JP3527145B2 - ディジタル伝送画像の客観品質評価装置 - Google Patents

ディジタル伝送画像の客観品質評価装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はディジタル伝送画
像の客観品質評価装置に関し、特に、複数の経路で映像
を圧縮符号化伝送することにより伝送の信頼性を高める
ようにしたシステムに用いると好適なディジタル伝送画
像の客観品質評価装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、ディジタル圧縮画像の自動品
質測定(客観画質評価)の研究、開発がなされ、種々の
提案がなされている。該客観画質評価には、人間による
主観評価にならい、原画との比較に基づいて評価する方
法と、受信画像のみから評価する方法とがある。
【0003】前者の方法、すなわち原画が利用可能な場
合は、精度の高い方法が開発されている。この方法に関
しては、例えば次の文献に詳細に説明されている。T.Ha
mada,et al:"Picture quality assessment system by t
hree-layered bottom-up noise weighting considering
human visual perception",SMPTE Journal,Vol 108,N
o.1,pp.20-26 (Jan.1999).しかしながら、ディジタル圧
縮画像を実際に伝送している間に、受信画像の品質を評
価しようとすると、この場合には、原画を使用すること
ができないため、前記の文献に記された方法を使用する
ことができない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、実際の
画像の伝送中に、受信画像の品質を評価しようとする
と、原画が使用不可能なため、受信画像のみからその品
質を評価する必要があるが、従来は該評価に関して格別
の提案がなされていない。
【0005】本発明の目的は、前記した従来の実情に鑑
みてなされたものであり、複数経路による画像の多重化
圧縮符号化伝送において、受信画像だけを用いて、該受
信画像の客観画質評価を高精度に行えるディジタル伝送
画像の客観品質評価装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、本発明は、複数系統で伝送されるディジタル伝
送画像の客観品質評価装置において、前記複数系統のう
ちの一系統の受信画像の分散値を測定する手段と、前記
一系統と他の一系統の受信画像との差分信号の分散値を
測定する手段と、前記二つの分散値と、原画と受信画像
のSN比との対応テーブルを保持する手段とを具備し、
前記二つの分散値を基に前記対応テーブルを参照するこ
とにより、受信画像のみから、該受信画像の原画に対す
る品質を評価するようにした点に第1の特徴がある。ま
た、原画と受信画像に視覚特性を表すフィルタをかけ
て、前記と同様にして、該受信画像の原画に対する品質
を評価するようにした点に第2の特徴がある。
【0007】この第1、第2の特徴によれば、2系統の
受信画像信号のみから、それらと原画とのSN比、およ
び視覚特性重み付きSN比を推定することができるよう
になる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を詳細に説明する。まず、図1を参照して、本発明の原
理を説明する。図1は、該原理を説明するための概略の
システム構成図であり、2伝送経路が示されている。
【0009】第1の伝送経路は、第1の符号化部1、第
1の伝送路2、第1の復号化部3から構成され、第2の
伝送経路は、第2の符号化部4、第2の伝送路5、第2
の復号化部6から構成されている。前記第1の符号化部
1と第2の符号化部4は、原画xをそれぞれ独立に符号
化する。また、前記第1の復号化部3と第2の復号化部
6は受信した信号を復号化し、それぞれ第1の復号画x
1 と第2の復号画x2を出力する。減算器7は、第1の
復号画x1 から第2の復号画x2 を減算し、差分信号y
