(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたパケットに含まれる符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量であるビットレートと、前記符号化映像パケットの損失によって劣化が発生する符号化映像フレームの数である劣化フレーム数とを導出して出力するパケット分析部と、
符号化劣化によって影響を受ける符号化映像の品質を定量的に表した第１の映像品質値を、前記パケット分析部から出力されるビットレートに基づいて導出して出力する符号化品質推定部と、
符号化およびパケット損失によって影響を受ける符号化映像の品質を定量的に表した第２の映像品質値を、前記パケット分析部から出力される劣化フレーム数と前記符号化品質推定部から出力される第１の映像品質値とから導出する映像品質推定部と
を備え、
前記パケット分析部は、
前記符号化映像フレームのうちＩフレームの位置を示す情報と、前記符号化映像パケットの損失が発生している符号化映像フレームの位置を示す情報とから、前記符号化映像パケットの損失が発生した符号化映像フレームの種別を考慮して、前記劣化フレーム数を導出するフレーム劣化伝搬長導出部を備える
ことを特徴とする映像品質推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の映像品質推定装置において、
前記パケット分析部は、
入力されたパケットに含まれる任意の符号化映像パケットをこの符号化映像パケット固有のパケットＩＤによって特定する映像パケット特定部と、
この映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量で表されるビットレートを算出する符号量算出部と、
前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットから映像フレームの区切を示す情報を抽出するフレーム区切位置抽出部と、
前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットからＩフレームの開始位置を示す情報を抽出する特定フレーム開始位置抽出部と、
前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットに発生しているパケット損失の位置を示す情報を前記パケットから抽出するパケット損失位置抽出部と、
前記フレーム区切位置抽出部によって抽出された映像フレームの区切を示す情報と前記パケット損失位置抽出部によって抽出されたパケット損失位置を示す情報とから、パケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報を抽出するフレーム損失位置抽出部と
をさらに備え、
前記フレーム劣化伝搬長導出部は、
前記特定フレーム開始位置抽出部によって抽出されたＩフレームの開始位置を示す情報と前記フレーム損失位置抽出部によって導出されたパケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報とから、前記劣化フレーム数を導出する
ことを特徴とする映像品質推定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の映像品質推定装置において、
前記パケット分析部は、
符号化映像パケットの損失によって劣化が発生する符号化映像フレームの数である劣化フレーム数を推定する劣化フレーム数推定部をさらに備え、
この劣化フレーム数推定部は、
入力されたパケットに含まれる任意の符号化映像パケットをこの符号化映像パケット固有のパケットＩＤによって特定する映像パケット特定部と、
前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットから映像フレームの区切を示す情報を抽出するフレーム区切位置抽出部と、
前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットからＩフレームの開始位置を示す情報を抽出する特定フレーム開始位置抽出部と、
前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットに発生しているパケット損失の位置を示す情報を前記パケットから抽出するパケット損失位置抽出部と、
前記フレーム区切位置抽出部によって抽出された映像フレームの区切を示す情報と前記パケット損失位置抽出部によって抽出されたパケット損失位置を示す情報とから、パケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報を抽出するフレーム損失位置抽出部とを備え、
前記フレーム劣化伝搬長導出部は、
前記特定フレーム開始位置抽出部によって抽出されたＩフレームの開始位置を示す情報と前記フレーム損失位置抽出部によって導出されたパケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報とから、前記劣化フレーム数を導出する
ことを特徴とする映像品質推定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の映像品質推定装置において、
前記パケット分析部は、
入力されたパケットに含まれる符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量であるビットレートを推定するビットレート推定部をさらに備え、
このビットレート推定部は、
入力されたパケットに含まれる任意の符号化映像パケットをこの符号化映像パケット固有のパケットＩＤによって特定する映像パケット特定部と、
この映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量で表されるビットレートを算出する符号量算出部と
を備えることを特徴とする映像品質推定装置。
【請求項５】
