JP3835697B2 - 伝送画質監視装置 - Google Patents

Description

本発明は伝送画質監視装置に関し、特に、複数の伝送装置が縦列接続された伝送路の各地点において映像画質の特徴量を抽出し、これにより抽出した特徴量を比較することにより伝送路上の伝送画質を遠隔監視する伝送画質監視装置に関する。

映像を処理する複数の伝送装置が縦続接続された伝送路上の伝送画質を監視する場合、伝送路の各地点において映像画質の特徴量を抽出し、これにより抽出された特徴量を中央監視室に伝送して比較することにより伝送路上の伝送画質を一括して遠隔監視できる。

本発明者らは、伝送路上の伝送画質を監視するための伝送画質監視装置を特許文献１，２で提案した。この伝送画質監視装置は、映像をあるサイズのブロックに分割し、各ブロックの映像を直交変換することにより得られる変換係数のうちの任意の変換係数を抽出し、映像画質の特徴量としてて中央監視室へ伝送することを特徴としている。特に、この伝送画質監視装置が効果を発揮するのは、特許文献１，２に記載されているように、映像にスペクトル拡散を適用した後に直交変換して得られる変換係数を抽出して伝送する場合である。スペクトル拡散は、映像を構成する各画素の符号をランダムに変化させることにより実現される。
特開２００３−９１８６号公報 特開２００３−８７８２３号公報

上記特許文献１，２で提案した発明においては、任意に抽出される変換係数が統計的に見て全体を代表する傾向を強めるために、直交変換による変換係数、つまりスペクトルをスペクトル拡散を用いてランダム化している。この結果、映像画質の特徴量を低速回線を使用して中央監視室へ伝送できると共に高精度の伝送画質監視が可能となる。

本発明の目的は、スペクトル拡散を用いなくても高精度の伝送画質監視を可能とし、スペクトル拡散を併用した場合にはさらに高精度の伝送画質監視を可能とする伝送画質監視装置を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明は、複数の伝送装置の縦列接続からなる伝送路上の伝送画質を監視する伝送画質監視装置において、前記伝送路上の複数地点において映像画質の特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、前記特徴量抽出手段により抽出された特徴量を比較する比較手段を備え、前記特徴量抽出手段は、前記伝送路上の映像における画素の位置をランダムに入替える画素位置入れ替え手段と、前記画素位置入れ替え手段の出力における任意の画素を映像画質の特徴量として選択する選択手段を含む点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記特徴量抽出手段が、前記画素位置入れ替え手段の出力に対し直交変換をほどこす直交変換手段を含み、前記選択手段は、画素に代えて前記直交変換手段の出力における任意の係数を映像画質の特徴量として選択する点に第２の特徴がる。

また、本発明は、前記特徴量抽出手段が、前記画素位置入れ替え手段の出力に対しスペクトル拡散をほどこすスペクトル拡散手段を含み、前記選択手段は、前記スペクトル拡散手段の出力における任意の画素を映像画質の特徴量として選択する点に第３の特徴がある。

さらに、本発明は、前記比較手段が、中央監視室に設けられ、前記特徴量抽出手段により抽出された映像画質の特徴量は低速回線により前記中央監視室に伝送される点に第４の特徴がある。

本発明は、入力される映像における画素の位置をランダムに入れ替える、すなわち各画素の座標を１対１のランダム対応で変化させる画素位置入れ替え手段を備えるので、これにより入れ替えられた画素あるいはその直交変換後の変換係数を任意に選択することにより、スペクトル拡散された画素あるいはその直交変換後の変換係数を選択するのと同様の統計的効果を得ることができる。したがって、映像画質の特徴量を低速回線を使用して中央監視室へ伝送できると共に高精度の伝送画質監視が可能となる。

また、スペクトル拡散を併用すれば、任意に選択して画素あるいは変換係数が統計的に見て全体を代表する傾向がさらに強まるため、伝送画質監視の精度をさらに高めることができる。

まず、本発明の原理を説明する。通常、映像のスペクトルは低域に偏っている。このため、映像を直交変換するとその変換係数同士の相関は比較的大きくなる。特許文献１，２にあるように、映像を伝送する伝送路上の複数の地点における映像を白色化してから画素あるいは変換係数を映像画質の特徴量として抽出し、この特徴量を中央監視室に伝送して比較することにより、映像間の平均二乗誤差(MSE)を推定でき、少数の画素あるいは変換係数の伝送で高精度に伝送画質を監視できる。

