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さゆりみやのじょう
5 years ago
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1 参考資料 4 H.264 MPEG-4 AVC 画質評価報告書 ( 案 ) 平成 18 年 5 月 29 日社団法人電波産業会デジタル放送システム開発部会 CS デジタル放送高度化作業班

2 目次 1. 画質評価の目的 1 2. 放送品質としての要求条件 1 3. HDTV 画質評価実験 HDTV 符号化条件 HDTV 画質評価条件 HDTV 評価結果 4 4. HDTV 評価結果のまとめ 4 参考 1. 評定者のスクリーニング 7 参考 2. SDTV 画質評価 9 参考 2.1 SDTV 符号化条件 9 参考 2.2 SDTV 画質評価条件 9 参考 2.3 SDTV 評価結果 10 参考 2.4 SDTV 評価結果のまとめ 11 参考文献 12

3 1. 画質評価の目的 ARIB デジタル放送開発部会 CS デジタル放送高度化作業班では狭帯域 CS デジタル放送において現在使用している MPEG-2 映像符号化方式に比べてより低ビットレートで MPEG-2 と同等の画質が確保できると期待される H.264 MPEG-4 AVC 符号化方式の導入を検討するため本符号化方式のビットレートと画質の関係や所要ビットレートを調査することを目的として画質評価実験を実施した H.264 MPEG-4 AVC 符号化方式の使用は実時間処理の放送利用を前提としていることから画質評価実験で使用する映像符号化復号化装置としてはリアルタイム CODEC を使用することが望ましいしかしながらリアルタイム CODEC は商品が市場に出始めたばかりの段階で未だ画質改善の途上にあり H.264 MPEG-4 AVC 符号化方式の性能を十分に発揮できるに至っていないことが確認されているその為本画質評価においては方式としての画質を確認できるように現状においては非リアルタイム CODEC ながら将来のリアルタイム化を前提とした機能を用いたソフトウエア CODEC を用いることとした表 1.1 に評価項目を示す表 1.1 評価項目テレビ信号符号化方式ビットレート評価基準画像 HDTV ITU-T H.264 7, 9, 13, 17Mbps ITU-R BT 放送品質としての要求条件情報通信審議会情報通信技術分科会 CS デジタル放送高度化委員会は要求条件において画質に関する要求条件を次のように規定している (1) デジタル HDTV については HDTV という特性を考慮し特に高画質であること (2) デジタル SDTV においてもできるだけ高画質を保つこと (3) 情報源符号化による画質劣化の時間率ができるだけ小さいこと一方 ITU-R は放送の要求画質を Rec. ITU-R BT [1] の中で表 2.1 のように規定している表 2.1 放送 (emission) のユーザ要求条件 ( 抜粋 ) Rec. ITU-R BT.710, BT.802, BT.1128, BT.1210 から選んだ少なくとも 4 つのシーケンスのうち 75% の画像にて DSCQS 1) スケールで品質差 12% 以内であること残りのシーケンスについても 30% 以内の品質差であること 1) Double-Stimulus Continuous Quality-Scale( 二重刺激連続品質尺度 ) Rec. ITU-R BT [3] で定める主観評価法デジタル符号化の画像品質はシーケンスに大きく依存することが指摘されているこのため ITU-R はテスト画像の選択について Rec. ITU-R BT で表 2.2 のように規定している 1

4 表 2.2 テスト画像の選択 2) 平均的な画像による一般的にクリティカルであるが必要以上にクリティカル総合的な性能ではないもの 2) 通常の放送番組に現われる画像から選ぶ例えば使用するシーケンスの半分は明らかにクリティカルな ( 圧縮の難しい ) 画像残り半分は適度にクリティカルな画像とする今回の画質評価実験においても BS デジタル放送の技術的条件策定時と同様に前記の ITU-R が定める放送画質への要求条件を適用することとした 3 HDTV 画質評価実験 3.1 HDTV 符号化条件符号化実験の条件を表 3.1 に示す本画質評価では H.264 MPEG-4 AVC に準拠した映像符号化装置復号装置としてソフトウエア CODEC を使用した HDTV 評価画像の生成は図 3.1 に示す系統で行ったテスト画像の再生収録編集には HD-D5 VTR を使用した映像素材映像コーデック符号化方式ビットレート表 3.1 HDTV 符号化実験条件 HDTV コンポーネント信号 (Rec. ITU-R BT / 59.94i) 株式会社 KDDI 研究所非リアルタイムソフトウエア CODEC H.264 MPEG-4 AVC HP@L4 GOP 長 :15 フレーム ( アダプティブ ) ピクチャ構造 :IBP 可変 Frame ピクチャプリフィルタ使用せず 7, 9, 13, 17Mbps 非圧縮 HDD レコーダ符号化サーバ非圧縮 HDD レコーダ復号化サーバ非圧縮 HDD レコーダ VCR(D5) 録画デジタル (HD-SDI) データ接続 (Ethernet) 図 3.1 HDTV 評価画像生成の手順 3.2 HDTV 画質評価条件画質評価実験の条件を表 3.2 に示す画質評価法には二重刺激連続品質尺度 (DSCQS) 法を用い ITU-R 勧告に沿って基準画像と符号化画像を一対としてそれぞれ 2 回ずつ提示する Rec. ITU-R BT では評価テストは非専門家 ( 日常業務として TV 映像の画質に関わる業務に従事しておらず評価実験の経験の無い者 )15 名以上で行うことと規定 2

