JP6114702B2

JP6114702B2 - ユーザ体感品質推定装置、ユーザ体感品質推定方法及びプログラム

Info

Publication number: JP6114702B2
Application number: JP2014026133A
Authority: JP
Inventors: 富永　聡子; 聡子富永; 増田　征貴; 征貴増田; 憲子吉村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: JP2015154234A

Description

本発明は、映像配信サービスに対するユーザ体感品質（QoE：Quality of Experience）を推定するユーザ体感品質推定装置、ユーザ体感品質推定方法及びプログラムに関する。特に、本発明は、映像配信サービス利用時にユーザが映像及び音響で構成される映像コンテンツの配信要求の開始から映像コンテンツの再生が完了するまでのユーザ体感を加味して、映像配信サービスに対するQoEを推定するユーザ体感品質推定装置、ユーザ体感品質推定方法及びプログラムに関する。

インターネットを利用した映像配信サービスの利用者が増加している。ユーザに満足してもらえる映像配信サービスを提供するためには、映像配信サービスに対するQoEを適切に管理する必要がある。映像配信サービスでは、ユーザが映像コンテンツ（映像及び音響）の配信要求を開始してから映像コンテンツの再生が開始されるまでに待ち時間が発生する場合がある。このような映像コンテンツの再生開始までの待ち時間は、映像配信サービスに対するQoEに影響を与える。

従来、映像配信サービスにおけるQoE推定では、主に、映像品質の推定（特許文献１参照）、音響品質の推定（特許文献２参照）、映像と音響を総合したマルチメディア品質の推定（特許文献３参照）等のように、映像コンテンツ視聴中の映像や音響のQoE推定が行われてきた。

特許第4317540号特許第4866376号特許第4802183号

ユーザが映像配信サービスにおいて映像コンテンツの配信要求を開始した時点からサービスの享受は始まっており、適切にQoEを定量化するには、映像コンテンツの配信要求を開始してから、映像コンテンツの再生が完了するまでを対象としたQoEの推定が必要である。しかし、映像コンテンツの再生待ち時間を加味して映像配信サービスのQoEを推定する技術は検討されていない。

そこで、本発明では、ユーザが映像配信要求を開始してから、映像コンテンツが再生され、再生が完了するまでのQoEを推定する技術を実現することを目的とする。

本発明の一形態に係るユーザ体感品質推定装置は、
映像配信サービスに対するユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定装置であって、
映像配信サービス受信端末による映像コンテンツの配信要求の開始から、当該映像配信サービス受信端末において映像コンテンツの再生が開始されるまでの再生待ち時間を取得する再生待ち時間取得部と、
配信された映像コンテンツの符号化品質を推定する符号化品質推定部と、
前記符号化品質推定部により推定された映像コンテンツの符号化品質と前記再生待ち時間取得部により取得された再生待ち時間とを用いてユーザ体感品質低下量を推定し、前記符号化品質推定部により推定された映像コンテンツの符号化品質から前記ユーザ体感品質低下量を減じることにより、映像コンテンツの配信要求の開始から映像コンテンツの再生の完了までのユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定部と、
を有する。

また、本発明の一形態に係るユーザ体感品質推定方法は、
映像配信サービスに対するユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定装置におけるユーザ体感品質推定方法であって、
前記ユーザ体感品質推定装置の再生待ち時間取得部が、映像配信サービス受信端末による映像コンテンツの配信要求の開始から、当該映像配信サービス受信端末において映像コンテンツの再生が開始されるまでの再生待ち時間を取得するステップと、
前記ユーザ体感品質推定装置の符号化品質推定部が、配信された映像コンテンツの符号化品質を推定するステップと、
前記ユーザ体感品質推定装置のユーザ体感品質推定部が、前記推定された映像コンテンツの符号化品質と前記取得された再生待ち時間とを用いてユーザ体感品質低下量を推定し、前記推定された映像コンテンツの符号化品質から前記ユーザ体感品質低下量を減じることにより、映像コンテンツの再生要求の開始から映像コンテンツの再生の完了までのユーザ体感品質を推定するステップと、
を有する。

また、本発明の一形態に係るプログラムは、
映像配信サービスに対するユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該コンピュータを、
映像配信サービス受信端末による映像コンテンツの配信要求の開始から、当該映像配信サービス受信端末において映像コンテンツの再生が開始されるまでの再生待ち時間を取得する再生待ち時間取得手段、
配信された映像コンテンツの符号化品質を推定する符号化品質推定手段、
前記符号化品質推定手段により推定された映像コンテンツの符号化品質と前記再生待ち時間取得手段により取得された再生待ち時間とを用いてユーザ体感品質低下量を推定し、前記符号化品質推定手段により推定された映像コンテンツの符号化品質から前記ユーザ体感品質低下量を減じることにより、映像コンテンツの再生要求の開始から映像コンテンツの再生の完了までのユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定手段、
として機能させる。

