JP5168283B2 - 映像品質監視方法及び配信サーバ及びクライアント - Google Patents

Description

本発明は、映像品質監視方法及び配信サーバ及びクライアントに関し、ネットワークで配信された映像品質を監視する映像品質監視方法及び配信サーバ及びクライアントに関する。

近年のインターネットアクセス回線の高速化や光化、キャリアやＩＳＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｒｏｖｉｄｅｒ）のバックボーン回線の容量増加に伴って映像配信サービスが発展してきている。映像配信サービスはＩＳＰやキャリアにおける他社差別化サービスとしても位置づけられ各社毎に特徴的なコンテンツをそろえ、ユーザを獲得している。

また、これら映像サービスの増加の別要因として、もともと情報量が多い映像信号を、映像品質を保ちながら圧縮化する、符号化技術の進展も挙げられる。ＭＰＥＧ２やＭＰＥＧ４、Ｈ２６４など、映像信号を数Ｍｂｐｓ〜数１０Ｍｂｐｓの比較的低い帯域で送信できるようになったことで、多数のユーザに対して同時に映像を配信できるようになってきた。

また、将来的には現在の地上デジタル放送などの放送サービスをＩＰネットワークで配信するＩＰ再配信なども検討されており、今後、映像サービスはネットワークにおける基本サービスの１つになるものと考えられる。

今後、ＶｏＤ（Ｖｉｄｅｏ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）やＩＰＴＶ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）などネットワーク映像配信サービスが本格展開された場合、以下のような問題が発生すると考えられる。

つまり現状のインターネットでは、帯域や遅延などのパケット転送品質は保証されておらず（つまりベストエフォート転送）、ネットワークで輻輳やネットワーク機器の障害が発生した場合、映像サービスもその影響を受けてしまい、映像品質の劣化を招く。例えばネットワーク内でルータ障害によりパケットロスが発生した場合、ユーザ側の映像再生画面上では、ブロックノイズや最悪映像が映らないなどの影響が発生してしまう。
このような問題が発生した場合、ネットワークオペレーターや映像サービスの提供者は、映像サービスに障害が発生していることを迅速に把握し、その後原因の特定、問題の解決によるサービスの復旧を行う必要がある。

また、将来的に地上デジタル放送のＩＰ再配信などが考えると、ネットワークで放送サービスを行う場合、ネットワークは放送並の品質基準を満たす必要があることから、ネットワークオペレーターは映像品質を常に監視し、放送品質が確保されているかどうかを確認する必要がある。

従来の映像品質を評価するための品質評価手法には大別して主観品質評価と客観品質評価の２種類がある。

主観品質評価とは、人間自身が体感する体感品質を評価することであり例えばＭＯＳ（Ｍｅａｎ Ｏｐｉｎｉｏｎ Ｓｃｏｒｅ）値評価などがある。これは実際に複数のユーザが映像サンプルを観測して映像品質をそれぞれ数値評価し、その平均値を評価指標とするものである。具体的な主観品質評価手法が例えばＩＴＵ−Ｒ ＢＴ．５００−１１において幾つか規定されており、代表的な手法の１つとしてＤＳＣＱＳ（二重刺激連続品質尺度法）法がある。

一方、客観品質評価とは、人間自身ではなく測定装置が品質を評価する方式であり、例えばＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）などの音声の品質評価に関しては、Ｒ値（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．１０７で規定）などの客観評価指標が有名である。一方、映像品質に関する客観品質評価方式としては、ＩＴＵ−Ｔ Ｊ．１４４においては以下の３種類の評価アプローチが定められている。

ＦＲ（Ｆｕｌｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ：フルリファレンス）方式は、劣化した映像（ネットワーク映像配信サービスの場合は、ネットワークを通過しパケットロスなどの品質劣化を受けた映像）と元映像を比較することで、映像の劣化度合いを評価する方法である。

ＮＲ（Ｎｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ：ノンリファレンス）方式は、元映像を用いず、劣化映像のみを用いて映像評価を行う方式である。元映像を使わないことからＦＲ方法の問題点は発生しないが、具体的な評価方式はまだ確立したとは言えない状況である。

ＲＲ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）方式は、ＦＲ法で劣化映像との比較のために元映像を用いる代わりに、元映像の特徴情報を用いる手法である。

なお、特許文献１には、音声や映像のメディア情報を符号化したディジタルデータ系列が通信路を通るときの伝送特性パラメータを算出し、前記伝送特性パラメータで設定される伝送特性を実現する擬似通信路を設け、前記擬似通信路を経由したディジタルデータ系列から音声や映像のメディアを復元し、通信路を経由した後の通信サービス品質を評価することが記載されている。

また、特許文献２には、予め求めた品質劣化の発生パターンの主観品質評価特性に対して、サービス中に測定されたサーバ、ネットワーク、端末の状況から劣化パターンを推定する劣化パターン抽出操作を実行し、その劣化パターンの主観評価値特性を算出し、その結果に基づいてサービス品質劣化を判定する映像サービス品質管理方法において、劣化パターンの主観評価値特性を算出すると共に品質劣化パターンを測定し、得られた品質劣化パターンと主観評価値の関係及び、主観評価値の長時間変動特性から長時間主観評価値を算出し品質劣化を判定することが記載されている。
特開２００４−２３１１５号公報 特開２００５−２２９２１４号公報

ネットワーク映像配信サービスにおいてＦＲ方式を適用しようとすると、ネットワーク通過後の劣化映像と元映像を比較する必要があることから、必然的に評価は映像受信装置の近く、つまり映像サービスを受信するユーザ側に設置する必要がある。また、劣化映像との比較用の元映像も同様にユーザ側に保持しておく必要がある。

この状況は以下の困難を伴う。つまりＦＲ方式による具体的な評価装置は、一般的には専用ハードウェアが用いられる。例えばＦＲ方式で映像品質指標のＭＯＳ値を評価する装置としてＫＤＤＩメディアウィル社製のＶＰ２１Ｈなどがある。この装置は原画像と劣化画像を入力することでリアルタイムにＭＯＳ値を算出する。しかし、このようなハードウェア装置は、映像サービス受信ユーザ毎に配備するには、高価であり現実的ではない。