入力されたパケットに含まれる符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量であるビットレートと、前記符号化映像パケットの損失によって劣化が発生する符号化映像フレームの数である劣化フレーム数とを導出して出力するパケット分析ステップと、
符号化劣化によって影響を受ける符号化映像の品質を定量的に表した第１の映像品質値を、前記パケット分析ステップから出力されるビットレートに基づいて導出して出力する符号化品質推定ステップと、
符号化およびパケット損失によって影響を受ける符号化映像の品質を定量的に表した第２の映像品質値を、前記パケット分析ステップから出力される劣化フレーム数と前記符号化品質推定部から出力される第１の映像品質値とから導出する映像品質推定ステップと
を有し、
前記パケット分析ステップは、
前記符号化映像フレームのうちＩフレームの位置を示す情報と、前記符号化映像パケットの損失が発生している符号化映像フレームの位置を示す情報とから、前記符号化映像パケットの損失が発生した符号化映像フレームの種別を考慮して、前記劣化フレーム数を導出するフレーム劣化伝搬長導出ステップを備える
することを特徴とする映像品質推定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の映像品質推定方法において、
前記パケット分析ステップは、
入力されたパケットに含まれる任意の符号化映像パケットをこの符号化映像パケット固有のパケットＩＤによって特定する映像パケット特定ステップと、
この映像パケット特定ステップにより特定された符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量で表されるビットレートを算出する符号量算出ステップと、
前記映像パケット特定ステップにより特定された符号化映像パケットから映像フレームの区切を示す情報を抽出するフレーム区切位置抽出ステップと、
前記映像パケット特定ステップにより特定された符号化映像パケットからＩフレームの開始位置を示す情報を抽出する特定フレーム開始位置抽出ステップと、
前記映像パケット特定ステップにより特定された符号化映像パケットに発生しているパケット損失の位置を示す情報を前記パケットから抽出するパケット損失位置抽出ステップと、
前記フレーム区切位置抽出ステップによって抽出された映像フレームの区切を示す情報と前記パケット損失位置抽出ステップによって抽出されたパケット損失位置を示す情報とから、パケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報を抽出するフレーム損失位置抽出ステップと、
をさらに有し、
前記フレーム劣化伝搬長導出ステップは、
前記特定フレーム開始位置抽出ステップによって抽出されたＩフレームの開始位置を示す情報と前記フレーム損失位置抽出ステップによって導出されたパケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報とから、前記劣化フレーム数を導出する
ことを特徴とする映像品質推定方法。
【請求項７】
請求項５に記載の映像品質推定方法において、
前記パケット分析ステップは、
符号化映像パケットの損失によって劣化が発生する符号化映像フレームの数である劣化フレーム数を推定する劣化フレーム数推定ステップを有し、
この劣化フレーム数推定ステップは、
入力されたパケットに含まれる任意の符号化映像パケットをこの符号化映像パケット固有のパケットＩＤによって特定する映像パケット特定ステップと、
この映像パケット特定ステップにより特定された符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量で表されるビットレートを算出する符号量算出ステップと、
前記映像パケット特定ステップにより特定された符号化映像パケットから映像フレームの区切を示す情報を抽出するフレーム区切位置抽出ステップと、
前記映像パケット特定ステップにより特定された符号化映像パケットからＩフレームの開始位置を示す情報を抽出する特定フレーム開始位置抽出ステップと、
前記映像パケット特定ステップにより特定された符号化映像パケットに発生しているパケット損失の位置を示す情報を前記パケットから抽出するパケット損失位置抽出ステップと、
前記フレーム区切位置抽出ステップによって抽出された映像フレームの区切を示す情報と前記パケット損失位置抽出ステップによって抽出されたパケット損失位置を示す情報とから、パケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報を抽出するフレーム損失位置抽出ステップと
を有し、
前記フレーム劣化伝搬長導出ステップは、
前記特定フレーム開始位置抽出ステップによって抽出されたＩフレームの開始位置を示す情報と前記フレーム損失位置抽出ステップによって導出されたパケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報とから、前記劣化フレーム数を導出する
ことを特徴とする映像品質推定方法。
【請求項８】
請求項５に記載の映像品質推定方法において、
前記パケット分析ステップは、
入力されたパケットに含まれる符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量であるビットレートを推定するビットレート推定ステップを有し、
このビットレート推定ステップは、
入力されたパケットに含まれる任意の符号化映像パケットをこの符号化映像パケット固有のパケットＩＤによって特定する映像パケット特定ステップと、
この映像パケット特定ステップにより特定された符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量で表されるビットレートを算出する符号量算出ステップと
