(57)【要約】ビデオ処理アルゴリズムのチェーンを用いてビデオストリームを処理しうるビデオ処理システムで使用される、高画質ビデオ画像を与えるためにビデオ処理アルゴリズムのチェーン中の各ビデオ処理アルゴリズムの制御パラメータ設定を最適に設定するシステム及び方法である。ビデオ処理システムはビデオ処理アルゴリズムのチェーン、最適化ユニット、及び目標画質メトリックユニットを含む。ビデオ処理ユニットのチェーンからの出力ビデオストリームは目標画質メトリックユニットへフィードバックされる。目標画質メトリックユニットは適応度を計算し最適化ユニットへ与える。最適化ユニットはビデオ処理アルゴリズムの制御パラメータ設定を設定するために適応度を用いる。有利な実施例では最適なユニットは最適化処理中に遺伝的アルゴリズムを用いる。ビデオ処理システムは非常に高画質のビデオ画像を生成する制御パラメータ設定へ向かい繰り返し収束する。
2004518340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオストリームを処理するビデオ処理アルゴリズムのチェーンを含む種類のビデオ処理システムにおいて使用される、上記ビデオ処理アルゴリズムのチェーン中の少なくとも１つの上記ビデオ処理アルゴリズムの少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化するシステムであって、
上記システムは、上記少なくとも１つのビデオ処理アルゴリズムの上記少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化することが可能なアルゴリズムを含む最適化ユニットを含むシステム。
【請求項２】
上記最適化ユニットに結合される目標画質メトリックユニットを更に含み、上記目標画質メトリックユニットは、ビデオ処理アルゴリズムの上記チェーンからの出力ビデオストリームを受信することが可能であり、上記出力ビデオストリームのビデオ画質を特徴付ける適応度を決定することが可能であり、上記最適化ユニット中の上記アルゴリズムに上記適応度を与えることが可能である、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
上記最適化ユニット中の上記アルゴリズムは、上記適応度を用いて上記少なくとも１つのビデオ処理アルゴリズムの上記少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化する、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
上記最適化ユニットは、上記ビデオ処理アルゴリズムのチェーン中の複数のビデオ処理アルゴリズムの夫々の複数の制御パラメータ設定を最適化することが可能なアルゴリズムを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
上記最適化ユニットに結合される目標画質メトリックユニットを更に含み、上記目標画質メトリックユニットは、ビデオ処理アルゴリズムの上記チェーンからの出力ビデオストリームを受信することが可能であり、上記出力ビデオストリームのビデオ画質を特徴付ける適応度を決定することが可能であり、上記最適化ユニット中の上記アルゴリズムに上記適応度を与えることが可能である、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
ビデオストリームを処理するビデオ処理アルゴリズムのチェーンを含む種類のビデオ処理システムにおいて使用される、上記ビデオ処理アルゴリズムのチェーン中の少なくとも１つの上記ビデオ処理アルゴリズムの少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化するシステムであって、
上記システムは、上記少なくとも１つのビデオ処理アルゴリズムの上記少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化することが可能な遺伝的アルゴリズムを含む遺伝的アルゴリズムユニットを含むシステム。
【請求項７】
上記遺伝的アルゴリズムユニットに結合される目標画質メトリックユニットを更に含み、上記目標画質メトリックユニットは、ビデオ処理アルゴリズムの上記チェーンからの出力ビデオストリームを受信することが可能であり、上記出力ビデオストリームのビデオ画質を特徴付ける適応度を決定することが可能であり、上記遺伝的アルゴリズムユニット中の上記遺伝的アルゴリズムに上記適応度を与えることが可能である、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
上記遺伝的アルゴリズムユニット中の上記遺伝的アルゴリズムは、上記適応度を用いて上記少なくとも１つのビデオ処理アルゴリズムの上記少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化する、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
