KR20150052049A - 비디오 품질 평가를 위해 모션 균일성을 추정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

비디오 품질 평가를 위해 모션 균일성을 추정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

장면이 균일하게 또는 빠르게 움직일 때, 사람의 눈은 프리징 아티팩트에 민감해진다. 모션 균일성의 강도를 측정하기 위하여, 패닝 균일성 파라미터가 예를 들어 카메라 패닝, 틸팅 및 병진에 의해 유발되는 등방성 모션 벡터들을 설명하도록 추정되고, 줌잉 균일성 파라미터가 예를 들어 카메라 줌잉에 의해 유발되는 방사상 대칭 모션 벡터들에 대해 추정되며, 회전 균일성 파라미터가 예를 들어 카메라 회전에 의해 유발되는 회전 대칭 모션 벡터들에 대해 추정된다. 이어서, 패닝, 줌잉 및 회전 균일성 파라미터들에 기초하여 전체 모션 균일성 파라미터가 추정된다. 이어서, 프리징 왜곡 팩터가 전체 모션 균일성 파라미터를 이용하여 추정될 수 있다. 프리징 왜곡 팩터는 압축 및 슬라이싱 왜곡 팩터들과 조합되어, 비디오 품질 규준을 추정하는 데 사용될 수 있다.

Description

비디오 품질 평가를 위해 모션 균일성을 추정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING MOTION HOMOGENEITY FOR VIDEO QUALITY ASSESSMENT}
관련 출원의 상호 참조
본원은 2012년 8월 27일자로 출원된 WO 국제 출원 번호 PCT/CN2012/080627의 이익을 주장한다.
기술 분야
본 발명은 비디오 품질 측정에 관한 것으로서, 구체적으로는 모션 정보에 응답하여 비디오 품질 규준(metric)을 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 결정된 비디오 품질 규준은 예를 들어 인코딩 파라미터들을 조정하거나, 수신기 측에서 필요한 비디오 품질을 제공하는 데 사용될 수 있다.
프리징 아티팩트(freezing artifact)(시각적 중지)에 대한 사람의 인식은 장면의 모션과 밀접하게 관련된다. 장면이 균일하게 또는 빠르게 움직일 때, 사람의 눈은 프리징 아티팩트에 민감해진다.
그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 구체적으로 반영되는 F. Zhang, N. Liao, K. Xie 및 Z. Chen에 의한 "Video Quality Measurement"라는 명칭의 공동 소유 PCT 출원(PCT/CN2011/082870, 대리인 사건 번호 PA110050, 이하 "Zhang")에서, 우리는 비트스트림으로부터 도출된 파라미터들(예로서, 양자화 파라미터, 콘텐츠 비예측성 파라미터, 손실 블록 비율, 전파 블록 비율, 에러 은닉 거리, 모션 벡터, 프리징 지속기간 및 프레임 레이트)을 이용하여 압축 왜곡 팩터, 슬라이싱 왜곡 팩터 및 프리징 왜곡 팩터를 추정하기 위한 방법을 개시하였다.
발명의 요약
본 발명의 원리들은 후술하는 바와 같이 비트스트림 내에 포함된 비디오에 대한 품질 규준을 생성하기 위한 방법으로서, 상기 비디오의 픽처에 대한 모션 벡터들에 액세스하는 단계; 상기 모션 벡터들에 응답하여 모션 균일성 파라미터를 결정하는 단계; 및 상기 모션 균일성 파라미터에 응답하여 상기 품질 규준을 결정하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 본 발명의 원리들은 이러한 단계들을 수행하기 위한 장치도 제공한다.
본 발명의 원리들은 후술하는 바와 같이 비트스트림 내에 포함된 비디오에 대한 품질 규준을 생성하기 위한 방법으로서, 상기 비디오의 픽처에 대한 모션 벡터들에 액세스하는 단계; 상기 모션 벡터들에 응답하여 모션 균일성 파라미터를 결정하는 단계 - 상기 모션 균일성 파라미터는 등방성 모션 벡터들, 방사상 대칭 모션 벡터들 및 회전 대칭 모션 벡터들 중 적어도 하나에 대한 균일성의 강도를 지시함 -; 상기 모션 균일성 파라미터에 응답하여 프리징 왜곡 팩터를 결정하는 단계; 및 상기 프리징 왜곡 팩터에 응답하여 상기 품질 규준을 결정하는 단계를 포함하는 방법도 제공한다. 본 발명의 원리들은 이러한 단계들을 수행하기 위한 장치도 제공한다.
본 발명의 원리들은 전술한 방법들에 따라 비트스트림 내에 포함된 비디오에 대한 품질 규준을 생성하기 위한 명령어들을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체도 제공한다.
도 1은 본 발명의 원리들의 일 실시예에 따른, 상이한 카메라 움직임들, 대응하는 모션 필드들, 및 패닝(panning), 줌임 및 회전 균일성 파라미터들(IH, RH 및 AH)의 스케일들을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 2b는 방사상 투영 및 각 투영(angular projection)을 나타내는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 원리들의 일 실시예에 따른, 모션 균일성에 기초하여 비디오 품질을 추정하기 위한 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 원리들의 하나 이상의 구현과 함께 사용될 수 있는 비디오 품질 측정 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 원리들의 하나 이상의 구현과 함께 사용될 수 있는 비디오 처리 시스템의 일례를 나타내는 블록도이다.