を有することを特徴とする映像品質推定方法。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれかに記載の映像品質推定方法をコンピュータに実行させることを特徴とする映像品質推定装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像品質推定装置、映像品質推定方法および映像品質推定装置の制御プログラムに関し、特にインターネットのようなＩＰネットワーク経由で行うＩＰＴＶサービス、映像配信サービス、ＴＶ電話サービスなどの映像通信の映像品質値を推定する映像品質推定装置、映像品質推定方法および映像品質推定装置の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットアクセス回線の高速・広帯域化に伴い、インターネットを介して映像さらには音声を含む映像メディアを端末間あるいはサーバと端末との間で転送する映像通信サービスの普及が期待されている。
インターネットは、必ずしも通信品質が保証されていないネットワークであるため、音声および映像メディアなどを用いて通信を行う場合、ユーザ端末間のネットワークの回線帯域が狭かったり、回線が輻輳したりすると、音声や映像メディアなどに対してユーザが知覚する品質（ユーザ体感品質：ＱｏＳ（Qualty of Experience））が劣化してしまう。
【０００３】
具体的には、映像を符号化すると、フレーム内の映像信号にブロック的な劣化が生じたり、映像信号の高周波成分が失われることにより、映像全体の精細感が低くなり結果として、映像のぼけ、にじみ、モザイク上の歪み、ぎくしゃく感として知覚される。
上記のような映像通信サービスを良好な品質で提供するためには、サービス提供に先立ったアプリケーションおよびネットワークの品質設計やサービス開始後の品質管理が重要となる。
したがって、視聴者が享受する映像品質を適切に表現でき、しかも簡便かつ効率的な映像品質評価技術が必要とされる。
【０００４】
従来、映像や音声の品質を評価する手法として、主観品質評価法（非特許文献１）や客観品質評価法（非特許文献２）がある。
主観品質評価法は、複数のユーザが実際に映像や音声を視聴し、感じた品質を５段階（９段階や１１段階の場合もある）の品質尺度（非常に良い、良い、ふつう、悪い、非常に悪い）などにより評価し、全ユーザ数で各条件（例えば、パケット損失率０％でビットレートが２０Ｍｂｐｓ）の映像もしくは音声品質評価値を平均し、その値をＭＯＳ（Mean Opinion Score）値として定義している。
しかしながら、主観品質評価は、特別に機材等の評価環境の整備や、ユーザが実際に評価を完了するまでに時間がかかってしまい、品質をリアルタイムに評価する場合には不向きである。
そこで、映像の品質に影響を与える特徴量（例えば、ビットレートやパケット損失率など）を利用し、映像品質値を出力する客観品質評価法の開発が望まれている。
【０００５】
従来の客観品質推定法の１つに符号化による品質劣化を捉え、その個別映像品質値または平均映像品質値を推定するものがある（非特許文献２）。
ここで、個別映像品質値とは推定対象の映像コンテンツ１つずつの品質評価値を示し、１〜５で定義される値である（ただし、品質評価値は１〜９や０〜１００などの他の範囲で規定されることもある。）。また、平均映像品質値とは、例えば、同じ条件下（例えば、パケット損失率０％でビットレートが２０Ｍｂｐｓの条件）で送信された映像の数種類（ここで、送信された映像をまとめて「映像部分集合」とする。）の個別映像品質値を映像数で割った値を平均映像品質値とし、１〜５で定義される値である（ただし、品質評価値は１〜９や０〜１００などの他の範囲で規定されることもある。）。
従来の客観品質推定法の多くは、以上のようにパケットや映像信号（画素値）を用いて個別または平均映像品質値を推定するものであった。パケットのヘッダ情報のみから平均映像品質値を推定する技術としては、非特許文献２が挙げられる。
【０００６】
ところで、圧縮された映像フレームを伝送する際には、パケットの損失により劣化が生じる映像フレームの種別によって、映像品質に与える影響は異なってくる。
図７は、圧縮された映像フレームを伝送する際にパケット損失が発生した場合の劣化の伝搬の概念を示している。ただし、図７のＧｏＰ（Group of Pictures）構成は、Ｍ＝３，Ｎ＝１５（Ｍは片方向予測の際のフレーム数の間隔を示し、ＮはＩフレームの間隔を示す。）とする。すなわち、ＩフレームとＰフレームの間およびＰフレームとＰフレームの間にＢフレームが２フレーム挿入され、Ｉフレームの間隔が１５フレームになっている。
【０００７】
Ｉフレームにパケット損失が発生した場合、後続のＢフレームやＰフレームがＩフレームを参照し、さらにＩフレームを参照したＢフレームやＰフレームを後続のフレームが参照するため、フレームの参照構造が途切れるまで劣化が伝搬する（図７の場合、劣化フレーム数は１７フレームとなる。）。
Ｐフレームにパケット損失が発生した場合、Ｉフレーム同様に、フレームの参照構造が途切れるまで劣化が伝搬する（図７の場合、劣化フレーム数は１１フレームとなる。）。
Ｂフレームにパケット損失が発生した場合は、ＩフレームやＰフレームとは異なり、Ｂフレームを参照するフレームは存在しないため、フレームの劣化は伝搬せず、パケット損失の発生したＢフレームのみが劣化する（図７の場合、劣化フレーム数は１フレームとなる。）。
【０００８】
ここで、圧縮された映像フレームの種別について簡単に説明する。圧縮された映像フレームにはＩフレーム（Intra-frame）、Ｐフレーム（Predictive-frame）、Ｂフレーム（Bi-directional-frame）の３種類がある。Ｉフレームとは、前後の画面とは関係なくその画面内だけで独立して符号化された画面である。Ｐフレームとは、連続する画面の中で過去に存在する画面からの予測、すなわち、順方向予測によって符号化された画面である。Ｂピクチャとは、連続する画面の中で過去と未来の双方向に存在する画面からの予測によって符号化された画面である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＩＴＵ−Ｔ 勧告 Ｐ．９１０
【非特許文献２】K. Yamagishi and T. Hayashi, "Parametric Packet-Layer Model for Monitoring Video Quality of IPTV Services," IEEE ICC 2008, CQ04-3, May 2008.