上記遺伝的アルゴリズムユニットは、上記ビデオ処理アルゴリズムのチェーン中の複数のビデオ処理アルゴリズムの夫々の複数の制御パラメータ設定を最適化することが可能な遺伝的アルゴリズムを含む、請求項６記載のシステム。
【請求項１０】
上記遺伝的アルゴリズムユニットに結合される目標画質メトリックユニットを更に含み、上記目標画質メトリックユニットは、ビデオ処理アルゴリズムの上記チェーンからの出力ビデオストリームを受信することが可能であり、上記出力ビデオストリームのビデオ画質を特徴付ける適応度を決定することが可能であり、上記遺伝的アルゴリズムユニット中の上記遺伝的アルゴリズムに上記適応度を与えることが可能である、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
上記遺伝的アルゴリズムユニット中の上記遺伝的アルゴリズムは、上記適応度を用いて上記複数のビデオ処理アルゴリズムの上記複数の制御パラメータ設定を最適化する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
少なくとも１つの上記複数の制御パラメータ設定は、上記ビデオ処理アルゴリズムのチェーン中の上記ビデオ処理アルゴリズムの適用の順序を含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
上記ビデオ処理アルゴリズムの少なくとも１つの上記複数の制御パラメータ設定は、ビット精度パラメータ、雑音抑制パラメータ、及びピーキングパラメータのうちの１つを含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
複数のビデオストリームを処理するビデオ処理アルゴリズムの複数のチェーンを含む種類のビデオ処理システムにおいて使用される、上記ビデオ処理アルゴリズムの複数のチェーン中の複数の上記ビデオ処理アルゴリズムの複数の制御パラメータ設定を最適化するシステムであって、
上記システムは、
上記ビデオ処理アルゴリズムの複数の並列なチェーンに結合され、各遺伝的アルゴリズムユニットが上記複数のビデオ処理アルゴリズムの上記複数の制御パラメータ設定を最適化することが可能な遺伝的アルゴリズムを含む複数の遺伝的アルゴリズムユニットと、
各目標画質メトリックユニットが上記複数の遺伝的アルゴリズムユニットのうちの１つに結合され、各目標画質メトリックユニットが上記ビデオ処理アルゴリズムの複数のチェーンのうちの１つから出力ビデオストリームを受信することが可能であり、上記出力ビデオストリームのビデオ画質を特徴付ける適応度を決定することが可能であり、目標画質メトリックユニットが結合される上記遺伝的アルゴリズムユニット中の遺伝的アルゴリズムに上記適応度を与えることが可能である、複数の目標画質メトリックユニットとを含み、
上記複数の遺伝的アルゴリズムユニットの夫々の中の上記遺伝的アルゴリズムは、上記適応度を用いて上記複数のビデオ処理アルゴリズムの複数の制御パラメータ設定を最適化するシステム。
【請求項１５】
ビデオ画質に改善を与えない候補解が除かれた遺伝的アルゴリズムを含む、請求項６記載のシステム。
【請求項１６】
ビデオ画質に改善を与える可能性がある限られた数の代表候補解が考慮される遺伝的アルゴリズムを含む、請求項６記載のシステム。
【請求項１７】
ビデオ画質に改善を与える可能性がある以前の既存の望ましい候補解から派生する候補解が考慮される遺伝的アルゴリズムを含む、請求項６記載のシステム。
【請求項１８】
ビデオストリームを処理するビデオ処理アルゴリズムのチェーンを含む種類のビデオ処理システムにおいて使用される、上記ビデオ処理アルゴリズムのチェーン中の少なくとも１つの上記ビデオ処理アルゴリズムの少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化する方法であって、
上記方法は、上記少なくとも１つのビデオ処理アルゴリズムの上記少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化する最適化ユニット中のアルゴリズムを使用する段階を含む方法。
【請求項１９】
上記アルゴリズムは遺伝的アルゴリズムを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
目標画質メトリックユニットに上記ビデオ処理アルゴリズムのチェーンからの出力ビデオストリームを受信する段階と、
目標画質メトリックユニットにおいて上記出力ビットストリームの適応度を決定する段階と、
上記遺伝的アルゴリズムに上記適応度を与える段階と、
上記少なくとも１つの上記ビデオ処理アルゴリズムの上記少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化するために上記遺伝的アルゴリズム中の上記適応度を使用する段階とを含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