균일한 모션들은 느린 경우에도 사람 눈의 주의를 끌 수 있다. 비디오 디코더가 디코딩을 프리징할 때, 예를 들어 픽처 데이터 또는 기준 픽처가 손실되어 시각적 중지가 발생할 때, 프리징 아티팩트 또는 시각적 중지에 대한 사람의 인식은 장면의 모션과 밀접하게 관련된다. 장면이 균일하게 또는 빠르게 움직일 때, 사람의 눈은 프리징 아티팩트들에 민감해진다.
카메라 움직임은 종종 장면 내에서 균일한 모션들을 유발한다. 기본 카메라 동작들의 통상적인 세트는 팬(pan), 틸트(tilt), 회전/스윙, 병진/트랙/붐(boom) 및 돌리(dolly)/줌을 포함하며, 팬, 틸트 및 스윙은 각각 Y축, X축 및 Z축 주위의 회전인 반면, 붐 및 돌리는 각각 Y축 및 Z축을 따르는 병진 운동이다. 콘텐츠를 캡처할 때, 카메라 움직임은 통상적으로 그다지 크기 않으며, 다양한 타입의 카메라 동작들은 좀처럼 동시에 수행되지 않는다. 따라서, 카메라 동작들은 종종 단일 타입의 움직임, 예컨대 팬, 붐 또는 병진으로만 구성되는 것으로 간주될 수 있다.
도 1은 다양한 카메라 동작들 및 픽처 내의 예시적인 결과적인 모션 필드들을 나타낸다. 일반적으로, 3가지 타입의 모션 필드, 즉 A) 팬, 틸트 및 병진/트랙/붐에 의한 등방성 모션 필드들; B) 돌리/줌에 의한 방사상 대칭 모션 필드들; 및 C) 회전/스윙에 의한 회전 대칭 모션 필드들이 발생한다. 전술한 모든 모션 필드들은 균일한 모션들을 나타내며, 픽처 내의 현재 영역의 모션 벡터들은 이웃 영역들의 모션 벡터들과 크게 상이하지 않다. 일례에서, 카메라가 패닝할 때, 캡처된 비디오는 균일한 모션들을 나타내면, 모션 벡터들은 실질적으로 유사한 크기들로 실질적으로 유사한 방향들을 가리킨다. 다른 예에서, 카메라가 회전할 때, 캡처된 비디오는 또한 균일한 모션들을 나타내며, 모션 벡터들은 실질적으로 유사한 각속도들로 동일 방향(즉, 시계 또는 반시계 방향)을 따라 회전한다. 사람 눈에 대해, 균일한 모션은 분명한 모션 트렌드를 보일 수 있는데, 그 이유는 모션 벡터들이 픽처 전반에서 실질적으로 균일하거나 일관되기 때문이다. 이것은 균일한 모션들을 갖는 장면이 프리징될 때 사람 눈이 계속될 모션 트렌드를 예측하므로 프리징 아티팩트가 사람 눈에 잘 띄는 이유일 수 있다.
게다가, 전경 및 배경 물체들도 균일한 모션들을 유발할 수 있으며, 예를 들어 버스가 옆을 지나거나 풍차가 회전하는 경우에 비디오에서 균일한 모션들을 볼 수 있다.
본 응용에서는, 모션 벡터들(MV들)로부터 비디오 세그먼트에 대한 모션 균일성 파라미터를 결정하고, 모션 균일성 파라미터를 이용하여 비디오 시퀀스에 대한 프리징 왜곡 팩터를 추정한다. 구체적으로, 모션 균일성 파라미터는 비디오에서 모션 벡터들이 얼마나 균일한지를 측정하는 데 사용되며, 프리징 왜곡 팩터는 프리징 왜곡을 측정하는 데 사용된다.
대부분의 기존 비디오 압축 표준들, 예를 들어 H.264 및 MPEG-2는 매크로블록(MB)을 기본 인코딩 단위로 사용한다. 따라서, 아래의 실시예들은 매크로블록을 기본 처리 단위로 사용한다. 그러나, 이러한 원리들은 상이한 크기의 블록, 예를 들어 8x8 블록, 16x8 블록, 32x32 블록 또는 64x64 블록을 사용하도록 적응될 수 있다.
모션 균일성 파라미터를 결정하기 위해, 모션 벡터들이 사전 처리된다. 예를 들어, MV들은 예측 픽처와 대응하는 기준 픽처 간의 인터벌에 의해 정규화되며, MV들이 역방향으로 참조되는 경우에 그들의 부호들이 반전된다. 매크로블록이 인트라 예측되고, 따라서 MV를 갖지 않는 경우, MB에 대한 MV를 표시 순서에서 가장 가까운 이전 픽처 내의 함께 배치된 MB(즉, 가장 가까운 이전 픽처 내의 현재 MB와 동일한 위치에 있는 MB)의 MV로서 설정한다. B 픽처들 내의 양방향 예측 MB에 대해, MB에 대한 MV를 예측 픽처와 기준 픽처 간의 인터벌에 의해 정규화되는 2개의 MV의 평균으로서 설정한다.
이어서, 상이한 타입의 모션 필드들을 설명하기 위해 여러 개의 균일성 파라미터를 정의한다. 아래에서, 등방성 모션, 방사상 대칭 모션 및 회전 대칭 모션에 대한 균일성 파라미터들이 상세히 설명된다.
