JP4408120B2 - 映像品質推定装置、方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
この種の映像通信サービスでは、映像メディアの転送効率を改善するため、映像メディアが持つ画素間あるいは画像間の自己相関性や人間の視覚特性を利用して、映像メディアを複数のフレームに符号化して転送するという符号化通信方式が用いられる。
従来、映像メディアの品質を推定する技術として、ITU−T SG12委員会の課題(Question)では、映像の輝度を考慮した映像品質推定技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
したがって、端末における映像メディアの再生状況による映像品質への影響を考慮して、これらコントラストと輝度をそれぞれどの程度に設定すると、どの程度の映像品質が得られるか、さらには各種端末や再生状況で映像メディアを再生する視聴者に対して、一定以上の映像品質が提供されているか、という具体的で有用な品質設計・管理指針を得ることができ、サービス提供に先立ったネットワークの品質設計やサービス開始後の品質管理に大いに役立てることができる。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる映像品質推定装置について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる映像品質推定装置の構成を示すブロック図である。
この映像品質推定装置1は、入力された情報を演算処理するコンピュータなどの情報処理装置からなり、複数のフレームに符号化した映像メディアを任意の端末へ通信網を介して送信する映像通信について、その映像メディアに関する推定条件を入力として、端末で再生された当該映像メディアから視聴者が実感する主観映像品質を示す実環境主観映像品質推定値を所定の推定モデルを用いて算出する。
次に、図1および図2を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる映像品質推定装置の構成について詳細に説明する。図2は、本発明の第1の実施の形態にかかる映像品質推定装置の推定モデル特定部の構成を示すブロック図である。
従来の品質評価においては、標準的な端末、つまり輝度やコントラストなどの端末要因が固定されている評価用端末によって、定められた標準信号の映像品質を評価する場合が多い。標準主観映像品質23は、評価対象となる映像メディアを上記評価環境で評価した際の主観映像品質であり、予め記憶部に記憶しておいてもよく、パラメータ取得部11により主パラメータ21と同時に推定条件10から取得してもよい。
最良映像品質算出手段12Bは、コントラスト−最良映像品質特性31Bを参照して、入力コントラスト21Bで再生された映像メディアの端末主観映像品質の最良値を示す最良映像品質α(co)(32B)を、推定モデル特定パラメータ32の1つとして算出する機能を有している。
これら、コントラスト−最適輝度特性31A、コントラスト−最良映像品質特性31B、およびコントラスト−映像品質劣化指標特性31Cは、推定モデル特定パラメータ導出特性31として予め用意され記憶部に記憶されている。
次に、図3を参照して、映像通信サービスにおける映像メディアの端末主観映像品質特性について説明する。図3は、映像通信サービスにおける映像メディアの輝度−端末主観映像品質特性を示すグラフである。図3において、横軸は輝度il(cd/m2)、縦軸は端末主観映像品質値MOS(il,co)(MOS値)を示し、コントラストcoごとの特性が示されている。
具体的には、輝度を高くするとディスプレイ内の明るさが増し映像品質が良くなるが、ある最適な輝度値より輝度を上げすぎると映像品質は低下する。また、コントラストが高くなるにつれて白い部分はより白く、黒い部分はより黒く表現されるが、色の色調は失われる。コントラストを低くすると暗い部分から明るい部分までの幅が広くなり、黒から白までの滑らかなトーン表現ができるが、コントラストを下げすぎるとぼやけた画像になってしまう。
本実施の形態は、このような端末主観映像品質特性の性質に着目して、推定モデル特定部12により、入力コントラスト21Bに基づいて映像メディアの輝度と端末主観映像品質との関係を示す推定モデル22を特定し、標準主観映像品質補正部13により、推定モデル特定部12で特定された推定モデル22を用いて入力輝度21Aに対応する端末主観映像品質を推定し、推定した端末主観映像品質に基づき標準主観映像品質23を補正して所望の実環境主観映像品質推定値24を得ている。
次に、推定モデル特定部12における推定モデル特定パラメータの導出について詳細に説明する。
推定モデル特定部12により、入力コントラスト21Bに基づいて映像メディアの輝度と端末主観映像品質との関係を示す推定モデル22を特定する場合、入力コントラスト21Bに対応する推定モデル特定パラメータとして、最適輝度32Aと最良映像品質32Bを導出する必要がある。