特許文献１では、この白色化のためにＰＮ系列乗算手段を設け、映像信号に＋１と−１がランダムな系列を乗算することにより符号をランダムに変化させているが、本発明では、画素位置入れ替え手段を設け、映像における画素の位置をランダムに入れ替える、すなわち各画素の座標を１対１のランダム対応で変化させることにより、ＰＮ系列の乗算を行わずに映像の白色化を可能にする。以上が本発明の原理である。

以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明に係る伝送画質監視装置の第１実施形態を示すブロック図である。伝送路１は、複数の伝送装置の縦列接続からなる。伝送路１の送信側と受信側に特徴量抽出手段２、２′をそれぞれ設け、伝送路１上に伝送される映像から映像画質の特徴量を抽出する。特徴量抽出手段２、２′により抽出した特徴量を監視用回線３、３′により中央監視室４に伝送する。

送信側と受信側の特徴量抽出手段２、２′は同じであるので、以下では、送信側の特徴量抽出手段２を説明する。特徴量抽出手段２は、伝送路１から入力される映像に対しフィールド毎に以下の処理を行う。

まず、映像を帯域制限フィルタ５とサブサンプリング手段６を介して画素位置入れ替え手段７に入力する。帯域制限フィルタ５とサブサンプリング手段６は、必要に応じて設けられるものであり、必ずしも必要なものではない。

帯域制限フィルタ５は、例えば人間の視覚特性を模した時空間フィルタであり、これによるフィルタ処理により人間の視覚特性に合わせた重みつきで画質劣化を推定できるようになる。帯域制限フィルタ５としては２次元ディジタルフィルタを用いることができる。２次元デジタルフィルタを用いて人間の視覚特性に合わせたフィルタ処理を行うことは、例えば特開平７−３０７９２５号公報「画像の動き推定装置」に記載されている。

また、サブサンプリング手段６は、計算処理対象のデータを少なくして、計算の負荷を軽減するためのものである。フィルタ処理およびサブサンプリング処理については特許文献１，２に記載されているので、ここでの説明は省略する。

画素位置入れ替え手段７は、映像のフィールド画面内で各画素の位置をランダムに入れ替える。ただし、この入れ替え方は、送信側と受信側の画素位置入れ替え手段７、７′で一致させることが必要である。

説明を簡単にするために、画面サイズが横４ピクセル、縦３ラインであるとすると、画素位置の座標は、図２に示す１２箇所となる。これらの画素位置をランダムに入れ替えるとは、例えば図３に示すように画素位置を入れ替えることである。

以上のようにして画素位置を入れ替えた画素集合から任意の画素を選択し、これを映像画質の特徴量として中央監視室４に伝送してもよいが、本実施形態では、この画素集合を直交変換手段８に入力して任意サイズのブロック毎に直交変換を行なって変換係数を求め、さらに係数抽出手段９でブロック毎に任意の変換係数を抽出して映像画質の特徴量としている。

直交変換には、フーリエ変換(FFT)やウオッシュアダマール変換(WHT)を用いることができる。ＦＦＴは、周波数スペクトルの点からは最も物理的に正確な変換方法であり、任意の周波数成分を取り出す際に実数部と虚数部ではなく振幅値のみを取り出すようにすれば、中央監視室４へ伝送する情報量を低減できる。

また、ＷＨＴは、全ての演算が和演算または差演算であるため、ハードウエアで実現するにしてもソフトウエアで実現するにしても計算が簡単になるというメリットがある。

中央監視室４は、送信側および受信側特徴量抽出手段２、２′で抽出され、伝送されてきた映像の特徴量を比較し、送信側映像と受信側映像間の平均二乗誤差（MSE）を推定することにより伝送路１上の伝送画質を監視する。平均二乗誤差（MSE）の推定についても、特許文献１，２に詳しく記載されているので、詳細な説明は省略する。

以上のように、第１実施形態においては画素位置をランダムに入れ替えているので、少数の画素あるいは変換係数の抽出で高精度のＭＳＥ推定が可能となり、また、監視用回線３、３′として低速回線の使用が可能になる。

図４は、本発明に係る伝送画質監視装置の第２実施形態例を示すブロック図である。同図において、図１と同一または同等部分には同じ番号を付してある。第２実施形態は、画素位置入れ替え手段７に加えてＰＮ系列乗算手段４１を設け、両者で白色化を行う点で第１実施形態と異なっている。

第１実施形態と異なる点について説明すると、画素位置入れ替え手段６から出力される画素集合に対しＰＮ系列乗算手段４１でＰＮ系列を乗算する。これにより、画素位置入れ替え手段７から出力される画素集合における各画素の符号をランダムに変化させる。ＰＮ系列とその乗算については、特許文献１に記載されているので、詳細な説明は省略する。

