JP4861371B2 - Video quality estimation apparatus, method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、通信品質推定技術に関し、特にインターネットなどのIPネットワークを経由して行う、IPTVサービス、映像配信サービス、映像コミュニケーションサービスなどの映像通信に関する品質を推定する技術に関する。 The present invention relates to a communication quality estimation technique, and more particularly to a technique for estimating quality related to video communication such as an IPTV service, a video distribution service, and a video communication service performed via an IP network such as the Internet.
インターネットへ接続するアクセス回線の高速化・広帯域化に伴い、音声や映像を用いた映像通信サービスが期待されている。インターネットは必ずしも通信品質が保証されているネットワークではないため、音声や映像の通信を行う場合、ユーザ間を結ぶネットワークの回線帯域が狭かったり、回線が輻輳したりすると、音声や映像に対してユーザが知覚する品質、すなわちユーザ体感品質(QoE:Quality of Experience)が劣化してしまう。具体的には、映像に品質劣化が加わると、ぼけ、にじみ、モザイク状の歪み、ぎくしゃく感などとして知覚される。
したがって、このような映像通信サービスを品質良く提供するためには、サービス提供に先立った品質設計やサービス開始後の品質管理が重要となり、このためには、ユーザが享受する品質を適切に表現でき、しかも簡便かつ効率的な映像品質評価技術が必要となる。
Along with the increase in speed and bandwidth of access lines connected to the Internet, video communication services using audio and video are expected. Since the Internet is not necessarily a network where communication quality is guaranteed, when performing voice and video communications, if the bandwidth of the network connecting users is narrow or the line is congested, users will be able to respond to voice and video. Perceived by the user, that is, the quality of experience (QoE) of the user deteriorates. Specifically, when quality degradation is added to a video, it is perceived as blurring, blurring, mosaic distortion, jerky feeling, or the like.
Therefore, in order to provide such a video communication service with high quality, quality design prior to service provision and quality management after service start are important. For this purpose, the quality enjoyed by the user can be expressed appropriately. In addition, a simple and efficient video quality evaluation technique is required.
上記映像品質評価技術として、パケット損失したフレームとそのフレームを参照するフレームからなる無効フレームの総量に基づいて、映像の劣化量を推定する映像品質推定技術が提案されている(特許文献1など参照)。しかしながら、上記技術は、映像コンテンツの依存性を考慮せず、フレーム構造のみから映像品質を推定しているため、適切に映像品質を推定することができない。
一般に、無効フレーム数が同じであっても、映像の動き量が大きいほど、ユーザが知覚する品質劣化は大きくなるという傾向がある。したがって、映像の動き量を考慮しない場合には、例えば、映像Aと映像Bのフレームが同数フレーム損失した場合、映像Aは動きが小さいため品質劣化として検知されにくいが、映像Bは動きが大きいため品質劣化として検知されやすい、といった現象を映像品質に反映させることができない。
As the video quality evaluation technique, there has been proposed a video quality estimation technique for estimating a video degradation amount based on the total amount of invalid frames including a packet loss frame and a frame that refers to the frame (see
In general, even if the number of invalid frames is the same, the greater the amount of motion of the video, the greater the quality degradation perceived by the user. Therefore, when the amount of motion of the video is not taken into account, for example, when the same number of frames of the video A and the video B are lost, the video A is less likely to be detected as quality degradation because the motion is small, but the video B has a large motion Therefore, the phenomenon that it is easily detected as quality degradation cannot be reflected in the video quality.
従来、このような映像品質評価技術に対して、品質推定の対象となる映像の動き量を予め算出しておき、この動き量と無効フレームとから映像品質を推定する技術が提案されている(特許文献2など参照)。 Conventionally, with respect to such a video quality evaluation technique, a technique has been proposed in which a motion amount of a video to be subjected to quality estimation is calculated in advance, and video quality is estimated from the motion amount and an invalid frame ( (See Patent Document 2).
しかしながら、このような従来技術では、映像品質推定に用いる映像の動き量として、隣接する2つのフレームの画素値をそれぞれ比較して算出する、Temporal Index(例えば非特許文献1など参照)などの指標値を用いているため、指標値を算出するために膨大な処理負担が必要となる。このため、映像の動き量を予め算出している場合のみ、映像の動き量の影響を考慮した映像品質を推定することができ、映像の動き量が予めわからない大多数の映像については、映像の動き量の影響を考慮した映像品質をリアルタイムで推定することができないという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、映像の動き量を考慮した映像品質値を少ない処理負担で算出できる映像品質推定装置を提供することを目的としている。
However, in such a conventional technique, an index such as Temporal Index (for example, refer to Non-Patent
An object of the present invention is to provide a video quality estimation apparatus capable of calculating a video quality value in consideration of a video motion amount with a small processing load.
このような目的を達成するために、本発明にかかる映像品質推定装置は、フレーム内およびフレーム間予測符号化方式に基づき対象映像を複数のフレームに圧縮符号化してIPパケットで送信する対象映像通信の映像品質を推定する映像品質推定装置であって、入力されたIPパケットを分析して、対象映像通信の映像品質に関する各種品質パラメータと、圧縮符号化の量子化ステップ幅に関する量子化パラメータとを抽出するIPパケット分析部と、品質パラメータに基づいて、パケット損失のあったフレームと復号時に当該フレームのパケット損失の影響を受ける他のフレームとからなる無効フレームの数を算出する無効フレーム数算出部と、品質パラメータに基づいて、圧縮符号化による映像劣化のみを考慮した、対象映像通信の符号化映像品質値を算出する符号化映像品質算出部と、品質推定区間に対応する対象映像通信の各フレームに関する量子化パラメータの平均値を算出する平均量子化パラメータ算出部と、対象映像通信の量子化パラメータを代表する代表量子化パラメータを算出する代表量子化パラメータ算出部と、平均量子化パラメータと代表量子化パラメータとに基づいて、対象フレーム間での映像の動き量を示すパケット損失変化指標を算出するパケット損失変化指標算出部と、符号化映像品質値、無効フレーム数、およびパケット損失変化指標に基づいて、対象映像通信の映像品質値を算出する映像品質算出部とを備えている。 In order to achieve such an object, the video quality estimation apparatus according to the present invention compresses and encodes a target video into a plurality of frames based on an intra-frame and inter-frame predictive encoding scheme and transmits the target video as IP packets. A video quality estimation apparatus for estimating video quality of a video, analyzing an input IP packet, and obtaining various quality parameters related to video quality of target video communication and quantization parameters related to a quantization step width of compression coding. An IP packet analysis unit to be extracted, and an invalid frame number calculation unit that calculates the number of invalid frames including a frame having a packet loss and another frame that is affected by the packet loss of the frame at the time of decoding based on the quality parameter And the target video communication code considering only video degradation due to compression coding based on the quality parameter. An encoded video quality calculation unit that calculates a video quality value, an average quantization parameter calculation unit that calculates an average value of quantization parameters for each frame of the target video communication corresponding to the quality estimation interval, and quantization of the target video communication Based on the representative quantization parameter calculation unit that calculates the representative quantization parameter that represents the parameter, and the average quantization parameter and the representative quantization parameter, a packet loss change index that indicates the amount of motion of the video between the target frames is calculated. And a video quality calculation unit that calculates the video quality value of the target video communication based on the encoded video quality value, the number of invalid frames, and the packet loss change index.
この際、パケット損失変化指標算出部で、平均量子化パラメータと代表量子化パラメータとの差分を示す差分量子化パラメータの増加に応じてパケット損失変化指標が単調減少する特性を示す関数に基づいて、パケット損失変化指標を算出するようにしてもよい。 At this time, in the packet loss change index calculation unit, based on the function indicating the characteristic that the packet loss change index monotonously decreases in accordance with the increase of the difference quantization parameter indicating the difference between the average quantization parameter and the representative quantization parameter, A packet loss change index may be calculated.