(=x1 −x2)を出力する。また、第1の分散測定部1
1は第1の復号画x1 の分散を測定し、第2の分散測定
部12は前記差分信号yの分散を測定する。
【0010】さて、前記のように、原画信号をx、2系
統の復号信号をx1 、x2 とし、前記第1、第2の符号
化部1、4の符号化ノイズをそれぞれd1 、d2 とす
る。また、sを原画信号xの信号分散、nを前記符号化
ノイズd1 、d2 のパワーとし、原画信号xと符号化ノ
イズd1 の相関関係をρxd1 、符号化ノイズd1 、
d2 の相関関係をρd1d2とすると、復号信号x1 の
分散は図2の(1) 式のようになり、前記差分信号y(=
x1 −x2)の分散は同図の(2) 式のようになる。
【0011】ここで、符号化ノイズd1 、d2 は、画像
によらず、次の定性的性質(1) 、(2) をもつということ
ができる。 (1) 伝送ビットが非常に小さくなると、すなわちほぼs
/n=1になると、量子化ステップサイズが非常に大き
くなるため、量子化後のレベルが0、すなわち、ほぼd
1 =d2 =−xとなり、両系統のノイズは同一に近くな
る。したがって、原画信号xと符号化ノイズd1 の相関
関係ρxd1 は−1に、また符号化ノイズd1 、d2
の相関関係ρd1d2は1に近付く。
【0012】(2) 伝送ビットレートが大きくなるにつ
れ、すなわちs/nが大きくなるにつれ、両系統の符号
化ノイズは独立に近付いていく。すなわち、前記ρ
d1d2は0に近くなっていく。また、前記ρxd1
は0に近付く。
【0013】そこで、前記原画信号xと符号化ノイズd
1 の相関関係ρxd1 と符号化ノイズd1 、d2 の相
関関係ρd1d2を、それぞれs/nの関数ρxd1
(s/n) 、ρd1d2(s/n) で表すと、前記(1) 式と(2)
式より、図2の(3) 式の関係式、すなわち、s/nと、
σ(x1)、σ(x1−x2) との関係式が得られる。
【0014】前記(3) 式において、仮にρxd1 (s/
n) 、ρd1d2(s/n) が画像によらないとすると、次
のようにして、2系統の復号画像だけから、受信画像の
原画に対するs/nの推定が可能になる。
【0015】(a) 図1のような実験用のシステムあるい
は実際に使用するシステムを用いて予備実験をする。具
体的には、種々な画像、例えば“チアリーダ”、“フラ
ミンゴ”,“グリーンリーブス”などのテスト画像を、
様々なビットレートで符号化し、前記第1の分散測定部
11と第2の分散測定部12により、それぞれσ(x1)
とσ(x1−x2) を求める。
【0016】(b) また、前記(a) のそれぞれの場合にお
いて、原画xと第1または第2の復号化部3、6で復号
された復号画とから、s/nを求める。
【0017】(c) 前記(a) と(b) で求めた値により、σ
(x1−x2)/σ(x1) とs/nの関係をテーブル
化する。
【0018】(d) ディジタル伝送画像の実際の伝送時
に、前記2系統の復号画像からσ(x1−x2)/σ(x
1)を測定し、前記テーブルを参照することにより、受信
画像のs/nを推定する。
【0019】以上のように、複数系統の受信画像のみを
用いて、それらの差分信号の分散値といずれかの信号の
分散値とを測定し、これらの値と、受信画像と原画との
SN比との対応テーブルを参照することにより、そのS
N比を推定するようにするのが本発明の原理である。
【0020】次に、本発明の一実施形態を、図3を参照
して説明する。この実施形態は、MPEG−2符号化部
21、24、MPEG−2復号化部23、26を用いた
ものであり、他の符号は図1と同一または同等物を示
す。
【0021】まず、前記予備実験により、σ(x1)/
σ(x1−x2) とs/nの関係を表す対応テーブルを
作成する方法について説明する。最初に、さまざまな種
類のテスト画像、例えば“チアリーダ”、“フラミン
ゴ”,“グリーンリーブス”などの画像を用意する。次
いで、各画像について、MPEG−2符号化部21で種
々のビットレートで符号化して伝送する。次に、該符号
化された画像をMPEG−2復号化部23で復号化し、