以上のようにして画素位置を入れ替えると共にその符号をランダムに変化させた画素集合から任意の画素を選択し、これを映像画質の特徴量として中央監視室３に伝送してもよいが、本実施形態では、続いて以下の処理を行って映像画質の特徴量を抽出している。

まず、ＰＮ系列乗算手段４１の出力を直交変換手段４２に入力して任意サイズのブロック毎に直交変換を行なって変換係数を求める。次に、この変換係数をさらにＰＮ系列乗算手段４３に入力し、変換係数領域においてＰＮ系列を乗算することにより各変換係数の符号をランダムに変化させる。

次に、逆直交変換手段４４で逆直交変換を行なう。ここでの逆直交変換は、直交変換手段４２での直交変換の逆変換であり、直交変換手段４２での直交変換がＦＦＴの場合は逆ＦＦＴ、ＷＨＴの場合は逆ＷＨＴである。なお、ＷＨＴの場合、逆変換行列は順変換行列と同一となるため回路作成規模の削減が可能となる。

最後に、画素抽出手段４５は、先のブロック毎に任意数の画素を抽出し、これを映像画質の特徴量として中央監視室４へ送出する。中央監視室４では、第１実施形態と同様に、送信側映像と受信側映像間の平均二乗誤差（MSE）を推定することにより伝送路１上の伝送画質を監視する。

以上のように、第２実施形態においては、画素位置のランダム入れ替えに加えてＰＮ系列の乗算（符号のランダム変化）を行っているため、より有効に白色化（スペクトル拡散）を行うことができ、伝送路１上の伝送画質の監視をさらに高精度で行なうことができる。また、第２実施形態のように、変換係数領域での処理を含めてＰＮ系列の乗算を複数回行うことも白色化に効果的である。

なお、画素位置のランダム入れ替えを複数回行うようにしてもよい。例えば、ＰＮ系列乗算手段４１と直交変換手段４２の間でさらに画素位置のランダム入れ替えを行ってもよい。また、例えば直交変換手段４２とＰＮ系列乗算手段４３の間やＰＮ系列乗算手段４３と逆直交変換手段４４の間で変換係数領域において変換係数のランダム入れ替えを行うようにすることもできる。ただし、これら入れ替え方は、送信側と受信側で一致させることが必要である。さらに、画素位置の入れ替えや変換係数の入れ替えを複数回行うものでは、その途中の適宜の箇所の出力を選択して映像画質の特徴量を抽出するように構成すれば、要求される精度や処理負担を考慮した伝送画質監視が可能になる。

本発明に係る伝送画質監視装置の第１実施形態を示すブロック図である。 画素位置の座標（横４ピクセル、縦３ライン）を示す図である。 画素位置のランダム入れ替えの例を示す図である。 本発明に係る伝送画質監視装置の第２実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１・・・伝送路、２，２′・・・特徴量抽出手段、３，３′・・・監視用回線、４・・・中央監視室、５，５′・・・帯域制限フィルタ、６，６′・・・サブサンプリング手段、７，７′・・・画素入れ替え手段、８，８′，４２，４２′・・・直交変換手段、９，９′・・・係数抽出手段、４１，４１′４３，４３′・・・ＰＮ系列乗算手段、４４，４４′・・・逆直交変換手段、４５，４５′・・・画素抽出手段

Claims (4)

1. 複数の伝送装置の縦列接続からなる伝送路上の伝送画質を監視する伝送画質監視装置において、
   前記伝送路上の複数地点において映像画質の特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、
   前記特徴量抽出手段により抽出された特徴量を比較する比較手段を備え、
   前記特徴量抽出手段は、前記伝送路上の映像における画素の位置をランダムに入替える画素位置入れ替え手段と、前記画素位置入れ替え手段の出力における任意の画素を映像画質の特徴量として選択する選択手段を含むことを特徴とする伝送画質監視装置。
2. 前記特徴量抽出手段は、前記画素位置入れ替え手段の出力に対し直交変換をほどこす直交変換手段を含み、前記選択手段は、画素に代えて前記直交変換手段の出力における任意の係数を映像画質の特徴量として選択することを特徴とする請求項１に記載の伝送画質監視装置。
3. 前記特徴量抽出手段は、前記画素位置入れ替え手段の出力に対しスペクトル拡散をほどこすスペクトル拡散手段を含み、前記選択手段は、前記スペクトル拡散手段の出力における任意の画素を映像画質の特徴量として選択することを特徴とする請求項１に記載の伝送画質監視装置。
4. 前記比較手段は、中央監視室に設けられ、前記特徴量抽出手段により抽出された映像画質の特徴量は低速回線により前記中央監視室に伝送されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の伝送画質監視装置。

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