また、代表量子化パラメータ算出部で、符号化レートの増加に応じて量子化パラメータが単調減少する特性を示す関数に基づいて、品質パラメータに含まれる符号化レートに対応する量子化パラメータを代表量子化パラメータとして算出するようにしてもよい。 Further, the representative quantization parameter calculation unit calculates the quantization parameter corresponding to the coding rate included in the quality parameter based on a function indicating the characteristic that the quantization parameter monotonously decreases as the coding rate increases. It may be calculated as a parameter.
また、映像品質算出部で、無効フレーム数が0のとき符号化映像品質値を映像品質値の最大値とし、無効フレーム数の増加に応じて映像品質値が単調減少する特性を示す関数に基づいて、符号化映像品質値、無効フレーム数、およびパケット損失変化指標に対応する映像品質値を算出するようにしてもよい。 Further, the video quality calculation unit sets the encoded video quality value as the maximum video quality value when the number of invalid frames is 0, and is based on a function indicating a characteristic that the video quality value monotonously decreases as the number of invalid frames increases. Thus, the video quality value corresponding to the encoded video quality value, the number of invalid frames, and the packet loss change index may be calculated.
また、本発明にかかる映像品質推定方法は、フレーム内およびフレーム間予測符号化方式に基づき対象映像を複数のフレームに圧縮符号化してIPパケットで送信する対象映像通信の映像品質を推定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、IPパケット分析部が、入力されたIPパケットを分析して、対象映像通信の映像品質に関する各種品質パラメータと、圧縮符号化の量子化ステップ幅に関する量子化パラメータとを抽出するIPパケット分析ステップと、無効フレーム数算出部が、品質パラメータに基づいて、パケット損失のあったフレームと復号時に当該フレームのパケット損失の影響を受ける他のフレームとからなる無効フレームの数を算出する無効フレーム数算出ステップと、符号化映像品質算出部が、品質パラメータに基づいて、圧縮符号化による映像劣化のみを考慮した、対象映像通信の符号化映像品質値を算出する符号化映像品質算出ステップと、平均量子化パラメータ算出部が、品質推定区間に対応する対象映像通信の各フレームに関する量子化パラメータの平均値を算出する平均量子化パラメータ算出ステップと、代表量子化パラメータ算出部が、対象映像通信の量子化パラメータを代表する代表量子化パラメータを算出する代表量子化パラメータ算出ステップと、パケット損失変化指標算出部が、平均量子化パラメータと代表量子化パラメータとに基づいて、対象フレーム間での映像の動き量を示すパケット損失変化指標を算出するパケット損失変化指標算出ステップと、映像品質算出部が、符号化映像品質値、無効フレーム数、およびパケット損失変化指標に基づいて、対象映像通信の映像品質値を算出する映像品質算出ステップとを備えている。 In addition, the video quality estimation method according to the present invention is a video quality estimation method for video quality of target video communication in which a target video is compressed and encoded into a plurality of frames based on an intra-frame and inter-frame predictive coding scheme and transmitted in IP packets A video quality estimation method used in an estimation apparatus, in which an IP packet analysis unit analyzes an input IP packet and relates to various quality parameters related to video quality of target video communication and a quantization step width of compression coding The IP packet analyzing step for extracting the quantization parameter, and the invalid frame number calculation unit, based on the quality parameter, are composed of a frame having a packet loss and another frame that is affected by the packet loss of the frame at the time of decoding. An invalid frame number calculating step for calculating the number of invalid frames, and an encoded video quality calculating unit, An encoded video quality calculation step for calculating the encoded video quality value of the target video communication considering only video degradation due to compression encoding based on the quality parameter, and an average quantization parameter calculation unit correspond to the quality estimation section An average quantization parameter calculating step for calculating an average value of quantization parameters for each frame of the target video communication, and a representative quantization parameter calculation unit calculates a representative quantization parameter representative of the quantization parameter of the target video communication Packet loss for which a representative quantization parameter calculation step and a packet loss change index calculation unit calculate a packet loss change index indicating a motion amount of video between target frames based on the average quantization parameter and the representative quantization parameter The change index calculation step and the video quality calculation unit include an encoded video quality value, the number of invalid frames, And based on the packet loss variation index, and a video quality calculation step of calculating an image quality value of the target video communication.
また、本発明にかかるプログラムは、フレーム内およびフレーム間予測符号化方式に基づき対象映像を複数のフレームに圧縮符号化してIPパケットで送信する対象映像通信の映像品質を推定する映像品質推定装置のコンピュータに、IPパケット分析部が、入力されたIPパケットを分析して、対象映像通信の映像品質に関する各種品質パラメータと、圧縮符号化の量子化ステップ幅に関する量子化パラメータとを抽出するIPパケット分析ステップと、無効フレーム数算出部が、品質パラメータに基づいて、パケット損失のあったフレームと復号時に当該フレームのパケット損失の影響を受ける他のフレームとからなる無効フレームの数を算出する無効フレーム数算出ステップと、符号化映像品質算出部が、品質パラメータに基づいて、圧縮符号化による映像劣化のみを考慮した、対象映像通信の符号化映像品質値を算出する符号化映像品質算出ステップと、平均量子化パラメータ算出部が、品質推定区間に対応する対象映像通信の各フレームに関する量子化パラメータの平均値を算出する平均量子化パラメータ算出ステップと、代表量子化パラメータ算出部が、対象映像通信の量子化パラメータを代表する代表量子化パラメータを算出する代表量子化パラメータ算出ステップと、パケット損失変化指標算出部が、平均量子化パラメータと代表量子化パラメータとに基づいて、対象フレーム間での映像の動き量を示すパケット損失変化指標を算出するパケット損失変化指標算出ステップと、映像品質算出部が、符号化映像品質値、無効フレーム数、およびパケット損失変化指標に基づいて、対象映像通信の映像品質値を算出する映像品質算出ステップとを実行させる。 In addition, a program according to the present invention is a video quality estimation apparatus that estimates video quality of target video communication that is compressed and encoded into a plurality of frames based on an intra-frame and inter-frame predictive coding scheme and is transmitted as an IP packet. An IP packet analysis unit that analyzes an input IP packet and extracts various quality parameters related to video quality of target video communication and quantization parameters related to a quantization step width of compression coding in a computer The number of invalid frames for which the invalid frame number calculation unit calculates the number of invalid frames including a frame having a packet loss and another frame that is affected by the packet loss of the frame at the time of decoding based on the quality parameter. The calculation step and the encoded video quality calculation unit, based on the quality parameter, An encoded video quality calculation step for calculating the encoded video quality value of the target video communication considering only video degradation due to the reduced encoding, and an average quantization parameter calculation unit for each of the target video communication corresponding to the quality estimation section Average quantization parameter calculation step for calculating an average value of quantization parameters related to the frame, and representative quantization parameter calculation step for the representative quantization parameter calculation unit to calculate a representative quantization parameter representing the quantization parameter of the target video communication A packet loss change index calculating unit that calculates a packet loss change index indicating the amount of motion of video between the target frames based on the average quantization parameter and the representative quantization parameter; and The video quality calculation unit displays the encoded video quality value, the number of invalid frames, and the packet loss change index. Based on, to perform the image quality calculation step of calculating an image quality value of the target video communication.