また、元映像をユーザ側で保持するためには、元映像を保持する装置（ストレージ装置）をユーザ側に配置するか、あるいは映像配信ネットワークとは別の品質がまったく劣化しないネットワークを用いてユーザ側に元映像を予め配信しておくなどの手順が必要となり、これもコストがかかり非現実的である。したがってＦＲ方式による映像品質劣化の監視は、現実的ではないという問題があった。

現在開発されているＮＲ方式の一手法として、元映像を用いずにネットワークにおけるパケットロス率から映像品質評価指標値を算出する手法であるＭＤＩ（Ｍｅｄｉａ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｉｎｄｅｘ， ＲＦＣ４４４５）があるが、映像品質指標値としては信頼性が低い、つまり主観品質指標であるＭＯＳ値との相関が低く正確な評価が行えないという問題があった。

ＲＲ方式はＦＲ方式に比較すると、従来の元映像情報より少ない情報を保持すればよいという特徴がある。ただし、評価装置をユーザ側に配置する必要があるなど、ＦＲ方式の問題点を本質的に解決しているわけではない。

上記の状況をまとめると、映像品質評価方式に関して、低コストかつ迅速に、正確な評価を行う方式は確立されていないのが現状であるといえる。今後、本格展開されるネットワーク上での映像配信サービスにおいて、映像品質の劣化検知や品質の監視を行うためには、この問題を解決する必要がある。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、ネットワーク映像配信サービスでユーザが視聴する映像品質評価を低コストで、かつ迅速に行うことができる映像品質監視方法及び配信サーバ及びクライアントを提供することを総括的な目的とする。

この目的を達成するため、本発明の映像品質監視方法は、配信サーバからネットワークを介して一又は複数のクライアントに映像配信を行うシステムで配信された映像品質を監視する映像品質監視方法において、前記配信サーバで、配信する基準映像と前記ネットワークによる品質劣化のシナリオを疑似的に発生させた劣化映像とを比較してフルリファレンス方式の映像品質指標値を計測し、一定期間毎に複数のシナリオで変化させた品質劣化値と各シナリオに対応する映像品質指標値の特性データを作成して各クライアントに送付し、前記各クライアントで、前記ネットワークから配信された配信映像における品質劣化値を計測し、計測した前記品質劣化値と前記特性データから前記配信映像のフルリファレンス方式に相当する映像品質指標値を算出する。

このような映像品質監視方法によれば、ネットワーク映像配信サービスでユーザが視聴する映像品質評価を低コストで、かつ迅速に行うことができる。

本発明の映像品質監視方法の第１実施形態の基本動作図である。 本発明の映像品質監視方法の第２実施形態の基本動作図である。 第１及び第２実施形態における配信サーバ及びクライアントの詳細ブロック構成図である。 画像受信機能部の一実施形態の機能構成図である。 特性データ作成機能部の一実施形態の機能構成図である。 ネットワーク品質特性計測機能部の一実施形態の機能構成図である。 ＲＴＰパケットフォーマットを示す図である。 映像品質指標算出機能部の一実施形態の機能構成図である。 第３実施形態における配信サーバ及びクライアントの詳細ブロック構成図である。 配信サーバ及びクライアントの基本処理フローである。 擬似ネットワーク機能部１２におけるネットワーク品質劣化シナリオの定義方法（シーケンシャル）である。 擬似ネットワーク機能部１２におけるネットワーク品質劣化シナリオの定義方法（パラレル）である。 特性データ作成機能部の処理フローである。 ネットワーク品質劣化シナリオをシーケンシャルに実行した場合の映像品質指標値（ＤＳＣＱＳ）の様子を示す図である。 ネットワーク品質劣化シナリオをパラレルに実行した場合の映像品質指標値（ＤＳＣＱＳ）の様子を示す図である。 映像品質指標値の平均値の補正の様子を示す図である。 プロファイルの一例を示す図である。 、最小自乗法による線形近似を示す図である。 映像品質指標算出機能部における配信映像の映像品質指標算出の様子を示す図である。

符号の説明

１０ 配信サーバ
１１ 映像配信装置
１２ 擬似ネットワーク機能部
１３ 映像品質評価機能部
１４Ａ，１４Ｂ 特性データ作成機能部
１４ｅ 映像品質指標補正部
１４ｆ 計測値マッピング機能部
１４ｇ 映像品質指標モデル作成部
１４ｈ 映像指標データ送信部
２０ 通信ネットワーク
３０ クライアント
３１ ネットワーク品質特性計測機能部
３２Ａ，３２Ｂ 映像品質指標算出機能部
３３ クライアント端末
４０ ネットワーク管理システム

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

本発明ではＦＲ方式とＮＲ方式を組み合わせた映像品質評価を行う。また、基本的な映像品質評価方法のアプローチとして、ネットワーク特性（パケットロスや遅延）の測定値と、実際の映像品質評価指標の測定値を関連付けることで、あるネットワーク品質特性の時の映像品質指標値を算出する。

<第１実施形態>
図１は、本発明の映像品質監視方法の第１実施形態の基本動作図を示す。同図中、配信サーバ１０は、映像を配信する映像配信装置１１、実際に映像を配信するネットワークを模擬する擬似ネットワーク機能部１２、映像品質を評価する映像品質評価機能部１３、特性データ作成機能部１４Ａを有する。

映像配信装置１１は、映像記憶装置やカメラから供給される映像データを供給され、この映像データを映像トラフィックに変換して通信ネットワーク２０に送出すると同時に擬似ネットワーク機能部１２と映像品質評価機能部１３に供給する。

