペクトラムを一つの時間
軸波形と見立てて視感度補正部５のフーリエ変換部５−
１で再びフーリエ変換する。このとき周波数スペクトラ
ムの帯域としては、差分信号自体は通常のアナログ信号
としてテレビ画面上に再現されるわけであるから、4Mhz
を考えれば十分である。フーリエ変換部５−１からの出
力は、第１図に基づいて構成された重み付け計算部５−
２を用いて視感度補正される。フーリエ逆変換部５−３
及び時間軸への逆変換部５−３は、それぞれフーリエ逆
変換を行って、周波数領域、時間領域へと戻す。評価差
分電力算出部７は、時間軸への逆変換部６からの重み付
けられた差分信号について平均電力を算出し、フーレム
単位で計算を行ない。表示部８に測定結果を評価S/Dと
して表示する。

上記実施例装置では、テレビジョンのフレーム毎の画
像品質の定量化手法について示しているが、実際の映像
信号はフレームが時系列として現れるので、画像品質に
ついてもこれらの各フレームにおける品質を積算して考
える必要がある。そのため具体的には、例えば画像品質
評価装置（特願昭63−180177号）などが適用できる。

また、周波数スペクトラムへの変換をフーリエ変換を
例に説明したが、アダマール変換等の他の直交交換を用
いても同様の効果を達成できる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明方法を用いることによ
り、従来困難とされていたディジタル画像の品質が、自
然画像を用いて測定でき、しかも見え方の異なる歪を一
律に視感度補正することができ、主観的な品質と精度よ
く対応させることが出来る。

また、特定のフレームについての画質定量化手法を示
すものであるが、前述のように、例えば画像品質評価装
置と組み合わせて用いることにより、主観的な品質評価
に供される時間長さと対応した時間区間における品質測
定、及び品質劣化が時々刻々変動するような場合におい
ても、主観的な品質と精度よく対応させながら、物理的
な品質を計測できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は視感度特性を示す図、第２図は歪成分に対する
視感度補正の実施手順の動作原理説明図、第３図は本発
明方法を実施するための装置のブロック構成図である。１……入力部、１−１……原画像信号、１−２……被測
定画像信号、２……差分信号抽出部、３……フレームタ
イミング信号、４……周波数軸への変換部、５……視感
度補正部、５−１……フーリエ変換部、５−２……重み
付け計算部、５−３……フーリエ逆変換部、６……時間
軸への逆変換部、７……評価差分電力算出部、８……表
示部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の計測単位時間毎に原画像と被測定画
像との差分信号を直交変換した歪成分の周波数スペクト
ラムを算出し、この周波数スペクトラムの成分にその変
化周期に応じて重み付けを行ない、この重み付けされた
周波数スペクトラムを逆直交変換した信号を用いて、時
系列に画像品質の定量化を行なうことを特徴とする画像
品質測定方法。