本発明によれば、映像の動きを示すパケット損失変化指標を、隣接する2つのフレームの画素値を演算処理することなく、対象映像通信の各フレームに記載されている量子化パラメータから算出することができる。したがって、映像の動き量を考慮した映像品質値を少ない処理負担で算出でき、映像の動き量が予めわからない大多数の映像についても、映像の動き量の影響を考慮した映像品質をリアルタイムで推定することができる。 According to the present invention, the packet loss change index indicating the motion of the video is calculated from the quantization parameter described in each frame of the target video communication without calculating the pixel values of the two adjacent frames. Can do. Therefore, it is possible to calculate the video quality value considering the motion amount of the video with a small processing load, and even for the majority of the videos whose motion amount of the video is not known in advance, the video quality considering the effect of the motion amount of the video is estimated in real time. be able to.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[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。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the video quality estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the video quality estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention.
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信号をフレーム内およびフレーム間予測符号化方式に基づき圧縮符号化した後、通信端末2Aから通信端末2B端末へ、インターネットなどのIPネットワーク3を介してIPパケットで送信する映像通信について、その映像通信のIPパケットを入力として、通信端末2Bで復号されて再生された当該映像から視聴者が実感する主観映像品質の推定値を映像個別品質として算出する装置である。
The video
この映像品質推定装置1には、主な機能部として、演算処理部10、記憶部20、通信インターフェース部(以下、通信I/F部という)31、操作入力部32、画面表示部33が設けられている。また、演算処理部10には、主な処理部として、IPパケット分析部11、無効フレーム数算出部12、符号化映像品質算出部13、代表量子化パラメータ算出部14、平均量子化パラメータ算出部15、パケット損失変化指標算出部16、および映像品質推定部17が設けられている。
The video
[発明の原理]
一般に、フレーム内およびフレーム間予測符号化方式に基づき映像を複数のフレームに圧縮符号化してIPパケットで送信する映像通信では、IPパケットが損失した際、損失IPパケットが含まれるフレームに品質劣化が生じるとともに、当該フレームを用いてフレーム間予測符号化方式で符号化された他のフレームに、その品質劣化が伝搬する。
この際、映像の品質劣化には、ユーザが品質劣化を知覚しやすい劣化と知覚しにくい劣化があり、このようなユーザによる映像品質の主観評価に対する影響度は、映像の動き量に応じて変化する。
[Principle of the Invention]
In general, in video communication in which video is compressed and encoded into a plurality of frames based on intra-frame and inter-frame predictive coding and transmitted as IP packets, when an IP packet is lost, the quality of the frame including the lost IP packet is degraded. At the same time, the quality degradation propagates to other frames encoded by the inter-frame predictive encoding method using the frame.
At this time, image quality degradation includes degradation that is easy for the user to perceive quality degradation and degradation that is difficult for the user to perceive, and the degree of influence of the video quality on the subjective evaluation by the user varies according to the amount of motion of the video. To do.
図2は、映像の動き量と無効フレーム数−主観評価値特性との関係を示す説明図である。図2に示すように、無効フレーム数IFと主観評価値V(MOS)の関係は、特性51に示すように、動き量が小さいほど無効フレーム数IFの増加に対する主観評価値Vの劣化が小さく、特性52に示すように、動き量が大きいほど無効フレーム数IFの増加に対する主観評価値Vの劣化は大きくなる。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the amount of motion of video and the number of invalid frames-subjective evaluation value characteristics. As shown in FIG. 2, the relationship between the number of invalid frames IF and the subjective evaluation value V (MOS) is, as shown by the
映像品質推定において映像の動き量を考慮しない場合、これら無効フレーム数IFと主観評価値Vの関係を示す各プロットが、特性53に示すように、すべて一元的に捉えられるため、推定した映像品質値Vと実際の主観評価値Vとの誤差は大きい。したがって、品質推定対象となる対象映像通信から、当該対象映像の動き量を算出して、無効フレーム数−主観評価値特性を特定すれば、無効フレーム数IFから映像の動き量を考慮した映像品質値Vを精度良く推定することが可能となる。
When the amount of motion of the video is not taken into account in the video quality estimation, all the plots indicating the relationship between the number of invalid frames IF and the subjective evaluation value V are grasped in a unified manner as shown in the
一方、MPEG2やH.264などのフレーム内およびフレーム間予測符号化方式を用いた映像通信では、映像をI,B,Pフレームなどのフレームに符号化することにより映像情報を圧縮する。
この際、動き量が大きい映像については、Iフレームの精細度を低くする代わりに、Iフレームの間に送信されるBフレームやPフレームの精細度を高くして、映像全体の品質を高めるように圧縮符号化処理が制御される。
On the other hand, MPEG2 and H.264. In video communication using intra-frame and inter-frame predictive encoding schemes such as H.264, video information is compressed by encoding the video into frames such as I, B, and P frames.
At this time, for a video with a large amount of motion, instead of reducing the definition of the I frame, the definition of the B frame or the P frame transmitted between the I frames is increased to improve the quality of the entire video. The compression encoding process is controlled.
また、動き量が小さい映像については、Iフレームの精細度を高くする代わりに、Iフレームの間に送信されるBフレームやPフレームの精細度を低く制御される。
したがって、動き量が大きい映像ほど、Iフレームの情報量が低下する代わりに、BフレームやPフレームの情報量が増大する。また、動き量が小さい映像ほど、Iフレームの情報量が増大する代わりに、BフレームやPフレームの情報量が低下する。
In addition, for a video with a small amount of motion, instead of increasing the definition of the I frame, the definition of the B frame or the P frame transmitted during the I frame is controlled to be low.
Therefore, as the amount of motion increases, the information amount of the B frame and the P frame increases instead of the decrease of the information amount of the I frame. In addition, the smaller the amount of motion, the lower the information amount of the B frame and the P frame, instead of the increase of the information amount of the I frame.
本発明では、このようなIフレームの情報量と映像の動き量との関係に着目し、Iフレームの情報量から映像の動き量に応じたパケット損失の変化を示すパケット損失変化指標Dを導出し、この指標および無効フレーム数に基づいて、映像の動き量を考慮した映像品質を推定している。 In the present invention, paying attention to the relationship between the information amount of the I frame and the motion amount of the video, the packet loss change index D indicating the change of the packet loss corresponding to the motion amount of the video is derived from the information amount of the I frame. Then, based on this index and the number of invalid frames, the video quality is estimated in consideration of the video motion amount.
また、本発明では、対象映像の圧縮符号化の際に用いる量子化ステップ幅に関する量子化パラメータが、各フレームの情報量と相関があることに着目し、この量子化パラメータからパケット損失変化指標Dを導出している。
この際、量子化パラメータは、映像通信の種類に応じてその値にばらつきがあることから、対象映像通信と同種の映像通信に関する代表量子化パラメータQPtと、対象映像通信から算出した平均量子化パラメータQPとの差分を示す差分量子化パラメータΔQPを中間パラメータとして用いている。
Also, in the present invention, focusing on the fact that the quantization parameter related to the quantization step width used in the compression encoding of the target video has a correlation with the information amount of each frame, the packet loss change index D is determined from this quantization parameter. Is derived.
At this time, since the quantization parameter varies in value depending on the type of video communication, the representative quantization parameter QPt related to the same type of video communication as the target video communication and the average quantization parameter calculated from the target video communication A differential quantization parameter ΔQP indicating a difference from QP is used as an intermediate parameter.
図3は、パケット損失変化指標算出特性を示す説明図である。パケット損失変化指標特性は、差分量子化パラメータΔQPとパケット損失変化指標Dとの関係を示す特性であり、図3にような線形関数などの近似関数で表すことができる。本発明では、近似関数を特定する係数を、映像通信の種類ごとに予め算出しておき、対象映像通信から算出した差分量子化パラメータΔQPに基づいて、パケット損失変化指標Dを算出している。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing packet loss change index calculation characteristics. The packet loss change index characteristic is a characteristic indicating the relationship between the differential quantization parameter ΔQP and the packet loss change index D, and can be represented by an approximate function such as a linear function as shown in FIG. In the present invention, a coefficient for specifying an approximate function is calculated in advance for each type of video communication, and the packet loss change index D is calculated based on the differential quantization parameter ΔQP calculated from the target video communication.