擬似ネットワーク機能部１２は、実際の通信ネットワーク２０による品質劣化のシナリオを模擬（エミュレーション）して一定期間毎にパケットロス率及び遅延を周期的に変動させ、ここでパケットロスにより劣化した映像トラフィックは映像品質評価機能部１３に供給され、また、パケットロス率等のネットワーク品質特性値は特性データ作成機能部１４Ａに供給される。

なお、擬似ネットワーク機能部１２の出力する劣化した映像トラフィックを、ネットワーク品質特性計測機能部（後述するネットワーク品質特性計測機能部３１と同様の構成）に供給してパケットロス率等のネットワーク品質特性値を計測し特性データ作成機能部１４Ａに供給する構成としても良い。

映像品質評価機能部１３は、映像配信装置１１から供給される映像トラフィックから得た映像信号（基準映像）と、擬似ネットワーク機能部１２でパケットロス率及び遅延により劣化した映像トラフィックから得た映像信号（劣化映像）とからＦＲ方式の映像品質評価を行って一定期間毎に映像品質評価指標値を測定して特性データ作成機能部１４Ａに供給する。

特性データ作成機能部１４Ａは、一定期間毎のネットワーク品質特性値と映像品質評価指標値の対応データであるプロファイルを生成し、生成したプロファイルを、通信ネットワーク２０を介して一又は複数のクライアント３０の映像品質指標算出機能部３２Ａに送付する。

クライアント３０は、ネットワーク品質特性計測機能部３１、映像品質指標算出機能部３２Ａ、クライアント端末３３を有する。クライアント３０では、ユーザが受信する映像に対する映像品質評価をＮＲ方式に基づいて行う。つまり、クライアント側では映像品質評価のために元画像を用いずに劣化映像のみを用いる。

ネットワーク品質特性計測機能部３１は配信サーバ１１から通信ネットワーク２０を通して受信した映像トラフィックに対し実際のネットワーク品質特性値であるパケットロス率を計測し、その計測値を映像品質指標算出機能部３２Ａに通知する。また、ネットワーク品質特性計測機能部３１は受信した映像トラフィックをクライアント端末３３に供給する。

映像品質指標算出機能部３２Ａは、計測されたネットワーク品質特性値と配信サーバ１０の特性データ作成機能部１４Ａから送付されたプロファイルから、その時点でのクライアント側のＦＲ方式の映像品質指標値を算出する。更に映像品質指標算出機能部３２Ａは、算出された映像品質指標値に対して、映像品質が劣化したかどうかを判定するための閾値を持っており、算出した指標値が閾値を超えた場合は、ユーザが視聴している映像の品質が劣化したものと判断し、ネットワーク運用者が管理するＮＭＳ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）等のネットワーク管理システム４０に対してアラーム情報を通知する。

以上の手順により、クライアント３０でのネットワーク品質特性の計測値を基に、正確な映像品質評価指標値を算出することができ、更に迅速にネットワーク管理システム４０に映像品質劣化の通知を行うことが可能となる。

ここで、配信サーバ１０において、一定期間毎にプロファイルを作成し、クライアント３０の映像品質指標算出機能部３２Ａに送付しているのは、以下の理由によるものである。

あるパケットロスに対してユーザが体感する映像品質（体感品質）は、コンテンツの種類や、映像のシーンによって異なっており、例えばＭＰＥＧ２で符号化された映像に関して、画面全体が同一色の大きな物体で占められたシーンと、複数の様々な色の物体が配置されているシーンでは、前者はパケットロスが発生してブロックノイズが発生した場合でも、ブロックノイズは同一色の背景に溶け込んであまり目立たず体感的には品質はそれほど悪く感じない。これに対し、後者ではブロックノイズは、様々な色の物体に重なってみえるため、体感的に品質が悪く感じる。

つまり、配信サーバ１０で作成したある映像再生中のある時間帯に作成されたプロファイル（パケットロス率と映像品質指標値の関係）は、異なるシーンや異なる時間帯、あるいは異なるコンテンツによって変動する。

したがって、本発明では配信サーバ側では一定期間毎にプロファイルを作成し、プロファイルが作成される毎にクライアント側に送付することで、映像特性の変化に追従することを可能とする。クライアント３０では、一定期間毎に送付される常に最新のプロファイルを用いて、映像品質の評価を実施することで、クライアント端末３３でユーザが見ているシーンに対する正確な評価を行うことが可能となる。

上記の基本動作では、配信サーバ１０で生成したプロファイルを一定期間毎にクライアント３０に送付し、クライアント３０が実測したパケットロス等のネットワーク品質特性値とプロファイルを用いて、映像品質指標値を算出したが、必ずしもクライアント３０で映像品質指標の算出を行う必要はない。

<第２実施形態>
図２は、本発明の映像品質監視方法の第２実施形態の基本動作図を示す。この実施形態では配信サーバ１０の特性データ作成機能部１４Ａで生成したプロファイル情報をクライアント３０に送付せず、逆にクライアント３０のネットワーク品質特性計測機能部３１で計測したネットワーク品質特性値を一定期間毎に配信サーバ１０に送付し、配信サーバ１０に設けた映像品質指標算出機能部１５で一定期間毎にクライアント３０の映像品質指標値を算出する。

このため、図１ではクライアント３０においてプロファイル情報を受信して計測したネットワーク品質特性値から映像品質指標値を算出する映像品質指標算出機能部３２Ａを配置していたが、図２では映像品質指標算出機能部１５を配信サーバ１０の特性データ作成機能部１４Ａの後段に配置する。

一又は複数のクライアント３０それぞれでは、ネットワーク品質特性計測機能部３１において計測したネットワーク品質特性値を一定期間毎に配信サーバ１０の映像品質指標算出機能部１５に送付する。

映像品質指標算出機能部１５では、特性データ作成機能部１４Ａから一定期間毎に受信しているプロファイル情報とネットワーク品質特性を基に、その時点での映像品質指標を算出する。