本発明によれば、ユーザが映像配信要求を開始してから、映像コンテンツが再生され、再生が完了するまでのQoEを推定することが可能になる。

本発明の実施形態に係るユーザ体感品質推定装置を含むシステムの概略図本発明の実施形態に係るユーザ体感品質推定装置の構成図符号化品質の異なる映像コンテンツに対する再生待ち時間とQoEとの関係を示す図本発明の実施形態に係るユーザ体感品質推定装置により評価されたQoEの推定精度を示す図

本発明の実施形態では、映像配信サービスに対するユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定装置について説明する。

ユーザ体感品質推定装置は、ユーザが映像コンテンツ（映像及び音響）の配信要求を開始してから映像コンテンツの再生が開始されるまでの再生待ち時間を取得する。再生待ち時間を取得する方法としては、例えばWebページのログを用いればよく、映像コンテンツの配信要求時刻と映像コンテンツの再生開始時刻の情報を取得し、それらの時刻差分により再生待ち時間を取得することができる。取得した再生待ち時間は、再生待ち時間情報記憶部に格納してもよい。

次に、再生された映像コンテンツについて映像及び音響の符号化品質を推定する。ここで、符号化品質とは、特定の符号化条件での再生待ち時間0秒のQoEのことである。符号化品質の推定では、まず、映像解像度やフレームレート、ビットレート、サンプリングレート、符号化方式等の映像及び音響の符号化情報を取得する。符号化情報は転送されるパケットから得てもよいし、対象となる映像配信サービスが限定される場合には、あらかじめ符号化情報を設定してもよい。符号化品質の推定は、得られた映像及び音響の符号化情報を基に、符号化品質推定部において符号化品質推定モデルを用いて推定する。符号化品質推定モデルは、あらかじめ主観評価実験で映像コンテンツ（映像及び音響）の符号化条件と再生待ち時間を変化させた場合の再生待ち時間0秒のQoE（主観品質評価値）を求めておき、再生待ち時間0秒のQoEと符号化情報の対応関係から符号化品質推定モデルを作成しておく。符号化品質は、符号化条件と再生待ち時間を変化させた条件で、主観評価実験を実施した場合に得られる再生待ち時間0秒のQoEであるため、例えば特許文献１〜３にあるような符号化条件のみで推定したQoEとは必ずしも一致しないことがある。そこで、特許文献１〜３にあるような客観品質評価法を用いて符号化品質を推定する場合には、客観評価法で得られたQoE推定値と主観品質評価実験で求めた符号化品質(再生待ち時間0秒のQoE)の関係式をあらかじめ求めておき、客観評価法で得られたQoE推定値を符号化品質に変換する必要がある。符号化品質は、収集された符号化情報を符号化品質推定モデルに入力して推定値を得る。推定された符号化品質を符号化品質情報記憶部に格納してもよい。

さらに、映像配信サービスにおいて映像コンテンツの配信要求を開始してから映像配信の再生が完了するまでのQoEは、符号化品質と再生待ち時間を入力情報として、QoE推定モデルを用いて計算する。符号化品質と再生待ち時間は、それぞれ符号化品質情報記憶部及び再生待ち時間情報記憶部より読み込んでもよい。QoE推定モデルのモデル式は、あらかじめ符号化品質と再生待ち時間をパラメータとしてQoEを主観評価実験により求め、主観評価実験で求めたQoEと、符号化品質及び再生待ち時間の関係を非線形回帰でモデル化する。QoE推定モデルは、あらかじめユーザ体感品質推定情報記憶部に格納されていてもよい。ユーザ体感品質推定部において、ユーザ体感品質推定情報記憶部より読み込んだQoE推定モデルに符号化品質及び再生待ち時間を入力して、QoEの推定値を得る。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

＜ユーザ体感品質推定装置の構成及び動作＞
図１は、本発明の実施形態に係るユーザ体感品質推定装置を含むシステムの概略図である。本発明の実施形態では、IP網のようなネットワークを介して実現される映像配信サービスにおいて、ユーザが映像配信サーバにサービス要求した際の映像コンテンツの再生（視聴）に対するQoEが推定される。