上記遺伝的アルゴリズムは、上記ビデオ処理アルゴリズムのチェーン中の複数のビデオ処理アルゴリズムの夫々の複数の制御パラメータ設定を最適化することが可能である、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
目標画質メトリックユニットに上記ビデオ処理アルゴリズムのチェーンからの出力ビデオストリームを受信する段階と、
上記目標画質メトリックユニットにおいて上記出力ビットストリームの適応度を決定する段階と、
上記遺伝的アルゴリズムに上記適応度を与える段階と、
上記複数の上記ビデオ処理アルゴリズムの上記複数の制御パラメータ設定を最適化するために上記遺伝的アルゴリズム中の上記適応度を使用する段階とを含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの上記複数の制御パラメータ設定は、上記ビデオ処理アルゴリズムのチェーン中の上記ビデオ処理アルゴリズムの適用の順序を含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
上記ビデオ処理アルゴリズムの少なくとも１つの上記複数の制御パラメータ設定は、ビット精度パラメータ、雑音抑制パラメータ、及びピーキングパラメータのうちの１つを含む、請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、「自動ビデオ画質評価のためのスケーラブルな動的な目標メトリックを与えるシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａ Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｍｅｔｒｉｃ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｉｄｅｏ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ）」なる名称のアリ（Ａｌｉ）外による２０００年１２月１２日出願の米国特許出願第０９／７３４，８２３号に関連する。関連特許出願は、本願の譲受人に共通に譲渡される。関連特許出願の開示は、ここに完全に記載されたように本願発明に参照として組み入れられる。
【０００２】
本発明は、概して、ビデオ処理アルゴリズムのチェーンを用いてビデオストリームを処理することが可能なビデオ処理システムに係り、特に、高画質のビデオ画像を与えるために各ビデオ処理アルゴリズムの制御パラメータ設定を最適に設定するシステム及び方法に関連する。
【０００３】
ビデオの専門家は、ビデオ画像の画質を高めるために新しい改善されたビデオ処理アルゴリズムを常に開発しようとしている。主な目標は、可能な限り最も良い画質のビデオ画像を得ることである。ビデオ処理システムでは、最も高い水準のビデオ画質を得るためにビデオストリームの特徴を変更するために、ビデオストリームに対して１以上のビデオ処理アルゴリズムが適用される。
【０００４】
例えば、テレビ受像機では、ビデオ信号ストリームは多数のビデオ機能によって処理されうる。これらのビデオ処理は、鮮鋭度改善、雑音抑制、色補正、及び他の同様のビデオ画像処理技術を含みうる。各ビデオ機能は、特定の値に設定されねばならない１以上の制御パラメータを有しうる。制御パラメータ設定の値は、ビデオ画像の画質に影響を与える。更に、様々なビデオ機能が適用される順序もまたビデオ画像の画質に影響を与えうる。
【０００５】
ビデオシステムが開発されるとともに、新しい種類のビデオ処理アルゴリズムが常に導入されている。更に、古い種類のビデオ処理アルゴリズムは常に改良されている。ビデオ処理アルゴリズムの能力は、時間と共に増す傾向がある。同様に、ビデオ処理アルゴリズムの実施の複雑さもまた時間とともに高まる傾向がある。
【０００６】
ビデオ処理アルゴリズムは、通常は、それらが最終的に使用されるビデオ処理システムとは切り離して開発及び評価される。評価の後、個々のビデオ処理アルゴリズムは、テレビジョン、セットトップボックス、又は他の種類の消費者製品といったビデオ処理システムに組み入れられる。
【０００７】
ビデオ処理システム中のビデオ処理アルゴリズムのチェーンによって得ることができる最終的なビデオ画質は、構成要素である種々のビデオ処理アルゴリズムの全ての相互作用に依存する。この相互作用は、各アルゴリズムについての制御パラメータ設定、順序アルゴリズム間で転送されるデータの量、及び、ビデオ処理のチェーンにおける順序アルゴリズムの順序に依存する。一連のビデオ処理アルゴリズムについての最善の制御パラメータを決定するために、長年にわたりアドホックな方法が利用可能であった。しかしながら、全体のビデオ画質を最適化するために現在利用可能なアドホックな方法は、非常に時間がかかるものであり、可能な限り最善な結果を保証するものではない。
【０００８】