更に、映像品質指標算出機能部１５は、算出された映像品質指標値に対して、映像品質が劣化したかどうかを判定するための閾値を持っており、算出した指標値が閾値を超えた場合は、ユーザが視聴している映像の品質が劣化したものと判断し、ネットワーク運用者が管理するＮＭＳ等のネットワーク管理システム４０に対してアラーム情報を通知する。

なお、第１実施形態と第２実施形態を組み合わせて、配信サーバ１０とクライアント３０の双方で映像品質指標を算出する構成としても良い。

なお、映像品質指標算出機能部１５をネットワーク管理システム４０に設け、配信サーバ１０の特性データ作成機能部１４Ａで生成したプロファイル情報を一定期間毎にネットワーク管理システム４０に送付し、クライアント３０のネットワーク品質特性計測機能部３１において計測したネットワーク品質特性値を一定期間毎にネットワーク管理システム４０に送付して、ネットワーク管理システム４０に設けた映像品質指標算出機能部１５で映像の品質劣化を判断しても良い。

<プロファイル情報の事前配布>
上記第１及び第２実施形態では、実際のユーザ向けの映像配信と同時に配信サーバ１０でプロファイルを生成し、それをクライアント３０に配布している。ライブ配信／生放送を想定した場合は、映像配信と同時にプロファイルを作成する必要があるが、映画やドラマなど事前に配布するコンテンツの内容が事前に分かるものに対しては、予めその配布予定のコンテンツに対するプロファイルを作成しておき、作成したプロファイルを実際の配信の前に、映像品質指標算出機能部１５又は３２に対して与えてもよい。

<第１及び第２実施形態における配信サーバの及びクライアントの詳細>
図３は、第１及び第２実施形態における配信サーバ１０及びクライアント３０の詳細ブロック構成図を示す。この図３は図１に示す映像品質監視方法の第１実施形態に基づくものである。

同図中、配信サーバ１０の映像品質評価機能部１３は、画像受信機能部１３ａ、画像受信機能部１３ｂ、ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃの３つの機能により構成されている。

画像受信機能部１３ａ，１３ｂは、映像配信装置１１又は擬似ネットワーク機能部１２から供給される映像トラフィックを映像信号に変換する。具体的にはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で実現され、ＰＣ上の映像再生ソフトウェア（Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｍｅｄｉａ ＰｌａｙｅｒやＶＬＣ ｐｌａｙｅｒなど）で再生した映像を、アナログ又はデジタル映像信号として出力する。

図４に、画像受信機能部１３ａ，１３ｂの一実施形態の機能構成図を示す。同図中、ＰＣのパケット受信部１３−１はネットワークインタフェースであり、パケット受信部１３−１で受信した映像トラフィックである映像パケット（ＩＰパケット）は、映像再生機能部１３−２としての映像再生ソフトにより再生され、ＰＣ内の映像処理機能である映像信号出力部１３−３によって映像信号とされて出力される。

画像受信機能部１３ａで生成された元映像に対する映像信号（基準映像）、及び画像受信機能部１３ｂで生成された劣化した映像に対する映像信号（劣化映像）は、ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃに供給される。

ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃは、例えばハードウェア型の映像品質評価装置であるＫＤＤＩメディアウィル社製のＶＰ２１Ｈを用いる。ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃは、基準映像と劣化映像からＦＲ方式による映像品質指標値として主観評価指標であるＤＳＣＱＳ値相当の映像品質指標を出力する。

なお、画像受信機能部１３ａ，１３ｂの出力する映像信号の形式と、ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃで受信可能な映像信号の形式が異なる場合は、映像信号変換器（スキャンコンバータ等）を利用する。

次に、擬似ネットワーク機能部１２では、ネットワーク品質特性の変化を擬似的に実現させるための、例えばパケットロスや遅延を発生させるための専用アプライアンスを利用可能である。このようなアプライアンスは指定した期間において、例えばパケットロス率に関して、指定したパケットロス率で、通過するＩＰパケットを廃棄する機能を持っている。擬似ネットワーク機能部１２は、ネットワーク品質劣化のシナリオを擬似的に実現するために、一定期間Ｔｐ毎に異なるＮ種類のパケットロス率で通過するＩＰパケットを廃棄する。一定期間Ｔｐ、パケットロスの値の種類Ｎ、それぞれのパケットロス率Ｌｎの具体的な値は、例えばＰＣなどの外部装置からネットワーク品質シナリオとして指定する。あるいはネットワーク品質シナリオを内部設定ファイルで指定してもよい。また、パケットロス率Ｌｎの指定の仕方は、小さな値から順に指定しても、大きな値から順に指定してもよい。あるいはランダムに指定してもよい。

特性データ作成機能部１４Ａは、ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃにおいて計測した映像品質指標値（ＤＳＣＱＳ値）と、擬似ネットワーク機能部１２で与えたパケットロス率の関係をマッピングしてプロファイルを作成する。

図５に特性データ作成機能部１４Ａの一実施形態の機能構成図を示す。同図中、映像品質指標値受信部１４ａは、ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃより一定期間毎に供給される映像品質指標値（ＤＳＣＱＳ値）を受信し、そのまま若しくは予め決められた一定期間毎に平均化処理した後、プロファイル生成部１４ｃに通知する。

また、ネットワーク品質特性情報受信部１４ｂは、擬似ネットワーク機能部１２から指定されるパケットロス率の値を受信し、その値をプロファイル生成部１４ｃに通知する。

プロファイル生成部１４ｃは、ある一定期間で、映像品質指標値受信部１４ａ及びネットワーク品質特性情報受信部１４ｂから通知されたＤＳＣＱＳ値とパケットロス率を対応付けてプロファイルを生成する。

プロファイル生成部１４ｃで生成されたプロファイルはプロファイル送信部に供給される。プロファイル送出部１４ｄは供給されたプロファイル情報を、通信ネットワークを介し、クライアント３０の映像品質指標算出機能部３２Ａに対して送出する。