全体システムは、ユーザ体感品質推定装置１０と、映像配信サービス受信端末２０と、映像配信サーバ３０と、映像配信サービス品質管理装置４０とで構成される。

映像配信サービス受信端末２０は、ユーザが映像配信サービスを受信する端末であり、例えば、パーソナルコンピュータ（PC）、パーソナルデジタルアシスタント（PDA）、携帯電話（Feature Phone）、スマートフォン（Smart Phone）等が含まれる。映像配信サーバ３０は、映像配信サービス受信端末２０からの配信要求により、映像コンテンツを配信するサーバである。

ユーザ体感品質推定装置１０は、ユーザが映像配信サービス受信端末２０から映像配信サーバ３０に映像配信サービスの映像コンテンツ（映像及び音響）の配信要求を開始してから、映像配信サービス受信端末２０で映像コンテンツの再生（視聴）が完了するまでのQoEを推定する。図１の構成に示すように、ユーザ体感品質推定装置１０は、映像配信サービス受信端末２０に組込まれてもよい。

この実施形態では、ユーザ体感品質推定装置１０は映像配信サービス受信端末２０に組込むことを前提としているが、独立した装置または端末に接続する外部装置として実現してもよく、映像配信サーバ３０に組み込む装置として実現してもよい。さらに、ユーザ体感品質推定装置１０の出力結果は、映像配信サービス受信端末２０内に保持するだけでなく、外部装置である映像配信サービス品質管理装置４０に送り、品質監視や品質制御等の品質管理を実施してもよい。

本発明の実施形態は、映像配信サービスにおいてユーザが映像コンテンツの配信要求を開始してから再生された映像コンテンツの視聴を完了するまでのサービスに対するQoEを推定するものである。

図２は、本発明の実施形態に係るユーザ体感品質推定装置１０の構成図である。

再生待ち時間取得部１０１は、ユーザが映像配信サービス受信端末２０で映像コンテンツの配信要求を開始してから映像コンテンツの再生が開始されるまでの再生待ち時間を取得する。

再生待ち時間情報記憶部１０３は、取得された再生待ち時間を格納するデータベース（DB）である。

符号化情報取得部１０５は、映像解像度やフレームレート、ビットレート、サンプリグレート、符号化方式等の映像及び音響の符号化情報を取得する。

符号化品質推定部１０７は、例えば、あらかじめ作成された符号化品質推定モデルを用いて、配信された映像及び音響の符号化品質を推定する。

符号化品質情報記憶部１０９は、推定した符号化品質を格納するデータベース（DB）である。

ユーザ体感品質推定情報記憶部１１１は、QoE推定モデルのモデル式及びその係数を格納するデータベース（DB）である。QoE推定モデルは、あらかじめ符号化品質と再生待ち時間をパラメータとして主観評価実験により求められる。

ユーザ体感品質推定部１１３は、映像コンテンツの再生待ち時間と配信された映像及び音響の符号化品質をQoE推定モデルに入力し、ユーザによる映像コンテンツの配信要求の開始から再生を完了するまでのQoEを算出する。具体的には、ユーザ体感品質推定部１１３は、再生待ち時間を再生待ち時間情報記憶部１０３より読み込み、符号化品質を符号化品質情報記憶部１０９より読み込み、QoE推定モデルのモデル式及びその係数をユーザ体感品質推定情報記憶部１１１より読み込む。そして、ユーザ体感品質推定部１１３は、読み込んだ映像コンテンツの符号化品質と、読み込んだ再生待ち時間と、QoE推定モデルを用いてユーザの映像コンテンツの配信要求の開始から再生を完了するまでのQoEを算出する。

次に、本発明の実施形態に係るユーザ体感品質推定装置１０の動作について説明する。

まず、再生待ち時間取得部１０１において、ユーザが配信要求を開始してから映像コンテンツの再生が開始されるまでの再生待ち時間を取得する。再生待ち時間の取得は既存技術を用いればよく、例えば、Webのログを用いて映像の配信要求時刻と映像再生の開始時刻を収集し、後者の時刻から前者の時刻の差分をとることで再生待ち時間が算出できる。再生待ち時間取得部１０１で取得された再生待ち時間は再生待ち時間情報記憶部１０３に格納しておく。

