IPTV 서비스에서 패킷손실에 의한 비디오품질 열화 모니터링 방법

Abstract

본 논문에서는 네트워크 전송 중에 패킷손실에 의해 열화되는 IPTV 셋탑박스(STB: Set-Top Box) 재생영상의 화질을 모니터링하는 방법인 VR-VQMS(Visual Rhythm based Video Quality Monitoring Scheme)를 제안한다. 제안된 방법은 인코딩된 영상의 비쥬얼리듬(VR) 정보와 STB 재생영상의 비쥬얼리듬 정보를 특징정보로 사용하는 감소기준법 기반의 영상품질 측정 방법이며, 특히 영상품질관리 측면에서 패킷손실에 의한 화질열화를 정량화한 것이다. 화면열화 정도를 측정하기 위해 기존의 PSNR(peak-to-peak signal-to-noise ratio)을 수정한 NPSNR(Networked PSNR)이라는 새로운 품질척도를 정의하고 이를 기반으로 객관적 및 주관적 열화 척도를 정의하였으며, 온라인 VR-VQMS와 오프라인 VR-VQMS 두 가지의 화질열화 모니터링 방식을 제안하였다. 제안된 방법을 사용하면 화질열화가 발생된 시간과 지속시간, 발생횟수, 평균열화량 등에 대한 통계정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 시청자의 주관적 체감화질까지 측정할 수 있으며, VR 정보를 사용하기 때문에 눈으로도 직접 이들을 확인할 수 있다는 장점이 있다. 모의실험 결과를 통하여 VR 정보로 추정한 NPSNR 을 이용하여 계산한 화질열화 척도값이 2D 재생영상에 대해 계산한 화질열화 척도값을 매우 근사적으로 추정하고, 시청자의 주관적 화질까지도 상당히 정확하게 추정함을 확인할 수 있었다. 제안된 방법은 IPTV 사업에서 개별 고객들의 시청품질을 평가하는 품질관리 솔루션의 일부로 적용가능하며, 복잡한 연산은 품질관리서버가 수행하고, STB는 작고 가벼운 에이전트 프로그램만 탑재하면 되기 때문에 실용성이 뛰어난 장점이 있다. In this paper, we propose a novel video quality degradation monitoring scheme titled VR-VQMS(Visual Rhythm based Video Quality Monitoring Scheme) over an IPTV service prone to packet losses during network transmission. Proposed scheme quantifies the amount of quality degradation due to packet losses, and can be classified into a RR(reduced-reference) based quality measurement scheme exploiting visual rhythm data of H.264-encoded video frames at a media server and reconstructed ones at an Set-top Box as feature information. Two scenarios, On-line and Off-line VR-VQMS, are proposed as the practical solutions. We define the NPSNR(Networked Peak-to-peak Signal-to-Noise Ratio) modified by the well-known PSNR as a new objective quality metric, and several additional objective and subjective metrics based on it to obtain the statistics on timing, duration, occurrence, and amount of quality degradation. Simulation results show that the proposed method closely approximates the results from 2D video frames and gives good estimation of subjective quality(i.e.,MOS(mean opinion score)) performed by 10 test observers. We expect that the proposed scheme can play a role as a practical solution to monitor the video quality experienced by individual customers in a commercial IPTV service, and be implemented as a small and light agent program running on a resource-limited set-top box.