送出方法としては、プロファイル情報を１つのファイルとして保持し、プロファイル送出部１４ｄがＦＴＰでクライアント３０の映像品質指標算出機能部３２Ａに対し送出する。あるいはプロファイル情報を特定のマルチキャストアドレスに対して配信しておき、クライアント３０の映像品質指標算出機能部３２Ａがそのマルチキャストアドレスを受信する設定を行うことで、プロファイルを受信する構成としても良い。更に、プロファイル生成部１４ｃは、生成したプロファイルをプロファイル送出部１４ｄに送出したと同時に、外部の受信映像切り替え制御部１６に対して、プロファイル生成が完了したことを通知する。

本発明では、映像品質評価を行う受信映像を切り替え、別の映像に対する映像品質評価を可能とする。そのために、受信映像切り替え制御部１６では、プロファイル生成部１４ｃからプロファイル生成完了通知を受信すると、画像受信機能部１３ａ，１３ｂに対して、受信している映像の種類の切り替えを指示する。これは例えば映像の受信アドレスを画像受信機能部１３ａ，１３ｂに対して指示することで行う。具体的には例えば、配信サーバ１０からの映像がマルチキャストで配信されている場合には、受信するマルチキャストグループ（＝マルチキャストアドレス）を指定することで受信する映像を指定できる。

受信映像切り替え制御部１６は、例えば予め映像品質評価を行う映像毎のマルチキャストアドレスを設定ファイルとして保持しておき、プロファイル生成部１４ｃからプロファイル生成完了通知を受信すると、上記設定ファイルにしたがってマルチキャストアドレスを指定することで、受信する映像を切り替えることができる。なお、受信映像切り替え制御部１６は、ＰＣなどの装置で実現してもよいし、あるいは特性データ作成機能部１４Ａと同一の装置上に構成されてもよい。

次に、クライアント３０において受信する映像に対する映像品質評価について説明する。クライアント３０のクライアント端末３３の前段には、ネットワーク品質特性計測機能部３１が配置され、受信している映像トラフィックに対して、ネットワーク品質特性値を計測する。

図６に、ネットワーク品質特性計測機能部３１の一実施形態の機能構成図を示す。ネットワーク品質特性計測機能部３１ではパケットロスを計測する。例えば映像ストリームはＲＴＰプロトコルを使用して配信されることが多いことから、ＲＴＰパケットヘッダのシーケンス番号の抜けを計測することで、ネットワークの途中でパケットが廃棄されたことを知ることができる。図７にＲＴＰパケットフォーマットを示す。映像ストリームのパケットは、ＩＰヘッダとＵＤＰヘッダとＲＴＰヘッダに続いて映像情報が入るＲＴＰペイロードが設けられている。ＲＴＰヘッダには、Ｖ（ｖｅｒｓｉｏｎ），Ｐ（ｐａｄｄｉｎｇ），Ｘ（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ），ＣＣ（ＣＳＲＣ ｃｏｕｎｔ），Ｍ（ｍａｒｋｅｒ），ペイロードタイプ，シーケンス番号，タイムスタンプ，ＳＳＲＣ（参加者識別子），ＣＳＲＣ（送信者識別子）が設けられており、シーケンス番号はパケットが送信される度にインクリメントされる。

図６において、パケット受信部３１ａは通信ネットワーク２０からパケットを受信してクライアント端末３３に供給すると共に、受信パケットのヘッダをパケット解析部３１ｂに供給する。

パケット解析部３１ｂではパケットヘッダを解析し、ＲＴＰシーケンスの抜けたパケットであるか否かを判定してパケットカウント部３１ｃに通知する。パケットカウント部３１ｃでは、予め指定された計測期間毎に、ＲＴＰシーケンスの抜けたパケット数Ａと受信パケット数Ｂをカウントしてネットワーク品質特性算出部３１ｄに通知する。

ネットワーク品質特性算出部３１ｄは、予め指定された計測期間における、ＲＴＰシーケンスの抜けたパケット数Ａを、受信パケット数ＢとＲＴＰシーケンスの抜けたパケット数Ａの合計パケット数（Ａ＋Ｂ）で除算して、パケットロス率［％］を算出し、映像品質指標算出機能部３２Ａに通知する。

図８に、映像品質指標算出機能部３２Ａの一実施形態の機能構成図を示す。の機能構成例を示す。同図中、プロファイル情報受信部３２ａは、配信サーバ１０の特性データ作成機能部１４Ａより一定期間毎にプロファイルを受信し、常に最新のプロファイル情報に更新する。また、ネットワーク品質特性情報受信部３２ｂは、ネットワーク品質特性計測機能部３１より一定期間毎にパケットロス率を受信する。

映像品質指標算出部３２ｃは、プロファイルのパケットロス率と映像品質指標値の関係を基に、計測したパケットロス率に対応したＦＲ方式に相当する映像品質指標値を算出する。算出したＦＲ方式の映像品質指標値は閾値判断部３２ｄに通知される。

閾値判断部３２ｄは、映像品質指標値に対して予め決められた閾値を超えたかどうかを判断し、映像品質指標値が閾値を超えた場合には、ネットワーク管理システム４０に対してアラーム通知を行う。アラーム通知はアラーム通知メッセージを生成して通信ネットワーク２０を介してネットワーク管理システム４０に送付することで可能である。

このように、クライアント３０においてＮＲ方式に基づいた映像品質評価を行うため、クライアント３０に元映像や元映像保持のための記憶装置を配置する必要がない。更に、ＦＲ方式で用いられる高価なハードウェアベースの映像評価装置をクライアント３０毎に配置する必要がない。一方、配信サーバ１０ではＦＲ方式に基づいた高価なハードウェアによる映像評価装置を１つ配置するだけでよいことから、配信サーバ１０と複数のクライアント３０を含めた映像品質監視システム全体を低コストで実現することが可能となる。

また、基本的には配信サーバ１０でＦＲ方式に基づいて正確な評価をプロファイルとして生成し、クライアント３０はそのプロファイルを用いて映像品質指標値を算出することから、正確な映像品質の評価が可能となる。

