JP2010532935A

JP2010532935A - 空間的に分離したアーティファクトの詳細分析、分類及び測定用システム及び方法

Info

Publication number: JP2010532935A
Application number: JP2010503166A
Authority: JP
Inventors: ファーガソン・ケビン
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2028-04-08
Also published as: WO2008124743A1; JP5269877B2; US8294770B2; EP2137976A1; EP2137976B1; CN101682768A; CN101682768B; US20080266398A1

Abstract

本発明の実施例は、試験ビデオ・フレームを測定する方法に関する。試験ビデオ入力をアーティファクト測定制御と共に提供して、試験ビデオ入力に基づいてグラジエント変化測定を実行し、グラジエント変化測定マップを提供する。

Description

関連出願との相互参照

本出願は、２００７年４月９日に出願し、名称が空間的に分離したアーティファクトの詳細分析、分類及び測定用システム及び方法である米国仮出願第６０／９１０，８１９号の利益を主張する。なお、この仮出願は、参考として本願の一部である。

背景

本発明の実施例は、ビデオ試験に関し、特に、ビデオ・ピクチャ品質（ＰＱ）測定に関する。

ピクチャ品質分析にとって、アーティファクトの分類は、長い間、重要であると認識されてきており、ＩＴＵ−ＴＪ．１４４の如きピクチャ品質測定方法の現在の国際標準に含まれている。ここで示した方法は、客観的かによりＰＳＮＲにて、又は、主観的かにより予測ＤＭＯＳにて、総合欠陥測定への寄与として、検出したアーティファクトの各クラスの特性を分析できる。このようなクラスによる欠陥の詳細分析は、ビデオ圧縮エンコーダ又はデコーダ内の複数のコンポーネントか、又はビデオ放送チェーン内の単一コンポーネントかにより、ビデオ処理コンポーネントの診断分析にとって価値がある。

ＭＰＥＧ−２及びＨ．２６４の如きビデオ圧縮方法は、損失を伴う圧縮方法を用いてビデオを処理する。この圧縮方法は、理論上は人間の目に見えないエラーを誘導する。圧縮方法における損失により生じる任意の視覚的エラーは、それ自体が欠陥アーティファクトであることを明らかにする。この欠陥アーティファクトは、ビデオの知覚品質に影響するかもしれないし、影響しないかもしれない。欠陥には種々の形式があり、各々には異なるレベルの不快感がある。よって、アーティファクトの識別、アーティファクトの不快感によるその大きさの重み付けは、主観的ビデオ品質評価を予測する一般的なアプローチである。ＩＴＵ−ＴＪ．１４４を参照されたい。

ビデオ圧縮により現れるアーティファクトの例としては、そうでなければ滑らかなグラジエントである輪郭、湾曲したエッジに沿った階段状ノイズ、「モスキート・ノイズ」即ち縁の周囲のリンギング、及び／又は「混雑した」領域での格子縞模様（しばしば、キルティング又はブロッキネスと呼ばれる）及びぼけである。これら圧縮アーティファクトの他に、ノイズ、又は劣化イメージ相関アーティファクトが生じて、むしろ個別のピクセルのエラーが、脆弱なアナログ電波受信状態からの「雪の降る」又は「斑点のついた」イメージとして現れる。

イメージ圧縮の影響を軽減するために種々のアプローチが提案されている。アーティファクトの相対割合をチェックする方法がビデオ処理ＨＷ及びＳＷ開発者にとってしばしば有用であるが、アーティファクト低減アルゴリズムがそれ自体のアーティファクトを引き起こす。

従来技術は、各アーティファクトの識別に、ほぼ別々の処理を必要とすると共に、必要なレベルの計算能力を提供するための計算時間及びコストの観点では、計算コストのかかるアプローチを必要とした。なお、この計算能力は、検出されたアーティファクトのクラスの中で最適な直交性（即ち、分離性）及び正確な相対測定を一般的には保証しない。さらに、分類されたアーティファクトの全体が基準ビデオ及び試験ビデオの間の全ての差を必然的に含んでいない場合、従来技術は、「完全性」に欠ける。

概要

したがって、本発明の実施例が提案される。試験ビデオ・フレームを測定する方法は、試験ビデオ入力及びアーティファクト測定制御に基づいてグラジエント変化測定を実行する。いくつかの実施例において、基準ビデオ入力を試験ビデオ入力と共に用いる。本発明の実施例は、グラジエント変化測定マップを提供する。さらに、いくつかの実施例は、全体のビデオ・シーケンスまで、各フレームのレベルにて、又は試験ビデオ入力の部分に対する全体のサマリー値にて、サマリー測定を行う。いくつかの実施例において、グラジエント変化測定マップを、後続のビデオ処理又は測定に適するマスクとして提供できる。

