JP5496914B2 - 知覚上の品質を評価する方法 - Google Patents
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Description
本願は、2008年1月18日に出願された米国仮特許出願第61/011,525号の米国特許法第119条(e)のもとでの出願日の利益を主張するものである。
本発明は、知覚上の品質を評価する完全参照(FR)客観法に関し、詳細には、パケット損失および符号化アーチファクトがあるときにデコードされたビデオ・フレームの知覚上の品質を評価する完全参照(FR)客観法に関する。
エッジ情報は、画像/ビデオ理解および品質評価の研究において非常に重要である。まず、HVSは絶対的な信号強度よりもコントラストに敏感であり、パケット損失があるときの画像の不連続性は人間が誤りを見分ける手がかりとなりうる。したがって、エッジおよび輪郭情報は、パケット損失のシナリオにおいて画像品質を評価するための最も重要な情報となりうる。さらに、強いエッジの密度は、画像およびビデオのテクスチャの豊かさまたは活動レベルの指標と考えることができ、これはもう一つの非常に重要なHVS属性、空間的マスキング効果に密接に関係している。
参照ビデオ・フレームと試験ビデオ・フレームの間の歪みを計算する最も幅広く受け入れられている方法のいくつかは、MAE、MSEまたはPSNRである。これらは数学的には次のように計算される。
MAEが典型的には知覚上のビデオ品質を評価する良好な方法でない少なくとも一つの理由は、HVS特性を全く考慮することなく、各画像ピクセルを同等に取り扱うということである。したがって、少なくとも一つの実装は、そのパフォーマンスを改善するためにテクスチャ・マスキングおよびコントラスト・マスキングを活用する。
伝搬される誤差は、通例、何らかの歪められた画像領域または誤った位置に位置された小さな画像片である。この種の誤りの局所的な視覚的効果のため、この種の誤りは、コントラスト・マスキングおよびテクスチャ・マスキングの効果両方を合わせたものによって影響されることがありうる。換言すれば、伝搬される誤差によって引き起こされる局所的な歪みは認識されることができる。たとえば、誤りが組み合わされたマスキング効果の可視性閾値より大きい場合にである。そうでない場合には、歪みは見えない。最小可知歪み(JND: Just-Noticeable-Distortion)は、HVSによってぎりぎり見える歪みの量を意味する。
Thresh_visibility=JND=max(b*den_edge,cont_thresh) (4)
としてモデル化する。
1.もとの参照フレームに基づいてエッジ検出を実施する。結果として得られるピクセルごとの二値エッジ・マップに基づいて、式(4)について上述したように各8×8ブロックについてエッジ密度を計算する。
2.参照フレームと処理されるフレームとの間の差を計算し、ブロック150における閾値(前記実装では10)より大きな差をもつ8×8ブロックをパケット損失によって影響されたブロックとして選択する。そうでないブロックは、ソース符号化の影響を受けたブロックとして認識される。
3.パケット損失によって影響されたブロックについて、コントラスト・マスキングおよびテクスチャ・マスキングの可視性閾値を計算し、次いで式(4)において定義されるような全体的なJND閾値を計算する。
4.パケット損失によって影響されたブロックについて、式(5)において定義されるようなその知覚上の歪みを計算する。
ビデオが低めのQPでエンコードされるときには、知覚上のビデオ品質劣化は主としてパケット損失によって引き起こされる伝搬される誤りに起因するが、QPが上がるにつれて符号化アーチファクトの視覚上の影響が増す。したがって、これらの歪みをフレーム全体の総歪みに算入する。しかしながら、符号化アーチファクトのグローバル性のため、中央歪みをマスクするために近傍を使うアプローチは問題となりうる。典型的にはそれらの近傍も同様のアーチファクトによって歪められるからである。
DC jnd(i,j)=DO(i,j)・(1−den_edge) (6)
とモデル化できる。
上述したように、ビデオ品質劣化は、符号化アーチファクトおよび伝搬される誤差の結合効果によって引き起こされうる。さらに、上記したように、これらの異なる歪みの知覚上の品質劣化を別個に決定できる。さまざまな実装は、ビデオ・フレーム全体についての最終的な単一の品質指標を生成するために歪みプールまたは重み付けを使う。一つのそのようなプール/重み付けは:
DC jnd(i,j)=DO(i,j)・(1−den_edge) (6)
ここで、AおよびBは、それぞれパケット損失の影響を受けたまたはソース符号化の影響を受けたと同定された8×8ブロックすべての集合を表す。PDは、処理されるフレーム全体の総知覚歪み(perceptual distortion)であり、パラメータwはこれら二つの種類の歪みの間の重み付け因子である。実際には、wはエンコーダの量子化パラメータ(QP)の関数であることもできる。十分なQPサンプルをもつ実装は、wとQPの間の関係を予測できる。他の実装は単に、wを、二つのQPについてそれぞれたとえば0.125および0.25のような値に設定する。式(9)の他の形は当業者にはすぐ明白となるであろう。
いくつかの付記を記載しておく。
〔付記1〕
デジタル画像の複数の諸部分の対応する部分における歪みの量を示す値にアクセスする段階と;
前記値をパケット損失歪みまたは符号化アーチファクト歪みとして分類する段階と;