従って、ビデオ処理アルゴリズムのチェーン中のビデオ処理アルゴリズムの相互作用についての綿密な分析を与えるシステム及び方法が必要とされる。また、高画質のビデオ画像を与えるための制御パラメータ設定の最適な組合せを見つけるためのビデオ処理アルゴリズムの相互作用を試すための形式的シミュレーション環境を与えるシステム及び方法が必要とされる。
【０００９】
また、ビデオ処理アルゴリズムの最適な順序を決定することを可能とするシステム及び方法が必要とされる。また、ビデオ処理アルゴリズムの制御パラメータについての最善の設定が決定されることを可能とするシステム及び方法が必要とされる。また、ビデオ処理アルゴリズムのビット精度パラメータの最善の設定が決定されることを可能とするシステム及び方法が必要とされる。
【００１０】
従来技術の上述の欠点に対して、本発明のシステム及び方法は、非常に高い水準のビデオ画質を得るためにビデオ処理アルゴリズム中の制御パラメータ設定を最適化する自動化された手順を与える。
【００１１】
本発明のビデオ処理システムは、ビデオ処理アルゴリズムのチェーンと、最適化ユニットと、目標画質メトリックユニットとを含む。ビデオ処理ユニットのチェーンからの出力ビデオストリームは目標画質メトリックユニットへフィードバックされる。目標画質メトリックユニットは適応度を計算し、適応度を最適化ユニットへ与える。最適化ユニットは、ビデオ処理システムについての制御パラメータ設定を設定するために適応度を用いる。ビデオ処理システムは、非常に高い画質のビデオ画像を生成する制御パラメータ設定へ向かって繰り返し収束する。１つの実施例では、最適化ユニットは最適化処理を行うために遺伝的アルゴリズムを使用する遺伝的アルゴリズムユニットを含む。
【００１２】
本発明は、高画質のビデオ画像を与えるためにビデオ処理アルゴリズムを最適に設定するシステム及び方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明は、高画質のビデオ画像を与えるためにビデオ処理アルゴリズムの適用順序を最適に設定するシステム及び方法を提供することを他の目的とする。
【００１４】
本発明は、少なくとも１つのビデオ処理アルゴリズムの少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化するために最適化ユニットを使用するシステム及び方法を提供することを他の目的とする。
【００１５】
本発明は、少なくとも１つのビデオ処理アルゴリズムの少なくとも１つの制御パラメータ設定を最適化するために遺伝的アルゴリズムを使用するシステム及び方法を提供することを更なる目的とする。
【００１６】
本発明は、ビデオストリームのビデオ画質を表わす適応度を用いてビデオ処理アルゴリズム中の制御パラメータ設定を最適化するシステム及び方法を提供することを他の目的とする。
【００１７】
本発明は、ビデオ処理アルゴリズム中の制御パラメータ設定を最適化するために目標画質メトリックユニット及び最適化ユニットの組合せを提供することを他の目的とする。
【００１８】
本発明は、複数のビデオ処理アルゴリズムのチェーンを含むビデオ処理システム中のビデオアルゴリズム中の制御パラメータ設定を最適化するシステム及び方法を提供することを他の目的とする。
【００１９】
上述のことは、当業者が以下の本発明の詳細な説明をより良く理解しうるよう、本発明の特徴及び技術的な利点について広く概説したものである。本発明の請求の範囲の対象を形成する本発明の更なる特徴及び利点については以下説明する。当業者は、本発明の同じ目的を実行するために他の構造を変更又は設計する基礎として開示される概念及び特定の実施例を容易に使用しうることを認識すべきである。当業者はまた、このような同等の構成が本発明の最も広い形の精神及び範囲から逸脱しないことを認識すべきである。
【００２０】
発明の詳細な説明を始める前に、本願明細書を通じて使用される幾つかの単語及び句を定義することが都合がよいため以下のように定義する：用語「含む」及び「からなる」はそれらから派生する語は制限することなく包含することを意味する；用語「又は」は包含的であり、及び／又はを意味する；句「に関連する」及び「それに関連する」とそれらから派生する句は、含む、中に含まれる、相互接続される、中に入る、中に入れられる、に接続する、或いは、と接続する、に結合する、或いは、と結合する、とやりとりができる、と協働する、交互に配置する、並置する、近傍にある、に固定される、或いは、と固定される、の性質を有する等を意味しうる；用語「コントローラ」「プロセッサ」又は「装置」は、少なくとも１つの動作を制御する装置、システム、又はその一部を意味し、このような装置は、ハードウエア、ファームウエア、或いは、ソフトウエア、或いはこれらのうちの少なくとも２つの組合せの中に実施されうる。尚、任意の特定のコントローラに関連付けられる機能は、ローカルであっても遠隔であってもよいが、集中化又は分散化されうる。特に、コントローラは、１以上のデータプロセッサ、並びに、１以上のアプリケーションプログラム及び／又はオペレーティングシステムプログラムを実行する関連する入力／出力装置及びメモリを含みうる。幾つかの用語及び句についての定義は、本願を通じて与えられる。当業者は、多くの、さもなければ殆どの場合、かかる定義はかかる定義された単語及び句の前の及び将来の使用に適用されることを理解すべきである。