本発明の実施例において、試験ビデオに基づいて、グラジエント振幅を各ピクセルに対して求め、グラジエントの大きさ及びグラジエントの方向を求めて、グラジエント変化測定を行う。

図１は、基準ビデオ・シーケンスの欠陥のないビデオ・フレームの例である。図２は、試験ビデオ・シーケンスの欠陥のあるビデオ・フレームの例である。図３は、本発明の実施例を示すブロック図である。図４は、エッジ・ブロッキングを表す図１及び図２に対応する回転したエッジ・マップの例である。図５は、図４の回転したエッジ・マップのコンプリメント（compliment）の例である。

詳細な説明

本発明の実施例を図３のブロック図に示す。この装置は、図２のブロック欠陥イメージ（多少極端である）の如き被試験入力ビデオを処理する。可能ならば、例えば、図１に示す如き対応基準も入力する。

いくつかの実施例において、測定値を直接出力できる。図４は、図１及び図２に示すビデオ・フレームに対応する「エッジ・ブロッキング」を示す回転したエッジ・マップの例を提供する。図５は、図４に示す回転したエッジ・マップに対するコンプリメントの例を提供する。別の実施例においては、参考として本願の一部であり、名称が知覚の原因を明らかにするピクチャ品質診断であるケビン・エム・ファーガソンによる米国特許第７１０２６６７号（’６６７特許）に記載される如き他の測定用のマスクとして、これら測定値を用いる。

各測定がコンプリメントを有するので、測定と追加されたそのコンプリメントとがトータルに等しくなる。例えば、’６６７特許においてマスクとして用いるとトータルは１であるか、又は、トータルがその測定に対して最大レンジである（一般的には、０から１００％のレンジであるが、他の単位を選択してもよい）。このコンプリメントの利用により、完璧を保証する助けとなる。

明確なアーティファクトの分類及び測定は、グラジエントの変化で分類されたものを含む。再び’６６７特許により、客観的及び主観的な測定値の両方に対する重み付けにより、これら明確な測定値を加えてもよい。よって、全ての明確な測定値の和に対するコンプリメントは、明確な測定値でカバーできない任意のアーティファクトの暗黙の測定値である。再び、それが必然的にアーティファクトを詳細分析／描画しないとしても、これは分類したアーティファクトの組を完全にする。描画する限り、明確及び暗黙のクラスを更に処理して、更なる詳細分析／描画を可能にする。

変化における３つのクラス内で、グラジエント（及びエッジ）の変化を測定する。
（１）付加された細部：リンギング、モスキート・ノイズ、他のノイズ
（２）除去された細部：ぼけ、低下したコントラスト、一般的な細部の損失
（３）回転したエッジ：ブロック・アーティファクト、「ジャギー」など
試験及び基準のビデオ・フレームの両方に対して、この方法は、４方向でグラジエントを見積り、これら方向でのエッジをカバーするこれらの反対側も見積る。
−、｜、／＆＼
即ち、
水平にはｈ、垂直にはｖ
前方傾斜にはｆ、後方傾斜にはｂ

図３に示す実施例を参照する。試験ビデオ・フレーム３１０を基準ビデオ・フレーム３２０と共に供給する。別の実施例においては、試験ビデオ・フレーム及び基準ビデオ・フレームを用いて、公称測定３３０を行う。公称測定は、マップ又は他のデータをグラジエント変化測定３４０に提供できる。他の実施例においては、基準ビデオ・フレーム３２０と共に試験ビデオ・フレーム３１０をグラジエント変化測定３４０に直接提供する。グラジエント変化測定は、アーティファクト測定制御３５０により制御でき、これは、グラジエント重み及びコンプリメント制御を提供する。グラジエント変化測定３４０は、測定マップ及びサマリー３６０を提供する。いくつかの実施例において、これらグラジエント測定マップ及びサマリーを用いて、アーティファクト測定結果３７０を提供する。代わりに、例えば、’６６７特許に記載された処理を用いて、グラジエント測定マップを更なる処理及び測定のためのマスク３８０として提供する。