前記分類する段階に応答して、分類された値を、人間の視覚系の可視性の差を取り入れるよう修正する段階と;
複数の諸部分についての修正された値を組み合わせて、該複数の諸部分についての歪みの量を示す組み合わされた値を形成する段階とを含む、
方法。
〔付記2〕
前記値を分類する段階が:
閾値を前記値と比較する段階と;
前記比較する段階の結果に基づいて前記値がパケット損失歪みであるか符号化アーチファクト歪みであるかを判定する段階とを含む、
付記1記載の方法。
〔付記3〕
前記分類された値を修正する段階が:
前記値を、前記部分の輝度または前記部分のテクスチャの一つまたは複数に基づく可視性閾値と比較する段階と;
前記比較の結果に基づいて前記値を縮小する段階とを含む、
付記1記載の方法。
〔付記4〕
前記可視性閾値が:
人間の視覚系が比較的高めの輝度の領域において歪みを見る能力に基づく閾値;
人間の視覚系が比較的低めの輝度の領域において歪みを見る能力に基づく閾値;または
人間の視覚系が比較的高めのテクスチャの領域において歪みを見る能力に基づき、ここで、テクスチャはエッジ密度によって表される、閾値;
のうちの一つまたは複数を含む、付記3記載の方法。
〔付記5〕
前記可視性閾値が、ピクセル強度の区分連続関数に基づく、付記3記載の方法。
〔付記6〕
前記分類された値を修正する段階が:
前記対応する部分におけるエッジの密度に基づいて前記値を調整することを含む、
付記1記載の方法。
〔付記7〕
付記1ないし6のうちいずれか一項記載の方法であって、当該方法がさらに:
当該方法の結果をビデオに適用して、歪みを低減させるまたはビデオ・シーケンスを訂正することをさらに含む、
方法。
〔付記8〕
(1)パケット損失後の誤り隠蔽から生じる誤り伝搬および(2)符号化アーチファクトの一つまたは複数に関連する歪みを測定するプロセスを使ってデジタル画像またはデジタル画像シーケンスの知覚上の品質を評価する方法であって:
歪みメトリックの結果をパケット損失または符号化アーチファクトに関連するとして分類するために歪みメトリックの該結果に閾値が適用され;
パケット損失に起因する歪みおよび符号化アーチファクトに起因する歪みが組み合わされて、デジタル画像またはデジタル画像シーケンスについての総歪み値を与え;
一つまたは複数のマスクを使って歪み値が調整され、前記一つまたは複数のマスクはテクスチャ・マスクおよびコントラスト・マスクを含み、前記一つまたは複数のマスクのうちの少なくとも一つに基づいてJNDが決定され;
エッジ強度の指標を使ってテクスチャ・マスクが決定され:
ピクセル強度の区分連続関数を使ってコントラスト・マスクが決定される、
方法。
Claims (6)
- 複数の部分を含むデジタル画像のある部分の、基準画像の対応する部分に対する歪みの量を示す値にアクセスする段階と;
前記値を、前記値が閾値以上であればパケット損失歪みとして、あるいは前記値が前記閾値未満であれば符号化アーチファクト歪みとして分類する段階と;
前記歪みの量を示す分類された値を、人間の視覚系によって判別される歪みの可視性を取り入れるよう修正する段階であって、前記修正は、前記値が前記部分の輝度または前記部分のテクスチャの一つまたは複数に基づく可視性閾値未満である場合に、パケット損失歪みとして分類された前記値を縮小することを含む、段階と;
前記複数の部分についての修正された値を組み合わせて、該複数の部分についての歪みの量を示す組み合わされた値を形成する段階とを含む、
方法。 - 前記可視性閾値が:
人間の視覚系が比較的高めの輝度の領域において歪みを見る能力に基づく閾値;
人間の視覚系が比較的低めの輝度の領域において歪みを見る能力に基づく閾値;または
人間の視覚系が比較的高めのテクスチャの領域において歪みを見る能力に基づき、ここで、テクスチャはエッジ密度によって表される、閾値;
のうちの一つまたは複数を含む、請求項1記載の方法。 - 前記可視性閾値が、前記部分の背景輝度の区分連続関数に基づく、請求項1記載の方法。
- 前記部分の前記テクスチャが前記対応する部分におけるエッジの密度に基づく、請求項1記載の方法。
- 請求項1ないし4のうちいずれか一項記載の方法であって、当該方法がさらに:
当該方法の結果をビデオに適用して、歪みを低減させるまたはビデオ・シーケンスを訂正することをさらに含む、
方法。 - (1)パケット損失後の誤り隠蔽から生じる誤り伝搬および(2)符号化アーチファクトの一つまたは複数に関連する歪みを測定するプロセスを使ってデジタル画像またはデジタル画像シーケンスの知覚上の品質を評価する方法であって:
参照画像に対する前記デジタル画像についての歪みメトリックの値に閾値が適用されて、歪みを、前記値が前記閾値以上であればパケット損失に、あるいは前記値が前記閾値未満であれば符号化アーチファクトに関連するとして分類し;
パケット損失に帰せられる歪みおよび符号化アーチファクトに帰せられる歪みが組み合わされて、デジタル画像またはデジタル画像シーケンスについての総歪み値を与え;
一つまたは複数のマスクを使って歪み値が調整され、前記一つまたは複数のマスクはテクスチャ・マスクおよびコントラスト・マスクを含み、前記一つまたは複数のマスクのうちの少なくとも一つに基づいてJNDが決定され;
エッジ強度の指標を使ってテクスチャ・マスクが決定され:
背景輝度の区分連続関数を使ってコントラスト・マスクが決定され、前記調整が、前記値が前記JND未満である場合にパケット損失に帰せされる歪みについての前記値を縮小することを含む、
方法。
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