5 している視距離は Rec. ITU-R BT [1] で 3H(H: 画面高 ) と規定されている使用したテスト画像を表 3.3 に示すテスト画像の選定にあたっては予備実験として事前に複数の候補画像を符号化して観視し表 2.2 の選択基準や BS デジタル放送の技術的条件策定時の画質評価実験との共通性を考慮した表 3.2 HDTV 画質評価実験条件評価法二重刺激連続品質尺度 (DSCQS) 法 (Rec. ITU-R BT ) 観視条件 Rec. ITU-R BT , BT ディスプレイスタジオ用 32 型 CRT(SONY BVM-D32E1) 視距離 3H(H: 画面高 )Rec. ITU-R BT [1] テスト画像 10 種 ( 各 10 秒 ) 評価項目ビットレート 4 種類 (7Mbps, 9Mbps, 13Mbps, 17Mbps) 原画像評価セッション 2セッション (1 セッション当たり 30 回 ) 各セッションの冒頭 5 回は他と重複するダミー基準画像のフォーマット HDTV コンポーネント信号 (Rec. ITU-R BT / 59.94i) 評定者非専門家 24 名 3) 実施場所 NHK 放送技術研究所実施月日 2006 年 3 月 9 日 3) 不適当な評定者のスクリーニングを実施 ( 参考 1 参照 ) 表 3.3 HDTV テスト画像 No. Sequence Name Source 1 European Market ITU-R BT [5] (1125/60 No.7) 2 Harbor Scene ITU-R BT [5] (1125/60 No.12) 3 Whale Show ITU-R BT [5] (1125/60 No.16) 4 Opening Ceremony ITU-R BT [5] (1125/60 No.19) 5 Soccer Action ITU-R BT [5] (1125/60 No.20) 6 Green Leaves ITU-R BT [5] (1125/60 No.23) 7 Japanese room ITU-R BT [5] (1125/60 No.25) 8 Crowded Crosswalk ITU-R BT [5] (1125/60 No.30) 9 Bronze with credits ITU-R BT [5] (1125/60 No.43) 10 Chromakey(Sprinkling) ITU-R BT [5] (1125/60 No.46) BS デジタル放送の技術的条件策定時の画質評価で使用された素材 3

6 3.3 HDTV 評価結果得られた DSCQS 値を図 3.1 に示す DMOS (DSCQS %) Original 17Mbps 13Mbps 9Mbps 7Mbps Japanese Crosswalk Market Harbor Soccer Opening Whale Leaves Bronze Sprinkling 図 3.1 HDTV 評価結果 4 HDTV 評価結果のまとめ ITU-R の要求条件への適合性を判断すると表 4.1 の通りとなる 13Mbps にて概ね ITU-R 要求条件に適合する画質が得られることが確認された尚今後例えば次の事項の最適化等により画質改善が図られる可能性はある時間空間的な符号量配分の最適化 ( ブロック間フレーム間 ) 符号化制御における客観的なレート歪特性と主観画質のバランス従って 13Mbps 未満のビットレートについても将来 ITU-R の要求条件に適合する可能性はあると考えられる表 4.1 ITU-R の要求条件への適合性ビットレート評価画像の 3/4 以上で原画から全ての画像で原画から DSCQS DSCQS 12% 以内の劣化 30% 以内の劣化 7Mbps - 9Mbps - 13Mbps 17Mbps 要求条件に対し余裕をもって適合する要求条件に対し概ね適合する現状では要求条件に適合しない 4