<第３実施形態における配信サーバ及びクライアントの詳細>
図９は、第３実施形態における配信サーバ１０及びクライアント３０の詳細ブロック構成図を示す。同図中、図１乃至図３と同一部分には同一符号を付す。

図９において、配信サーバ１０は、映像を配信する映像配信装置１１、実際に映像を配信するネットワークを模擬する擬似ネットワーク機能部１２、映像品質を評価する映像品質評価機能部１３、特性データ作成機能部１４Ｂを有する。

映像配信装置１１は、映像記憶装置やカメラから供給される映像データを供給され、この映像データを映像トラフィックに変換して通信ネットワーク２０に送出すると同時に擬似ネットワーク機能部１２と映像品質評価機能部１３に供給する。

擬似ネットワーク機能部１２は、実際の通信ネットワーク２０を模擬（エミュレーション）して一定期間毎にパケットロス率等を周期的に変動させ、ここでパケットロスにより劣化した映像トラフィックは映像品質評価機能部１３に供給され、また、パケットロス率等のネットワーク品質特性値は特性データ作成機能部１４Ｂに供給される。

映像品質評価機能部１３は、画像受信機能部１３ａ、画像受信機能部１３ｂ、ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃの３つの機能により構成されている。画像受信機能部１３ａ，１３ｂは、映像配信装置１１又は擬似ネットワーク機能部１２から供給される映像トラフィックを映像信号に変換する。具体的にはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で実現され、ＰＣ上の映像再生ソフトウェアで再生した映像を、アナログ又はデジタル映像信号として出力する。

ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃは、例えばハードウェア型の映像品質評価装置であるＫＤＤＩ−ＭＷ製のＶＰ２１Ｈを用いる。ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃは、基準映像と劣化映像から、ＦＲ方式により映像品質指標値として主観評価指標であるＤＳＣＱＳ値相当の映像品質指標を出力する。

特性データ作成機能部１４Ｂは、映像品質指標補正部１４ｅ、計測値マッピング機能部１４ｆ、映像品質指標モデル作成部１４ｇ、映像指標データ送信部１４ｈより構成されている。

映像品質指標補正部１４ｅは、画像受信機能部１３ａ，１３ｂの出力する基準映像と劣化映像の非同期現象によって生じる映像品質指標値のインパクト量を推定し、そのインパクト量を除去した形に映像品質指標値を補正する。

計測値マッピング機能部１４ｆは、映像配信装置１１から受信した映像に関し、映像品質指標補正部１４ｅにより補正された映像評価指標値（ＤＳＣＱＳ値）と、擬似ネットワーク機能部１２の出力するパケットロス率の関係をマッピングしてプロファイルを作成する。

映像品質指標モデル作成部１４ｇは、ネットワーク品質シナリオのパケットロス率と、そのパケットロス率に対応して取得される映像評価指標（ＤＳＣＱＳ値）との対応データであるプロファイルの傾向を関数近似することで、映像品質指標モデルを作成する。

映像指標データ送信部１４ｈは、配信映像に対する映像品質指標モデル作成部１４ｇの処理が終了した時点で、生成した映像品質指標モデルをクライアント３０のネットワーク品質特性計測機能部３１に対して送付する。

図１０に、配信サーバ１０及びクライアント３０の基本処理フローを示す。

ステップＳ１：映像配信装置１１はクライアントに配信する配信映像を受信する。

ステップＳ２：擬似ネットワーク機能部１２は配信映像に対し、パケットロス等の様々なネットワーク品質劣化のシナリオを経験させる。

ステップＳ３：特性データ作成機能部１４Ｂは映像品質評価機能部１３で直接受信した配信映像（基準映像）とネットワーク品質劣化を擬似的に発生させた配信映像（劣化映像）を比較し、画質の差分より映像品質指標値（ＤＳＣＱＳ値）を計測する。

ステップＳ４：特性データ作成機能部１４ＢはステップＳ２において実行したネットワーク品質シナリオとステップＳ３において計測した映像品質指標を対応付け、その変化傾向をモデル化する。

ステップＳ５：特性データ作成機能部１４ＢはステップＳ４で作成した映像品質指標モデルをクライアント３０の映像品質指標算出機能部３２Ｂに送付する。

ステップＳ６：映像品質指標算出機能部３２Ｂはネットワーク品質特性計測機能部３１で計測されたネットワーク品質を用いて、映像品質指標モデルを参照することにより、クライアント３０に配信されている映像のＦＲ方式に相当する映像品質指標を算出計測する。

<ネットワーク品質劣化（パケットロス）シナリオ定義>
図１１及び図１２に、擬似ネットワーク機能部１２におけるネットワーク品質劣化シナリオの定義方法を示す。図１１は、ネットワーク品質劣化シナリオをシーケンシャルに実行する方法を示す。同図中、数ｓｅｃ〜数１０ｓｅｃ程度の映像品質指標モデル作成間隔内においては、各シーンの映像特性が殆ど同じであると仮定し、各ネットワーク品質劣化シナリオすなわちパケットロス０％，０．５％，１．０％，１．５％，２．０％をシーケンシャルに実行する。

図１２は、ネットワーク品質劣化シナリオをパラレルに実行する方法を示す。同図中、数ｓｅｃ〜数１０ｓｅｃ程度の映像品質指標モデル作成間隔内のシーンに対し、各ネットワーク品質劣化シナリオすなわちパケットロス０％，０．５％，１．０％，１．５％，２．０％をパラレルに実行する。

パラレルシナリオに比べシーケンシャルシナリオは、機能コンポーネント（擬似ネットワーク機能部１２，映像品質評価機能部１３等）の数、処理量を軽減できるが、パラレルシナリオでは１つのシーンに対し複数のシナリオを実行して評価シーンを一致させることが可能であり、品質評価精度が高いと言える。