次に、符号化品質推定部１０７において、再生された映像コンテンツの映像及び音響の符号化品質を推定する。符号化品質の推定は、まず、符号化情報取得部１０５において、あらかじめ映像解像度やフレームレート、ビットレート、サンプリグレート、符号化方式等の映像及び音響の符号化情報を収集する。符号化情報は転送されるパケットから得るもしくは、対象となる映像配信サービスが限定される場合には、あらかじめ符号化品質情報を設定してもよい。次に、符号化品質推定部１０７において、得られた映像及び音響の符号化情報を基に、符号化品質推定モデルを用いて符号化品質を推定する。符号化品質推定モデルは、あらかじめ主観評価実験で映像コンテンツ（映像及び音響）の符号化条件と再生待ち時間を変化させた場合の再生待ち時間0秒のQoE（主観品質評価値）を求めておき、符号化情報とQoEの関係を数式化し、符号化品質推定モデルとして作成しておく。符号化品質は、符号化情報を符号化品質推定モデルに入力して推定する。推定した符号化品質を符号化品質情報記憶部１０９に格納する。

さらに、ユーザ体感品質推定部１１３において、映像配信サービスでユーザが映像コンテンツの配信要求をしてから映像コンテンツの再生が完了するまでのQoEを、符号化品質と再生待ち時間を入力情報として、QoE推定モデルを用いて計算する。符号化品質と再生待ち時間は、それぞれ符号化品質情報記憶部１０９及び再生待ち時間情報記憶部１０３より読み込む。QoE推定モデルのモデル式は、ユーザ体感品質推定情報記憶部１１１より読み込む。QoE推定モデルのモデル式は、あらかじめ符号化品質と再生待ち時間をパラメータとしてQoEを主観評価実験により求め、符号化品質と再生待ち時間の関係を非線形回帰で数式化し、この数式をQoE推定モデルとする。

QoE推定モデル式は、式（１）に示すように、映像コンテンツの符号化品質を基準とし、符号化品質と再生待ち時間の２つの要因を考慮したQoE低下量を減じたモデルとなる。

QoE=QoEenc-QoE(QoEenc,t) 式（１）
QoE：映像コンテンツの配信要求の開始から再生完了までのQoE
t：再生待ち時間
QoEenc：符号化品質推定値
QoE(QoEenc,t)：符号化品質と再生待ち時間を考慮したことによるQoE低下量
QoE推定モデル作成の具体例を示す。図３は、主観評価実験で符号化条件の異なる複数の映像コンテンツに対し再生待ち時間を変化させ、20〜40代の非専門家男女24名が5段階品質尺度（「5:非常に良い」、「4:良い」、「3:普通」、「2:悪い」、「1:非常に悪い」）で評価した平均評点（MOS：Mean Opinion Score）と再生待ち時間の関係を示している。ここでは、QoE評価尺度としてMOSを用いているが、例えば5段階妨害尺度等、QoEを表す他の評価尺度を用いても構わない。図３より、再生待ち時間長の増加に対してMOSが低下する特性がわかる。また、映像コンテンツ毎に、再生待ち時間0秒でのMOSを最大値として、再生待ち時間長の増加に対してMOSが低下する特性がわかる。この考えに基づき、QoE推定モデルを求めることができる。

QoE推定モデルの関数型は、次式のような指数関数でもよいし、単調減少関数であれば指数関数でなくてもよい。

QoE=αexp(-βt)+γ 式（２）
α、β：定数
まず、図３の主観評価実験結果を用いて、映像コンテンツ（図中の凡例）毎に式（２）の関数型で回帰式を求め、α、β、γの値をそれぞれ導出する。次に、α、β、γと符号化品質（再生待ち時間0秒（t₀）でのQoE（QoE_t0））の関係を求める。得られたα、β、γとQoE_t0の関係式を式（２）に代入する。この結果、式（３）のようにQoE_t0とtを用いてQoEの推定式を作ることができる。

QoE=(aQoE_t0+b)exp(-t/(cQoE_t0^2+dQoE_t0+e))+fQoE_t0+g 式（３）
a,b,c,d,e,f,g：定数
QoE推定を行うためには、符号化品質情報記憶部１０９より読み込んだ符号化品質と再生待ち時間情報記憶部１０３より読み込んだ再生待ち時間をユーザ体感品質推定情報記憶部１１１から読み込んだQoE推定モデルに入力し、QoE推定値を計算する。

図４は、本発明の実施形態に係るユーザ体感品質推定装置１０により評価されたMOSの推定精度を示す。図３中の凡例○で示される３つの符号化条件のデータを用いて式（３）の係数を導き、MOSを推定するQoE推定モデルを作成し、残りの凡例◇で示される３つの符号化条件の待ち時間と符号化品質（待ち時間0秒のMOS）を代入してMOS推定値を算出している。横軸は主観品質評価実験により求めた測定MOS（実測値）、縦軸は符号化品質及び再生待ち時間を入力情報としてQoE推定モデルで求めた推定MOS（推定値）を示している。殆どのデータが45度の線上に位置しており、式（３）のQoE推定モデルは非常に精度良くQoEを推定していることがわかる。

