(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非同期転送モード網に伝送される可変ビットレートを有するビデオ信号のビットストリームに帯域幅を割当てる帯域幅割当方法であって、
前記ビデオ信号を符号化して、前記ビットストリームの符号化ビデオ信号を発生する第a段階と、
前記ビットストリームが時間領域にある場合、前記ビットストリームを周波数領域のビットストリームに変換して周波数領域のビットストリームを供給し、前記ビットストリームが周波数領域にある場合は、前記ビットストリームを変換せずにそのまま供給する第b段階と、
前記周波数領域のビットストリームに対するパワースペクトル密度S（f）を計算する第c段階と、
前記パワースペクトル密度S（f）の電力分布の勾配を計算してその計算された値に基づいて中間パラメータIを決定する第d段階と、
前記中間パラメータIとハースト・パラメータHとの間で予め設定された関係式を用いてハースト・パラメータＨを推定する第e段階と、
前記ハースト・パラメータHに基づいて前記ビットストリームに帯域幅割当てを行う第f段階と、
前記割当てられた帯域幅に基づいて前記ビットストリームを伝送する第g段階とを含むことを特徴とする帯域幅割当方法。
【請求項２】
前記第b段階における前記時間領域のビットストリームが、
X（t、T）が前記時間領域のビットストリームであり、Tが前記時間領域のビットストリームが発生するときの時間間隔であり、F（f、T）が前記周波数領域のビットストリームであるとき、下記式
0004132091.tif 000006
を用いて、前記周波数領域のビットストリームに変換されることを特徴とする請求項１に記載の帯域幅割当方法。
【請求項３】
前記第c段階の前記パワースペクトル密度S（f）が、下記式
S（f）＝（１／Ｔ→∞）｜F（t、T）｜2
を用いて計算されることを特徴とする請求項２に記載の帯域幅割当方法。
【請求項４】
前記第d段階の前記中間パラメータIが、下記式
S（f）∝（１／ｆI）
を用いて決定されることを特徴とする請求項３に記載の帯域幅割当方法。
【請求項５】
前記中間パラメータを決定する前記第d段階が、
請求項４に記載の式の両辺に対数関数を取って、下記式
log［S（f）］∝−I・log（f）
を生成する第d1段階と、
前記第d1段階で生成した式の左辺の値を点を用いて表す第d2段階と、
前記第d2段階の各点の漸近線を決定する第d3段階と、
前記漸近線の勾配を検出する第d4段階と、
前記漸近線の勾配を用いて前記中間パラメータIを決定する第d5段階とを含むことを特徴とする請求項４に記載の帯域幅割当方法。
【請求項６】
前記第e段階の上記関係式が、下記式
H＝（I−１）／２
であることを特徴とする請求項５に記載の帯域幅割当方法。
【請求項７】
前記第g段階が、
前記ビットストリームを格納する第g1段階と、
前記第ｆ段階にて割当てられた前記帯域幅に基づいて、前記格納済みのビットストリームを前記ＡＴＭ網に供給する第g2段階とを含むことを特徴とする請求項６に記載の帯域幅割当方法。
【請求項８】
非同期転送モード網に伝送される可変ビットレートを有するビデオ信号のビットストリームに帯域幅を割当てる帯域幅割当装置であって、
前記ビデオ信号を符号化して、符号化ビデオ信号のビットストリームを発生する符号化手段と、
前記ビットストリームが時間領域にある場合、前記ビットストリームを周波数領域のビットストリームに変換して周波数領域のビットストリームを供給し、前記ビットストリームが周波数領域にある場合は、前記ビットストリームを変換せずにそのまま前記ビットストリームを供給する変換手段と、
前記周波数領域のビットストリームに対するパワースペクトル密度S（f）を計算するパワースペクトル密度計算手段と、
前記パワースペクトル密度S（f）の電力分布の勾配を計算してその計算された値に基づいて中間パラメータIを決定する中間パラメータ決定手段と、
前記中間パラメータIとハースト・パラメータHとの間で予め設定された関係式を用いてハースト・パラメータＨを推定するハースト・パラメータ計算手段と、
前記ハースト・パラメータHに基づいて前記ビットストリームに帯域幅割当てを行う帯域幅割当手段と、
前記割当てられた帯域幅に基づいて前記ビットストリームを伝送する伝送手段とを含むことを特徴とする帯域幅割当装置。
【請求項９】
前記変換手段が前記時間領域のビットストリームを、
X（t、T）が前記時間領域のビットストリームであり、Tが前記時間領域のビットストリームが発生するときの時間間隔であり、F（f、T）が前記周波数領域のビットストリームであるとき、下記式
0004132091.tif 000007
を用いて変換することを特徴とする請求項８に記載の帯域幅割当装置。
【請求項１０】
前記パワースペクトル密度計算手段が前記パワースペクトル密度S（f）を、下記式