<特性データ作成>
図１３に、特性データ作成機能部１４Ｂの処理フローを示す。

ステップＳ１１：各ネットワーク品質シナリオ実行時に計測されるＦＲ映像品質指標値（ＤＳＣＱＳ）の平均値を求める。

ステップＳ１２：パケットロス率０％のシナリオ時における映像品質指標値の平均値が正常値の範囲をとっているか否かを判別し、正常値の範囲外であればステップＳ１３で補正処理（フィルタリング）を行ってステップＳ１４に進み、正常値の範囲内であればそのままステップＳ１４に進む。

ステップＳ１３：映像品質指標補正部１４ｅは全てのネットワーク品質の劣化シナリオで得られた映像品質指標値の平均値それぞれからパケットロス率０％のシナリオにおける映像品質指標値の平均値を減算する。

ここでは、ネットワーク品質が劣化しないシナリオ（パケットロス率０％）時において本来、映像品質指標値は必ず正常値（ＤＳＣＱＳの平均値＝０％）を示さなければならない。しかし、基準映像と劣化映像間の非同期の現象が発生すると、映像自体の画像同期が実施できず映像品質指標値が異常値（ＤＳＣＱＳの平均値>０％）を示す。図１４にネットワーク品質劣化シナリオをシーケンシャルに実行した場合のＦＲ方式映像品質指標値（ＤＳＣＱＳ）の様子を示し、図１５にネットワーク品質劣化シナリオをパラレルに実行した場合のＦＲ方式映像品質指標値（ＤＳＣＱＳ）の様子を示す。

このとき、映像品質指標値が示す異常値がネットワーク品質劣化以外の要因で発生していることに着目し、ネットワーク品質シナリオが良好（パケットロス率０％）にも関わらず異常値を示している映像品質指標値の平均値を計測し、その異常値における本来の正常値からの差分量（つまり異常値そのもの）を他のネットワーク品質劣化シナリオ時に得られた映像品質指標値の平均値それぞれから除去して補正を行う。

図１６に映像品質指標値の平均値の補正の様子を示す。ここでは、パケットロス率０％時にＤＳＣＱＳ平均値＝Ｇ０（異常値）−０（正常値）＝Ｇ０とする。また、パケットロス率ｘ％時のＤＳＣＱＳ平均値＝Ｇｘであれば、パケットロス率ｘ％時のＤＳＣＱＳ平均値＝Ｇｘ−Ｇ０に補正する。

ステップＳ１４：計測値マッピング機能部１４ｆは各ネットワーク品質シナリオのパケットロス率と補正済み映像品質指標値の平均値との対応データであるプロファイルを保持する。図１７にプロファイルの一例を示す。

ステップＳ１５：映像品質指標モデル作成部１４ｇはプロファイルすなわちパケットロス率と映像品質指標値（ＤＳＣＱＳ平均値）の対応データにおける変化傾向をモデル化するため、図１８に示すように、最小自乗法により線形近似を実施する。

映像品質指標値＝ａ×パケットロス率＋ｂ （ａ、ｂは関数パラメータ）
この方法はＤＳＣＱＳ値が微小パケットロス率の変動に対して線形的な変化を示す特性を利用するものである。

なお、映像品質指標値としてＤＳＣＱＳ値を用いた場合、ステップＳ１３で補正を行っているために、関数パラメータｂ＝０となるが、ＤＳＣＱＳ値以外の映像品質指標値を用いるとｂ≠０となる場合があるため、関数パラメータａ，ｂとしている。また、最小自乗法により線形近似を行う以外に、曲線近似を行っても良く、この場合には関数パラメータが３以上になる。

ステップＳ１６：映像指標データ送信部１４ｈは関数化された映像品質指標モデル（映像品質指標値＝ａ×パケットロス率＋ｂ）に対し、パラメータ（ａ，ｂ）をクライアント３０の映像品質指標算出機能部３２Ｂに送付する。

<配信映像の映像品質指標算出>
映像品質指標算出機能部３２Ｂは、特性データ作成機能部１４Ｂからパラメータ（ａ，ｂ）を送付されると共に、ネットワーク品質特性計測機能部３１より一定期間毎にパケットロス率を受信している。

映像品質指標算出機能部３２Ｂは以下の式に基づき、計測したパケットロス率に対応する映像品質指標値を算出する。

映像品質指標値＝ａ×計測パケットロス率＋ｂ
更に、映像品質指標算出機能部３２Ｂは、算出された映像品質指標値に対して、映像品質が劣化したかどうかを判定するための閾値を持っており、算出した指標値が閾値を超えた場合は、ユーザが視聴している映像の品質が劣化したものと判断し、ネットワーク管理システム４０に対してアラーム情報を通知する。
図１９に映像品質指標算出機能部３２Ｂにおける配信映像の映像品質指標算出の様子を示す。ここで、「映像品質指標モデル作成時に評価させるシーン」と「クライアントで映像品質推定を実施するシーン」とを一致させるため、映像品質指標モデルの作成時間とパケットロス率計測期間を一致させ、クライアント３０における映像品質指標算出は映像品質指標データ（関数パラメータ）の受信をトリガーとして行う。

このように、配信映像の各シーンに対しネットワーク特性と映像品質指標（従来の画像レベルでの指標値）を自動的に関連付けるための機能を提供しており，従来の評価手法では提供できなかった映像品質指標（＝映像シーン特性を考慮し、ネットワーク品質に関連付けられた映像品質指標値）を自動的に構築することが可能となる。

ここで、ＦＲ型映像品質指標算出機能部１３ｃにおいて、基準映像と劣化映像の２入力映像からＦＲ方式映像品質指標であるＤＳＣＱＳ値を取得するため、２つの映像を完全に同期させて評価する必要がある。しかし、機能コンポーネントのクロックずれなどの影響により、基準映像と劣化映像を同期させて評価することは困難であり、また、基準映像と劣化映像から得られるＤＳＣＱＳ値は大きくばらつくが、本実施形態では、映像品質指標補正部１４ｅを設けているため、映像品質指標値（ＤＳＣＱＳ値）とパケットロス率の関係を正確にマッピングしたプロファイルを得ることができる。配信サーバ１０から各クライアントにプロファイルを送付するのではなく、関数パラメータ（ａ，ｂ）を送付するため、通信ネットワーク２０のトラフィック負荷を低く抑えることができる。