【非特許文献３】DVB Document A001 Rev. 7（Specification for the use of Video and Audio Coding in Broadcasting Applications based on the MPEG-2 Transport Stream）
【非特許文献４】IANSI/SCTE 128 2008（AVC Video Systems and Transport Constraints for CableTelevision）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献２に開示された技術は、パケットの損失回数を基に映像品質を推定する技術であり、パケットの損失により劣化したフレームの種別を考慮するものではない。例えば、Ｉフレームが劣化したときも、Ｂフレームが劣化したときも同じ劣化量であるという前提で平均映像品質を推定している。
また、従来はペイロード情報が暗号化されている場合、符号化映像における映像フレームの種別（Ｉフレーム，Ｂフレーム，Ｐフレーム）を示す情報は、ビットストリーム情報内、すなわち圧縮符号化された映像データ内に含まれるために、映像フレームの種別を特定できなかった。そのために、劣化を生じた映像フレームの種別を考慮して劣化フレーム数を計数できていなかった。
したがって、従来の客観品質推定法では、１つの映像フレームに生じた劣化が、他の映像フレームに与える影響、すなわち、映像フレームの損失伝搬長を考慮しないために、正確な映像品質推定ができないといった問題がある。
そこで本発明では、上述の問題を解決すべく、映像フレームの損失伝搬長を考慮して、より正確な映像品質推定を行う映像品質推定装置および映像品質の推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するために、本発明は、入力されたパケットに含まれる符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量であるビットレートと、前記符号化映像パケットの損失によって劣化が発生する符号化映像フレームの数である劣化フレーム数とを導出して出力するパケット分析部と、符号化劣化によって影響を受ける符号化映像の品質を定量的に表した第１の映像品質値を、前記パケット分析部から出力されるビットレートに基づいて導出して出力する符号化品質推定部と、符号化およびパケット損失によって影響を受ける符号化映像の品質を定量的に表した第２の映像品質値を、前記パケット分析部から出力される劣化フレーム数と前記符号化品質推定部から出力される符号化劣化映像品質値とから導出する映像品質推定部とを備え、前記パケット分析部は、前記符号化映像フレームのうちＩフレームの位置を示す情報と、前記符号化映像パケットの損失が発生している符号化映像フレームの位置を示す情報とから、前記符号化映像パケットの損失が発生した符号化映像フレームの種別を考慮して、前記劣化フレーム数を導出するフレーム劣化伝搬長導出部を備える。
【００１２】
また、本発明の前記パケット分析部は、入力されたパケットに含まれる任意の符号化映像パケットをこの符号化映像パケット固有のパケットＩＤによって特定する映像パケット特定部と、この映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量で表されるビットレートを算出する符号量算出部と、前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットから映像フレームの区切を示す情報を抽出するフレーム区切位置抽出部と、前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットからＩフレームの開始位置を示す情報を抽出する特定フレーム開始位置抽出部と、前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットに発生しているパケット損失の位置を示す情報を前記パケットから抽出するパケット損失位置抽出部と、前記フレーム区切位置抽出部によって抽出された映像フレームの区切を示す情報と前記パケット損失位置抽出部によって抽出されたパケット損失位置を示す情報とから、パケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報を抽出するフレーム損失位置抽出部とをさらに備え、前記フレーム劣化伝搬長導出部は、前記特定フレーム開始位置抽出部によって抽出されたＩフレームの開始位置を示す情報と前記フレーム損失位置抽出部によって導出されたパケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報とから、前記劣化フレーム数を導出する構成としても良い。
【００１３】