【００２１】
本発明及びその利点についてのより完全な理解のため、添付の図面と共に以下の説明を参照するものとし、図中、同様の番号は同様の対象を指す。
【００２２】
以下説明する図１乃至図４はと、本願明細書中で本発明の原理を説明するために使用される様々な実施例は、例示のためだけのものであり、本発明の範囲を制限するものと理解されるべきではない。以下の典型的な実施例の説明では、本発明は、ビデオ処理システムと一体とされるか、ビデオ処理システムと関連して使用される。当業者は、本発明の典型的な実施例は任意の種類のビデオ処理システムにおける使用のために容易に変更されうることを認識するであろう。
【００２３】
図１は、ビデオ処理アルゴリズムのチェーンの中の各ビデオ処理アルゴリズム中の制御パラメータ設定を最適化するための本発明の典型的なビデオ処理システム１００を示すブロック図である。ビデオ処理システム１００は、概して、ビデオ処理アルゴリズムのチェーン１１０、最適化ユニット１２０、及び目標画質メトリックユニット１３０を含む。入力ビデオストリーム（図１中、「ビデオ入力」と示す）は、チェーン１１０への入力として与えられる。出力ビデオストリーム（図１中、「ビデオ出力」と示す）は、チェーン１１０からの出力である。出力ビデオストリームの複製は、目標画質メトリックユニット１３０へフィードバックされる。
【００２４】
目標画質メトリックユニット１３０は、ビデオ画質を自動的に評価するためのスケーラブルな動的な目標メトリックを与える。目標画質メトリックユニット１３０の動作の詳細についての情報は、「自動ビデオ画質評価のためのスケーラブルな動的な目標メトリックを与えるシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａ Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｍｅｔｒｉｃ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｉｄｅｏ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ）」なる名称のアリ（Ａｌｉ）外による２０００年１２月１２日出願の米国特許出願第０９／７３４，８２３号明細書に記載されている。
【００２５】
目標画質メトリックユニット１３０の出力は、最適化ユニット１２０の入力として与えられる。以下詳述するように、最適化ユニット１２０は、チェーン１１０中のビデオ処理アルゴリズムの夫々の制御パラメータ設定を設定する。最適化ユニット１２０は、異なる種類の最適化技術を使用しうる。本発明の説明のため、「遺伝的アルゴリズム」最適化技術を用いた最適化ユニット１２０の有利な実施例について説明する。しかしながら、本発明は遺伝的アルゴリズム最適化技術を用いるものに限られない。本発明に他の種類の最適化技術も使用されうることが明らかである。
【００２６】
遺伝的アルゴリズム最適化技術は、変化する環境下で集団が生き延びることを確実とするために多様性が役立つという進化の概念に基づく。例えば、一般的に、ディビッド  イー．ゴールドバーグ（Ｄａｖｉｄ Ｅ． Ｇｏｌｄｂｅｒｇ）「探索、最適化、及び機械学習における遺伝的アルゴリズム（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｉｎ Ｓｅａｒｃｈ， Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ， ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｌｅａｒｎｉｎｇ）」、マサチューセッツ州レディング（Ｒｅａｄｉｎｇ）、アディソン−ウェズリー（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ）社、１９８９年を参照のこと。遺伝的アルゴリズムは、最適化及び探索のための単純でロバストな方法である。遺伝的アルゴリズムは、染色体の形式にコード化された候補解の集団を維持する反復的な手順である。候補解の最初の集団は、ヒューリスティックに、又は、ランダムに選択されうる。染色体は、世代の各候補解を定義する。各世代について、各候補解が評価され適応度が割り当てられる。適応度は、一般的には各候補解の染色体に含まれるデコードされたビットの関数として与えられる。これらの候補解は、それらの適応度に基づいて次世代における再生のために選択されうる。本発明における適応度は、目標画質メトリックユニット１３０によって与えられる。
【００２７】