[第1の実施の形態の構成]
次に、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の構成について詳細に説明する。
図1の映像品質推定装置1において、通信I/F部31は、専用の通信回路部からなり、IPネットワーク3を介してIPパケットを送受信することにより任意の通信端末とデータ通信を行う機能と、IPネットワーク3を介して通信端末2A,2B間でやり取りされる映像通信用のIPパケットを受信する機能とを有している。
[Configuration of First Embodiment]
Next, the configuration of the video quality estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
In the video
操作入力部32は、キーボードやマウスなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して演算処理部10へ出力する機能を有している。
画面表示部33は、LCDやPDPなどの画面表示装置からなり、演算処理部10からの指示に応じて操作メニューや映像品質推定値などを画面表示する機能を有している。
The
The
記憶部20は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置からなり、演算処理部10での映像品質推定処理に用いる各種処理情報やプログラム29を記憶する機能を有している。
プログラム29は、演算処理部10により読み出されて実行されることにより、映像品質推定処理に必要な各種処理部を実現するプログラムであり、通信I/F部31などの入出力インターフェース部を介して外部装置(図示せず)や記録媒体から読み込まれて記憶部20に予め保存されている。
The
The
記憶部20で記憶する主な処理情報としては、映像通信特定パラメータ21、符号化映像品質情報22、代表量子化パラメータ情報23、パケット損失変化指標特性情報24、および映像品質情報25がある。
Main processing information stored in the
映像通信特定パラメータ21は、映像品質の推定対象となる映像通信に関する各種パラメータのうち、映像品質に関するパラメータからなる。映像通信特定パラメータ21としては、H.264,MPEGなどのコーデック(CODEC)種別情報、Full HD,HD,SDなどの映像フォーマット情報、IPTV,VoD,TV電話などのサービス種別情報を用いる。映像通信特定パラメータ21は、予め操作入力部32などを用いて外部から入力され記憶部20に記憶される。
The video
映像通信特定パラメータ21については、上記の他、イントラリフレッシュレート,GOPなどのフレーム情報、DCT係数,整数変換係数,ウェーブレット係数などの動き補償後の誤差信号に関する情報、パケット損失率,パケット損失パターン,パケット遅延時間などのパケット損失情報などを用いてもよい。
Regarding the video communication
符号化映像品質情報22は、映像通信特定パラメータ21と各種品質パラメータの組み合わせと、圧縮符号化による映像劣化のみを考慮した符号化映像品質値との関係を示す情報である。図4は、符号化映像品質情報の構成例である。ここでは、映像通信のフレームレートFRおよび符号化レートBRに対応する符号化映像品質Vcが、映像通信特定パラメータ21のCODEC、映像フォーマット、映像通信種別の組み合わせごとに登録されている。符号化映像品質情報22における、映像通信特定パラメータ21および各種品質パラメータの組み合わせと符号化映像品質Vcとの対応関係は、各種映像通信から予め算出しておけばよい。
The encoded
代表量子化パラメータ情報23は、映像通信の映像通信特定パラメータ21および各種品質パラメータの組み合わせと、圧縮符号化の量子化ステップ幅に関する量子化パラメータの代表値である代表量子化パラメータとの関係を示す情報である。図5は、代表量子化パラメータ情報の構成例である。ここでは、映像通信の符号化レートBRに対応する代表量子化パラメータQPtが、映像通信特定パラメータ21のCODEC、映像フォーマット、映像通信種別の組み合わせごとに登録されている。
The representative
代表量子化パラメータ情報23における、映像通信特定パラメータ21および各種品質パラメータの組み合わせと代表量子化パラメータとの対応関係は、各種映像通信から予め算出しておけばよい。この際、動き量の異なる典型的な映像vを複数用意し、後述する式(1)を用いて、これら映像vごとに平均量子化パラメータQPを算出し、それぞれの映像vの映像通信特定パラメータ21および各種品質パラメータの組み合わせごとに、平均量子化パラメータQPの平均値を求め、代表量子化パラメータQPtとして用いればよい。
In the representative
パケット損失変化指標特性情報24は、映像通信の映像通信特定パラメータ21と、パケット損失変化指標算出特性を特定する係数a,bとの対応関係を示す情報である。図6は、パケット損失変化指標特性情報の構成例である。
パケット損失変化指標特性は、差分量子化パラメータΔQPとパケット損失変化指標Dとの関係を示す特性であり、前述した図3にような線形関数などの近似関数で表すことができる。パケット損失変化指標特性情報24には、図6に示すように、このような線形関数を特定する係数が、映像通信特定パラメータ21のCODEC、映像フォーマット、映像通信種別の組み合わせごとに登録されている。パケット損失変化指標特性情報24における、映像通信特定パラメータ21と係数a,bとの対応関係は、各種映像ごとに導出したパケット損失変化指標特性から予め算出しておけばよい。
The packet loss change index
The packet loss change index characteristic is a characteristic indicating the relationship between the differential quantization parameter ΔQP and the packet loss change index D, and can be represented by an approximate function such as a linear function as shown in FIG. In the packet loss change index
映像品質情報25は、映像通信の映像通信特定パラメータ21、および符号化映像品質値Vc、無効フレーム数IF、パケット損失変化指標Dの組み合わせと、映像品質値Vとの対応関係を示す情報である。図7は、映像品質情報の構成例である。ここでは、符号化映像品質値Vc、無効フレーム数IF、およびパケット損失変化指標Dに対応する映像品質値Vが、映像通信特定パラメータ21のCODEC、映像フォーマット、映像通信種別の組み合わせごとに登録されている。
映像品質情報25における、映像通信特定パラメータ21、および符号化映像品質値Vc、無効フレーム数IF、パケット損失変化指標Dの組み合わせと、映像品質値Vとの対応関係は、各種映像通信から予め算出しておけばよい。
The
In the
演算処理部10は、CPUなどのマイクロプロセッサとその周辺回路とを有し、記憶部20のプログラム29を読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム29とを協働させることにより、映像品質推定処理に必要な各種処理部を実現する機能を有している。
演算処理部10で実現される主な処理部として、IPパケット分析部11、無効フレーム数算出部12、符号化映像品質算出部13、代表量子化パラメータ算出部14、平均量子化パラメータ算出部15、パケット損失変化指標算出部16、および映像品質推定部17がある。
The
The main processing units realized by the
IPパケット分析部11は、通信I/F部31で受信した、対象映像通信のIPパケットから、映像品質に関する各種品質パラメータと、当該映像の圧縮符号化の量子化ステップ幅に関する量子化パラメータとを抽出する機能を有している。
無効フレーム数算出部12は、IPパケット分析部11で抽出された品質パラメータのフレーム種別情報ft、フレーム番号fn、および損失フレーム情報fdに基づいて、パケット損失のあったフレームと復号時に当該フレームのパケット損失の影響を受ける他のフレームとからなる無効フレームの数を算出する機能を有している。
The IP
Based on the quality parameter frame type information ft, the frame number fn, and the lost frame information fd extracted by the IP
符号化映像品質算出部13は、IPパケット分析部11で抽出された品質パラメータのフレームレートFRおよび符号化レートBRと、記憶部20の映像通信特定パラメータ21および符号化映像品質情報22に基づいて、圧縮符号化による映像劣化のみを考慮した符号化映像品質値Vcを算出する機能を有している。
代表量子化パラメータ算出部14は、IPパケット分析部11で抽出された品質パラメータの符号化レートBRと、記憶部20の映像通信特定パラメータ21および代表量子化パラメータ情報23とに基づいて、品質推定対象となる映像通信と同種の映像通信を代表する代表量子化パラメータQPtを算出する機能を有している。
The encoded video
The representative quantization
平均量子化パラメータ算出部15は、IPパケット分析部11で抽出された、品質推定区間に対応する各フレームの量子化パラメータに基づき、その平均値を示す平均量子化パラメータQPを算出する機能を有している。
パケット損失変化指標算出部16は、記憶部20の映像通信特定パラメータ21、平均量子化パラメータQP、および代表量子化パラメータQPtに基づいて、対象映像の動き量を示すパケット損失変化指標Dを算出する機能を有している。
映像品質推定部17は、符号化映像品質値Vc、無効フレーム数IF、およびパケット損失変化指標Dに基づいて、対象映像通信の映像品質値Vを算出する機能と、この映像品質値Vを記憶部20や画面表示部33へ出力する機能とを有している。
The average quantization
The packet loss change
The
[第1の実施の形態の動作]
次に、図8および図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8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映像品質推定動作を示すフロー図である。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映像品質推定処理を示すフローチャートである。
映像品質推定装置1の演算処理部10は、操作入力部32により映像品質推定処理の開始を示すオペレータ操作が検出された場合、図9の映像品質推定処理を開始する。
[Operation of First Embodiment]
Next, the operation of the video quality estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a flowchart showing the video quality estimation operation of the video quality estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9 is a flowchart showing video quality estimation processing of the video quality estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The
演算処理部10は、まず、映像品質の推定対象となる対象映像通信のIPパケットを通信I/F部31で受信し、IPパケット分析部11により、当該IPパケットから、映像品質に関する各種品質パラメータと、当該映像の圧縮符号化の量子化ステップ幅に関する量子化パラメータとを抽出する(ステップ100)。