S（f）＝（１／Ｔ→∞）｜F（t、T）｜2
を用いて計算することを特徴とする請求項９に記載の帯域幅割当方法。
【請求項１１】
前記中間パラメータ決定手段が前記中間パラメータIを下記式
S（f）∝（１／ｆI）
を用いて決定することを特徴とする請求項１０に記載の帯域幅割当装置。
【請求項１２】
前記中間パラメータ決定手段が、
請求項１１に記載の式の両辺に対数関数を取って、下記式
log［S（f）］∝−I・log（f）
を発生する対数化手段と、
前記対数化手段により発生した式の左辺の値を点にて表す表示手段と、
前記表示手段により表示された各点の漸近線を決定する漸近線決定手段と、
前記漸近線の勾配を検出する検出手段と、
前記漸近線の勾配を用いて前記中間パラメータIを決定するパラメータ決定手段とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の帯域幅割当装置。
【請求項１３】
前記ハースト・パラメータ計算手段が用いる前記関係式が下記式
H＝（I−１）／２
であることを特徴とする請求項１２に記載の帯域幅割当装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、可変ビットレートを有するビデオ信号の帯域幅を割当てる方法及びその装置に関し、特にフーリエ変換を用いて計算されたハーストパラメータに基づいてビデオ信号の帯域幅を決定する方法及びその装置に関する。
背景技術
最近、可変ビットレート（ＶＢＲ）を有する実際の映像トラフィック測定のため多量のデータセットが利用可能となることに伴って、シーンやコーデックに依存しないようなＶＢＲ映像トラフィックの固有特性が、高速通信網のためのトラフィック・エンジニアリングにおける主な関心事の１つになっている。ＶＢＲ映像トラフィックに固有の特徴を利用することによって、シーン及び／またはコーデック特性に密接な関連のあるモデルから離れてＶＢＲ映像トラフィックをより一般的に記述できるようになった。
電子会議、テレビ電話、自然動画放送（full motion broadcast）及びスタジオ品質の映像のような応用から得たＶＢＲビデオ映像の伝送が、通信網の主なトラフィック構成要素になることが予想される。このような通信網がＶＢＲサービスに必要な厳密な動作基準を満足し、かつマルチメディア通信を効率よく提供するために、非同期転送モード（ＡＴＭ）方式が提案されてきた。
このＡＴＭ方式では、帯域幅がＶＢＲ映像トラフィックを特徴づける固有の特性に基づいてＶＢＲ映像トラフィックに割当てられる。固有特性のうちの１つとして、ＶＢＲ映像トラフィックの特性を表すハースト・パラメータがある（例えば、J. Beran等の“Long−Range Dependence in Variable−Bit−Rate Video Traffic”、IEEE Trans.on Commun.,Vol．43、No. 2/3/4、pp. 1566−1579, 1995参照）。このハースト・パラメータは、再縮小され調整された範囲（リスケールドアジャステッドレンジ）統計値（rescaled adjusted range statistics）、すなわちR/S統計値によって計算される。
Nが正の整数であり、ｋが１からNまでの正の整数であり、XKがk番目フレームのビデオ信号に対する符号化ビット数を表すとき、N個のフレームを有する映像データの観測値またはシーケンスがXkであると仮定すると、そのシーケンスXkのサンプル平均Xm（N）及びサンプル分散S2（N）、すなわちシーケンスXkのR/S統計値は下記の通り定義される。
R（N）／S（N）
＝[max(O, W1, W2, …, WN)−min(O, W1, W2, …, WN)］／S  式（1）
ここで、Wk＝（X1＋X2＋, …, Xk）−ｋ・Xm（N）
そして、R（N）/S（N）の期待値は下記のように与えられる。
0004132091.tif 000002
ここで、Cは定数であり、Hはハースト・パラメータである。このハースト・パラメータは、式（1）及び式（２）を用いて計算する。
実際に、R/S分析は発見的グラフィック方法に基づく。正式に、kがNより小さい正の整数であるとき、N個の観測値Xkのサンプルが与えられると、全サンプルはK個の非重畳ブロックに細分化され、新しい各開始点に対して再縮小され調整された範囲R（ti,d）/S（ti,d）が計算される。このとき、新しい各開始点はt1=１、t2=（N/K）+1、t3=（2N/K）+1、…、tK=｛（K−１）・N/K｝+1であり、（tk−1）＋ｄ≦Nを満足する。ここで、R（ti,d）は、式（1）中のWkをWti+k−Wtiに置き換えたものと定義され、S2（ti, d）はXti+1，Xti+2，…，Xti+dのサンプル分散である。従って、所定の値dに対して、dが小さい場合はK個ものR/Sサンプルが得られ、dが全サンプルの大きさNに近づく場合は１つのサンプルが得られる。