7 -5 0 DMOS (DSCQS %) Japanese Crosswalk Market Harbor Soccer Opening Whale Leaves Bronze Sprinkling Original 17Mbps 13Mbps 9Mbps 7Mbps 付録図 1 HDTV 評価結果 ( ビットレート毎に棒グラフ表示 ) DMOS (DSCQS %) Original 17Mbps 13Mbps 9Mbps 7Mbps Japanese Crosswalk Market Harbor Soccer Opening Whale Leaves Bronze Sprinkling 付録図 2 HDTV 評価結果 ( 素材毎に棒グラフ表示 ) 5

8 付録表 1 HDTV 評価結果値 ( 付録図 2 の各数値 ) 画像名ビットレート平均値標準偏差 95% 信頼区間 Japanese Room Original Mbps Mbps Mbps Mbps Crowded Crosswalk Original Mbps Mbps Mbps Mbps European Market Original Mbps Mbps Mbps Mbps Harbor Scene Original Mbps Mbps Mbps Mbps Soccer Action Original Mbps Mbps Mbps Mbps Opening Ceremony Original Mbps Mbps Mbps Mbps Whale Show Original Mbps Mbps Mbps Mbps Green Leaves Original Mbps Mbps Mbps Mbps Bronze with Credits Original Mbps Mbps Mbps Mbps Chromakey (Sprinkling) Original Mbps Mbps Mbps Mbps

9 参考 1. 評定者のスクリーニング主観評価では基準画像 ( 原画像 ) と評価画像がペアで提示され評定者がそれぞれを評価する手順となるが ( 順不同 ) 基準画像よりも評価画像の方を良く評価しているケース ( 参考図 1.1 において DOS(Differential Opinion Score) が負値 ) など評価が安定していないイレギュラーな評定も含まれるこのような事例が生じる理由は全体的に画質差が比較的小さかったこと評定者が何に着目すべきか判断できず当て推量の評価に陥ることなどが理由と考えられるそこで以下の手順でスクリーニングを実施した 100 Original 7Mbps 9Mbps 13Mbps 17Mbps DOS (DSCQS %) 参考図 1.1 評定者毎の評価結果 ( 各折線が評定者に対応横軸 : テスト画像 ) ( 負値 : 基準画像よりも良い正値 : 基準画像よりも悪い ) (1) 誤った評価がなされたと考えられる評定者の排除それぞれの評定者の評価結果 ( 全 50 回 ) において a) 基準画像に比べて評価画像の評点が 10% 以上良かった評価回数 Na b) 評価画像が原画像の場合に 10% 以上の差を付けた評価回数 Nb とし Na+Nb > 10(20% 超 ) の評定者を排除するこれにより 24 名中 6 名が排除された ( 排除された評定者の評価結果の一例を参考図 1.2 に示す ) 40 Original 7Mbps 9Mbps 13Mbps 17Mbps DMOS(DSCQS %) 参考図 1.2 排除された評定者の評価結果の一例 7

10 (2) 評定者全体の傾向から乖離する評定者の排除前記 (1) のスクリーニングを通過した 18 名の評価結果について評価画像毎の平均値を求め各評定者の評価結果と平均値との相関を求め相関が 0.3 未満の評定者を排除するこれにより 18 名中 8 名が排除された ( スクリーニング前後の相関を参考図 1.3 参考図 1.4 にそれぞれ示す ) 尚通常は 0.7 を超える相関が示される ) Correlation Subjects 参考図 1.3 評定者毎の評価結果と全体平均との相関 ( スクリーニング前 ) Correlation Subjects 参考図 1.4 評定者毎の評価結果と全体平均との相関 ( スクリーニング後 ) 8

11 参考 2. SDTV 画質評価情報通信審議会情報通信技術分科会 CS デジタル放送高度化委員会は SDTV の画質に関する要求条件をデジタル SDTV においてもできるだけ高画質を保つことと設定しているそこで H.264 MPEG-4 AVC 符号化方式による SDTV の符号化についてビットレートと画質の関係を調査することを目的として次の通り画質評価実験を実施した参考 2.1 SDTV 符号化条件符号化条件を参考表 2.1 に示す映像素材映像コーデック符号化方式ビットレート参考表 2.1 SDTV 符号化実験条件 SDTV コンポーネント信号 (Rec. ITU-R BT / 59.94i, 4:3) 一部は HDTV からのダウンコンバート画像株式会社 KDDI 研究所非リアルタイムソフトウエア CODEC ITU-T H.264 GOP 長 :15 フレームピクチャ構造 :IBP 可変 Frame ピクチャプリフィルタ使用せず 2, 3, 4, 6Mbps SDTV 評価画像の生成は参考図 2.1 に示す系統で行ったテスト画像の再生収録編集には D5 VTR を使用した非圧縮 HDD レコーダ符号化サーバ非圧縮 HDD レコーダ復号化サーバ非圧縮 HDD レコーダ VCR(D5) 録画デジタル (HD-SDI) データ接続 (Ethernet) 参考図 2.1 SDTV 評価画像生成の手順参考 2.2 SDTV 画質評価条件使用したテスト画像を参考表 2.2 に示すテスト画像の選定にあたっては HDTV 画質評価と同様予備実験として事前に複数の候補画像を符号化して観視し表 2.2 の選択基準や BS デジタル放送の技術的条件策定時の画質評価実験との共通性を考慮した参考表 2.2 テスト画像 No. Sequence Name Source 1 Flower Garden ITU-R BT.1210 [5] (SDTV No.15) 2 Mobile & Calendar ITU-R BT.1210 [5] (SDTV No.30) 3 Football ITU-R BT.1210 [5] (SDTV No.38) 9