本実施の形態では、次のようなコントラスト−最適輝度特性31Aやコントラスト−最良映像品質特性31Bを推定モデル特定パラメータ導出特性31として予め用意しておき、これら特性を参照して、入力コントラスト21Bに対応する推定モデル特定パラメータ32を導出している。
図4は、このようなコントラスト−最適輝度特性を示すグラフである。図4において、横軸はコントラストco(比)、縦軸は最適輝度oil(co)(cd/m2)を示している。
図5は、このようなコントラスト−最良映像品質特性を示すグラフである。図5において、横軸はコントラストco(比)、縦軸は最良映像品質α(co)を示している。
なお、図5において、映像品質は、「1」を基準値として最大「5」までの値をとるMOS値で表されるのに対し、推定モデル22の関数として用いる最良映像品質α(co)の場合には「0」を基準値として最大「4」までの値をとるが、両者は基準値が違うだけでその尺度は実質的に同じものであり、以下では特に区別しない。
次に、推定モデル特定部12で用いる推定モデルとその特定方法について詳細に説明する。
推定モデル特定パラメータ32である最適輝度32Aと最良映像品質32Bを頂点とする凸型の特性を関数で表す場合、図6に示すようなガウス関数を利用できる。図6は、ガウス関数を示す説明図である。
ガウス関数は、頂点Pを最大値として左右に減衰する凸型を示す関数であり、その頂点Pのx座標と最大振幅を用いて関数式を表現できる。頂点Pのx座標をxcとし、最大振幅をAとし、y軸の基準値(最低値)をy0とし、凸型特性の開き幅を示す係数をωとした場合、任意の変数xに対する関数yの値は、次のような式(1)で求められる。
映像品質劣化指標ω(co)は、入力コントラスト21Bで再生された映像メディアに関する、その端末主観映像品質の最良値を示す最良映像品質32Bからの劣化度合いを示す指標であり、ガウス関数の係数ωに相当する。
次に、標準主観映像品質補正部13における標準主観映像品質の補正方法について詳細に説明する。
推定モデル特定部12で特定された推定モデル22を参照して、主パラメータ21の入力輝度21Aに対応する端末主観映像品質を推定し、推定された端末主観映像品質を用いて標準主観映像品質23を補正する場合、重回帰式を用いて推定された端末主観映像品質と標準主観映像品質の成分を合成することにより、精度良く所望の実環境主観映像品質推定値24を得ることができる。
次に、図9を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる映像品質推定装置の動作について説明する。図9は、本発明の第1の実施の形態にかかる映像品質推定装置の実環境主観映像品質推定処理を示すフローチャートである。
具体的には、まず、最適輝度算出手段12Aにより、コントラスト−最適輝度特性31Aを参照して、入力コントラストco(21B)に対応する最適輝度oil(co)(32A)を算出する(ステップ101)。
同様にして、推定モデル特定部12は、映像品質劣化指標算出手段12Cにより、コントラスト−映像品質劣化指標特性31Cを参照して、入力コントラストco(21B)に対応する映像品質劣化指標ω(co)(32C)を算出する(ステップ103)。
次に、標準主観映像品質補正部13は、推定した端末主観映像品質を用いて評価対象となる映像メディアに関する標準主観映像品質23を補正し、補正された主観映像品質を、端末で再生された映像メディアから視聴者が実感する実環境主観映像品質推定値24として出力し(ステップ106)、一連の実環境主観映像品質推定処理を終了する。
したがって、端末における映像メディアの再生状況による映像品質への影響を考慮して、これらコントラストと輝度をそれぞれどの程度に設定すると、どの程度の映像品質が得られるか、さらには各種端末や再生状況で映像メディアを再生する視聴者に対して、一定以上の映像品質が提供されているか、という具体的で有用な品質設計・管理指針を得ることができ、サービス提供に先立ったネットワークの品質設計やサービス開始後の品質管理に大いに役立てることができる。
このような推定モデル特定パラメータ情報を参照して、入力コントラスト21Bに対応する推定モデル特定パラメータ32を導出してもよい。
次に、図11および図12を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる映像品質推定装置について説明する。図11は、本発明の第2の実施の形態にかかる映像品質推定装置の構成を示すブロック図であり、前述した図1と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。図12は、本発明の第2の実施の形態にかかる映像品質推定装置の推定モデル特定部の構成を示すブロック図であり、前述した図2と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
係数取得部14は、記憶部(図示せず)の係数データベース(以下、係数DBという)26を参照して、パラメータ取得部11により推定条件10から取得された副パラメータ25に対応する特性係数27を取得する機能を有している。