また、本発明の前記パケット分析部は、符号化映像パケットの損失によって劣化が発生する符号化映像フレームの数である劣化フレーム数を推定する劣化フレーム数推定部をさらに備え、この劣化フレーム数推定部は、入力されたパケットに含まれる任意の符号化映像パケットをこの符号化映像パケット固有のパケットＩＤによって特定する映像パケット特定部と、前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットから映像フレームの区切を示す情報を抽出するフレーム区切位置抽出部と、前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットからＩフレームの開始位置を示す情報を抽出する特定フレーム開始位置抽出部と、前記映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットに発生しているパケット損失の位置を示す情報を前記パケットから抽出するパケット損失位置抽出部と、前記フレーム区切位置抽出部によって抽出された映像フレームの区切を示す情報と前記パケット損失位置抽出部によって抽出されたパケット損失位置を示す情報とから、パケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報を抽出するフレーム損失位置抽出部とを備え、前記フレーム劣化伝搬長導出部は、前記特定フレーム開始位置抽出部によって抽出されたＩフレームの開始位置を示す情報と前記フレーム損失位置抽出部によって導出されたパケット損失が発生している映像フレームの位置を示す情報とから、前記劣化フレーム数を導出する構成としても良い。
【００１４】
また、本発明の前記パケット分析部は、入力されたパケットに含まれる符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量であるビットレートを推定するビットレート推定部をさらに備え、このビットレート推定部は、入力されたパケットに含まれる任意の符号化映像パケットをこの符号化映像パケット固有のパケットＩＤによって特定する映像パケット特定部と、この映像パケット特定部により特定された符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量で表されるビットレートを算出する符号量算出部とを備える構成としても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、パケットから抽出したビットレートおよびパケットのヘッダ情報から映像フレーム種別を特定して映像フレーム種別毎に計数した劣化フレーム数に基づいて、映像通信サービスの映像品質値を導出することによって、この映像通信サービスにおける映像品質を推定することができる。
したがって、映像通信サービスの提供者は、提供中のサービスがユーザに対してある一定以上の品質を保っているかどうかを容易に判断することができ、提供中のサービスの品質実態をリアルタイムで把握・管理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態にかかる映像品質推定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる映像品質推定装置におけるパケット分析部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる映像品質推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態にかかる映像品質推定装置に記憶されている品質特性のデータベース一例を示す図である（ビットレート対応）。
【図５】本発明の実施の形態にかかる映像品質推定装置に記憶されている品質特性のデータベースの一例を示す図である（劣化フレーム数対応）。
【図６】本発明の実施の形態にかかる映像品質推定装置に記憶されている品質特性係数のデータベースの一例を示す図である。
【図７】劣化フレームを概念的に説明する図である。
【図８】フレーム損失位置抽出を概念的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態にかかる映像品質推定装置は、映像通信にかかわる映像品質に影響を与えるビットレートやパケット損失などの特徴量を利用して映像品質を定量的に表した映像品質値を導出して客観的な映像品質評価を実現するものである。
例えば、本実施の形態においては、インターネットのようなＩＰネットワーク経由で行うＩＰＴＶサービス、映像配信サービス、ＴＶ電話サービスなど映像通信におけるＩＰパケットに含まれる符号化映像パケットを分析し、これらの映像通信にかかわる映像品質に影響を与える特徴量を定量的に表した映像品質値を導出して客観的な映像品質評価を実現する映像品質推定装置とする。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態にかかる映像品質推定装置１は、パケット分析部１０と、符号化品質推定部１１と、映像品質推定部１２とから構成されている。
パケット分析部１０は、入力されたＩＰパケットに含まれる符号化映像パケットのビットレートを推定するビットレート推定部１０−１と、パケットの損失によって発生する符号化映像フレームの劣化フレーム数を推定する劣化フレーム数推定部１０−２とから構成されており、ビットレート推定部１０−１によって導出されたビットレートと劣化フレーム数推定部１０−２によって導出された劣化フレーム数とを出力する。
符号化品質推定部１１は、符号化劣化によって影響を受ける符号化映像の品質を定量的に表した第１の映像品質値を、パケット分析部１０から出力されるビットレートに基づいて導出して出力する。
映像品質推定部１２は、符号化およびパケット損失によって影響を受ける符号化映像の品質を定量的に表した第２の映像品質値を、パケット分析部１０から出力される劣化フレーム数と符号化品質推定部１１から出力される第１の映像品質値とから導出する。
【００１９】