A) 등방성
IH로 표시되는 패닝 균일성 파라미터는 등방성 모션 벡터들과 관련된 모션 균일성의 강도를 정량화하는 데 사용된다. H.264를 일례로 사용하면, 개별 픽처에 대해, 픽처 내의 모든 MV들의 벡터 평균은 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pct00001
여기서, r은 T 번째 중지 전의 가장 가까운 손상되지 않은 픽처 내의 MB들을 인덱싱하고, l은 r 번째 MB 내의 파티션들을 인덱싱하며, MVh,l,r 및 MVv,l,r은 각각 r 번째 MB 내의 l 번째 파티션의 MV의 수평 및 수직 성분들을 나타내고, Al,r은 r 번째 MB 내의 l 번째 파티션의 면적(예를 들어, 픽셀 수)을 나타내고, 상수 H 및 W는 픽처의 높이 및 폭이다.
이어서, IH는 다음과 같이 픽처 내의 모든 MV들의 벡터 평균의 크기로서 정의될 수 있다.
Figure pct00002
즉, 패닝 균일성 파라미터는 등방성 모션들을 갖는 픽처 내의 영역들의 크기, 모션이 사람 눈에 의해 관찰되는 모션 트렌드와 얼마나 양호하게 매칭되는지 그리고 모션 벡터들의 크기들과 관련된다. 예를 들어, IH는 카메라가 더 빠르게 패닝, 틸팅, 붐잉, 병진 또는 트랙킹할 때 더 커진다. IH는 장면 내의 큰 전경 또는 배경 물체가 병진할 때에도 더 커진다.
B) 방사상 대칭
RH로 표시되는 줌잉/돌리잉 균일성 파라미터는 방사상 대칭 모션 벡터들과 관련된 모션 균일성의 강도를 정량화하는 데 사용된다. 방사상 대칭 MV 필드에서, 픽처 중심을 폴(pole)로서 가정하면, 모든 MV들은 일관된 방사상 속도들을 나타낸다. 일 실시예에서, RH는 다음과 같이 모든 MV들의 방사상 투영들의 평균으로서 정의될 수 있다.
Figure pct00003
여기서, (x,y)는 MB의 데카르트 좌표에 관하여 MB를 인덱싱하고, l은 MB (x,y) 내의 파티션들을 인덱싱하며, MVh,l,x,y 및 MVv,l,x,y는 MB (x,y) 내의 l 번째 파티션의 MV의 수평 및 수직 성분들을 나타내고, Al,x,y는 MB (x,y) 내의 l 번째 파티션의 면적(예를 들어, 픽셀 수)을 나타낸다. 도 2a에는 방사상 투영의 일례가 도시되며, 여기서 MV들은 실선 화살표들로 표시되고, MV들의 방사상 투영들은 점선 화살표들로 표시된다.
RH는 다른 방식으로도 계산될 수 있다. 첫째, 좌측 절반 픽처 내의 MV들의 수평 성분들의 합과 우측 절반 픽처 내의 MV들의 수평 성분들의 합 간의 차이 및 상측 절반 픽처 내의 MV들의 수직 성분들의 합과 하측 절반 픽처 내의 MV들의 수직 성분들의 합 간의 차이 양자가 계산된다. 둘째, 2개의 차이 값이 모두 픽처 내의 MB의 총 수에 의해 정규화되어 2D 벡터를 형성한다. 셋째, RH가 형성된 2D 벡터의 크기로서 설정된다.
Figure pct00004
여기서, τL, τR, τT 및 τB는 각각 T 번째 픽처의 좌측, 우측, 상측 및 하측 절반 평면을 나타낸다.
즉, 패닝 균일성 파라미터는 방사상 대칭 모션들을 갖는 픽처 내의 영역들의 크기, 모션이 사람 눈에 의해 관찰되는 모션 트렌드와 얼마나 양호하게 매칭되는지 그리고 모션 벡터들의 크기들과 관련된다. 예를 들어, RH는 카메라가 더 빠르게 돌리잉 또는 줌잉하는 경우에 더 커진다. RH는 큰 전경 또는 배경 물체가 방사상 대칭 모션을 따를 때에도 더 커진다.
C) 회전 대칭
회전 대칭 MV 필드에서, 모든 MV들은 일관된 각속도들을 나타낸다. 도 2b에는 각 투영의 일례가 도시되며, 여기서 MV들은 실선 화살표들로 표시되고, MV들의 각 투영들은 점선 화살표들로 표시된다.
AH로 표시되는 회전 균일성 파라미터는 회전 대칭 모션 벡터들과 관련된 모션 균일성의 강도를 정량화하는 데 사용된다. AH는 아래의 같이 모든 MV들의 각 투영들의 평균으로서 정의될 수 있다.
Figure pct00005
AH는 다른 방식으로도 계산될 수 있다. 첫째, 좌측 절반 픽처 내의 MV들의 수직 성분들의 합과 우측 절반 픽처 내의 MV들의 수직 성분들의 합 간의 차이 및 상측 절반 픽처 내의 MV들의 수평 성분들의 합과 하측 절반 픽처 내의 MV들의 수평 성분들의 합 간의 차이 양자가 계산된다.
둘째, 2개의 차이 값이 모두 픽처 내의 MB의 총 수에 의해 정규화되어 2D 벡터를 형성한다. 셋째, AH가 형성된 2D 벡터의 크기로서 설정된다.
