JPH03124192A

JPH03124192A - 画像品質測定方法

Info

Publication number: JPH03124192A
Application number: JP1262191A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Inoue; 正之井上; Makoto Kosugi; 小杉　信
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1989-10-09
Publication date: 1991-05-27
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JP2801039B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の属する技術分野）本発明は、テレビジョンなどの画像の品質を計測する際
に、特別なテスト画像もしくはテスト信号を用いること
なく、任意の自然画像を用い、しかも、主観的に感じる
品質と精度良く対応させながら、物理的な画像品質を計
測する方法に関するものである。

（従来の技術）従来、テレビジョンなどの画像品質を定量化する方法は
、主観的な画質を測定する際には、定められたテスト画
像を用い、物理計測はこれとは別個にテスト信号を用い
て行うのが主であった。従って、主観的な画質を定量化
する際の評価対象と、物理的な画質を定量化する際の測
定対象が異なるという、本質的な問題をはらんでいた。

また、最近の符号化処理画像の評価などでは、物理測定
にテスト信号を用いることなく、原画像と対象画像との
自乗平均誤差を求める方法が採られることもあるが、主
観的な画質との対応が悪いなどの問題があった。

（発明の目的）本発明は、上述のような問題に対処するために。

主観的な画質の定量化に用いるのと同様な自然画像を評
価対象として用い、物理測定を行うことにより、画質の
客観測定を実現することを目的としたものである。

（発明の構成）（発明の特徴と従来技術との差異）本発明は上記目的を達成するため、所定の計測単位時間
毎に原画像と被測定画像との差分信号を直交変換した歪
成分の周波数スペクトラムを算出し、この周波数スペク
トラムの成分にその変化周期に応じて重み付けを行ない
、この重み付けされた周波数スペクトラムを逆直交変換
した信号を用いて１時系列に画像品質の定量化を行なう
ことを特徴とする。

従来技術とは、主観的な画質の定量化に用いるものと同
様な自然画像を評価対象として用い、物理測定を行なう
点が異なる。

以下に本発明の画像品質測定方法の原理をのべる。

テレビジョンの画質劣化は、通常、雑音妨害と歪（波形
歪）に分られる。このうち、波形歪について考えると、
一般に、伝達系の周波数特性Ｈ（ω）は、Ｈ（ｃ、＋）＝Ａ（ω）ｅ−ｊＢ”）−・（１）で、表
わすことができ、歪のない理想的な特性は次式で表わせ
る。

ＨＯ（（ＩＩ　）＝　Ａ６　ｅ−ｊＢ０’　　　（Ａ、
ｚ　Ｂｏ：定数）　　−−−−−−（２）式（１）で、
Ａ（ω）、Ｂ（ω）は、それぞれ偶関数、及び奇関数で
あるから、それぞれフーリエ展開すると、次式のように
なる。

Ａ（ω）＝Ａ、（１＋Σａ、　ｃｏｓ　ｍτ（１１）　
　：振幅　・・間（３）Ｂ（ω）＝Ｂｏ（，１−Σｂｎ
ｓｉｎｎτω　　：位相　・・・川（４）上式で、Σで
表わされる各フーリエ級数項の部分が歪を表わしている
。

そこで、式（３）、　（４）を式（１）に代入し、フー
リエ逆変換を行うと、ｌ　ａ、ｌ＜１．Ｉ　ｂ、ｌ＜１
のとき、１次近似として出力応答ｇ　（ｔ）は次式で表
わせる。

ｇ　（ｔ）〜ｇｏ（ｔ）＋テ五（ｇｏ（ｔ＋ｍτ）＋ｇ
ｏ（ｔ　ｍτ））１３．２ ″　ｂｎ＋、）：１２　（ｇｏ　（ｔ＋ｎτ）−ｇ。（ｔ−ｎτ
））・・・・・・（５）ここで−ｇｏ（ｔ）はＨｏ（ω
）に対応する波形応答を表わしている。すなわち、伝達
系の歪成分は、式（５）の第２項以下のエコー列で表わ
されることになる。

ところで、従来から、テレビジョン伝送系のエコー妨害
については、エコーの出現位置、すなわちエコー遅延時
間τと心理的妨害度との間には、第１図に示すように視
感度特性に関係のあることが知られており１式（５）と
式（３）、　（４）の各項の対応を考慮すると、歪成分
の周波数スペクトラムに於て、緩やかに変化する成分と
細やかに変化する成分とでは画像品質に及ぼす影響が異
なることを示している。

従って１式（５）の各エコー成分（歪成分）、また式（
３）、　（４）の各フーリエ成分の係数ａ□ｂ０に。

第１図（横軸はエコー遅延時間、縦軸は心理的妨害度）
で示される視感度特性に応じた重み付けを施し、各々の
成分の画像品質に及ぼす効果を均等にすることにより、
視感度との対応のよい画質評価測定が得られると考えら
れる。また１ｍ＝ｎのとき、振幅偏差と位相偏差の画質
に及ぼず影響は同等であることが知られているので、重
み係数は、ｍまたはｎの値に応じて、ａ、ｂ共通に用い
ることができる。

ここで、重み付けを具体的に行う方法としては、歪成分
をいきなり式（５）のように分解して分離するのは難し
いので、式（３）、　（４）で示されるように、−旦周
波数領域に変換し、その上でそれをフーリエ展開し、各
フーリエ級数項に対し、対応する重みづけを行うことで
実現できる。このとき１周波数軸上での各フ−リ成分の
変化周期Δｆとエコー遅延時間τの間には次の逆比例の
関係がある。