原画xと復号画x1 とのSN(RSNR)を測定する。
この時、原画信号xの信号分散sとしては、16×16
のブロック毎に平均値分離した後の信号分散を使用す
る。
【0022】次に、I(イントラ)ピクチャのタイミン
グをずらしてMPEG−2符号化した他の系統、すなわ
ちMPEG−2符号化部24、MPEG−2復号化部2
6の系統の復号画x2 と前記第1系統の復号画x1 とか
ら、σ(x1−x2)/σ(x1)を測定する。そして、該
σ(x1−x2)/σ(x1)を横軸、前記SN(RSN
R)を縦軸にして、前記測定結果をプロットする。
【0023】図4は、上記のようにして作成されたテー
ブルの一例を示すグラフであり、横軸にσ(x1−x2)
/σ(x1)がとられ、縦軸にRSNRがとられてい
る。図示の例では、前記“チアリーダ”、“フラミン
ゴ”,“グリーンリーブス”などの6種類のテスト画像
を用いて予備実験し、σ(x1−x2)/σ(x1)に対
するRSNRを前記グラフ上にプロットした。該グラフ
から明らかなように、図中の各点、すなわち6種のテス
ト画像を様々なビットレートで符号化して測定した点
は、破線aで示した回帰曲線または近似曲線に、±1d
B以内の誤差で当てはまることが分かる。この回帰曲線
が、SN比の対応テーブルに相当する。
【0024】次に、実使用時のディジタル伝送画像の客
観品質評価装置の構成および動作について図5を参照し
て説明する。図5は受信側の要部の構成を示すブロック
図であり、13はσ(x1−x2)/σ(x1)演算部、
14は対応テーブル、15はスイッチ手段を示し、他の
符号は図3と同一または同等物を示す。
【0025】前記対応テーブル14には、前記のように
して求めた図4の破線aのテーブルが格納される。ディ
ジタル画像の伝送は複数系統、例えば2系統で行われ、
それぞれ独立に符号化されたディジタル画像が第1、第
2のMPEG−2復号化部23、26で受信され、復号
化される。第1のMPEG−2復号化部23の復号画は
分散測定部11でσ(x1)が測定され、第1、第2の
MPEG−2復号化部23、26の各復号画の差の信号
は分散測定部12でσ(x1−x2) が測定される。該
分散値σ(x1)とσ(x1−x2) は、σ(x1−x
2)/σ(x1)演算部13に入力し、σ(x1−x2)/
σ(x1)が求められる。該σ(x1−x2)/σ(x
1)は対応テーブル14に送られ、該対応テーブルから該
σ(x1−x2)/σ(x1)に対するRSNR値、つま
りSN値が求められる。一方、スイッチ15からは、該
スイッチ15によって選択された系統の復号画が出力さ
れる。
【0026】以上のように、本実施形態によれば、実際
の画像の伝送中に、原画を使用することなく、受信画像
の品質を評価することができるようになる。
【0027】次に、本発明の第2実施形態を、図6を参
照して説明する。図6において、31、32、33は、
それぞれ、視覚特性を表すフィルタであり、他の符号は
図1と同一または同等物を示す。なお、該視覚特性を表
すフィルタ31〜33の各々の一例としては、本発明者
等による特許出願である特開平7−307925号公報
の第1図に示されている構成要素1〜5からなる2次元
の帯域フィルタを用いることができる。
【0028】この実施形態は、各受信画像に視覚特性を
表すフィルタをかけた後に、前記σ (x1−x2)/σ
(x1)を求め、視覚特性を表すフィルタをかけて求め
られた対応テーブルを参照することにより、視覚特性で
重み付けされたSN比を推定するようにしたものであ
る。
【0029】対応テーブルは、図6に示されているよう
に、原画にフィルタ31をかけたものと、2系統の復号
画のそれぞれにフィルタ32、33をかけたものを用い
ることにより、第1実施形態と同様の方法により求める
ことができる。図7は、このようにして求めた対応テー
ブルの一例を示し、横軸はσ(x1−x2)/σ (x
1)、縦軸はWSNR(重み付きSN比)を表し、回帰
曲線bがSN比の対応テーブルに相当する。ここに、*
はフィルタをかけた後であることを意味する。
【0030】図8は、該第2実施形態の実使用時のディ