再生性能パラメータ25Aの具体例としては、端末でのメディア再生機能に関する「ディスプレイ種別」、「モニタ解像度」などがある。副パラメータ25は、これらパラメータ例に限定されるものではなく、評価対象となる映像通信サービスや映像メディアの内容に応じて任意に取捨選択すればよく、少なくとも再生性能パラメータ25Aが含まれていればよい。
推定モデル特定部12は、係数取得部14で取得された特性係数27により特定された推定モデル特定パラメータ導出特性31、すなわちコントラスト−最適輝度特性31A、コントラスト−最良映像品質特性31B、およびコントラスト−映像品質劣化指標特性31Cを特定する。
次に、推定モデル特定部12で用いる推定モデル特定パラメータ導出特性31について詳細に説明する。
推定モデル特定パラメータ導出特性31は、係数取得部14により係数DB26から取得される特性係数27を用いてそれぞれ次のようにモデル化することができる。
したがって、変数xを映像メディアのコントラストcoとし、関数値yを最良映像品質α(co)とし、頂点Pの変数xcを係数eとし、最大振幅Aを係数eとし、y0を「0ゼロ」とし、係数ωを係数fとした場合、コントラスト−最良映像品質特性31Bは、次の式(5)で表すことができる。
次に、図14を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる映像品質推定装置の動作について説明する。図14は、本発明の第2の実施の形態にかかる映像品質推定装置の実環境主観映像品質推定処理を示すフローチャートであり、前述した図9と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
これに応じて推定モデル特定部12は、最良映像品質算出手段12Bにより、特性係数27のうち係数a,b,cにより特定されるコントラスト−最適輝度特性31Aを参照して、入力コントラストco(21B)に対応する最適輝度oil(co)(32A)を算出する(ステップ101)。
同様にして、推定モデル特定部12は、映像品質劣化指標算出手段12Cにより、特性係数27のうち係数g,hにより特定されるコントラスト−映像品質劣化指標特性31Cを参照して、入力コントラストco(21B)に対応する映像品質劣化指標ω(co)(32C)を算出する(ステップ103)。
次に、標準主観映像品質補正部13は、推定した端末主観映像品質を用いて評価対象となる映像メディアに関する標準主観映像品質23を補正し、補正された主観映像品質を、端末で再生された映像メディアから視聴者が実感する実環境主観映像品質推定値24として出力し(ステップ106)、一連の実環境主観映像品質推定処理を終了する。
以上の各実施の形態では、ガウス関数を用いて推定モデル22をモデル化した場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、二次関数や高次関数などの他の関数を用いてもよい。また、推定モデル22が関数でモデル化されている場合を例として説明したが、関数以外の他のモデル、例えばニューラルネットワークや事例ベースなど、入出力特性のみが特定されるようなブラックボックスモデルであってもよい。
Claims (11)
- 複数のフレームに符号化した映像メディアを任意の端末へ通信網を介して送信する映像通信について、前記端末で再生された当該映像メディアから視聴者が実感する主観映像品質を示す実環境主観映像品質推定値を所定の推定モデルを用いて算出する映像品質推定装置であって、
前記映像メディアを標準的な端末および再生状況で再生した際の主観映像品質を示す標準主観映像品質を記憶する記憶部と、
前記端末における前記映像メディア再生時の輝度を示す入力輝度と前記再生時のコントラストを示す入力コントラストを主パラメータとして取得するパラメータ取得部と、
前記入力コントラストに基づいて前記映像メディア再生時の輝度とそのときの再生状況で再生した際の主観映像品質を示す端末主観映像品質との関係を示す推定モデルを特定する推定モデル特定部と、
特定された前記推定モデルから求めた前記入力輝度に対応する端末主観映像品質により前記記憶部の前記標準主観映像品質を補正し前記実環主観境映像品質推定値として出力する標準主観映像品質補正部と
を備えることを特徴とする映像品質推定装置。 - 請求項1に記載の映像品質推定装置において、
前記推定モデル特定部は、前記入力コントラストで再生された前記映像メディアの端末主観映像品質が最良となる輝度を示す最適輝度を算出する最適輝度算出手段と、前記入力コントラストで再生された前記映像メディアの端末主観映像品質の最良値を示す最良映像品質を算出する最良映像品質算出手段とを備え、前記最適輝度および前記最良映像品質を含む推定モデル特定パラメータに基づいて前記推定モデルを特定することを特徴とする映像品質推定装置。 - 請求項2に記載の映像品質推定装置において、
前記推定モデル特定部は、前記入力コントラストで再生された前記映像メディアに関する、その最良映像品質からの劣化度合いを示す映像品質劣化指標を算出する映像品質劣化指標算出手段をさらに備え、前記最適輝度、前記最良映像品質、および前記映像品質劣化指標を含む推定モデル特定パラメータに基づいて前記推定モデルを特定することを特徴とする映像品質推定装置。 - 請求項2に記載の映像品質推定装置において、
