JP3622840B2

JP3622840B2 - 伝送画質評価装置および伝送画質遠隔監視装置

Info

Publication number: JP3622840B2
Application number: JP2000256015A
Authority: JP
Inventors: 亮一川田; 正裕和田; 修一松本
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: US7068304B2; US20040160622A1; JP2002077949A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は伝送画質評価装置および伝送画質遠隔監視装置に関し、特に、複数の伝送処理装置が伝送路に縦列に接続された系において、各伝送処理地点で得られた画像の特徴量により画質を評価する伝送画質評価装置、および画像の伝送画質を中央で一括遠隔監視する伝送画質遠隔監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、伝送画像の画質を評価する方法として、大別して、（１）処理画像を原画像と比較する方法、（２）処理画像のみで行う方法とがある。前記（１）の先行技術は、例えば、下記の文献に詳細に記述されている。
【０００３】
Ｔ．Ｈａｍａｄａ，ｅｔａｌ．：”Ｐｉｃｔｕｒｅｑｕａｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂｙｔｈｒｅｅ−ｌａｙｅｒｅｄｂｏｔｔｏｍｕｐｎｏｉｓｅｗｅｉｇｈｔｉｎｇｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｈｕｍａｎｖｉｓｕａｌｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ”，ＳＡＭＰＴＥＪｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．１０８，Ｎｏ．１，Ｊａｎ１９９９．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記（１）の方法は、実際の映像伝送の現場では用いることができない。その理由は、実際の映像伝送中には、原画像は得られず、得られるのは処理画像のみであるからである。したがって、実際の映像伝送の現場では用いることができるのは、前記（２）の方法であるが、この方法は、画質評価を処理画像のみから行うため、画質評価の精度が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は、前記した従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、実際の映像伝送中に、伝送画像の画質評価を精度良く行うことのできる伝送画質評価装置および伝送画質遠隔監視装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、複数の伝送処理装置を縦列接続してなる映像伝送路上の伝送画質を監視する伝送画質遠隔監視装置において、該映像伝送路上の予定の地点で、該映像伝送路上を伝送される画像の特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、該特徴量抽出手段で抽出された特徴量を、前記地点から中央監視装置に低ビットレートで伝送する伝送手段と、該伝送手段で伝送されてきた前記地点からの特徴量から、画質に異常が発生したか否かを判定する中央監視装置とを具備し、該中央監視装置は、前記特徴量を時間系列データとして扱い、該時間系列データを周波数変換する手段と、該周波数変換により得られたデータから振幅成分を取り出す手段と、該振幅成分の比較により、複数地点間の特徴量の比較をする手段とを具備した点に特徴がある。
【０００８】
この特徴によれば、各地点で、画像の画質に関する重要な情報（特徴量）のみが抽出され、この情報の情報量は少ないので、低速度回線で中央監視装置に伝送することができる。該中央監視装置には、各地点での伝送画質を監視するのに十分な情報が集められるので、該情報を比較することにより、何らかの異常が発生したこと、および異常発生箇所を特定できる。この結果、伝送画質の自動遠隔監視装置が実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は、複数の伝送処理装置が伝送路に縦列に接続された系（以下、映像伝送チェーンと呼ぶ）に適用される本発明の伝送画質遠隔監視装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００１０】
図１では、映像伝送チェーンは、ＴＳＣ装置（テレビ方式変換装置）１、エンコーダ２、伝送路３、デコーダ４、およびアップコンバータ５から構成されているとする。
【００１１】