IPパケット内には、IPヘッダ、UDP(User Datagram Protocol)ヘッダ 、RTP(Real-time Transport Protocol)ヘッダ、TS(Transport stream)、ES(Elementaly stream)などの情報が存在し、これら情報から各種パラメータを抽出する。
First, the
In an IP packet, there are information such as an IP header, UDP (User Datagram Protocol) header, RTP (Real-time Transport Protocol) header, TS (Transport stream), ES (Elementaly stream), etc. To extract.
符号化レート(ビットレート)BRについては、品質推定区間内に含まれる対象映像の符号化に必要とした符号量(ビット数)を計数し、その符号量から算出した単位時間当たりの符号量を符号化レートBRとすればよい。なお、本実施の形態では、品質推定区間内の符号化レートBRを用いたが、品質推定区間内のIPパケット数など、符号量を示す他の統計情報を用いてもよい。また、対象映像通信のサービス種別が決まっている場合には、固定の符号化レートで送出されることが多いため、IPパケットから算出するのではなく、対象映像通信に対応する符号化レートBRを、映像通信特定パラメータ21として外部入力するようにしてもよい。
For the coding rate (bit rate) BR, the code amount (number of bits) required for encoding the target video included in the quality estimation interval is counted, and the code amount per unit time calculated from the code amount is calculated. The encoding rate BR may be used. In this embodiment, the coding rate BR in the quality estimation interval is used, but other statistical information indicating the code amount, such as the number of IP packets in the quality estimation interval, may be used. In addition, when the service type of the target video communication is determined, since it is often transmitted at a fixed encoding rate, the encoding rate BR corresponding to the target video communication is not calculated from the IP packet. The video communication
フレームレートFRについては、IPパケット内の記載から取得すればよい。具体的には、IPパケット内の映像符号化情報が記載されている箇所に、フレームレートが直接記載されているものや、フレームレートに変換できる情報が記載されており、これら情報を用いてフレームレートを特定できる。圧縮符号化方式H.264の場合、timing_info_present_flag,Num_units_in_tick,Time_scale,Fixed_frame_rate_flagにより指定されており、これらパラメータがそれぞれ1,1001,60000,1の場合、フレームレートFRは29.97fpsとなる。 The frame rate FR may be obtained from the description in the IP packet. Specifically, information on the frame rate is directly described in the portion where the video encoding information in the IP packet is described, or information that can be converted into the frame rate is described. The rate can be specified. Compression encoding method In the case of H.264, it is specified by timing_info_present_flag, Num_units_in_tick, Time_scale, and Fixed_frame_rate_flag. When these parameters are 1,1001, 60000, and 1, respectively, the frame rate FR is 29.97 fps.
フレーム種別ftについては、IPパケット内の記載から取得すればよい。具体的には、圧縮符号化方式H.264の場合、primary_pic_typeというビット列がある。このprimary_pic_typeは、当該フレームが取り得るフレームの種類を示しており、このパラメータが0,1,2の場合、それぞれI,P,Bフレームと判定すればよい。
フレーム番号fnについては、品質推定区間内の各フレームに、便宜上の番号を付与すればよい。圧縮符号化方式H.264のIPパケットやTSパケットの場合、Nal_unit_type内のAccess unit delimiterにより、フレームの開始位置が判定できるので、Access unit delimiterを識別するごとに、フレーム番号fnを1ずつカウントして付与すればよい。但し、スライス構造を持つ場合は、スライスの数だけAccess unit delimiterが存在する。例えば、スライス数が6の場合、Access unit delimiterも6個存在する。このような場合には、スライス数を考慮してフレームを計数すればよい。
The frame type ft may be obtained from the description in the IP packet. Specifically, the compression encoding method H.264 is used. In the case of H.264, there is a bit string called primary_pic_type. The primary_pic_type indicates the type of frame that the frame can take. When this parameter is 0, 1, or 2, it may be determined that the frame is an I, P, or B frame, respectively.
For the frame number fn, a convenient number may be assigned to each frame in the quality estimation section. Compression encoding method In the case of H.264 IP packets and TS packets, since the frame start position can be determined by the Access unit delimiter in Nal_unit_type, each time the Access unit delimiter is identified, the frame number fn may be counted and added one by one. However, in the case of having a slice structure, there are as many Access unit delimiters as the number of slices. For example, when the number of slices is 6, there are also 6 Access unit delimiters. In such a case, the frame may be counted in consideration of the number of slices.
損失フレーム番号fdについては、品質推定区間内のフレームのうち、パケット損失が発生しているフレームのフレーム番号fnからなる。
量子化パラメータqpについては、IPパケット内の符号化情報には、フレームを構成するブロックごとに量子化パラメータqp(Quantization parameter)が記載されており、これらを取得すればよい。
The lost frame number fd is composed of the frame number fn of the frame in which the packet loss has occurred among the frames in the quality estimation section.
As for the quantization parameter qp, the encoding information in the IP packet describes the quantization parameter qp (Quantization parameter) for each block constituting the frame.
演算処理部10は、このようにしてパケット分析部11により、各種品質パラメータと量子化パラメータとを抽出した後、無効フレーム数算出部12により、パケット損失のあったフレームと復号時に当該フレームのパケット損失の影響を受ける他のフレームとからなる無効フレームの数を算出する(ステップ101)。
無効フレーム数算出部12は、パケット分析部11により抽出した各種品質パラメータのうち、フレーム種別情報ft、フレーム番号fn、および損失フレーム情報fdに基づいて、無効フレームを特定する。
The
The invalid frame
図10は、フレーム種別と劣化知覚範囲との関係を示す説明図である。フレーム間予測符号化方式を用いた場合、パケット損失が発生したフレームのフレーム種別に応じて、フレーム劣化の伝搬が異なり、結果として、知覚される劣化知覚範囲が異なる。例えば、図10に示すように、Iフレーム(f3)でパケット損失が発生した場合、そのフレーム劣化は、最後に受信したPフレーム(f0)の直後フレーム(f1)から次に受信したIフレーム(f18)の直前フレーム(f17)まで劣化が伝搬する。 FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the frame type and the deterioration perception range. When the inter-frame predictive coding method is used, the propagation of the frame deterioration differs depending on the frame type of the frame in which the packet loss has occurred, and as a result, the perceived deterioration perception range differs. For example, as shown in FIG. 10, when a packet loss occurs in the I frame (f3), the frame degradation is caused by the I frame (f1) received immediately after the last received P frame (f0) ( Deterioration propagates to the frame (f17) immediately before f18).
