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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 H éctor Akamine akamine@ics.es.osaka-u.ac.jp. 輻輳発生. 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. 8 Mbps. 8 Mbps. 5 Mbps. 動画像フィルタリング. 動画像配信サーバ. 動画像品質調整 (フィルタリング). 広帯域. 広帯域. 8 Mbps. 狭帯域. 広帯域. 高機能なルータ. 研究の目的. 動画像データを
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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 akamine@ics.es.osaka-u.ac.jp NS研究会 (宇都宮大学)
輻輳発生 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 NS研究会 (宇都宮大学)
8Mbps 8Mbps 5Mbps 動画像フィルタリング 動画像配信サーバ 動画像品質調整 (フィルタリング) 広帯域 広帯域 8Mbps 狭帯域 広帯域 高機能なルータ NS研究会 (宇都宮大学)
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? NS研究会 (宇都宮大学)
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 NS研究会 (宇都宮大学)
符号化 (エンコード) 画素値8x8 原画像 FDCT 量子化 エントロピ 符号化 圧縮 動画像 データ 再量子化 ローパス フレーム棄却 画素値8x8 再生画像 IDCT 逆 量子化 エントロピ 復号化 圧縮 動画像 データ FDCT: 離散コサイン変換 復号化 (デコード) IDCT: 逆離散コサイン変換 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 NS研究会 (宇都宮大学)
I B B P B B P B B P B B P B B I フレーム棄却フィルタ NS研究会 (宇都宮大学)
水平空間周波数 24 24 0 0 13 13 0 0 3 3 15 15 12 12 4 4 10 10 7 7 12 12 2 2 5 5 7 7 8 8 18 18 0 0 15 15 1 1 0 0 20 20 13 13 20 20 0 0 垂直空間周波数 20 20 0 0 36 36 18 18 0 0 11 11 5 5 10 10 10 10 4 4 18 18 10 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 28 28 0 0 16 16 0 0 12 12 0 4 0 10 8 8 14 14 4 4 0 0 16 16 0 11 0 0 0 9 6 6 0 0 0 0 18 18 0 5 0 16 0 0 5 0 ローパスフィルタ 高周波を削除することで圧縮 低周波 水平空間周波数 垂直空間周波数 高周波 ブロック(8x8 DCT係数) NS研究会 (宇都宮大学)
Q: 量子化スケール 逆量子化 Q’ = 10 量子化 低周波項 水平空間周波数 24 0 13 0 3 0 3 15 12 4 4 0 24 0 2 0 0 3 2 0 10 7 12 2 0 2 5 7 8 18 2 1 2 0 1 1 1 3 x 2 / 10 垂直空間周波数 0 15 1 1 0 0 20 13 20 0 0 3 0 0 4 2 4 0 20 0 36 18 0 11 5 10 4 0 7 3 0 2 1 2 10 0 4 4 18 10 0 0 0 0 2 0 3 2 0 0 0 0 0 28 0 16 0 12 0 4 4 10 0 5 0 3 0 2 0 2 8 14 0 4 4 0 16 11 0 9 1 2 0 0 3 2 0 1 6 0 0 18 5 16 0 5 1 0 0 3 1 3 0 1 再量子化フィルタ Q = 2 低周波項 水平空間周波数 垂直空間周波数 高周波項 高周波項 ブロック(8x8 DCT係数) NS研究会 (宇都宮大学)
+ GoP (i) サイズ予測 Gi = α Gi-1 + β gi-1 GoP (i-1) GoP (i) (サイズ=?) 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サイズの予測(指数移動平均法) NS研究会 (宇都宮大学)
R N - ai - Hi Ti = F Ti rGi = Gi - Hi レート調整アルゴリズム(ローパス)(2) • GoPの目標ビット数および圧縮率: 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 NS研究会 (宇都宮大学)
圧縮率 ( rGi ) MB(予測) ローパスパラメータ調整 MB Ti - fi Σ ai = 5 レート調整アルゴリズム(ローパス)(3) • ローパスパラメータの動的な変更 GoP (i) (調整前) DCT係数の 削除 MB GoP (i) (調整後) 次GoPの調整ビット数 NS研究会 (宇都宮大学)
レート調整の評価(ローパス) 原画像(CBR - 8Mbps) 8 7 Mbps 6 5 Mbps 4 ビットレート (Mbps) 3 Mbps 2 1 Mbps 0 0 10 20 30 40 50 時間 [GoP] NS研究会 (宇都宮大学)
レート調整の評価(フレーム棄却,再量子化)レート調整の評価(フレーム棄却,再量子化) 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 原画像(CBR - 8Mbps) 原画像(CBR - 8Mbps) 7 Mbps 7 Mbps 5 Mbps 5 Mbps ビットレート (Mbps) ビットレート (Mbps) 3 Mbps 3 Mbps 1 Mbps 1 Mbps 時間 [GoP] 時間 [GoP] NS研究会 (宇都宮大学)
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) NS研究会 (宇都宮大学)
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 NS研究会 (宇都宮大学)
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 NS研究会 (宇都宮大学)
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 NS研究会 (宇都宮大学)