ここに、前記ＴＳＣ装置１は、テレビの国際伝送において、例えばヨーロッパのＰＡＬ方式を日本のＮＴＳＣ方式に変換する装置である。この変換の際に、ライン数／フレーム数の変換が行われるが、この変換に伴って画質劣化が発生する。また、エンコーダ２は画像を圧縮し、圧縮ビットストリームとして伝送路３に送出する。また、デコーダ４は、該伝送路３を通って送られてきた圧縮ビットストリームを受信して、元の画像に復元する。この際、符号化劣化が発生する。また、前記圧縮ビットストリームが伝送路３を通る際に、伝送路３の回線状態によっては、伝送路エラーが発生し、画質劣化を生ずることがある。さらに、前記アップコンバータ５は、標準テレビを高精細度テレビに変換する。例えば、ライン数５２５本のＳＤＴＶ信号を、ライン数１１２５本のＨＤＴＶ信号に変換する。この変換の時に、画質の劣化が発生する可能性がある。
【００１２】
いま、前記した各処理装置１、２〜４、および５の入力画像／出力画像を監視することにすると、伝送画質の監視点は、Ａ，Ｂ，Ｃ，およびＤ点の４点となり、各点に、特徴量抽出装置１１、１２、１３、１４が接続される。該特徴量抽出装置１１〜１４は、それぞれ、動画像の各フィールドの、フィールド内の輝度値の平均値ｍ、分散値σ^２等の特徴量を抽出し、低速度回線（例えば、６４ｋｂｐｓ）を用いて伝送する。この低速度回線としては、例えば、電話網、ＬＡＮ等を想定することができる。
【００１３】
特徴量抽出装置１１〜１４は、これらの特徴量を、図２に示されているような、（１）各フィールド毎、（２）該フィールドを多数のブロックに分割したブロック毎、あるいは（３）前記（２）のブロックを複数フィールドに亘って一括した一括ブロック毎に計算する。例えば、前記（２）のブロックが、Ｌ画素×Ｍラインであれば、（３）の一括ブロックは、Ｌ画素×Ｍライン×Ｎフィールドとなる。
【００１４】
なお、前記した特徴量（平均値ｍ、分散値σ^２）は一例であり、他の例としては、例えば、映像情報メディア学会誌Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．９，ｐｐ．１１９９−１２０５（１９９９年、９月）「客観評価法の種類と特徴」に記されているものを用いることができる。
【００１５】
前記Ａ，Ｂ，Ｃ，およびＤ点に接続された特徴量抽出装置１１〜１４の各々から出力された特徴量は、実時間で、低速度回線２１を経て、順次中央監視装置（中央監視室）２２に送られる。該中央監視装置２２は、特徴量比較装置２２ａと障害箇所警報装置２２ｂを備えている。
【００１６】
さて、前記Ａ，Ｂ，Ｃ，およびＤの４箇所の監視点のうち、ＡＢ間（ＴＳＣ装置１の入出力間）、およびＣＤ間（アップコンバータ５の入出力間）の処理遅延は、通常あまり大きくなく、１フレーム程度である。しかし、ＢＣ間（エンコーダ２、伝送路３、デコーダ４の入力端と出力端の間）は、エンコーダ２およびデコーダ４の処理時間に加えて、伝送路遅延（特に、衛星通信の場合大）が加わる。エンコーダ２およびデコーダ４の処理遅延は、装置によって様々であるが、大体１秒程度であり、衛星通信伝送路遅延は０．５秒程度である。さらに、これらの各監視地点Ａ〜Ｄから中央監視装置２２までの特徴量伝送低速度回線が、電話回線などではなくＩＰネットワーク等であった場合には、該低速度回線の遅延量も無視できなくなる。
【００１７】
したがって、同一の映像を対象として抽出された各地点Ａ〜Ｄからの特徴量が、前記特徴量比較装置２２ａにいつ到着するかを予め知り、該到着時刻に合わせて、前記地点Ａ〜Ｄからの特徴量を受信し、該特徴量比較装置２２ａにおいて、特徴量を比較することは困難である。
【００１８】
そこで、本実施形態では、前記特徴量抽出装置１１〜１４で同一の映像を対象として抽出された特徴量が、特徴量比較装置２２ａにいつ到着するかが分からなくても、各地点Ａ〜Ｄからの特徴量を精度良く比較することのできる手段を講じた。
【００１９】
図３は、本実施形態の前記特徴量比較装置２２ａの一具体例の構成を示すブロック図である。前記特徴量抽出伝送装置１１〜１４で抽出され、低速度回線２１を経て特徴量比較装置２２ａに送られてきた特徴量の系列（時間的変化）ｘ_Ａ（ｔ）、ｘ_Ｂ（ｔ）、ｘ_Ｃ（ｔ）、およびｘ_Ｄ（ｔ）は、特徴量比較装置２２ａに入力する。図４（ａ）はＴＳＣ装置１の入力側のＡ点の特徴量の系列ｘ_Ａ（ｔ）、同図（ｂ）はその出力側のＢ点の特徴量の系列ｘ_Ｂ（ｔ）の一例を示す図である。ＴＳＣ装置１による画質劣化の程度が小さければ、ｘ_Ａ（ｔ）とｘ_Ｂ（ｔ）は時間遅延ｔ０が存在するだけで、ほぼ同一の波形となる。
【００２０】
特徴量比較装置２２ａは、図３に示されているように、時間系列データを周波数変換するＦＦＴ（フーリエ変換）部３１ａ〜３１ｄと、エネルギースペクトル密度算出部３２ａ〜３２ｄとを、それぞれ直列接続した回路と、該エネルギースペクトル密度算出部３２ａ〜３２ｄの出力に接続された比較部３３とから構成されている。
【００２１】
ＦＦＴ部３１ａ〜３１ｄ、およびエネルギースペクトル密度算出部３２ａ〜３２ｄの各々は同一の動作をするので、以下では、ＦＦＴ部３１ａとエネルギースペクトル密度算出部３２ａを代表に挙げて、その機能を説明する。
【００２２】
ＦＦＴ部３１ａは、前記特徴量の系列ｘ_Ａ（ｔ）に対して、下記の（１）式によりフーリエ変換を施し、フーリエ変換値Ｘ_Ａ（ω）を得る。
【００２３】
【数１】