また、Pフレーム(f12)でパケット損失が発生した場合、そのフレーム劣化は、最後に受信したPフレーム(f9)の直後フレーム(f10)から次に受信したIフレーム(f18)の直前フレーム(f17)まで劣化が伝搬する。一方、Bフレーム(f15)でパケット損失が発生した場合、そのフレーム劣化は、自フレーム(f15)のみとなる。このような、フレーム種別ごとの劣化知覚範囲に基づいて、劣化したフレームと劣化が伝搬したフレームを無効フレームとして特定し、これら無効フレーム数を計数する。 In addition, when packet loss occurs in the P frame (f12), the frame degradation is caused by the frame (f17) immediately before the I frame (f18) received next from the frame (f10) immediately after the last received P frame (f9). ) Until the deterioration propagates. On the other hand, when a packet loss occurs in the B frame (f15), the frame degradation is only the own frame (f15). Based on the deterioration perception range for each frame type, the deteriorated frame and the frame in which the deterioration has propagated are specified as invalid frames, and the number of invalid frames is counted.
続いて、演算処理部10は、符号化映像品質算出部13により、圧縮符号化による映像劣化のみを考慮した符号化映像品質値Vcを算出する(ステップ102)。この符号化映像品質値Vcは、圧縮符号化直後の各フレームを復号して得られる映像の映像品質値に相当する。
符号化映像品質算出部13は、記憶部20の符号化映像品質情報22を参照し、パケット分析部11により抽出した各種品質パラメータのうち、フレームレートFRおよび符号化レートBRと記憶部20の映像通信特定パラメータ21とに対応する符号化映像品質値Vcを取得する。
Subsequently, the
The encoded video
次に、演算処理部10は、代表量子化パラメータ算出部14により、対象映像通信と同種の映像通信を代表する代表量子化パラメータQPtを算出する(ステップ103)。
代表量子化パラメータ算出部14は、記憶部20の代表量子化パラメータ情報23を参照し、パケット分析部11により抽出した各種品質パラメータの符号化レートBRと記憶部20の映像通信特定パラメータ21とに対応する代表量子化パラメータQPtを算出する。
Next, the
The representative quantization
続いて、演算処理部10は、平均量子化パラメータ算出部15により、品質推定区間内の各フレームの平均量子化パラメータQPを算出する(ステップ104)。
品質推定区間は、例えば10秒や300フレームなどの時間長を持ち、品質推定区間内における各フレームについて、当該フレームを構成するブロックごとに量子化パラメータがIPパケット分析部11で抽出される。ブロックは、個々のフレーム内における圧縮符号化の処理単位であり、フレームごとに任意に設定される。
Subsequently, the
The quality estimation section has a time length of, for example, 10 seconds or 300 frames. For each frame in the quality estimation section, the quantization parameter is extracted by the IP
図11は、各ブロックの量子化パラメータを示す説明図である。品質推定区間内のフレーム数をF、各フレームを構成する水平方向のブロック数をN、各フレームを構成する垂直方向のブロック数をM、品質推定区間内に存在するフレームのフレーム番号をf、当該フレームf内の任意のブロックの水平ブロック番号をn、当該フレームf内の任意のブロックの垂直ブロック番号をm、水平ブロック番号nで垂直ブロック番号mのブロックの量子化パラメータをqpmnfとした場合、当該フレームfの量子化パラメータQPは、次の式(1)で算出できる。
この後、演算処理部10は、パケット損失変化指標算出部16により、対象映像の動き量を示すパケット損失変化指標Dを算出する(ステップ105)。
パケット損失変化指標算出部16は、まず、代表量子化パラメータ算出部14で算出した代表量子化パラメータQPtと平均量子化パラメータ算出部15で算出した平均量子化パラメータQPとの差分により、次の式(2)に基づき、差分量子化パラメータΔQPを算出する。
The packet loss change
続いて、パケット損失変化指標算出部16は、記憶部20のパケット損失変化指標特性情報24を参照して、記憶部20の映像通信特定パラメータ21に対応する、パケット損失変化指標特性の係数a,bを取得する。そして、この係数a,bと差分量子化パラメータΔQPとから、次の式(3)に基づき、パケット損失変化指標Dを算出する。
この後、演算処理部10は、映像品質推定部17により、対象映像通信の映像品質値Vを算出する(ステップ106)。
映像品質推定部17は、記憶部20の映像品質情報25を参照し、記憶部20の映像通信特定パラメータ21と、無効フレーム数算出部12で算出した無効フレーム数IF、符号化映像品質算出部13で算出した符号化映像品質値Vc、およびパケット損失変化指標算出部16で算出したパケット損失変化指標Dとに対応する映像品質値Vを取得する。
Thereafter, the
The video
[第1の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態では、品質推定区間に対応する対象映像通信の各フレームに関する量子化パラメータの平均値を示す平均量子化パラメータと、対象映像通信の量子化パラメータを代表する代表量子化パラメータとに基づいて、対象フレーム間での映像の動き量を示すパケット損失変化指標を算出し、対象映像通信に関する符号化映像品質値、無効フレーム数、およびパケット損失変化指標に基づいて、対象映像通信の映像品質値を算出している。
[Effect of the first embodiment]
Thus, in this embodiment, the average quantization parameter indicating the average value of the quantization parameter for each frame of the target video communication corresponding to the quality estimation section, and the representative quantization representing the quantization parameter of the target video communication Based on the parameters, a packet loss change index indicating the amount of motion of the video between the target frames is calculated, and based on the encoded video quality value, the number of invalid frames, and the packet loss change index related to the target video communication, The video quality value of communication is calculated.
これにより、映像の動きを示すパケット損失変化指標を、隣接する2つのフレームの画素値を演算処理することなく、対象映像通信の各フレームに記載されている量子化パラメータから算出することができる。したがって、映像の動き量を考慮した映像品質値を少ない処理負担で算出でき、映像の動き量が予めわからない大多数の映像についても、映像の動き量の影響を考慮した映像品質をリアルタイムで推定することができる。 Thereby, the packet loss change index indicating the motion of the video can be calculated from the quantization parameter described in each frame of the target video communication without calculating the pixel values of the two adjacent frames. Therefore, it is possible to calculate the video quality value considering the motion amount of the video with a small processing load, and even for the majority of the videos whose motion amount of the video is not known in advance, the video quality considering the effect of the motion amount of the video is estimated in real time. be able to.
[第2の実施の形態]
次に、図12および図13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12は、代表量子化パラメータ特性を示す説明図である。図13は、代表量子化パラメータ特性情報を示す説明図である。
[Second Embodiment]
Next, with reference to FIGS. 12 and 13, a video quality estimation apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is an explanatory diagram showing representative quantization parameter characteristics. FIG. 13 is an explanatory diagram showing representative quantization parameter characteristic information.