上記実施形態では、劣化映像生成手段の一例として擬似ネットワーク機能部１２を用い、映像品質指標値計測手段の一例として映像品質評価機能部１３を用い、特性データ作成手段の一例として特性データ作成機能部１４Ａ，１４Ｂを用い、送付手段の一例として特性データ作成機能部１４Ａ，映像指標データ送信部１４ｈ，品質特性計測機能部３１を用い、補正手段の一例として映像品質指標補正部１４ｅを用い、関数近似手段の一例として映像品質指標モデル作成部１４ｇを用い、品質劣化値計測手段の一例としてネットワーク品質特性計測機能部３１を用い、映像品質指標値算出手段及びアラーム発生手段の一例として映像品質指標算出機能部３２Ａ、３２Ｂを用いている。

Claims (9)

1. 配信サーバからネットワークを介して一又は複数のクライアントに映像配信を行うシステムで配信された映像品質を監視する映像品質監視方法において、
   前記配信サーバで、
   配信する基準映像と前記ネットワークによる品質劣化のシナリオを疑似的に発生させた劣化映像とを比較してフルリファレンス方式の映像品質指標値を計測し、
   一定期間毎に複数のシナリオで変化させた品質劣化値と各シナリオに対応する映像品質指標値の特性データを作成して各クライアントに送付し、
   前記各クライアントで、
   前記ネットワークから配信された配信映像における品質劣化値を計測し、
   計測した前記品質劣化値と前記特性データから前記配信映像のフルリファレンス方式に相当する映像品質指標値を算出する
   ことを特徴とする映像品質監視方法。
2. 配信サーバからネットワークを介して一又は複数のクライアントに映像配信を行うシステムで配信された映像品質を監視する映像品質監視方法において、
   前記配信サーバで、
   配信する基準映像と前記ネットワークによる品質劣化のシナリオを疑似的に発生させた劣化映像とを比較してフルリファレンス方式の映像品質指標値を計測し、
   一定期間毎に複数のシナリオで変化させた品質劣化値と各シナリオに対応する映像品質指標値の特性データを作成し、
   前記各クライアントで、
   前記ネットワークから配信された配信映像における品質劣化値を計測して前記配信サーバに送付し、
   前記配信サーバで、
   送付された前記品質劣化値と前記特性データから前記配信映像のフルリファレンス方式に相当する映像品質指標値を算出する
   ことを特徴とする映像品質監視方法。
3. 請求項１に記載の映像品質監視方法において、
   前記配信サーバは、前記クライアントに映像配信を行う前に、前記一定期間毎に複数のシナリオで変化させた品質劣化値と各シナリオに対応する映像品質指標値の特性データを作成する
   ことを特徴とする映像品質監視方法。
4. 配信サーバからネットワークを介して一又は複数のクライアントに映像配信を行い配信された映像品質を監視するシステムの配信サーバにおいて、
   配信する基準映像に前記ネットワークによる品質劣化のシナリオを疑似的に発生させて劣化映像を生成する劣化映像生成手段と、
   前記配信する基準映像と前記劣化映像とを比較してフルリファレンス方式の映像品質指標値を計測する映像品質指標値計測手段と、
   一定期間毎に複数のシナリオで変化させた品質劣化値と各シナリオに対応する映像品質指標値の特性データを作成する特性データ作成手段と、
   前記特性データを各クライアント又はネットワーク管理システムに送付する送付手段を
   有することを特徴とする配信サーバ。
5. 配信サーバからネットワークを介して一又は複数のクライアントに映像配信を行い配信された映像品質を監視するシステムのクライアントにおいて、
   前記ネットワークから配信された配信映像における品質劣化値を計測する品質劣化値計測手段と、
   前記配信サーバから一定期間毎に送付される特性データを受信し、計測した前記品質劣化値と前記特性データから前記配信映像のフルリファレンス方式に相当する映像品質指標値を算出する映像品質指標値算出手段を
   有することを特徴とするクライアント。
6. 請求項５記載のクライアントにおいて、
   前記映像品質指標値算出手段で算出された映像品質指標値が閾値を超えたときアラームを発生するアラーム発生手段を
   有することを特徴とするクライアント。
7. 配信サーバからネットワークを介して一又は複数のクライアントに映像配信を行い配信された映像品質を監視するシステムの配信サーバにおいて、
   配信する基準映像に前記ネットワークによる品質劣化のシナリオを疑似的に発生させて劣化映像を生成する劣化映像生成手段と、
   前記配信する基準映像と前記劣化映像とを比較してフルリファレンス方式の映像品質指標値を計測する映像品質指標値計測手段と、
   一定期間毎に複数のシナリオで変化させた品質劣化値と各シナリオに対応する映像品質指標値の特性データを作成する特性データ作成手段と、
   前記クライアントで計測されて送付される配信映像における品質劣化値を受信し、前記品質劣化値と前記特性データから前記配信映像のフルリファレンス方式に相当する映像品質指標値を算出する映像品質指標値算出手段を
   有することを特徴とする配信サーバ。
8. 請求項４又は７記載の配信サーバにおいて、
   前記特性データ作成手段は、
   一定期間毎に複数のシナリオで変化させた品質劣化値と各シナリオに対応する映像品質指標値の平均値に対し、品質劣化がないシナリオに対応する映像品質指標値の平均値を０とする補正を行う補正手段を
   有することを特徴とする配信サーバ。
9. 請求項８記載の配信サーバにおいて、
   前記特性データ作成手段は、
   前記複数のシナリオで変化させた品質劣化値と各シナリオに対応する前記補正手段で補正された映像品質指標値の平均値の対応データについて関数近似を行い、前記関数近似を行った関数パラメータを特性データとする関数近似手段を
   有することを特徴とする配信サーバ。

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