グラジエント変化測定３４０内で、各ピクセルに対して次のステップが実行される。
１）４つの基本グラジエント方向フィルタの各々のグラジエント振幅を求める３４４。
２）グラジエントの大きさを求める３４６。グラジエントの大きさは、振幅の絶対値に対応する。４出力大きさの最大を求める。
３）最大大きさに対応するグラジエントの方向を求める３４８。グラジエントの方向は、ステップ１で用いるフィルタと、対応する振幅の符号とに対応する。

方向は、次のように列挙される。
０＝検出される方向なし（グラジエントなし）
１＝＋ｈ（--：右、０度）
２＝＋ｆ（／：右上、４５度）
３＝＋ｖ（｜：上、９０度）
４＝＋ｂ（＼：左上、１３５度）
５＝−ｈ（−：左、１８０度）
６＝−ｆ（／：左下、−１３５度）
７＝−ｖ（｜：下、−９０度）
８＝−ｂ（＼：右下、−４５度）

グラジエント変化の次の３つのクラスを測定する。
１）付加された細部：delta = testGradMag - refGradMag >0ならば、delta
２）除去された細部：delta = testGradMag - refGradMag <0 ならば、|delta|
３）回転されたエッジ：(refGradType != testGradType) && (testGradType==odd)ならば、blocking = testGradMag

４つの方向及び極性（１又は−１）により、８つの方向を表す。４つの方向を表す３×３フィルタ・カーネルの例は、次のようになる。
{-GRAD_SCALE, -GRAD_SCALE, -GRAD_SCALE, //水平(--)エッジ
0, 0, 0,
GRAD_SCALE, GRAD_SCALE, GRAD_SCALE,
},
{-GRAD_SCALE, -GRAD_SCALE, 0, //"前方”斜線（／）エッジ
-GRAD_SCALE, 0, GRAD_SCALE,
0, GRAD_SCALE, GRAD_SCALE
},
{-GRAD_SCALE, 0, GRAD_SCALE, //垂直（｜）エッジ
-GRAD_SCALE, 0, GRAD_SCALE,
-GRAD_SCALE, 0, GRAD_SCALE
},
{0, GRAD_SCALE, GRAD_SCALE, //"後方"斜線（＼）エッジ
-GRAD_SCALE, 0, GRAD_SCALE,
-GRAD_SCALE, -GRAD_SCALE, 0
}
ここで、この例では、GRAD_SCALE＝正規化係数＝１／（非ゼロ要素の数）＝１／６である。

これら結果のマップを溜めて、例えば、’６６７特許により、各フレーム及び全体のビデオ・シーケンス用のサマリー測定値を引き出す。

Claims

試験ビデオ入力を提供し、
アーティファクト測定制御を提供し、
上記試験ビデオ入力に基づいてグラジエント変化測定を実行し、
グラジエント変化測定マップを提供する
試験ビデオ・フレームの測定方法。
更に、上記試験ビデオ入力と共に基準ビデオ入力を供給し、上記試験ビデオ入力及び上記基準ビデオ入力の両方を用いて上記グラジエント変化測定を実行する請求項１の方法。
更に、上記試験ビデオ入力に基づいて公称測定を実行し、公称測定マップに基づいて上記グラジエント変化測定を実行する請求項１の方法。
更に、上記公称測定を行うために基準ビデオ入力を用いる請求項３の方法。
上記アーティファクト測定制御がグラジエント重みを提供する請求項１の方法。
更に、上記グラジエント変化測定を更なるビデオ測定用のマスクとして提供する請求項１の方法。
更に、サマリー・グラジエント変化測定を提供する請求項１の方法。
更に、アーティファクト測定結果を提供する請求項１の方法。
上記グラジエント変化測定は、
上記試験ビデオ入力に基づいてグラジエント振幅を求め、
上記試験ビデオ入力に基づいてグラジエントの大きさを求め、
上記試験ビデオ入力に基づいてグラジエントの方向を求める
請求項１の方法。
上記グラジエント振幅、上記グラジエントの大きさ、及び上記グラジエントの方向を求めるステップは、上記試験ビデオ入力からのフレームの各ピクセルに対して実行される請求項９の方法。
上記グラジエントの大きさを求めるのは、グラジエント振幅に対する絶対値を求める請求項９の方法。
４つのグラジエント・フィルタの振幅の最大絶対値を用いて、上記グラジエントの大きさを求める請求項１０の方法。
上記グラジエントの方向は、上記グラジエントの大きさを求めるステップで用いる上記フィルタと、上記対応するグラジエント振幅の符号とに対応する請求項１２の方法。