その後、約１０から始めて値dが対数を取られる。Log（d）に対してlog｛R（ti,d）/S（ti,d）｝値をプロットすることにより、再縮小され調整された範囲のプロットが得られる。ハースト・パラメータHが定義されると、典型的な再縮小され調整された範囲のプロットは、サンプルにおいて短距離で変動する過渡領域から開始するが、結果的には安定し、直線の勾配Hに沿って変動することになる。グラフィックR/S分析を用いて、そのような漸近的な動きがそのデータにより裏付けられるか否かを決定し、データによる裏付けがとれれば、ハースト指数Hの漸近値は通常、簡単な最小二乗法にて推定される。ここで、ハースト指数Hの値は直線の勾配値に漸近的に接近する。
しかる後、ＶＢＲ映像トラフィックは相応する経験的ハースト・パラメータの値に基づいて、低・中・高のアクティビティという概ね３つの範疇に分類される。ハースト・パラメータが0.5≦H≦0.75とすると、ＶＢＲ映像トラフィックは低アクティビティに該当し、0.75<H<0.9とすると、ＶＢＲ映像トラフィックは中アクティビティに該当し、ハースト・パラメータが1に近づく場合、ＶＢＲ映像トラフィックは高アクティビティに該当する。このような分類方法によって、ＶＢＲ映像トラフィックは相応する帯域幅を割当てられ、割当てられた帯域幅を用いてＡＴＭネットワークに伝送される。
前述した従来のR/S分析技法では、ハースト・パラメータはサンプル平均値及びサンプル分散値を用いて計算される。さらに乗除計算が計算時間を長くする。さらに符号化ビデオ信号のビットストリームが周波数領域であれば、該当符号化ビデオ信号は時間領域に逆変換されるべきである。従って、より簡単な計算手法を開発してハースト・パラメータを計算する必要がある。
発明の開示
従って本発明の主な目的は、フーリエ変換を用いて、可変ビットレートを有するビデオ信号のハースト・パラメータを計算するより効果的なハースト・パラメータ計算方法及びその装置を提供することにある。
本発明の一実施例によれば、非同期転送モード網に伝送される、可変ビットレートを有するビデオ信号のビットストリームに帯域幅を割当てる帯域幅割当方法であって、前記ビデオ信号を符号化して、それにより前記ビットストリームの符号化ビデオ信号を発生する第a段階と、前記ビットストリームが時間領域にある場合、前記ビットストリームを周波数領域のビットストリームに変換して周波数領域のビットストリームを供給し、前記ビットストリームが周波数領域にある場合は、前記ビットストリームを変換せずにビットストリームを供給する第b段階と、前記周波数領域のビットストリームに対するパワースペクトル密度S（f）を計算する第c段階と、前記パワースペクトル密度S（f）に基づいて中間パラメータIを決定する第d段階と、前記中間パラメータIに基づいてハースト・パラメータHを計算する第e段階と、前記ハースト・パラメータHに基づいて前記ビットストリームに帯域幅割当てを行う第f段階と、前記割当てられた帯域幅に基づいて前記ビットストリームを伝送する第g段階とを含む帯域幅割当方法が提供される。
本発明の他の実施例によれば、非同期転送モード網に伝送される、可変ビットレートを有するビデオ信号のビットストリームに帯域幅を割当てる帯域幅割当装置であって、前記ビデオ信号を符号化して、それにより符号化ビデオ信号のビットストリームを発生する符号化手段と、前記ビットストリームが時間領域にある場合、前記ビットストリームを周波数領域のビットストリームに変換して周波数領域のビットストリームを供給し、前記ビットストリームが周波数領域にある場合は、前記ビットストリームを変換せずにビットストリームを供給する変換手段と、前記周波数領域のビットストリームに対するパワースペクトル密度S（f）を計算するパワースペクトル密度計算手段と、前記パワースペクトル密度S（f）に基づいて中間パラメータIを決定する中間パラメータ決定手段と、前記中間パラメータIに基づいてハースト・パラメータHを計算するハースト・パラメータ計算手段と、前記ハースト・パラメータHに基づいて前記ビットストリームに帯域幅割当てを行う帯域幅割当手段と、前記割当てられた帯域幅に基づいて前記ビットストリームを伝送する伝送手段とを含む帯域幅割当装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
上記した本発明の目的及びその他の目的、特徴は、添付図面と関連して与えられる以下の好適実施例の説明から明らかになるであろう。
第１図は、本発明の好適実施例による可変ビットレートを有するビデオ信号の帯域幅を確定するための装置を示す。
第２図は、log｛Ｓ（ｆ）｝対log（ｆ）の対数表示とその漸近線とを示す。
発明を実施するための形態