第1の実施の形態では、代表量子化パラメータQPtを算出する際、代表量子化パラメータ算出部14により、記憶部20の代表量子化パラメータ情報23を参照し、パケット分析部11により抽出した各種品質パラメータの符号化レートBRと記憶部20の映像通信特定パラメータ21とに対応する代表量子化パラメータQPtを算出する場合について説明した。
In the first embodiment, when the representative quantization parameter QPt is calculated, the representative quantization
本実施の形態では、代表量子化パラメータ特性を示す関数に基づいて、代表量子化パラメータQPtを算出する。
図12に示すように、符号化レート−代表量子化パラメータ特性は、映像通信の符号化レートBRが増加するにしたがって、代表量子化パラメータQPtが減少する特性を有している。映像通信の符号化レートをBRとし、代表量子化パラメータ特性関数を特定する係数をt1,t2,t3とした場合、代表量子化パラメータQPtは次の式(4)により表される。
As shown in FIG. 12, the coding rate-representative quantization parameter characteristic has a characteristic that the representative quantization parameter QPt decreases as the coding rate BR of video communication increases. When the video communication coding rate is BR and the coefficients for specifying the representative quantization parameter characteristic function are t1, t2, and t3, the representative quantization parameter QPt is expressed by the following equation (4).
この代表量子化パラメータ特性関数は、映像通信の種類によって変化する。本実施の形態では、映像通信特定パラメータ21ごとに係数t1,t2,t3を予め導出しておき、図13に示すような、映像通信特定パラメータ21と係数t1,t2,t3との対応関係を示す代表量子化パラメータ特性情報26を記憶部20に保存しておく。
This representative quantization parameter characteristic function varies depending on the type of video communication. In the present embodiment, the coefficients t1, t2, and t3 are derived in advance for each video communication
これにより、前述した図9のステップ103において、代表量子化パラメータ算出部14は、記憶部20の代表量子化パラメータ特性情報26を参照し、記憶部20の映像通信特定パラメータ21に対応する係数t1,t2,t3を取得し、これら係数t1,t2,t3とパケット分析部11により抽出した各種品質パラメータの符号化レートBRとから、前述した式(4)に基づいて、対象映像通信と同種の映像通信を代表する代表量子化パラメータQPtを算出する。
Accordingly, in
[第2の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態によれば、第1の実施の形態で説明した代表量子化パラメータ情報23を用いる場合と比較して、大きな情報量の代表量子化パラメータ情報23を予め用意することなく、対象映像通信の符号化レートBRが細かく変化する場合でも、映像の動き量を考慮した映像品質値を少ない処理負担で算出できる。
[Effect of the second embodiment]
As described above, according to the present embodiment, the representative
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3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。
第1の実施の形態では、映像品質値を算出する場合、映像品質推定部17により、記憶部20の映像品質情報25を参照し、記憶部20の映像通信特定パラメータ21と、無効フレーム数算出部12で算出した無効フレーム数IF、符号化映像品質算出部13で算出した符号化映像品質値Vc、およびパケット損失変化指標算出部16で算出したパケット損失変化指標Dとに対応する映像品質値Vを取得する場合について説明した。
[Third Embodiment]
Next, a video quality estimation apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, when calculating the video quality value, the video
本実施の形態では、映像品質特性を示す関数に基づいて、映像品質値Vを算出する。
前述した図2に示すように、パケット損失変化指標Dを考慮した、無効フレーム数IFと映像品質値Vとの関係を示す映像品質特性は、前述した図2に示すように、無効フレーム数IF=0のとき符号化映像品質値Vcを映像品質値の最大値とし、無効フレーム数IFの増加に応じて指数関数的に映像品質値が減少する。この映像品質特性は、指数関数を用いて次の式(5)で近似することができる。
As shown in FIG. 2, the video quality characteristic indicating the relationship between the number of invalid frames IF and the video quality value V in consideration of the packet loss change index D is the number of invalid frames IF shown in FIG. When = 0, the encoded video quality value Vc is set to the maximum video quality value, and the video quality value decreases exponentially as the number of invalid frames IF increases. This video quality characteristic can be approximated by the following equation (5) using an exponential function.
映像品質推定部17は、無効フレーム数算出部12で算出した無効フレーム数IF、符号化映像品質算出部13で算出した符号化映像品質値Vc、およびパケット損失変化指標算出部16で算出したパケット損失変化指標Dから、上記式(5)に基づき、対象映像通信の映像品質値Vを算出する。
The video
[第3の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態によれば、第1の実施の形態で説明した映像品質情報25を用いる場合と比較して、対象映像通信のパケット損失変化指標Dが細かく変化する場合でも、大きな情報量の映像品質情報25を予め用意することなく、映像の動き量を考慮した映像品質値を少ない処理負担で算出できる。
[Effect of the third embodiment]
As described above, according to the present embodiment, compared with the case where the
1…映像品質推定装置、10…演算処理部、11…パケット分析部、12…無効フレーム数算出部、13…符号化映像品質算出部、14…代表量子化パラメータ算出部、15…平均量子化パラメータ算出部、16…パケット損失変化指標算出部、17…映像品質推定部、20…記憶部、21…映像通信特定パラメータ、22…符号化映像品質情報、23…代表量子化パラメータ情報、24…パケット損失変化指標特性情報、25…映像品質情報、26…代表量子化パラメータ特性情報、29…プログラム、31…通信I/F部、32…操作入力部、33…画面表示部、2A,2B…通信端末、3…IPネットワーク。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
入力された前記IPパケットを分析して、前記対象映像通信の映像品質に関する各種品質パラメータと、前記圧縮符号化の量子化ステップ幅に関する量子化パラメータとを抽出するIPパケット分析部と、
前記品質パラメータに基づいて、パケット損失のあったフレームと復号時に当該フレームのパケット損失の影響を受ける他のフレームとからなる無効フレームの数を算出する無効フレーム数算出部と、
前記品質パラメータに基づいて、前記圧縮符号化による映像劣化のみを考慮した、前記対象映像通信の符号化映像品質値を算出する符号化映像品質算出部と、
品質推定区間に対応する前記対象映像通信の各フレームに関する量子化パラメータの平均値を算出する平均量子化パラメータ算出部と、
前記対象映像通信の量子化パラメータを代表する代表量子化パラメータを算出する代表量子化パラメータ算出部と、
前記平均量子化パラメータと前記代表量子化パラメータとに基づいて、前記対象フレーム間での映像の動き量を示すパケット損失変化指標を算出するパケット損失変化指標算出部と、
前記符号化映像品質値、前記無効フレーム数、および前記パケット損失変化指標に基づいて、前記対象映像通信の映像品質値を算出する映像品質算出部と
を備えることを特徴とする映像品質推定装置。 A video quality estimation device that estimates video quality of target video communication in which a target video is compressed and encoded into a plurality of frames based on an intra-frame and inter-frame predictive encoding scheme and is transmitted as an IP packet,
An IP packet analysis unit that analyzes the input IP packet and extracts various quality parameters related to video quality of the target video communication and a quantization parameter related to a quantization step width of the compression encoding;
Based on the quality parameter, an invalid frame number calculating unit that calculates the number of invalid frames including a frame having a packet loss and another frame that is affected by the packet loss of the frame at the time of decoding;
An encoded video quality calculation unit that calculates an encoded video quality value of the target video communication in consideration of only video degradation due to the compression encoding based on the quality parameter;
An average quantization parameter calculation unit for calculating an average value of quantization parameters for each frame of the target video communication corresponding to a quality estimation section;
A representative quantization parameter calculation unit for calculating a representative quantization parameter representing the quantization parameter of the target video communication;
Based on the average quantization parameter and the representative quantization parameter, a packet loss change index calculation unit that calculates a packet loss change index indicating the amount of motion of video between the target frames;
A video quality estimation device comprising: a video quality calculation unit that calculates a video quality value of the target video communication based on the encoded video quality value, the number of invalid frames, and the packet loss change index.