Figure pct00006
즉, 패닝 균일성 파라미터는 회전 대칭 모션들을 갖는 픽처 내의 영역들의 크기, 모션이 사람 눈에 의해 관찰되는 모션 트렌드와 얼마나 양호하게 매칭되는지 그리고 모션 벡터들의 크기들과 관련된다. 예를 들어, AH는 카메라가 더 빠르게 회전/스윙할 때 더 커진다. AH는 큰 전경 또는 배경 물체가 더 빠르게 회전할 때에도 더 커진다.
도 1에는, 상이한 카메라 움직임들에 의해 유발되는 모션 필드들에 대한 IH, RH 및 AH의 스케일들이 또한 도시되며,
Figure pct00007
은 대응하는 값들이 작다는 것을 의미하고, ">> 0"은 대응하는 값들이 더 크다는 것을 의미한다. 팬, 틸트 및 병진/트랙/붐에 대해 RH 및 AH는 작고, IH는 더 크며, 회전/스윙에 대해 IH 및 RH는 작고, AH는 더 크며, 돌리/줌인 및 돌리/줌아웃에 대해, IH 및 AH는 작고, RH는 더 크다. 즉, 패닝, 줌잉 및 회전 균일성 파라미터들은 대응하는 모션 필드들에 대한 균일성의 강도들을 효과적으로 캡처한다.
위에서는 각각 등방성 모션 벡터들, 방사상 대칭 모션 벡터들 및 회전 대칭 모션 벡터들과 같은 균일한 모션들을 갖는 픽처들에 대한 모션 균일성 파라미터들을 설명하였다. 파라미터들은 균일한 모션들을 갖는 영역들의 크기, 모션이 사람 눈에 의해 관찰되는 모션 트렌드와 얼마나 양호하게 매칭되는지 그리고 모션 벡터들의 크기들과 관련된다. 다른 변형에서는, 모션 벡터들을 정규화할 수 있으며, 따라서 모션 균일성 파라미터들은 주로 균일한 모션들을 갖는 영역들의 크기, 및 모션이 사람 눈에 의해 관찰되는 모션 트렌드와 얼마나 양호하게 매칭되는지를 반영하는데, 즉 모션 균일성 파라미터들은 모션 크기들과는 무관하게 된다.
위에서는 T 번째 중지 전의 손상되지 않은 픽처 내의 모션 벡터들이 모션 균일성 파라미터들을 계산하는 데 사용되었다. 다른 변형들에서는 중지 동안 그리고 중지 후의 픽처들로부터의 모션 벡터들이 사용될 수 있다.
상이한 타입의 모션 필드들에 대한 균일성 파라미터들이 획득된 후, T 번째 픽처의 전체 모션 균일성이 예를 들어 아래와 같이 패닝, 줌임 및 회전 균일성 파라미터들 중 최대치로서 정의될 수 있다.
Figure pct00008
여기서, 파라미터 α1 및 α2는 3개의 상이한 타입의 균일한 모션들 사이에 균일성 파라미터들을 균형화하기 위한 것이다. 간소화된 식 (3) 및 (5)에 대해 경험적으로 그들을 모두 1로 설정한다. 식 (7)에서는 IH, RH 및 AH가 모두 고려된다. 다른 변형들에서는 이들 3개의 파라미터 중 하나 또는 둘만을 이용하여 전체 모션 균일성 파라미터를 도출할 수 있다.
다른 실시예들에서는, 합 및 산술 평균 함수
Figure pct00009
고조파 평균 함수
Figure pct00010
곱 및 기하 평균 함수
Figure pct00011
또는 절대 차이들의 합
Figure pct00012
Figure pct00013
과 같은 다른 함수들을 이용하여, IH, AH 및 RH에 기초하여 전체 모션 균일성 파라미터를 도출할 수 있다.
비디오 클립의 모션 균일성 파라미터는 클립 내의 모든 시각적 중지들의 평균(MHτ)으로서 계산될 수 있다. 예를 들어, 이것은 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure pct00014
여기서, T는 시각적 중지들의 총 수이고, τ는 시각적 중지를 인덱싱한다.
모션 균일성 파라미터는 비디오 시퀀스에 대한 프리징 왜곡 팩터를 예측하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, zf(즉, MHT)는 프리징 왜곡 팩터를 계산하기 위해 Zhang(PCT/CN2011/082870)의 식 (5)에서 MVT를 대체할 수 있다.
즉,
Figure pct00015
이고, 여기서 FR은 프레임 레이트이고, FDT는 프리징 지속기간이고, b6, b7 및 b8은 상수들이다.
프리징 왜곡 팩터와 다른 왜곡 팩터들(예로서, 압축 왜곡 팩터 및 슬라이싱 왜곡 팩터)을 조합하여, 비디오 시퀀스에 대한 전체 비디오 품질 규준을 획득할 수 있다. 모션 벡터들은 비트스트림 내에서 이용 가능하므로, 본 발명의 원리들에 따른 비디오 품질 측정은 비트스트림 레벨에서 구현될 수 있다.
게다가, 최종 시각적 중지(비디오 클립의 끝까지 계속되는 중지)에 의해 유발되는 프리징 왜곡은 짧은 경우에는 통상적으로 사람 눈에 거슬리지 않는다는 점에 유의한다. 일 실시예에서, 2초보다 짧은 최종 중지는 프리징 왜곡 팩터를 계산할 때 고려되지 않는다.
zf 및 다른 파라미터들을 이용하여, 아래와 같이 품질 규준이 계산될 수도 있다.