このうち、パケット分析部１０は、図２に示すように、映像パケット特定部１０１と、符号量算出部１０２と、フレーム区切位置抽出部１０３と、特定フレーム開始位置抽出部１０４と、パケット損失位置抽出部１０５と、フレーム損失位置抽出部１０６と、フレーム劣化伝搬長導出部１０７とから構成されており、ビットレート推定部１０−１は、映像パケット特定部１０１と符号量算出部１０２とから構成され、劣化フレーム推定部１０−２は、映像パケット特定部１０１と、フレーム区切位置抽出部１０３と、特定フレーム開始位置抽出部１０４と、パケット損失位置抽出部１０５と、フレーム損失位置抽出部１０６と、フレーム劣化伝搬長導出部１０７とから構成されている。
【００２０】
映像パケット特定部１０１は、入力されたＩＰパケットに含まれる任意の符号化映像パケットを、この符号化映像パケット固有のパケットＩＤ（ＰＩＤ）によって特定する。さらに、ＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）パケット内のＲＴＰシーケンス番号、ＴＳ（Transport Stream）パケット内のＣＣ（Continuity Counter：４ビットのカウンタ）を抽出する機能を同時に有することとしても良い。
【００２１】
符号量算出部１０２は、映像パケット特定部１０１によって特定される符号化映像パケットの単位時間当たりのビット量で表されるビットレートを算出する。
例えば、ＴＳパケットのヘッダに記載されているＰＩＤによって映像や音声の符号化データが識別され、映像データのＰＩＤをもつＴＳパケット数を計数することにより、ＴＳパケットのデータ長（一般には１８８バイト）を掛け合わせて単位時間当たりのビット量を算出し、ビットレートを導出する。
【００２２】
フレーム区切位置抽出部１０３は、映像パケット特定部１０１によって特定される符号化映像パケットから映像フレームの区切を示す情報を抽出する。
例えば、ＩＰパケット内には、ＩＰヘッダ，ＵＤＰ(User Datagram Protocol)ヘッダ，ＴＳヘッダ，ＰＥＳ(Packetized Elementary Stream)ヘッダ，ＥＳ(Elementary Stream)などの情報が存在する。このうち、ＴＳヘッダ内にあるPayload_Unit_Start_indicator（以下、「ＰＵＳＩ」という。）は、ＰＥＳヘッダの有無を示すフラグであり、１つのＰＥＳに１枚のフレームが含まれる場合は（ＴＶ放送内で利用される映像符号化では、１つのＰＥＳに１枚の映像フレームを格納することが多い。）、ＰＵＳＩが映像フレームの開始を示す情報となる。
ここで、図８に示すフレーム損失位置抽出について概念的に説明する図を参照して、フレームの区切位置を示す情報について具体的に説明すると、図８（左列はＲＴＰシーケンス番号を示し、左から２〜８列目はＴＳのＣＣの番号を示す。）に示すように、ＰＵＳＩが含まれるＴＳがフレームの先頭位置を示す。フレームの区切位置を示す情報としては、フレームの先頭位置のＲＴＰシーケンス番号や、分析区間の最初から数えて何個目のＩＰパケットであるか、またはＰＵＳＩを含むパケットが何フレーム目であるかを記憶すればよい。フレームのカウント方法は、分析区間のＰＵＳＩの数をカウントすればよい。
ただし、ＰＥＳヘッダが利用可能であるときは、ＰＴＳ（Presentation Time Stamp）やＤＴＳ（Decoding Time Stamp）がフレームの区切位置を示している情報となるので、上記のＰＵＳＩと同様の処理を実行する。
【００２３】
特定フレーム開始位置抽出部１０４は、映像パケット特定部１０１によって特定される符号化映像パケットから、特定の映像フレームの開始位置を示す情報を抽出する。
ここで、本実施の形態にかかる映像品質推定装置における特定フレーム開始位置抽出部１０４は、「Ｉフレーム」の開始位置を示す情報を抽出することを前提とする。
Ｉフレームの開始位置を示す情報としては、ＴＳヘッダ内のＲＡＩ(Random_Access_Indicator)やＥＳＰＩ(Elementary_Stream_Priority_Indicator)が、ＩフレームやＩＤＲ(Instantaneous Decoder Refresh)フレームの開始位置を示しているフラグである（非特許文献３，４参照）。すなわち、ＲＡＩやＥＳＰＩは、ＩフレームやＩＤＲフレームの先頭位置を示す情報となるので、Ｉフレームの区切とその他のフレームの区切を識別できる。
【００２４】
仮に、ＲＡＩやＥＳＰＩがＩフレームやＩＤＲフレームの開始位置を示していない場合でも、特定フレーム開始位置抽出部１０４は、フレーム区切位置抽出部１０３によって抽出されたフレームの開始位置を示すＰＵＳＩを利用して各フレームのデータ量を計算することによって、Ｉフレームの位置を特定することとする。すなわち、Ｉフレームの情報量は、他の映像フレームの情報量よりも多いという基本的な特徴から、ＩＰパケット内の映像フレームにおいて、データ量の多い映像フレームをＧｏＰ長から換算してＩフレームと特定する。
例えば、ＩＰパケット内の映像フレーム数が３００としてＧｏＰ長が１５であるならば、Ｉフレームの数は２０である。したがって、ＩＰパケット内の映像フレームのうち、データ量の多い２０の映像フレームをＩフレームと特定することができる。
また、特定されたＩフレームの位置を示すために、フレームの先頭位置のＲＴＰシーケンス番号や、分析区間の最初から数えて何個目のＩＰパケットであるかを記憶する。
【００２５】