選択された候補解は、「交叉（ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）」として知られる遺伝的組み換え操作を用いて結合される。交叉オペレータは、できれば次世代のためにより高い適応度を有するより良い候補解を生じさせるために染色体のビットの部分を交換する。次に、問題の解の特定の部分空間について探索する確率がゼロになることがないことを保証するために染色体のビットを乱すために「突然変異」が適用される。更なる情報については、エー・ワイ・エイチ・ゾマヤ（Ａ．Ｙ．Ｈ． Ｚｏｍａｙａ）著の文献「並列及び分散コンピューティングハンドブック（Ｐａｒａｌｌｅｌ ａｎｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）」、（ニューヨーク）、マグローヒル出版（ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ）、１９９６年、ｐ．１１１８−１１４３のエー・チッパーフィールド（Ａ． Ｃｈｉｐｐｅｒｆｉｅｌｄ）、ピー・フレミング（Ｐ． Ｆｌｅｍｉｎｇ）による論説「並列遺伝的アルゴリズム（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）」を参照のこと。「突然変異（ｍｕｔａｔｉｏｎ）」もまた遺伝的アルゴリズムが局所的な最適条件にとらわれることを防止する。一般的には、エル・クロンスジョ（Ｌ． Ｋｒｏｎｓｊｏ）及びディー・シャンシェルディン（Ｄ． Ｓｈｕｍｓｈｅｒｕｄｄｉｎ）編集、「並列アルゴリズムの進歩（Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）」、（マサチューセッツ州ボストン）、ブラックウェル科学出版（Ｂｌａｃｋｗｅｌｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、１９９０年、ｐ．２２７−２７６のピー・ハズバンズ（Ｐ． Ｈｕｓｂａｎｄｓ）による論説「最適化及び適応における遺伝的アルゴリズム（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）」を参照のこと。
【００２８】
候補解の全体の集団は次世代で再び評価され、処理は終了規準に達するまで続く。終了規準は、許容可能な適当な解を見つけること、特定の数の世代に達すること、又は解の収束が論理的な最適に達することによってトリガされうる。
【００２９】
本発明のシステム及び方法は、ビデオ処理アルゴリズムのための最適な制御パラメータ設定についての選択肢を与えるよう遺伝的アルゴリズムを使用する。遺伝的アルゴリズムはまた、実施の代替案を与え、最善の目標ビデオ画質を得るための相互接続スキームを与える。ビデオ処理スキームを最適化するとき、染色体は、異なるビデオ処理アルゴリズムがどのように接続されるか、従ってビデオシーケンスがどのように処理されるかを定義する。染色体は、多数の遺伝子からなる。本発明のビデオ最適化処理における遺伝子は、（１）ビデオ処理機能と、（２）ビデオ処理機能の適用の順序（これは接続スキームを決定する）とを含む。
【００３０】
図２は、チェーン１１０の典型的な実施例を示すブロック図である。この実施例では、チェーン１１０は４つのビデオ処理アルゴリズムを含む。４つのビデオ処理アルゴリズムは、空間スケーリングアルゴリズム２１０、ヒストグラム変更アルゴリズム２２０、適応ピーキングアルゴリズム２３０、及び雑音抑制アルゴリズム２４０である。本発明は、４つのビデオ処理アルゴリズムを有する実施例に限られるものではない。ビデオ処理アルゴリズムのチェーン１１０は、一般的には任意の整数個のビデオ処理アルゴリズムを含みうる。
【００３１】
図３は、本発明のビデオ処理染色体３００を示すブロック図である。染色体３００は、機能順序遺伝子３１０、ビット精度遺伝子３２０、雑音抑制パラメータ遺伝子３３０、及びピーキングパラメータ遺伝子３４０を含む。チェーン１１０中の各ビデオ処理アルゴリズム（２１０，２２０，２３０，２４０）は、染色体３００中の４つの遺伝子（３１０，３２０，３３０，３４０）を用いて設定されうる。特に、ビデオ処理アルゴリズムの適用の順序が変更されえ、各ビデオ処理アルゴリズムの制御パラメータ設定が変更されえ、各ビデオ処理アルゴリズムのビット精度が変更されうる。
【００３２】
本発明の１つの有利な実施例では、最適化ユニット１２０は、各ビデオ処理アルゴリズム（２１０，２２０，２３０，２４０）の制御パラメータを設定するために遺伝的アルゴリズム最適化技術を使用する。遺伝的アルゴリズムは、染色体３００の遺伝子（３１０，３２０，３３０，３４０）の中に配置される情報を使用する。例えば、ピーキングパラメータ遺伝子３４０は、４つのビデオ処理アルゴリズムの夫々についてピーキング（鮮鋭度）制御パラメータを変更するために使用されうる。ビデオ処理アルゴリズムを設定する処理は、図１中に矢印１４０によって図解的に示されている。
【００３３】