Figure pct00016
여기서, 출력 변수 q는 예측 품질 스코어이고, 상수 MOSub 및 MOSlb는 각각 MOS(평균 의견 스코어)의 상한 및 하한, 즉 5 및 1이고, α, β, {a} 및 {b}는 모델 파라미터들이고(항상 ac = 1), 아래 첨자 c, f 및 s는 각각 압축, 프리징 및 슬라이싱 손상들을 지시하고, 변수 {x} 및 {z}는 모델 팩터들이고, 또한 일반적으로 비디오 데이터로부터 추출되는 특징들로서 지칭된다. 구체적으로, {x} 및 {z} 각각은 각각의 손상 타입과 관련된 키 팩터 및 공변량이며, 예를 들어 xc는 압축 손상에 대한 키 팩터이고, zs는 슬라이싱 손상에 대한 공변량이다.
모션 균일성 파라미터는 예를 들어 샷 세그먼트화, 비디오 지문 및 비디오 검색과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 다른 응용들에서도 사용될 수 있다.
도 3은 비디오 품질 측정을 위해 모션 균일성 파라미터를 측정하기 위한 예시적인 방법(300)을 나타낸다. 방법(300)은 초기화 단계 310에서 시작된다. 단계 320에서, 픽처들에 대한 모션 벡터들이 예를 들어 비트스트림으로부터 액세스된다. 단계 330에서, 예를 들어 식 (2)를 이용하여 패닝 균일성 파라미터가 추정된다. 단계 340에서, 예를 들어 식 (3) 또는 (4)를 이용하여 줌잉 균일성 파라미터가 추정된다. 단계 350에서, 예를 들어 식 (5) 또는 (6)을 이용하여 회전 균일성 파라미터가 추정된다. 단계 360에서, 예를 들어 식 (7) 및 (8)을 각각 이용하여 개별 픽처들 및 비디오 시퀀스에 대한 모션 균일성 파라미터들이 추정된다. 비디오 시퀀스에 대한 모션 균일성 파라미터에 기초하여, 예를 들어 식 (9)를 이용하여 단계 370에서 프리징 왜곡 팩터가 추정된다. 프리징 왜곡 팩터와 압축 및/또는 슬라이싱 왜곡 팩터들을 조합하여, 예를 들어 식 (10)을 이용하여 단계 380에서 전체 비디오 품질 규준이 추정될 수 있다.
방법(300)은 필요한 파라미터들이 결정되는 한은 패닝, 줌잉 및 회전 균일성 파라미터들의 조합 수 및 추정 단계들의 수행 순서와 관련하여 도 3에 도시된 것으로부터 변경될 수 있다.
도 4는 비디오 시퀀스에 대한 비디오 품질 규준을 생성하는 데 사용될 수 있는 예시적인 비디오 품질 측정 장치(500)의 블록도를 나타낸다. 장치(500)의 입력은 비트스트림을 포함하는 운반 스트림을 포함한다. 입력은 비트스트림을 포함하는 다른 포맷들을 가질 수 있다. 시스템 레벨에서 수신기가 수신된 비트스트림 내의 패킷 손실을 결정한다.
디멀티플렉서(510)는 입력 스트림을 파싱하여 기본 스트림 또는 비트스트림을 획득한다. 이것은 또한 패킷 손실에 대한 정보를 디코더(520)로 전송한다. 디코더(520)는 각각의 블록 또는 매크로블록에 대한 QP들, 변환 계수들 및 모션 벡터들을 포함하는 필요한 정보를 파싱하여, 비디오의 품질을 추정하기 위한 파라미터들을 생성한다. 디코더는 또한 패킷 손실에 대한 정보를 이용하여, 비디오 내의 어느 매크로블록이 손실되었는지를 결정한다. 완전한 디코딩이 수행되지 않는다는 것을, 즉 비디오가 재구성되지 않는다는 것을 강조하기 위해, 디코더(520)는 부분 디코더로서 표시된다.
디코더(520)로부터 파싱된 MB 레벨 QP들을 이용하여, QP 파서(533)는 픽처들 및 전체 비디오 클립에 대한 평균 QP들을 획득한다. 디코더(520)로부터 획득된 변환 계수들을 이용하여, 변환 계수 파서(532)는 계수들을 파싱하고, 콘텐츠 비예측성 파라미터 계산기(534)는 개별 픽처들 및 전체 비디오 클립에 대한 콘텐츠 비예측성 파라미터를 계산한다. 어느 매크로블록이 손실되었는지에 관한 정보를 이용하여, 손실 MB 태거(tagger; 531)는 어느 MB가 손실되었는지를 마킹한다. 또한, 모션 정보를 이용하여, 전파 MB 태거(535)는 어느 MB가 예측을 위해 손실된 블록을 직접 또는 간접 사용했는지(즉, 어느 블록이 에러 전파에 의해 영향을 받았는지)를 마킹한다. 블록들에 대한 모션 벡터들을 이용하여, MV 파서(536)는 예를 들어 방법(300)을 이용하여 개별 픽처들 및 전체 비디오 클립에 대한 모션 균일성 파라미터를 계산한다. 다른 모듈들(도시되지 않음)을 이용하여, 에러 은닉 거리들, 프리징 지속기간들 및 프레임 레이트들을 결정할 수 있다.