前記パケット損失変化指標算出部は、前記平均量子化パラメータと前記代表量子化パラメータとの差分を示す差分量子化パラメータの増加に応じてパケット損失変化指標が単調減少する特性を示す関数に基づいて、前記パケット損失変化指標を算出することを特徴とする映像品質推定装置。 The video quality estimation apparatus according to claim 1,
The packet loss change index calculation unit is based on a function indicating a characteristic that the packet loss change index monotonously decreases in accordance with an increase in a differential quantization parameter indicating a difference between the average quantization parameter and the representative quantization parameter. A video quality estimation apparatus that calculates the packet loss change index.
前記代表量子化パラメータ算出部は、符号化レートの増加に応じて量子化パラメータが単調減少する特性を示す関数に基づいて、前記品質パラメータに含まれる符号化レートに対応する量子化パラメータを前記代表量子化パラメータとして算出することを特徴とする映像品質推定装置。 The video quality estimation apparatus according to claim 1,
The representative quantization parameter calculation unit calculates a quantization parameter corresponding to a coding rate included in the quality parameter based on a function indicating a characteristic that the quantization parameter monotonously decreases as the coding rate increases. A video quality estimation apparatus characterized by being calculated as a quantization parameter.
前記映像品質算出部は、無効フレーム数が0のとき符号化映像品質値を映像品質値の最大値とし、無効フレーム数の増加に応じて映像品質値が単調減少する特性を示す関数に基づいて、前記符号化映像品質値、前記無効フレーム数、および前記パケット損失変化指標に対応する映像品質値を算出することを特徴とする映像品質推定装置。 The video quality estimation apparatus according to claim 1,
The video quality calculation unit sets the encoded video quality value as the maximum value of the video quality value when the number of invalid frames is 0, and is based on a function indicating a characteristic that the video quality value monotonously decreases as the number of invalid frames increases. A video quality estimation apparatus that calculates a video quality value corresponding to the encoded video quality value, the number of invalid frames, and the packet loss change index.
IPパケット分析部が、入力された前記IPパケットを分析して、前記対象映像通信の映像品質に関する各種品質パラメータと、前記圧縮符号化の量子化ステップ幅に関する量子化パラメータとを抽出するIPパケット分析ステップと、
無効フレーム数算出部が、前記品質パラメータに基づいて、パケット損失のあったフレームと復号時に当該フレームのパケット損失の影響を受ける他のフレームとからなる無効フレームの数を算出する無効フレーム数算出ステップと、
符号化映像品質算出部が、前記品質パラメータに基づいて、前記圧縮符号化による映像劣化のみを考慮した、前記対象映像通信の符号化映像品質値を算出する符号化映像品質算出ステップと、
平均量子化パラメータ算出部が、品質推定区間に対応する前記対象映像通信の各フレームに関する量子化パラメータの平均値を算出する平均量子化パラメータ算出ステップと、
代表量子化パラメータ算出部が、前記対象映像通信の量子化パラメータを代表する代表量子化パラメータを算出する代表量子化パラメータ算出ステップと、
パケット損失変化指標算出部が、前記平均量子化パラメータと前記代表量子化パラメータとに基づいて、前記対象フレーム間での映像の動き量を示すパケット損失変化指標を算出するパケット損失変化指標算出ステップと、
映像品質算出部が、前記符号化映像品質値、前記無効フレーム数、および前記パケット損失変化指標に基づいて、前記対象映像通信の映像品質値を算出する映像品質算出ステップと
を備えることを特徴とする映像品質推定方法。 A video quality estimation method used in a video quality estimation apparatus for estimating video quality of target video communication in which a target video is compressed and encoded into a plurality of frames based on an intra-frame and inter-frame predictive coding scheme and transmitted as an IP packet. ,
An IP packet analysis unit that analyzes the input IP packet and extracts various quality parameters related to the video quality of the target video communication and quantization parameters related to the quantization step width of the compression coding Steps,
The invalid frame number calculation unit calculates the number of invalid frames based on the quality parameter and calculates the number of invalid frames including a frame having a packet loss and another frame affected by the packet loss of the frame at the time of decoding. When,
An encoded video quality calculating unit that calculates an encoded video quality value of the target video communication in consideration of only video degradation due to the compression encoding based on the quality parameter;
An average quantization parameter calculating unit that calculates an average value of the quantization parameter for each frame of the target video communication corresponding to the quality estimation section; and
A representative quantization parameter calculating unit that calculates a representative quantization parameter that represents the quantization parameter of the target video communication; and
A packet loss change index calculating unit that calculates a packet loss change index indicating a motion amount of the video between the target frames based on the average quantization parameter and the representative quantization parameter; ,
A video quality calculation unit comprising: a video quality calculation step of calculating a video quality value of the target video communication based on the encoded video quality value, the number of invalid frames, and the packet loss change index. Video quality estimation method.
IPパケット分析部が、入力された前記IPパケットを分析して、前記対象映像通信の映像品質に関する各種品質パラメータと、前記圧縮符号化の量子化ステップ幅に関する量子化パラメータとを抽出するIPパケット分析ステップと、
無効フレーム数算出部が、前記品質パラメータに基づいて、パケット損失のあったフレームと復号時に当該フレームのパケット損失の影響を受ける他のフレームとからなる無効フレームの数を算出する無効フレーム数算出ステップと、
符号化映像品質算出部が、前記品質パラメータに基づいて、前記圧縮符号化による映像劣化のみを考慮した、前記対象映像通信の符号化映像品質値を算出する符号化映像品質算出ステップと、
平均量子化パラメータ算出部が、品質推定区間に対応する前記対象映像通信の各フレームに関する量子化パラメータの平均値を算出する平均量子化パラメータ算出ステップと、
代表量子化パラメータ算出部が、前記対象映像通信の量子化パラメータを代表する代表量子化パラメータを算出する代表量子化パラメータ算出ステップと、
パケット損失変化指標算出部が、前記平均量子化パラメータと前記代表量子化パラメータとに基づいて、前記対象フレーム間での映像の動き量を示すパケット損失変化指標を算出するパケット損失変化指標算出ステップと、
映像品質算出部が、前記符号化映像品質値、前記無効フレーム数、および前記パケット損失変化指標に基づいて、前記対象映像通信の映像品質値を算出する映像品質算出ステップと
を実行させるプログラム。 In a computer of a video quality estimation device that estimates video quality of target video communication that is compressed and encoded into a plurality of frames based on an intra-frame and inter-frame predictive coding scheme and is transmitted as an IP packet,
An IP packet analysis unit that analyzes the input IP packet and extracts various quality parameters related to the video quality of the target video communication and quantization parameters related to the quantization step width of the compression coding Steps,
The invalid frame number calculation unit calculates the number of invalid frames based on the quality parameter and calculates the number of invalid frames including a frame having a packet loss and another frame affected by the packet loss of the frame at the time of decoding. When,
An encoded video quality calculating unit that calculates an encoded video quality value of the target video communication in consideration of only video degradation due to the compression encoding based on the quality parameter;
An average quantization parameter calculating unit that calculates an average value of the quantization parameter for each frame of the target video communication corresponding to the quality estimation section; and
A representative quantization parameter calculating unit that calculates a representative quantization parameter that represents the quantization parameter of the target video communication; and
A packet loss change index calculating unit that calculates a packet loss change index indicating a motion amount of the video between the target frames based on the average quantization parameter and the representative quantization parameter; ,
A video quality calculation step in which a video quality calculation unit calculates a video quality value of the target video communication based on the encoded video quality value, the number of invalid frames, and the packet loss change index.
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