ジタル伝送画像の客観品質評価装置の構成を示すブロッ
ク図である。図8の図5と同一の符号は、同一または同
等物を示す。
【0031】分散測定部11は第1のMPEG−2復号
化部23で復号された復号画にフィルタ32をかけた画
像の分散σ(x1)を測定する。一方、分散測定部1
2は、第1、第2のMPEG−2復号化部23、26で
復号された各復号画にフィルタ32、33をかけた画像
の差の分散σ(x1−x2) を測定する。該分散測
定部11、12で測定された分散σ(x1)とσ
(x1−x2) は、σ (x1−x2)/σ(x1)
演算部13に入力され、該σ(x1−x2)/σ
(x1)が演算される。次いで、該演算値を下に、前記対
応テーブルがアクセスされ、該演算値に対応するWSN
Rが求められる。このWSNRが、実際の伝送中の画像
の推定視覚特性重み付きSN比である。
【0032】本実施形態においても、第1実施形態と同
様に、実際の画像の伝送中に、原画を使用することな
く、受信画像の品質を評価することができるようにな
る。
【0033】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、複数経路による画像の多重化圧縮符号化伝送
において、2系統の受信画像だけを用いて、それらと原
画とのSN比、または視覚特性重み付きSN比を推定す
ることができるようになる。また、2系統の受信画像だ
けを用いて、受信画像の客観画質評価を高精度に行うこ
とができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理を説明するブロック図である。
【図2】 数式を表す図である。
【図3】 本発明の第1実施形態の対応テーブルを作成
する手段を示すブロック図である。
【図4】 対応テーブルの一例を示す図である。
【図5】 本発明の客観品質評価装置の一実施形態の構
成を示すブロック図である。
【図6】 本発明の第2実施形態の対応テーブルを作成
する手段を示すブロック図である。
【図7】 対応テーブルの他の例を示す図である。
【図8】 本発明の客観品質評価装置の第2実施形態の
構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1、4…符号化部、2、5…伝送路、3、6…復号化
部、7…減算器、11、12…分散測定部、13…σ
(x1−x2)/σ(x1)演算部、14…対応テーブ
ル、21、24…MPEG−2符号化部、23、26…
MPEG−2復号化部、31、32、33…フィルタ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数系統で伝送されるディジタル伝送画
    像の客観品質評価装置において、 前記複数系統のうちの一系統の受信画像の分散値を測定
    する手段と、 前記一系統と他の一系統の受信画像との差分信号の分散
    値を測定する手段と、 前記二つの分散値と、原画と受信画像のSN比との対応
    テーブルを保持する手段とを具備し、 前記二つの分散値を基に前記対応テーブルを参照するこ
    とにより、該受信画像の原画に対する品質を評価するよ
    うにしたことを特徴とするディジタル伝送画像の客観品
    質評価装置。
  2. 【請求項2】 複数系統で伝送されるディジタル伝送画
    像の客観品質評価装置において、 受信画像に視覚特性を表すフィルタをかけた、前記複数
    系統のうちの一系統の画像の分散値を測定する手段と、 前記一系統と他の一系統の画像にそれぞれ前記フィルタ
    をかけた画像同士の差分信号の分散値を測定する手段
    と、 前記二つの分散値と、視覚特性を表すフィルタをかけた
    原画と前記フィルタ後の画像のSN比との対応テーブル
    を保持する手段とを具備し、 前記二つの分散値を基に前記対応テーブルを参照するこ
    とにより、該受信画像の原画に対する品質を評価するよ
    うにしたことを特徴とするディジタル伝送画像の客観品
    質評価装置。
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