압축 왜곡 예측기(540)는 압축 왜곡 팩터를 추정하고, 슬라이싱 왜곡 예측기(542)는 슬라이싱 왜곡 팩터를 추정하고, 프리징 왜곡 예측기(544)는 프리징 왜곡 팩터를 추정한다. 추정된 왜곡 팩터들에 기초하여, 품질 예측기(550)는 전체 비디오 품질 규준을 추정한다.
추가 계산이 허용될 때, 디코더(570)는 픽처들을 디코딩한다. 디코더(570)는 완전한 디코더로서 표시되며, 픽처들을 재구성하고, 필요한 경우에는 에러 은닉을 수행할 것이다. 모자이크 검출기(580)는 재구성된 비디오 상에서 모자이크 검출을 수행한다. 모자이크 검출 결과들을 이용하여, 손실 MB 태거(531) 및 전파 MB 태거(535)는 관련 파라미터들, 예를 들어 손실 블록 플래그 및 전파 블록 플래그를 갱신한다. 텍스처 마스킹 추정기(585)는 텍스처 마스킹 가중치들을 계산한다. 텍스처 마스킹 가중치들은 왜곡들을 가중화하는 데 사용될 수 있다.
비디오 품질 측정 장치(500)는 예를 들어 각각 HR(고해상도) 시나리오 및 LR(저해상도) 시나리오라고도 하는 2개의 응용 시나리오, 즉 IPTV 및 이동 비디오 스트리밍에서 비디오 품질 평가 모델들 상에 작용하는 ITU-T P.NBAMS(비디오 매체 스트리밍 품질의 파라미터 비간섭 비트스트림 평가)에서 사용될 수 있다. 2개의 시나리오 간의 차이는 비디오 콘텐츠 및 코딩 구성의 시공간 해상도로부터 전송 프로토콜들 및 시청 조건들에 이르는 범위에 걸친다.
P.NBAMS VQM(비디오 품질 모델)으로의 입력은 모든 전송 패킷 헤더들(UDP/IP/RTP 또는 UDP/IP/RTP/TS)을 갖는 코딩된 비디오 비트스트림이다. 출력은 객관적인 MOS 스코어이다. P.NBAMS 작업의 주요 타겟 응용은 셋톱 박스(STB) 또는 게이트웨이에서 비디오 품질을 모니터링하는 것이다. P.NBAMS 모드 1 모델은 비트스트림 정보만을 사용하고, 모드 2 모델은 비디오 시퀀스의 부분들 또는 전부를 디코딩할 수 있으며, 픽셀 정보는 예측 정밀도를 개선하기 위해 비트스트림 정보를 파싱하는 것에 더하여 비디오 품질 예측에 사용된다.
도 5를 참조하면, 전술한 특징들 및 원리들을 적용할 수 있는 비디오 전송 시스템 또는 장치(600)가 도시된다. 프로세서(605)는 비디오를 처리하며, 인코더(610)는 비디오를 인코딩한다. 인코더로부터 생성된 비트스트림은 배포 네트워크(620)를 통해 디코더(630)로 전송된다. 비디오 품질 모니터 또는 비디오 품질 측정 장치, 예를 들어 장치(500)가 상이한 스테이지들에서 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 비디오 품질 모니터(640)는 콘텐츠 생성기에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 추정된 비디오 품질은 인코더에 의해 모드 결정 또는 비트 레이트 할당과 같은 인코딩 파라미터들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 비디오가 인코딩된 후에, 콘텐츠 생성기는 비디오 품질 모니터를 이용하여, 인코딩된 비디오의 품질을 모니터링할 수 있다. 품질 규준이 사전 정의된 품질 레벨을 충족시키지 못하는 경우, 콘텐츠 생성기는 비디오 품질을 개선하기 위해 비디오를 다시 인코딩하기로 결정할 수 있다. 콘텐츠 생성기는 또한 품질에 기초하여 인코딩된 비디오를 순위화할 수 있고, 그에 따라 콘텐츠의 요금을 부과한다.
다른 실시예에서, 비디오 품질 모니터(650)는 콘텐츠 배포기에 의해 사용될 수 있다. 비디오 품질 모니터는 배포 네트워크 내에 배치될 수 있다. 비디오 품질 모니터는 품질 규준들을 계산하고, 그들을 콘텐츠 배포기에 보고한다. 비디오 품질 모니터로부터의 피드백에 기초하여, 콘텐츠 배포기는 대역폭 할당 및 액세스 제어를 조정함으로써 그의 서비스를 개선할 수 있다.
콘텐츠 배포기는 또한 피드백을 콘텐츠 생성기로 전송하여 인코딩을 조정할 수 있다. 인코더에서의 인코딩 품질의 개선은 디코더 측에서의 품질을 반드시 개선하지는 못할 수 있다는 점에 유의하는데, 그 이유는 고품질로 인코딩된 비디오가 통상적으로 더 큰 대역폭을 요구하고, 전송 보호를 위한 더 적은 대역폭을 남기기 때문이다. 따라서, 디코더에서 최적 품질을 달성하기 위해서는 인코딩 비트 레이트와 채널 보호를 위한 대역폭 간의 균형이 고려되어야 한다.