パケット損失位置抽出部１０５は、映像パケット特定部１０１により特定された符号化映像パケットに発生しているパケット損失の位置を示す情報を入力されたＩＰパケットから抽出する。ここで、符号化映像パケットにおけるパケットの損失は、ＴＳパケット内のＣＣやＲＴＰパケット内のＲＴＰシーケンス番号の抜けによって識別することができる。
【００２６】
フレーム損失位置抽出部１０６は、フレーム区切位置抽出部１０３によって抽出された映像フレームの区切を示す情報とパケット損失位置抽出部１０５によって抽出されたパケット損失位置を示す情報とから、パケット損失が発生している映像フレームの位置を特定する。
具体的には、図８に示すように、フレーム区切位置抽出部１０３によってＲＴＰシーケンス番号が１００００，１０１００，１０１３０などが入力されたとする。仮に、ＲＴＰシーケンス番号１０００２が損失した場合、上述のＲＴＰシーケンス番号１００００と１０１００との間であることから、劣化フレーム位置を抽出して、分析区間の何フレーム目が損失したのかを示す情報を抽出できる（この場合では、５０フレーム目のＩフレームとなる）。
【００２７】
フレーム劣化伝搬長導出部１０７は、特定フレーム開始位置抽出部１０４によって抽出されたＩフレームの位置を示す情報（ＲＴＰシーケンス番号や分析区間の最初から数えて何個目のＩＰパケット（図８の場合、ＲＴＰシーケンス番号が１００００）であるか、またはフレーム区切位置抽出部１０３によって抽出された各フレームのフレーム開始位置情報（図８の場合、ＲＴＰシーケンス番号が１００００，１０１００，１０１３０など）。）とフレーム損失位置抽出部によって導出されたパケット損失が発生している映像フレームの位置（パケット損失の発生したフレームの位置情報（図８の場合、ＲＴＰシーケンス番号が１０００２）。）を示す情報とから、パケット損失によって発生する映像フレームの劣化フレーム数を導出する。
【００２８】
例えば、フレーム劣化伝搬長導出部１０７は、Ｉフレームにパケット損失が発生している場合では、フレームの参照構造が途切れるまで劣化が伝搬するために、劣化フレーム数を的確に導出することができる。
ＢフレームやＰフレームにパケット損失が発生している場合では、Ｂフレームにパケット損失が発生しているならば劣化フレーム数は常に１であり、Ｐフレームにパケット損失が発生しているならば、劣化フレーム数はパケット損失が発生しているＰフレームの位置に依存する。
このために、フレーム劣化伝搬長導出部１０７は、Ｉフレーム以外にパケット損失が発生しているときは、Ｐフレームが損失したと仮定して見積もることができる劣化フレーム数と、Ｂフレームが損失したと仮定して見積もることができる劣化フレーム数とを平均した値を劣化フレーム数として導出する。
図７のケース２の例では、Ｐフレームにパケット損失が発生している場合の劣化フレーム数１１フレーム（Ｐフレームにパケット損失あり）とＢフレームにパケット損失が発生している場合の劣化フレーム数１フレーム（Ｂフレームにパケット損失あり）との平均値（１１＋１）／２＝６と導出される。
【００２９】
また、フレーム劣化伝搬長導出部１０７は、ＧｏＰ構造を利用してパケット損失が発生している映像フレームがＢフレームまたはＰフレームのいずれかであるかを確定させ、劣化フレーム数を導出しても良い。
図７の例のＧｏＰ構造は、Ｍ＝３，Ｎ＝１５であるので、Ｉフレーム以降の映像フレームの種別毎の並びは、Ｂフレーム，Ｂフレーム，Ｐフレームという順番となる。このように、フレーム種別の並び順からパケット損失が発生している映像フレームの種別を特定することができる。
図７のケース２の例において、フレーム劣化伝搬長導出部１０７は、パケット損失が発生しているＰフレームをＧｏＰ構造から特定すると、このＰフレームから品質劣化の伝搬区間を計数して、劣化フレーム数「１１」を導出し、ケース３の例においては、パケット損失が発生しているＢフレームをＧｏＰ構造から特定すると、劣化フレーム数「１」を導出する。
【００３０】
また、フレーム劣化伝搬長導出部１０７は、Ｉフレーム以外の映像フレームを全てＰフレームと仮定して、パケット損失が発生している映像フレームから次のＩフレームまで後続する映像フレームの数を劣化フレーム数として導出するとしても良い。
【００３１】
なお、本実施の形態にかかる映像品質推定装置１は、ＣＰＵ（中央演算装置）やメモリ、インターフェースからなるコンピュータにコンピュータプログラムをインストールすることによって実現され、上述した映像品質推定装置１の各種機能は、上記コンピュータの各種ハードウェア資源と上記コンピュータプログラム（ソフトウェア）とが協働して実現される。
【００３２】
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかる映像品質推定装置の動作について説明する。
図３に示すように、映像品質推定装置１のパケット分析部１０は入力されたＩＰパケットをキャプチャする（Ｓ１０１）。キャプチャしたＩＰパケットから、パケット分析部１０は符号化映像パケットのビットレートと劣化フレーム数を導出する（Ｓ１０２）。
【００３３】
パケット分析部１０によって導出されたビットレートは符号化品質推定部１１へ、劣化フレーム数は映像品質推定部１２へ入力される。
【００３４】
［第１の映像品質値の導出］
符号化品質推定部１１は、パケット分析部１０によって導出されたビットレートに基づいて符号化劣化のみが加わった場合の第１の映像品質値を導出する（Ｓ１０３）。