【００２４】
次に、エネルギースペクトル密度算出部３２ａは該フーリエ変換値Ｘ_Ａ（ω）に対して、下記の（２）式により、エネルギースペクトル密度Ｅ_Ａ（ω）を算出する。
【００２５】
【数２】

【００２６】
ここで、エネルギースペクトル密度Ｅ_Ａ（Ｗ）は、時間軸上でのずれによらない性質をもっている。すなわち、地点Ｂからの特徴量の到着時間が地点Ａから時間ｔ０だけ遅れているだけで、該特徴量の内容が同じならば、エネルギースペクトル密度Ｅ_Ａ（ω）とＥ_Ｂ（ω）は等しくなる。
【００２７】
次に、比較部３３では、例えば下記の（３）式により、エネルギースペクトル密度算出部３２ａ、３２ｂの差分をとり、この差分が予め定められた閾値Ｚを越えた場合に、警報を発する。
【００２８】
【数３】

【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、伝送路上の画質の評価をすることができる。また、伝送路上で何らかの異常が発生したことを監視することができる。また、伝送路上に配置された伝送処理装置の前後の地点、すなわち該伝送処理装置の入出力間での特徴量も比較できるので、異常発生箇所の特定もすることができる。
【００３０】
前記実施形態では、複数の伝送処理装置が伝送路に縦列に接続された映像伝送チェーンを例にして説明したが、本発明はこれに限定されず、原画像の符号化装置と復号装置とからなる単純な系において、符号化装置の入力側の地点で画像の特徴量を抽出し、また復号装置の出力側の地点で画像の特徴量を抽出して、両特徴量を比較することにより、伝送画質を評価するようにしてもよいことは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、画像の特徴量を使用することにより、少ない情報量で、伝送画像の画質を評価することができるようになる。
また、原画像の伝送途中において、該原画像の特徴量を抽出し、これを低速度回線を用いて中央監視装置に送り、該中央監視装置にて該伝送途中の各地点で抽出された特徴量に変化があるかないかを調べるようにしているので、実際の映像伝送中に、伝送画像の画質評価を精度良く行うことができるようになる。
さらに、各地点から抽出した画像の特徴量を時系列データとして扱い、それらの時系列データを周波数変換し、さらにそれらの振幅成分を求め、該振幅成分を比較して画質異常を検出するようにしたので、ある伝送処理装置の処理遅延が未知の場合でも、伝送画像の比較ができるようになる。このため、伝送画質の自動遠隔監視を、簡単に実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】特徴量抽出の画像単位を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態の特徴量比較装置の機能を示すブロック図である。
【図４】Ａ，Ｂ両地点におけるある特徴量の系列の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…ＴＳＣ装置、２…エンコーダ、４…デコーダ、５…アップコンバータ、１１〜１４…特徴量抽出伝送装置、２１…低速度回線、２２…中央監視装置、２２ａ…特徴量比較装置、２２ｂ…障害箇所警報装置。

Claims

複数の伝送処理装置を縦列接続してなる映像伝送路上の伝送画質を監視する伝送画質遠隔監視装置において、
該映像伝送路上の予定の地点で、該映像伝送路上を伝送される画像の特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、
該特徴量抽出手段で抽出された特徴量を、前記地点から中央監視装置に低ビットレートで伝送する伝送手段と、
該伝送手段で伝送されてきた前記地点からの特徴量から、画質に異常が発生したか否かを判定する中央監視装置とを具備し、
該中央監視装置は、
前記特徴量を時間系列データとして扱い、該時間系列データを周波数変換する手段と、
該周波数変換により得られたデータから振幅成分を取り出す手段と、
該振幅成分の比較により、複数地点間の特徴量の比較をする手段とを具備したことを特徴とする伝送画質遠隔監視装置。