前記推定モデル特定部は、前記映像メディアのコントラストが前記入力コントラストで一定の場合に、前記最適輝度における前記最良映像品質を頂点として凸型をなす輝度−映像品質特性を前記推定モデルとして特定することを特徴とする映像品質推定装置。 - 請求項4に記載の映像品質推定装置において、
前記推定モデル特定部は、前記輝度−映像品質特性として、前記最適輝度における前記最良映像品質を頂点として凸型をなすガウス関数を用いることを特徴とする映像品質推定装置。 - 請求項2に記載の映像品質推定装置において、
前記最適輝度算出手段は、前記コントラストの増加に応じて前記最適輝度が単調増加するコントラスト−最適輝度特性に基づいて、前記入力コントラストに対応する最適輝度を算出することを特徴とする映像品質推定装置。 - 請求項2に記載の映像品質推定装置において、
前記最良映像品質算出手段は、前記コントラストの増加に応じて前記最良映像品質が単調増加して所定の最良映像品質最大値に達し、前記コントラストのさらなる増加に応じて前記最良映像品質が単調減少する凸型のコントラスト−最良映像品質特性に基づいて、前記入力コントラストに対応する最良映像品質を算出することを特徴とする映像品質推定装置。 - 請求項3に記載の映像品質推定装置において、
前記映像品質劣化指標算出手段は、前記コントラストの増加に応じて前記映像品質劣化指標が単調減少するコントラスト−映像品質劣化指標特性に基づいて、前記入力コントラストに対応する映像品質劣化指標を算出することを特徴とする映像品質推定装置。 - 請求項2に記載の映像品質推定装置において、
前記端末における前記映像メディアの再生性能を示す再生性能パラメータを含む副パラメータと前記推定モデル特定パラメータの導出に用いる特性係数との対応関係を記憶する記憶部と、前記記憶部を参照して前記パラメータ取得部で取得された副パラメータに対応する特性係数を取得する係数取得部とをさらに備え、
前記推定モデル特定部は、前記特性係数により特定される、コントラストと任意の推定モデル特定パラメータとの関係を示す推定モデル特定パラメータ導出特性に基づいて、前記入力コントラストに対応する当該推定モデル特定パラメータを算出する
ことを特徴とする映像品質推定装置。 - 複数のフレームに符号化した映像メディアを任意の端末へ通信網を介して送信する映像通信について、前記端末で再生された当該映像メディアから視聴者が実感する主観映像品質を示す実環境主観映像品質推定値を所定の推定モデルを用いて算出する映像品質推定装置で用いられる映像品質推定方法であって、
記憶部により、前記映像メディアを標準的な端末および再生状況で再生した際の主観映像品質を示す標準主観映像品質を記憶する記憶ステップと、
パラメータ取得部により、前記端末における前記映像メディア再生時の輝度を示す入力輝度と前記再生時のコントラストを示す入力コントラストを主パラメータとして取得するパラメータ取得ステップと、
推定モデル特定部により、前記入力コントラストに基づいて前記映像メディア再生時の輝度とそのときの再生状況で再生した際の主観映像品質を示す端末主観映像品質との関係を示す推定モデルを特定する推定モデル特定ステップと、
標準主観映像品質補正部により、特定された前記推定モデルから求めた前記入力輝度に対応する端末主観映像品質により前記記憶部の前記標準主観映像品質を補正し前記実環境主観映像品質推定値として出力する映像品質推定ステップと
を備えることを特徴とする映像品質推定方法。 - 複数のフレームに符号化した映像メディアを任意の端末へ通信網を介して送信する映像通信について、前記端末で再生された当該映像メディアから視聴者が実感する主観映像品質を示す実環境主観映像品質推定値を所定の推定モデルを用いて算出する映像品質推定装置のコンピュータに、
記憶部により、前記映像メディアを標準的な端末および再生状況で再生した際の主観映像品質を示す標準主観映像品質を記憶する記憶ステップと、
パラメータ取得部により、前記端末における前記映像メディア再生時の輝度を示す入力輝度と前記再生時のコントラストを示す入力コントラストを主パラメータとして取得するパラメータ取得ステップと、
推定モデル特定部により、前記入力コントラストに基づいて前記映像メディア再生時の輝度とそのときの再生状況で再生した際の主観映像品質を示す端末主観映像品質との関係を示す推定モデルを特定する推定モデル特定ステップと、
標準主観映像品質補正部により、特定された前記推定モデルから求めた前記入力輝度に対応する端末主観映像品質により前記記憶部の前記標準主観映像品質を補正し前記実環境主観映像品質推定値として出力する映像品質推定ステップと
を実行させるプログラム。
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JP2006130095A JP4408120B2 (ja) | 2006-05-09 | 2006-05-09 | 映像品質推定装置、方法、およびプログラム |
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