最適化ユニット１２０は、出来るだけ包括的に各ビデオ処理アルゴリズムを設定する。即ち、最適化ユニット１２０は、特定のビデオ処理アルゴリズムについて、又はその接続性制約条件（即ちビデオ処理アルゴリズムの順序）について事前情報を想定しない。最適化ユニット１２０は、チェーン１１０中の各ビデオ処理アルゴリズムの予め定義された一組の制御パラメータを乱す。２つの順次的なビデオ処理アルゴリズムの間のデータビット精度（即ち、データバス中のビット数、或いは「バス幅」）もまた最適化されるべき制御パラメータである。
【００３４】
目標画質メトリックユニット１３０からの適応度を用いて、最適化ユニット１２０によって使用される遺伝的アルゴリズムは、次にどの制御パラメータのどの設定（即ち候補解）を試すべきかを連続的に決定する。良いビデオ画像を与える候補解は維持され、質の悪いビデオ画像は棄てられる。この「適者生存」原理により、ビデオ処理システム１００は最も高い質のビデオ画像を生成する制御パラメータ設定に向かって繰り返し収束する。
【００３５】
最適化ユニット１２０によって使用される遺伝的アルゴリズムは、標準的な遺伝的探索アルゴリズムの変形であってもよい。追加的な情報については、ジー・ロウリンズ（Ｇ． Ｒａｗｌｉｎｓ）編、「遺伝的アルゴリズムの基礎（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）」、（ニューヨーク）、モルガン・カウフマン出版（Ｍｏｒｇａｎ Ｋａｕｆｍａｎ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ）、１９９１年、ｐ．２６５−２８３のエル・エシェルマン（Ｌ． Ｅｓｈｅｌｍａｎ）による論説「ＣＨＣ適応探索アルゴリズム  非伝統的な遺伝的組み換えを行うときにいかに安全な探索を行うか（Ｔｈｅ ＣＨＣ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｅａｒｃｈ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．  Ｈｏｗ ｔｏ Ｈａｖｅ Ｓａｆｅ Ｓｅａｒｃｈ Ｗｈｅｎ Ｅｎｇａｇｉｎｇ ｉｎ Ｎｏｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）」を参照のこと。Ｎ個の染色体の初期集団はランダムに発生され、各染色体が評価される。中間集団は以下のように発生される：（１）現在の集団が中間集団へ複製される。（２）現在の集団の中の各染色体が他の染色体とランダムに対とされる。（３）差の規準が満たされれば交叉が行われる。（４）ユーザは交叉規準を特定しうる。（５）結果として得られる「子」が評価され中間集団に加えられる。
【００３６】
結果として得られる中間集団は、Ｎ個よりも多い（全ての染色体の対に十分に差があるときは２Ｎ個）染色体を有する。中間集団のうち最善のものからＮ個の染色体が選択され次世代へ渡される。尚、この段階では突然変異は行われない。２つの染色体の間での差が閾値を超える場合のみ、これらの２つの染色体は交叉される。この閾値は、閾値を上回る差を有する染色体対が見つからない場合は下げられる。閾値がゼロ（「０」）に達すると、集団の再初期化（ｒｅ−ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ）（又は「分岐（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）」）が行われる。ここで、最善の染色体が代表として選択され、次世代へ複製される。残る染色体は、このテンプレート染色体のビットのいくらかの割合（例えば３５パーセント（％））を突然変異させることによって発生される。
【００３７】
遺伝的アルゴリズムは、分岐の数又は「失敗した」分岐（即ち結果を改善させなかった分岐）が特定の数に達したときに終了するユーザは、また、許可される最大の試行（即ち評価）を特定しうる。
【００３８】
図２に示すビデオ処理アルゴリズムの特定の組は、任意のビデオ処理システムにおいて重要な役割であるため例として選択された。更に、図２に示すビデオ処理アルゴリズムのうちの幾つかは競合する要件を有する。例えば、（１）鮮鋭度を高めることにより知覚された既存のノイズが強まり、（２）ノイズを減少させることにより、ピクチャがぼけ、画像のクリスプさが失われる。
【００３９】
上述のように、ビデオ処理システム１００は、概して、ビデオ処理アルゴリズムのチェーン１１０、最適化ユニット１２０、及び目標画質メトリックユニット１３０を含む。ビデオ処理システム１００中の計算上の妨げは、チェーン１１０のビデオ処理アルゴリズムの複雑性から生ずる。計算上の要件を減少させるため、ビデオ処理アルゴリズムの多数のチェーンを並列に（並列コンピュータ上の利用可能な計算プロセッサに依存する）同時に動作させることが可能である。また、多数の目標画質メトリックユニットを同時に動作させることも可能である。ビデオ処理システム１００の計算的に貪欲な部分について並列ユニットを用いるアプローチは、達成されうる全体の性能を大きく改善させる。