τ＝１／Δｆ　　　・・・・・・（６）そこで１以上の
関係をディジタル符号化処理で生じる画質劣化に当ては
めて考えると、ディジタル符号化処理で生じる画質劣化
の特徴の１つは、その大部分が歪に属することであり、
原画色と被測定画像との差分信号がすなわち歪成分に相
当している。そして、その周波数スペクトラムが上記周
波数特性に相当すると考えられる。

従って、この周波数スペクトラムに対し、その周波数軸
上での変化周期に応じて、第１図を用いた視感度補正を
施し、しかる後１元の時間軸に逆変換し、いわば「評価
差分信号」を求めてやれば、その、例えば平均電力、最
大振幅などは視感度との対応のよい画像品質評価測定に
なる。

第２図は歪成分に対し重み付けを行う手順の動作原理説
明図を示す０図において（１）は元の歪信号の時間軸波
形を示し、上記式（５）の左辺ｇ　（ｔ）を表す、（２
）は直交変換した結果得られる周波数スペクトラムを表
わしており、上記式（１）に対応する。（３）は前記図
（２）を更にフーリエ展開して得られる特性を表ねし、
直流成分（ア）、ｍ＝ｎ＝１（イ）、ｍ＝ｎ＝２（つ）
、・・・ｍ＝ｎ＝ρ（１）の各成分であり、これらは式
（３）又は式（４）の各級数項に対応する。（４）は前
記図（３）の各成分にそれぞれの変化周期Δｆに対応し
て、第１図の視感度特性から得られる重み係数Ｗを用い
て重み付けを行なった結果を示す。ここで、τ−１／Δ
ｆであり、Ｗはτに対応する第１図の縦軸（心理的妨害
度）の値（τ→±■のときＷ→１．τ→０のときＷ→０
）である。（５）は前記図（４）を逆フーリエ変換して
得られる重み付けられた周波数スペクトラム（評価周波
数スペクトラムという）を表わす。

また（６）は前記図（５）を更に逆直交変換して得られ
る重み付けられた時間軸波形（評価時間軸波形という）
を表す、上記（１）〜（６）のｔは時間、ｆは周波数を
示す。

（実施例）第３図は本発明方法を実施するための装置のブロック構
成図を示す。図において、１は原画像信号１−１と被測
定画像信号１−２の供給を行なう入力部。

２は差分信号抽出部、３はフレームタイミング信号、４
は周波数軸への変換部、５は視感度補正部で、フーリエ
変換部５−１と重み付は計算部５−２とフーリエ逆変換
部５−３とでなる。６は時間軸への逆変換部、７は評価
差分電力算出部、８は表示部で評価Ｓ／Ｄ表示部を有す
る。

次に動作を説明すると、本装置は入力部で、それぞれ原
画像信号１−１、被測定画像信号１−２が供給される。

差分信号抽出部２は、両信号１−１．１−２からの入力
の差分を計算するとともに、フレームタイミング信号３
に同期して、フレーム単位で、差分信号を次の周波数軸
への変換部４へ送る。この変換部４はスペクトルアナラ
イザまたは高速フーリエ変換プログラムなどを用いて時
間軸特性を周波数軸特性へと変換するための部分で、ハ
ード的に実現する場合とソフト的に実現する場合の両方
で実施できる。

次にここで得られた周波数スペクトラムを−っの時間軸
波形と見立てて視感度補正部５のフーリエ変換部５−１
で再びフーリエ変換する。このとき周波数スペクトラム
の帯域としては、差分信号自体は通常のアナログ信号と
してテレビ画面上に再現されるわけであるから、４ＭＨ
ｚを考えれば十分である。フーリエ変換部５−１からの
出方は、第１図に基づいて構成された重み付は計算部５
−２を用いて視感度補正される。フーリエ逆変換部５−
３及び時間軸への逆変換部５−３は、それぞれフーリエ
逆変換を行って、周波数領域１時間領域へと戻す。

評価差分電力算出部７は１時間軸への逆変換部６からの
重み付けられた差分信号について平均電力を算出し、フ
レーム単位で計算を行ない。表示部８に測定結果を評価
Ｓ／Ｄとして表示する。

上記実施例装置では、テレビジョンのフレーム毎の画像
品質の定量化手法について示しているが。

実際の映像信号はフレームが時系列として現れるので、
画像品質についてもこれらの各フレームにおける品質を
積算して考える必要がある。そのため具体的には、例え
ば画像品質評価装置（特願昭６３−１８０１７７号）な
どが適用できる。

また、周波数スペクトラムへの変換をフーリエ変換を例
に説明したが、アダマール変換等の他の直交変換を用い
ても同様の効果を達成できる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明方法を用いることにより、
従来困難とされていたディジタル画像の品質が、自然画
像を用いて測定でき、しかも見え方の異なる歪を一律に
視感度補正することができ。

主観的な品質と精度よく対応させることが出来る。

また、特定のフレームについての画質定量化手法を示す
ものであるが、前述のように１例えば画像品質評価装置
と組み合わせて用いることにより、主観的な品質評価に
供される時間長さと対応した時間区間における品質測定
、及び品質劣化が時々刻々変動するような場合において
も、主観的な品質と精度よく対応させながら、物理的な
品質を計測できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

Claims

【特許請求の範囲】

所定の計測単位時間毎に原画像と被測定画像との差分信
号を直交変換した歪成分の周波数スペクトラムを算出し
、この周波数スペクトラムの成分にその変化周期に応じ
て重み付けを行ない、この重み付けされた周波数スペク
トラムを逆直交変換した信号を用いて、時系列に画像品
質の定量化を行なうことを特徴とする画像品質測定方法
。