다른 실시예에서, 비디오 품질 모니터(660)는 사용자 디바이스에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자 디바이스가 인터넷에서 비디오들을 검색할 때, 검색 결과는 요청된 비디오 콘텐츠에 대응하는 많은 비디오 또는 많은 비디오에 대한 링크를 반환할 수 있다. 검색 결과들 내의 비디오들은 상이한 품질 레벨들을 가질 수 있다. 비디오 품질 모니터는 이러한 비디오들에 대한 품질 규준들을 계산하고, 어느 비디오를 저장할지를 선택하기로 결정할 수 있다. 다른 예에서, 디코더는 상이한 에러 은닉 모드들과 관련하여 은닉된 비디오들의 품질들을 추정한다. 추정에 기초하여, 더 양호한 은닉 품질을 제공하는 에러 은닉이 디코더에 의해 선택될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 구현들은 예를 들어 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호 내에 구현될 수 있다. (예를 들어, 단지 방법으로서 설명되는) 단지 단일 형태의 구현과 관련하여 설명되는 경우에도, 설명되는 특징들의 구현은 다른 형태들(예로서, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 예를 들어 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 내에 구현될 수 있다. 방법들은 예를 들어 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능 논리 디바이스를 포함하는 일반 처리 디바이스들을 지칭하는 예를 들어 프로세서와 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서들은 예를 들어 컴퓨터, 셀폰, 휴대용/개인용 디지털 단말기("PDA"), 및 최종 사용자들 간의 정보의 통신을 용이하게 하는 다른 디바이스와 같은 통신 디바이스들도 포함한다.
본 발명의 원리들의 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예" 또는 "하나의 구현" 또는 "일 구현"에 대한 참조는 물론, 이들의 다른 변형들은 실시예와 관련하여 설명되는 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리들의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 명세서 전반의 다양한 곳에 나타나는 문구 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 또는 "하나의 구현에서" 또는 "일 구현에서"는 물론, 임의의 다른 변형들의 출현들은 모두가 반드시 동일 실시예를 지칭하지는 않는다.
게다가, 본원 및 그의 청구항들은 다양한 정보의 "결정"을 언급할 수 있다. 정보의 결정은 예를 들어 정보의 추정, 정보의 계산, 정보의 예측 또는 메모리로부터의 정보의 검색 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본원 또는 그의 청구항들은 다양한 정보의 "액세스"를 언급할 수 있다. 정보의 액세스는 예를 들어 정보의 수신, (예로서, 메모리로부터의) 정보의 검색, 정보의 저장, 정보의 처리, 정보의 전송, 정보의 이동, 정보의 복사, 정보의 소거, 정보의 계산, 정보의 결정, 정보의 예측 또는 정보의 추정 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
게다가, 본원 또는 그의 청구항들은 다양한 정보의 "수신"을 언급할 수 있다. 수신은 "액세스"와 같이 광범위한 용어인 것을 의도한다. 정보의 수신은 예를 들어 정보의 액세스 또는 (예로서, 메모리로부터의) 정보의 검색 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, "수신"은 통상적으로 예를 들어 정보의 저장, 정보의 처리, 정보의 전송, 정보의 이동, 정보의 복사, 정보의 소거, 정보의 계산, 정보의 결정, 정보의 예측 또는 정보의 추정과 같은 동작들 동안 하나의 방식 또는 다른 방식으로 수반된다.
이 분야의 기술자에게 명백하듯이, 구현들은 예를 들어 저장 또는 전송될 수 있는 정보를 운반하도록 포맷팅된 다양한 신호들을 생성할 수 있다. 정보는 예를 들어 방법을 수행하기 위한 명령어들 또는 설명되는 구현들 중 하나에 의해 생성되는 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호는 설명되는 실시예의 비트스트림을 운반하도록 포맷팅될 수 있다. 그러한 신호는 예를 들어 (예를 들어, 스펙트럼의 무선 주파수 부분을 이용하여) 전자기파로서 또는 기저대역 신호로서 포맷팅될 수 있다. 포맷팅은 예를 들어 데이터 스트림을 인코딩하고, 인코딩된 데이터 스트림으로 캐리어를 변조하는 것을 포함할 수 있다. 신호가 운반하는 정보는 예를 들어 아날로그 또는 디지털 정보일 수 있다. 신호는 공지된 바와 같은 다양한 상이한 유선 또는 무선 링크들을 통해 전송될 수 있다. 신호는 프로세서 판독 가능 매체 상에 저장될 수 있다.