【００４０】
最適化ユニット１２０によって使用される種類の遺伝的アルゴリズムは、チェーン１１０への新しいビデオ処理アルゴリズムの挿入と古いビデオ処理アルゴリズムの除去に容易に順応しうる。このようにして、ビデオ処理システム１００は、ビデオ処理アルゴリズム（２１０，２２０，２３０，２４０）の可能な実施によりチェーン１１０中のビデオ処理アルゴリズムを定期的に再最適化しうる。
【００４１】
尚、制御パラメータの可能な組合せは、莫大な数の選択肢を与える。例えば、４つのビデオ処理アルゴリズムの比較的小さいチェーンは、１０万（１００，０００）もの設定を発生しうる。ビデオ処理アルゴリズムの制御パラメータ設定を効果的に最適化するために、莫大な探索空間をまず扱いやすい大きさまで小さくすることが望ましい。
【００４２】
世代の全ての種における各候補解の各個体特徴を考慮する必要はない。当該の染色体が長い列を有する場合、各個体候補解を完全に調べるには費用がかかる。多くの非常に似た候補解の組がある可能性が高いためである。「適応した」個体（即ちチェーン１１０に高い画質のビデオ信号を生じさせる候補解）を見つけ選択することが目的である。世代全体の各個体について調べるよりも、限られた数の代表的な個体を選択し代表的な個体を調べる方が効率的である。
【００４３】
また、枝の受け継がれた染色体構造に従って「進化（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）」過程の「適応しない」枝を削除することも可能である。「進化」過程の確率により、良い「父」（良い主観的鮮鋭度の向上といった所望の行動特性を有する実施）は同じ所望の行動性質を受け継ぐ「息子」を有する可能性が高い。即ち、「適応した」枝は繁殖することが許され「適応しない」枝は繁殖することが許されない。
【００４４】
この基準を用いて遺伝的アルゴリズムを変更することにより、最適候補解へ修飾するための最適化処理に必要な時間が減少する。
【００４５】
図４は、本発明の１つの有利な実施例による典型的なビデオ処理システム１００の動作を示すフローチャート４００である。ビデオ処理システム１００は、ビデオ処理アルゴリズムのチェーン１１０に「ビデオ入力」信号を受信し、ビデオ処理アルゴリズムによってビデオ信号を処理する（２１０，２２０，２３０，２４０）（処理段階４１０）。ビデオ信号が最適化されたか否か判定される（決定段階４２０）。ビデオ信号が最適化されていれば、処理は終了する。ビデオ信号が最適化されていなければ、制御は処理段階４３０へ進む。
【００４６】
チェーン１１０からの「ビデオ出力」信号の複製は、目標画質メトリックユニット１３０へフィードバックされる（処理段階４３０）。目標画質メトリックユニット１３０は、出力ビデオストリームについての適応度を決定する（処理段階４４０）。適応度は最適化ユニット１２０中の遺伝的アルゴリズムへ与えられ、最適化ユニット１２０はチェーン１１０中のビデオ処理アルゴリズム（２１０，２２０，２３０，２４０）中の制御パラメータ設定を設定するために遺伝的アルゴリズムを使用する（処理段階４５０）。制御は処理段階４１０へ進む。チェーン４１０中にあるビデオ信号は、新しく設定されたビデオ処理アルゴリズムによって処理される（２１０，２２０，２３０，２４０）（処理段階４１０）。処理は、ビデオ信号が最適化されるまで続く。
【００４７】
従って、本発明のシステム及び方法は、ビデオ処理アルゴリズム（２１０，２２０，２３０，２４０）のチェーン１１０の制御パラメータ設定を最適化することが可能な改善されたビデオ処理システム１００を含む。１つの有利な実施例では、本発明のシステム及び方法は、制御パラメータ設定の値が非常に高い画質のビデオ画像を所持させる制御パラメータ設定の設定に向かって繰り返し収束するよう遺伝的アルゴリズムを使用する。
【００４８】
本発明について詳述したが、当業者は本発明の最も広い形の趣旨及び範囲から逸脱することなく種々の変更、置換、及び変形を行いうることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のシステム及び方法を用いてビデオ処理アルゴリズムのチェーンを設定する典型的なビデオ処理システムを示すブロック図である。
【図２】
空間スケーリングアルゴリズム、ヒストグラム変更アルゴリズム、適応ピーキングアルゴリズム、及び、雑音抑制アルゴリズムを含む４つのビデオ処理アルゴリズムのチェーンを示すブロック図である。
【図３】
機能順序遺伝子、ビット精度遺伝子、雑音抑制パラメータ遺伝子、及びピーキングパラメータ遺伝子を含む本発明のビデオ処理染色体を示すブロック図である。
【図４】
高画質ビデオ信号を得るためにビデオ処理アルゴリズムのチェーンが最適化される本発明の方法の有利な実施例の動作を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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