実時間動画像マルチキャストのためのフィルタリング手

実時間動画像マルチキャストのための
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
[email protected]
2001/6/22
NS研究会 (宇都宮大学)
1
動画像マルチキャスト
動画像配信サーバ
広帯域
広帯域
狭帯域
広帯域
輻輳発生
2001/6/22
NS研究会 (宇都宮大学)
2
動画像フィルタリング
動画像配信サーバ
8Mbps
動画像品質調整
（フィルタリング）
広帯域
広帯域
8Mbps
狭帯域
5Mbps
広帯域
8Mbps
2001/6/22
NS研究会 (宇都宮大学)
高機能なルータ
3
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？
2001/6/22
NS研究会 (宇都宮大学)
4
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
2001/6/22
NS研究会 (宇都宮大学)
5
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
原画像
符号化 (エンコード)
画素値
８ｘ８
エントロピ
符号化
量子化
FDCT
再量子化
ローパス
圧縮
動画像
データ
フレーム棄却
再生画像画素値
８ｘ８
IDCT
FDCT：離散コサイン変換
IDCT：逆離散コサイン変換
2001/6/22
逆
量子化
エントロピ
復号化
圧縮
動画像
データ
復号化 (デコード)
NS研究会 (宇都宮大学)
6
フレーム棄却フィルタ
I
2001/6/22
B
B
P
B
B
P
B
B
P
NS研究会 (宇都宮大学)
B
B
P
B
B
I
7
ローパスフィルタ
高周波を削除することで圧縮
水平空間周波数
低周波
垂
直
空
間
周
波
数
24
10
0
20
10
0
8
6
0
7
15
0
4
28
14
0
13
12
1
36
18
0
4
0
0
2
0
18
10
16
0
18
3
5
20
0
0
0
16
5
15
7
13
11
0
12
11
16
水平空間周波数
12
8
20
5
0
4
0
0
ブロック（8x8 DCT係
数）
2001/6/22
4
18
0
10
0
10
9
5
垂
直
空
間
周
波
数
24
10
0
20
10
0
8
6
0
7
15
0
4
28
14
0
13
12
1
36
18
0
4
0
0
2
0
18
10
16
0
18
3
5
20
0
0
0
16
0
15
7
13
11
0
12
0
0
12
8
20
5
0
0
0
0
4
18
0
10
0
0
0
0
高周波
NS研究会 (宇都宮大学)
8
再量子化フィルタ
Q：量子化スケール
Q=2
低周波項
垂
直
空
間
周
波
数
24
10
0
20
10
0
8
6
0
7
15
0
4
28
14
0
水平空間周波数
13
12
1
36
18
0
4
0
0
2
0
18
10
16
0
18
3
5
20
0
0
0
16
5
15
7
13
11
0
12
11
16
12
8
20
5
0
4
0
0
4
18
0
10
0
10
9
5
ブロック（8x8 DCT係数）
2001/6/22
逆
量量
子子
化化
x 2 / 10
Q’ = 10
水平空間周波数
低周波項
垂
直
空
間
周
波
数
高周波項
NS研究会 (宇都宮大学)
24
2
0
4
2
0
1
1
0
1
3
0
0
5
2
0
2
2
0
7
3
0
0
0
0
0
0
3
2
3
0
3
0
1
4
0
0
0
3
1
3
1
2
2
0
2
2
3
2
1
4
1
0
0
0
0
0
3
0
2
0
2
1
1
高周波項
9
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
a. GoPサイズの予測（指数移動平均法）
Gi = α Gi-1 + β gi-1
GoP (i-1)
+
2001/6/22
GoP (i) （サイズ＝?）
GoP (i) サイズ予測
NS研究会 (宇都宮大学)
10
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：
RN -a -H
Ti =
i
i
F
Ti
rGi =
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
2001/6/22
NS研究会 (宇都宮大学)
11
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
圧縮率 ( rGi )
GoP (i) （調整前）
MB（予測）
DCT係数の
削除
MB
ローパス
パラメータ
調整
MB
GoP (i) （調整後）
e. 次GoPの調整ビット数
ai =
2001/6/22
Σ
Ti - fi
5
NS研究会 (宇都宮大学)
12
レート調整の評価（ローパス）
原画像（CBR - 8Mbps)
ビットレート (Mbps)
8
6
7 Mbps
4
5 Mbps
3 Mbps
2
1 Mbps
0
0
2001/6/22
10
20
30
時間 [GoP]
NS研究会 (宇都宮大学)
40
50
13
レート調整の評価（フレーム棄却，再量子
化）
再量子化
ビットレート (Mbps)
原画像（CBR - 8Mbps)
7 Mbps
5 Mbps
3 Mbps
1 Mbps
ビットレート (Mbps)
フレーム棄却
時間 [GoP]
原画像（CBR - 8Mbps)
7 Mbps
5 Mbps
3 Mbps
1 Mbps
時間 [GoP]
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
2001/6/22
NS研究会 (宇都宮大学)
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フィルタリングされた動画像
再生:
再生:
再生:
再生:
2001/6/22
原画像
(4 Mbps)
フレーム棄却フィルタ (2 Mbps)
ローパスフィルタ
(2 Mbps)
再量子化フィルタ
(2 Mbps)
NS研究会 (宇都宮大学)
15
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
2001/6/22
NS研究会 (宇都宮大学)
16
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
2001/6/22
NS研究会 (宇都宮大学)
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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
2001/6/22
NS研究会 (宇都宮大学)
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