Claims (23)

  1. 비트스트림 내에 포함된 비디오에 대한 품질 규준(quality metric)을 생성하기 위한 방법으로서,
    상기 비디오의 픽처에 대한 모션 벡터들에 액세스하는 단계(320);
    상기 모션 벡터들에 응답하여 모션 균일성 파라미터를 결정하는 단계(360); 및
    상기 모션 균일성 파라미터에 응답하여 상기 품질 규준을 결정하는 단계(380)
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모션 균일성 파라미터에 응답하여 프리징 왜곡 팩터(freezing distortion factor)를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 품질 규준은 상기 프리징 왜곡 팩터에 응답하여 결정되는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모션 균일성 파라미터는 등방성 모션 벡터들, 방사상 대칭 모션 벡터들 및 회전 대칭 모션 벡터들 중 적어도 하나에 대한 균일성의 강도를 지시하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모션 균일성 파라미터는 팬(pan), 회전, 틸트(tilt), 병진, 줌인 및 줌아웃 중 적어도 하나를 포함하는 카메라 동작들에 의해 유발되는 모션들에 대한 균일성의 강도를 지시하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모션 균일성 파라미터를 결정하는 단계는 상기 모션 벡터들에 응답하여 패닝(panning) 균일성 파라미터, 줌잉(zooming) 균일성 파라미터 및 회전 균일성 파라미터 중 적어도 하나를 결정하는 단계(330, 340, 350)를 더 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 줌잉 균일성 파라미터는 상기 모션 벡터들의 방사상 투영들에 응답하여 결정되는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 줌잉 균일성 파라미터를 결정하는 단계는 좌측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수평 성분들의 합과 우측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수평 성분들의 합 간의 제1 차이, 및 상측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수직 성분들의 합과 하측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수직 성분들의 합 간의 제2 차이를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 줌잉 균일성 파라미터는 상기 제1 차이 및 제2 차이에 응답하여 결정되는 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 회전 균일성 파라미터는 상기 모션 벡터들의 각 투영들(angular projections)에 응답하여 결정되는 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 회전 균일성 파라미터를 결정하는 단계는 좌측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수직 성분들의 합과 우측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수직 성분들의 합 간의 제1 차이, 및 상측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수평 성분들의 합과 하측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수평 성분들의 합 간의 제2 차이를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 회전 균일성 파라미터는 상기 제1 차이 및 제2 차이에 응답하여 결정되는 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 모션 균일성 파라미터는 상기 패닝 균일성 파라미터, 상기 줌잉 균일성 파라미터 및 상기 회전 균일성 파라미터 중 적어도 하나에 응답하여 최대 함수 및 평균 함수 중 적어도 하나인 것으로 결정되는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비트스트림의 품질을 모니터링하는 동작, 상기 품질 규준에 응답하여 상기 비트스트림을 조정하는 동작, 상기 품질 규준에 기초하여 새로운 비트스트림을 생성하는 동작, 상기 비트스트림을 전송하는 데 사용되는 배포 네트워크의 파라미터들을 조정하는 동작, 상기 품질 규준에 기초하여 상기 비트스트림을 유지할지를 결정하는 동작 및 디코더에서 에러 은닉 모드를 선택하는 동작 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 비트스트림 내에 포함된 비디오에 대한 품질 규준을 생성하기 위한 장치(500, 600)로서,
    상기 비디오의 픽처에 대한 모션 벡터들에 액세스하는 디코더(520);
    상기 모션 벡터들에 응답하여 모션 균일성 파라미터를 결정하는 모션 벡터 파서(536); 및
    상기 모션 균일성 파라미터에 응답하여 품질 규준을 결정하는 품질 예측기(550)
    를 포함하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 모션 균일성 파라미터에 응답하여 프리징 왜곡 팩터를 결정하는 슬라이싱 왜곡 예측기(542)를 더 포함하고, 상기 품질 규준은 상기 프리징 왜곡 팩터에 응답하여 결정되는 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 모션 균일성 파라미터는 등방성 모션 벡터들, 방사상 대칭 모션 벡터들 및 회전 대칭 모션 벡터들 중 적어도 하나에 대한 균일성의 강도를 지시하는 장치.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 모션 균일성 파라미터는 팬, 회전, 틸트, 병진, 줌인 및 줌아웃 중 적어도 하나를 포함하는 카메라 동작들에 의해 유발되는 모션들에 대한 균일성의 강도를 지시하는 장치.
  16. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 모션 벡터 파서는 상기 모션 벡터들에 응답하여 패닝 균일성 파라미터, 줌잉 균일성 파라미터 및 회전 균일성 파라미터 중 적어도 하나를 결정하는 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 모션 벡터 파서는 상기 모션 벡터들의 방사상 투영들에 응답하여 상기 줌잉 균일성 파라미터를 결정하는 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 모션 벡터 파서는 좌측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수평 성분들의 합과 우측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수평 성분들의 합 간의 제1 차이, 및 상측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수직 성분들의 합과 하측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수직 성분들의 합 간의 제2 차이를 결정하고, 상기 줌잉 균일성 파라미터는 상기 제1 차이 및 제2 차이에 응답하여 결정되는 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 회전 균일성 파라미터는 상기 모션 벡터들의 각 투영들에 응답하여 결정되는 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 모션 벡터 파서는 좌측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수직 성분들의 합과 우측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수직 성분들의 합 간의 제1 차이, 및 상측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수평 성분들의 합과 하측 절반 픽처 내의 모션 벡터들의 수평 성분들의 합 간의 제2 차이를 결정하고, 상기 회전 균일성 파라미터는 상기 제1 차이 및 제2 차이에 응답하여 결정되는 장치.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 모션 벡터 파서는 상기 패닝 균일성 파라미터, 상기 줌잉 균일성 파라미터 및 상기 회전 균일성 파라미터 중 적어도 하나에 응답하여 상기 모션 균일성 파라미터를 최대 함수 및 평균 함수 중 적어도 하나인 것으로 결정하는 장치.
  22. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 비트스트림의 품질을 모니터링하는 동작, 상기 품질 규준에 응답하여 상기 비트스트림을 조정하는 동작, 상기 품질 규준에 기초하여 새로운 비트스트림을 생성하는 동작, 상기 비트스트림을 전송하는 데 사용되는 배포 네트워크의 파라미터들을 조정하는 동작, 상기 품질 규준에 기초하여 상기 비트스트림을 유지할지를 결정하는 동작 및 디코더에서 에러 은닉 모드를 선택하는 동작 중 적어도 하나를 수행하는 비디오 품질 모니터(640, 650, 660)를 더 포함하는 장치.
  23. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라, 비트스트림 내에 포함된 비디오에 대한 품질 규준을 생성하기 위한 명령어들을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
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