以上の実施形態により、ユーザが映像配信要求を行ってから、映像コンテンツが再生され、再生が完了するまでのQoEを推定することが可能となる。

＜発明の実施形態の効果＞
本発明の実施形態によれば、ユーザが映像配信サービスの配信要求を開始してから、映像コンテンツが再生され、映像及び音響の視聴が完了するまでのQoEを推定することが可能になる。従って、ユーザのQoEが低下した際に改善を図ることで、ユーザに提供するサービスの品質を維持向上することが可能となる。

説明の便宜上、本発明の実施形態に係るユーザ体感品質推定装置は機能的なブロック図を用いて説明しているが、本発明の実施形態に係るユーザ体感品質推定装置は、ハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせで実現されてもよい。また、各機能部が必要に応じて組み合わせて使用されてもよい。また、本発明の実施形態に係る方法は、実施形態に示す順序と異なる順序で実施されてもよい。

以上、ユーザが映像配信要求を開始してから、映像コンテンツが再生され、再生が完了するまでのQoEを推定するための手法について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々の変更・応用が可能である。

１０ユーザ体感品質推定装置
１０１再生待ち時間取得部
１０３再生待ち時間情報記憶部
１０５符号化情報取得部
１０７符号化品質推定部
１０９符号化品質情報記憶部
１１１ユーザ体感品質推定情報記憶部
１１３ユーザ体感品質推定部

Claims

映像配信サービスに対するユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定装置であって、
映像配信サービス受信端末による映像コンテンツの配信要求の開始から、当該映像配信サービス受信端末において映像コンテンツの再生が開始されるまでの再生待ち時間を取得する再生待ち時間取得部と、
配信された映像コンテンツの符号化品質を推定する符号化品質推定部と、
前記符号化品質推定部により推定された映像コンテンツの符号化品質と前記再生待ち時間取得部により取得された再生待ち時間とを用いてユーザ体感品質低下量を推定し、前記符号化品質推定部により推定された映像コンテンツの符号化品質から前記ユーザ体感品質低下量を減じることにより、映像コンテンツの配信要求の開始から映像コンテンツの再生の完了までのユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定部と、
を有するユーザ体感品質推定装置。
前記再生待ち時間取得部により取得された再生待ち時間を格納する再生待ち時間情報記憶部と、
前記符号化品質推定部により推定された映像コンテンツの符号化品質を格納する符号化品質情報記憶部と、
ユーザ体感品質を推定するためのモデル式を格納するユーザ体感品質推定情報記憶部と、
を更に有する、請求項１に記載のユーザ体感品質推定装置。
映像配信サービスに対するユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定装置におけるユーザ体感品質推定方法であって、
前記ユーザ体感品質推定装置の再生待ち時間取得部が、映像配信サービス受信端末による映像コンテンツの配信要求の開始から、当該映像配信サービス受信端末において映像コンテンツの再生が開始されるまでの再生待ち時間を取得するステップと、
前記ユーザ体感品質推定装置の符号化品質推定部が、配信された映像コンテンツの符号化品質を推定するステップと、
前記ユーザ体感品質推定装置のユーザ体感品質推定部が、前記推定された映像コンテンツの符号化品質と前記取得された再生待ち時間とを用いてユーザ体感品質低下量を推定し、前記推定された映像コンテンツの符号化品質から前記ユーザ体感品質低下量を減じることにより、映像コンテンツの再生要求の開始から映像コンテンツの再生の完了までのユーザ体感品質を推定するステップと、
を有するユーザ体感品質推定方法。
映像配信サービスに対するユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該コンピュータを、
映像配信サービス受信端末による映像コンテンツの配信要求の開始から、当該映像配信サービス受信端末において映像コンテンツの再生が開始されるまでの再生待ち時間を取得する再生待ち時間取得手段、
配信された映像コンテンツの符号化品質を推定する符号化品質推定手段、
前記符号化品質推定手段により推定された映像コンテンツの符号化品質と前記再生待ち時間取得手段により取得された再生待ち時間とを用いてユーザ体感品質低下量を推定し、前記符号化品質推定手段により推定された映像コンテンツの符号化品質から前記ユーザ体感品質低下量を減じることにより、映像コンテンツの再生要求の開始から映像コンテンツの再生の完了までのユーザ体感品質を推定するユーザ体感品質推定手段、
として機能させるプログラム。