符号化品質推定部１１による第１の映像品質値の導出は、映像品質推定装置１の図示しない記憶部に保持されている符号化映像パケットのビットレートと第１の映像品質値とが対応して記述された品質特性のデータベースにアクセスして、該当する第１の映像品質値を導出するとしても良い。
ここで、ビットレートと第１の映像品質値とが対応して記述された品質特性のデータベースの一例を図４に示す。
映像品質は映像コーデックの実装に依存し、例えば、同じビットレートでＨ．２６４で符号化した映像と、ＭＰＥＧ２で符号化した映像とでは品質が異なる。同様に、映像フォーマットやフレームレートなども含めた前提条件に映像品質は依存する。図４に示す品質特性のデータベースは、この前提条件毎に第１の映像品質値と符号化映像パケットのビットレートとを対応して記述されたものである。
【００３５】
また、映像品質値には、ビットレートの増加とともに増加し、ある映像品質値に収束するという特性をもち、この特性を表した式（１）によって算出される１＋Ｉcを第１の映像品質値として導出するとしても良い。
Ｖqs≒Ｖqe＝１＋Ｉc
Ｉc＝ｖ１−ｖ１／１＋（ＢＲ／ｖ２）v3        ・・・式（１）
０≦Ｉc≦４
ただし、Ｖqsは主観映像品質、Ｖqeは推定映像品質を示し、ｖ１,…,ｖ３は特性係数である。
また、Ｉcは、以下のように指数関数を用いた式（２）によって算出することも可能である。
Ｖqs≒Ｖqe＝１＋Ｉc
Ｉc＝ｖ１＋ｖ２ｅｘｐ（ＢＲ／ｖ３）        ・・・式（２）
０≦Ｉc≦４
ただし、Ｖqsは主観映像品質、Ｖqeは推定映像品質を示し、ｖ１,…,ｖ３は特性係数である。
この特性係数は、映像品質推定装置１の図示しない記憶部にデータベース化された品質特性係数データベースから該当する特性係数を符号化品質推定部１１によって選択される。この品質特性係数データベースの一例を図６に示す。品質特性係数データベースは、特性係数を前述した前提条件と対応して記述されたものである。
符号化品質推定部１１は、導出した第１の映像品質値を映像品質推定部１２に対して出力する。
【００３６】
［第２の映像品質値の導出］
映像品質推定部１２は、パケット分析部１０によって導出された劣化フレーム数と、符号化品質推定部１１によって導出された第１の映像品質値とから符号化劣化およびパケット損失を考慮した第２の映像品質値を導出する（Ｓ１０４）。
映像品質推定部１２による第２の映像品質値の導出は、映像品質推定装置１の図示しない記憶部に保持されている劣化フレーム数と第２の映像品質値とが対応して記述された品質特性のデータベースにアクセスして、該当する第２の映像品質値を導出するとしても良い。
ここで、劣化フレーム数と第２の映像品質値とが対応して記述された品質特性のデータベースの一例を図５に示す。図５に示す品質特性のデータベースは、前述した前提条件毎に、符号化映像パケットのビットレートと劣化フレーム数と第２の映像品質値とを対応させて記述されたものである。
【００３７】
また、映像品質値には、劣化フレーム数（ＩＦ）の増加とともに減少するという特性をもち、この特性を表した式（３）または式（４）によって算出されるＩpを第２の映像品質値として導出するとしても良い。
Ｖqs≒Ｖqe＝１＋ＩcＩp
Ｉp＝ｅｘｐ（−ＩＦ／ｖ４）                  ・・・ 式（３）
０≦Ｉp≦１
ただし、Ｖqsは主観映像品質、Ｖqeは推定映像品質を示し、ｖ４は特性係数である。
また、Ｉpは以下のように指数関数を複数個用いた式（４）によって算出することも可能である。
Ｖqs≒Ｖqe＝１＋ＩcＩp
Ｉp＝ｖ５ｅｘｐ（−ＩＦ／ｖ４）＋（１−ｖ５）ｅｘｐ（−ＩＦ／ｖ６） … 式（４）
０≦Ｉp≦１
ただし、ｖ４,…,ｖ６は特性係数であり、この特性係数は、映像品質推定装置１の図示しない記憶部にデータベース化された品質特性係数データベースから該当する特性係数を符号化品質推定部１１によって選択される。
この品質特性係数データベースの一例を図６に示す。品質特性係数データベースは、特性係数を前述した前提条件と対応して記述されたものである。
【００３８】
このように、ＩＰパケットから符号化映像パケットのビットレートと劣化フレーム数とを用いて、符号化劣化およびパケット損失を考慮した映像品質値を算出することができるため、従来よりも正確な客観品質推定法による映像品質推定が可能となる。
したがって、映像通信サービスの提供者は、提供中のサービスがユーザに対してある一定以上の品質を保っているかどうかを容易に判断することができ、提供中のサービスの品質実態をリアルタイムで把握・管理することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
ＩＰネットワーク経由で行うＩＰＴＶサービス、映像配信サービス、ＴＶ電話サービスなどの映像通信の映像品質値を推定する映像品質推定装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１…映像品質推定装置、１０…パケット分析部、１０−１…ビットレート推定部、１０−２…劣化フレーム数推定部、１１…符号化品質推定部、１２…映像品質推定部、１０１…映像パケット特定部、１０２…符号量算出部、１０３…フレーム区切位置抽出部、１０４…特定フレーム開始位置抽出部、１０５…パケット損失位置抽出部、１０６…フレーム損失位置抽出部、１０７…フレーム劣化伝搬長導出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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