2001/6/22 NS 　 ( )研究会 宇都宮大学 1

実時間動画像マルチキャストのため実時間動画像マルチキャストのためのの

フィルタリング手法の実装と評価フィルタリング手法の実装と評価

大阪大学大学院基礎工学研究科Héctor Akamine

akamine@ics.es.osaka-u.ac.jp　

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動画像マルチキャスト

動画像配信サーバ

広帯域

狭帯域

広帯域

広帯域

輻輳発生

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動画像フィルタリング

動画像配信サーバ

広帯域

狭帯域

広帯域

広帯域

動画像品質調整（フィルタリン

グ）

高機能なルータ

8Mbps

8Mbps

8Mbps

5Mbps

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研究の目的

動画像データを どのようなフィルタリング手法を用いて どのように品質調整すれば

動画像品質をそれほど劣化させることなく

目標レートを達成することができるか？

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研究の内容

MPEG-2 動画像品質調整手法として3 種類のフィルタを検討 フレーム棄却フィルタ ・・・任意のピクチャを間引

く ローパスフィルタ ・・・高周波情報を削除する 再量子化フィルタ ・・・より粗く量子化する

それぞれのフィルタについてレート調整手法を提案フィルタ能力の比較評価 動画像データのレート 動画像品質 処理時間

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MPEG 符号化・復号化処理手順とフィルタリングの処理レベル

フレーム棄却ローパス再量子化

復号化 ( デコード )

IDCT 逆量子化

エントロピ復号化

画素値８ｘ８再生画像

IDCT ： 逆離散コサイン変換

圧縮動画像データ

FDCT ： 離散コサイン変換

FDCT 量子化 エントロピ符号化

画素値８ｘ８

符号化 ( エンコード )原画像

圧縮動画像データ

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フレーム棄却フィルタ

I B B P B B P B B P B B P B B I

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ローパスフィルタ

24 0 13 0 3 15 12 4

10 7 12 2 5 7 8 18

0 15 1 0 20 13 20 0

20 0 36 18 0 11 5 10

10 4 18 10 0 0 0 0

0 28 0 16 0 12 4 10

8 14 4 0 16 11 0 9

6 0 0 18 5 16 0 5

ブロック（ 8x8 DCT係数）

高周波

低周波 水平空間周波数

垂直空間周波数

24 0 13 0 3 15 12 4

10 7 12 2 5 7 8 18

0 15 1 0 20 13 20 0

20 0 36 18 0 11 5 10

10 4 18 10 0 0 0 0

0 28 0 16 0 12 0 0

8 14 4 0 16 0 0 0

6 0 0 18 0 0 0 0

水平空間周波数

垂直空間周波数

高周波を削除することで圧縮

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再量子化フィルタ

24 0 13 0 3 15 12 4

10 7 12 2 5 7 8 18

0 15 1 0 20 13 20 0

20 0 36 18 0 11 5 10

10 4 18 10 0 0 0 0

0 28 0 16 0 12 4 10

8 14 4 0 16 11 0 9

6 0 0 18 5 16 0 5

Q = 2

4

1

4

2

3

4

4

ブロック（ 8x8 DCT 係数）

高周波項

低周波項

x 2 / 10

逆量子化

量子化

水平空間周波数

垂直空間周波数

高周波項

Q’ = 10

Q ： 量子化スケール

24 0 2 0 0 3 2 0

2 1 2 0 1 1 1 3

0 3 0 0 4 2 4 0

4 0 7 3 0 2 1 2

2 0 3 2 0 0 0 0

0 5 0 3 0 2 0 2

1 2 0 0 3 2 0 1

1 0 0 3 1 3 0 1

0

0

0

0

0

0

0

水平空間周波数

垂直空間周波数

低周波項

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レート調整アルゴリズム（ローパス）（１）

GoP 単位で平均レートを調整する

GoP (i) 　 （サイズ＝ ? ）GoP (i-1)

+ GoP (i) サイズ予測

Gi = α Gi-1 + β gi-1

a. GoP サイズの予測（指数移動平均法）

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レート調整アルゴリズム（ローパス）（２）

b. GoP の目標ビット数および圧縮率：

Ti = R NF

- ai - Hi

rGi =

Ti

Gi - Hi

c. ローパスパラメータ（マクロブロックごとの削除しない DCT 係数）の初期値設定

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レート調整アルゴリズム（ローパス）（３）

d. ローパスパラメータの動的な変更

DCT 係数の削除

MB

GoP (i) （調整前）

MB

GoP (i) （調整後）

圧縮率 ( rGi )

MB （予測）

ai =Ti 　 - fi

5Σ

ローパスパラメータ

調整

e.次 GoP の調整ビット数

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レート調整の評価（ローパス）

0

2

4

6

8

0 5010 3020 40

ビッ

トレ

ート

(M

bps)

時間 [GoP]

原画像（ CBR - 8Mbps)

7 Mbps

5 Mbps

3 Mbps

1 Mbps

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レート調整の評価（フレーム棄却，再量子化）

いずれの場合においても，目標レートを達成するレートの変動はローパスの方が低い

ビッ

トレ

ート

(M

bps)

ビッ

トレ

ート

(M

bps)

時間 [GoP] 時間 [GoP]

フレーム棄却 再量子化原画像（ CBR - 8Mbps)

7 Mbps

5 Mbps

3 Mbps

1 Mbps

原画像（ CBR - 8Mbps)

7 Mbps

5 Mbps

3 Mbps

1 Mbps

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フィルタリングされた動画像

再生 : 原画像 (4 Mbps)再生 : フレーム棄却フィルタ (2 Mbps)再生 : ローパスフィルタ (2 Mbps)再生 : 再量子化フィルタ (2 Mbps)

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フィルタの比較結果動画像品質（良）　ローパス > フレーム棄却 > 再量子

化 再生のなめらかさ（良）　ローパス = 再量子化 > フレーム棄

却 フィルタリング処理時間再量子化 > ローパス > フレーム棄却

（良） ローパスフィルタ，フレーム棄却が有効ローパスフィルタ，フレーム棄却が有効

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まとめ

動画像フィルタリング手法を用いたレート調整アルゴリズムの提案と評価画質，レート調整の変動の評価により，

ローパスフィルタがもっとも有効高速性を重視するならフレーム棄却フィルタが有効

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今後の研究課題

アクティブルータへの実用性 ネットワークプロセッサに基づいたシス

テム パケット単位の処理を考慮