第１図を参照すると、本発明の好適実施例によって可変ビットレートを有するビデオ信号の帯域幅を確定する装置１００が示されている。ビデオ信号は、例えば、MPEG−IIという技法を用いて符号化器１１０により圧縮され符号化される。この符号化器１１０から、ビデオ信号の符号化データを有するビットストリームはフーリエ変換部１２０及びメモリ１３０に各々供給される。
フーリエ変換部１２０に供給されたビットストリームが時間領域にある場合は、フーリエ変換部１２０は時間領域のビットストリームを周波数領域に変換して、変換済みの周波数領域のビットストリームをパワースペクトル密度計算部１４０に供給する。フーリエ変換部１２０へのビットストリームが周波数領域にある場合には、フーリエ変換部１２０はビットストリームを変換せずに周波数領域のビットストリームをパワースペクトル密度計算部１４０に直接供給する。
詳述すると、フーリエ変換部１２０へのビットストリームが時間領域にある場合は、時間領域Ｘ（ｔ、Ｔ）のビットストリームは下記のように表現される。
0004132091.tif 000003
ここで、Ｔはビットストリームがフーリエ変換部１２０に印加されるときの時間間隔である。フーリエ変換部１２０は、下記式を用いて、時間領域Ｘ（ｔ、Ｔ）のビットストリームを周波数領域Ｆ（ｆ、Ｔ）のビットストリームに変換する。
0004132091.tif 000004
その後、周波数領域Ｆ（ｆ、Ｔ）のビットストリームはパワースペクトル密度計算部１４０に供給される。一方フーリエ変換部１２０へのビットストリームが周波数領域Ｆ（ｆ、Ｔ）のビットストリームである場合には、フーリエ変換部１２０はビットストリームを変換せずに周波数領域のビットストリームをパワースペクトル密度計算部１４０に直接供給する。
このパワースペクトル密度計算部１４０は、下記式を用いて、周波数領域Ｆ（ｆ、Ｔ）のビットストリームに対するパワースペクトル密度S（f、T）を計算する。
S（f、T）＝（１／Ｔ）｜F（t、T）｜2                           式（５）
上記Tが無限大になると、式（５）は次のようになる。
0004132091.tif 000005
パワースペクトル密度計算部１４０はパワースペクトル密度S（f）を中間パラメータ計算部１５０に供給する。
この中間パラメータ計算部１５０は、下記式を用いて、パワースペクトル密度S（f）に基づいて中間パラメータIを計算する。
S（f）∝（１／ｆI）                                           式（７）
上記式（７）の両辺の対数関数を取ると、（−Ｉ）はlog（f）に対するlog｛S（f）｝を表す直線の勾配になる。第２図には中間パラメータIを決定する図式的な方法が示されている。第２図において、各点はlog（f）に対するlog｛S（f）｝に該当し、直線は点の漸近線として求められる。ここで、上記漸近線の勾配は（−I）に相当する。
中間パラメータ計算部１５０は、計算済みの中間パラメータIをハーストパラメータ計算部１６０に供給する。ハーストパラメータ計算部１６０は下記式を用いて、ハースト・パラメータHを計算する。
H＝（I−１）／２                                                       式（８）
このように計算されたハースト・パラメータHは帯域幅割当部１７０に供給される。帯域幅割当部１７０は、ハースト・パラメータＨを用いてビットストリームのトラフィック特性を分類し、その特性に基づいてビットストリームに帯域幅を割当てる。0.5≦H≦0.75である場合は、ビットストリームのトラフィックは低アクティビティに該当し、0.75<H<0.9である場合は、ビットストリームのトラフィックは中アクティビティに該当し、ハースト・パラメータＨが1に近くなると、ビットストリームのトラフィックは高アクティビティに該当する。このように分類されたアクティビティによって、相応する帯域幅がビットストリームに割当てられる。すなわち、より大きいハースト・パラメータを有するビットストリームに対しては、より広い帯域幅が割当てられる。このようにして決定された帯域幅は伝送部１８０に供給される。
一方、メモリ１３０に格納されたビットストリームは伝送部１８０に供給される。この伝送部１８０は、帯域幅割当部１７０にて決定された帯域幅に基づいて、ビットストリームをＡＴＭ網に伝送する。
従って、本発明によれば、フーリエ変換を用いてハースト・パラメータを簡単に決定することによって、符号化ビデオ信号のビットストリームに対する帯域幅割当てを効率的に行うことができる。
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【図１】
0004132091.tif 000008
【図２】
0004132091.tif 000009