12 4 Cheerleaders ITU-R BT.1210 [5] (SDTV No.39) 5 European Market ITU-R BT.1210 [5] (1125/60 No.7) 6 Crowded Crosswalk ITU-R BT.1210 [5] (1125/60 No.30) 7 Bronze with credits ITU-R BT.1210 [5] (1125/60 No.43) 8 Chromakey(Sprinkling) ITU-R BT.1210 [5] (1125/60 No.46) BS デジタル放送の技術的条件策定時の画質評価で使用された素材主観評価実験の条件を参考表 2.3 に示す画質評価実験は二重刺激劣化尺度法を簡略化して専門家により行ったテスト画像の提示は基準画像と評価画像を一対として提示するのではなく参考表 2.2 の 8 つの映像をビットレート毎にまとめて提示した参考表 2.3 SDTV 主観評価実験条件評価法二重刺激劣化尺度法 (DSIS) 5 段階劣化尺度観視条件 Rec. ITU-R BT , BT ディスプレイスタジオ用 24 型 CRT(SONY BVM-D24E1WJ) 16:9 スクリーンに 4:3 映像を表示 ( サイドパネル付加 19 型相当 ) 視距離 6H(H: 画面高 )Rec. ITU-R BT [4] テスト画像 8 種 ( 各 10 秒参考表 2.2 参照 ) 基準画像のフォーマット SDTV コンポーネント信号 (Rec. ITU-R BT / 59.94i, 4:3) 評定者専門家 4) 18 名実施場所 JSAT 株式会社横浜衛星管制センターテレポート実施月日 2006 年 5 月 17 日 4) 電波産業会 CS デジタル放送高度化作業班委員参考表段階劣化尺度評点評価語 5 劣化がわからない 4 劣化がわかるが気にならない 3 劣化が気になるが邪魔にならない 2 劣化が邪魔になる 1 劣化が非常に邪魔になる参考 2.3 SDTV 評価結果評価結果を参考図 2.2 および参考表 2.5 に示す 10

13 Mbps 4Mbps 3Mbps 2Mbps 3.5 評点 Crowded Crosswalk Mobile & Calendar Flower Garden Football European Market Bronze with credits Cheerleaders Chromakey (Sprinkling) 参考図 2.2 SDTV 主観評価結果参考表 2.5 SDTV 主観評価結果 ( 画像の順序を変更する ) Sequence Name 2Mbps 3Mbps 4Mbps 6Mbps Crowded Crosswalk Mobile & Calendar Flower Garden Football European Market Bronze with credits Cheerleaders Chromakey(Sprinkling) 参考 2.4 SDTV 評価結果のまとめ要求条件に掲げられているできるだけ高画質を保つを画質劣化の許容限 (5 段階評価の評点 3.5) 以上の画質が得られることとみなすと参考 2.3 の結果から概ね 4Mbps 以上が必要とされることが確認された尚一般的に専門家による評価は非専門家による評価に比べてやや厳しい結果が得られることから非専門家による評価では本結果よりも所要ビットレートが低くなる可能性があるまた HDTV と同様に今後の画質改善が図られる可能性もある 11

14 参考文献 [1] Rec. ITU-R BT : User requirements for emission and secondary distribution systems for SDTV, HDTV and hierarchical coding schemes (1995). [2] Rec. ITU-R BT.710-4: Subjective assessment methods for image quality in high-definition television (1998) [3] Rec. ITU-R BT : Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures (2002). [4] Rec. ITU-R BT : Subjective assessment of standard definition digital television (SDTV) systems (1998). [5] Rec. ITU-R BT : Test material to be used in subjective assessment (2004). 12

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