DE4226420C2 - Steuerschaltkreis zur komprimierten Aufzeichnung und Wiedergabe einer Vielzahl von Viedosignalen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Steuerschaltkreis gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist eine Vielzahl von Video-Bändern erforderlich, um eine kontinuierliche Aufzeichnung von Bildsignalen vorzunehmen, die von einer Vielzahl von Überwachungskameras für einen längeren Zeitraum geliefert werden. Es ist praktisch schwierig, Bildsignale von Überwachungskameras auf separaten Video-Bändern der gleichen Anzahl wie die Anzahl der Kameras aufzunehmen, da die gesamte Anlage eine große Baugröße auf­ weist, sowie aus ökonomischen Gründen.

Daher wurde ein sogenanntes Timelapse-Video-Bandaufzeich­ nungsgerät (Zeitraffer-Bandgerät) vorgeschlagen, in dem ein Video-Band mit 120 Minuten Spieldauer verwendet wird, wobei die Größe eines Bandes und eines Video-Bandrecorders gleich­ wertig mit einem üblichen Video-Bandrecorder des VHS-Typs ist, der üblicherweise die Aufzeichnung über 480 Stunden er­ möglicht.

Dennoch sollte in einem solchen Timelapse-Video-Bandauf­ zeichnungsgerät die Aufzeichnung mit Unterbrechungen durch­ geführt werden, um ein Video-Band mit 120 Minuten Spieldauer über 480 Stunden verwenden zu können, was bedeutet, daß Pau­ sen zwischen den jeweiligen Aufzeichnungsfeldern vorhanden sein sollten. Das übliche Video-Bandaufzeichnungsgrät ist darauf beschränkt, 216.000 Einzelbilder (= 120 x 60 x 30) mit ei­ nem Video-Bandaufzeichnungsgerät für 120 Minuten aufzuzeich­ nen, und zwar infolge von 60 Feldern, woraus folgt, daß 30 Einzelbilder in einer Sekunde aufgezeichnet werden. Deshalb wird das Aufzeichnungsintervall zur Aufzeichnung von 216.000 Einzelbildern für 480 Stunden wie folgt:

Dies bedeutet, daß bei einem Aufzeichnungsverfahren mit Unterbrechungen, bei denen die nächste Aufzeichnung vorge­ nommen werden soll, eine Pause von 4 Sekunden nach der Auf­ zeichnung des ersten Feldes vorgesehen ist. Demzufolge tre­ ten verschiedene Probleme in einem solchen Kamera-Über­ wachungssystem auf, da eine Pause von 4 Sekunden zwischen den Aufzeichnungen vorhanden ist.

Zwischenzeitlich wurden, um die Probleme, die in dem Ver­ fahren auftreten, bei dem die Bildsignale von den Über­ wachungskameras auf separaten Videobändern in einer Anzahl entsprechend der Anzahl der Kameras aufgezeichnet werden, zu lösen, die nachfolgend aufgeführten Maßnahmen ergriffen:

Die Bildsignale von einer Vielzahl von Überwachungskameras werden auf einem oder einer verringerten Zahl von Video- Bandaufzeichnungsgeräten aufgenommen, indem eine Vorrichtung verwendet wird, um in einer sequentiellen Folge Kanäle zu schalten und auszuwählen. Unter der Annahme, daß die Bildsignale von 8 Video-Kameras auf einem Video-Bandauf­ zeichnungsgerät über 480 Stunden aufgenommen werden, wobei automatische sequentiell schaltende Umschalt-Einrichtungen verwendet werden, beträgt das Aufzeichnungsintervall für je­ de Kamera 32 Sekunden (= 4 Sekunden × 8). Demzufolge wird eine Momentaufnahme (stillstehendes Bild) 32 Sekunden nach der Aufzeichnung einer anderen Momentaufnahme aufgezeichnet, woraus verschiedene Probleme entstehen, da es mißlingt, ei­ nen Einbrecher, der in einem Überwachungsbereich erscheint, aufzufinden.

Aus der Patentschrift US 4,994,916 ist ein Steuerschaltkreis zur Aufzeichnung und zur Wiedergabe mehrerer Videosignale bekannt. Mit Hilfe eines Videoswitchers wird eine Vielzahl von Videokanälen sequentiell abgetastet, um jeweils nur einen Kanal zur Aufzeichnung weiterzuleiten. Die Aufzeichnung erfolgt hier digital, weshalb die analogen Videosignale vor ihrer Aufzeichnung zunächst A/D gewandelt werden und weshalb die digital gespeicherten Daten im Vorfeld einer analogen Wiedergabe D/A gewandelt werden müssen. Darüber hinaus werden die Videosignale vor ihrer Wiedergabe mit Zusatzinformation über ihre spezifische Videoquelle versehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerschaltkreis zur Aufzeichnung und Wiedergabe einer Vielzahl von Videosignalen bereitzustellen, der bei vorgegebener Aufzeichnungsdauer und Aufzeichnungskapazität sicherstellt, daß die Abtastintervalle, mit denen die Videosignale abgetastet werden, einen vorgegebenen maximalen Wert nicht überschreiten, auch wenn die Anzahl der aufzuzeichnenden Videokanäle einem zeitlichen Wechsel unterliegt.

Diese Aufgabe wird durch den im Patentanspruch 1 angegebenen Gegenstand gelöst.

Es folgt eine detaillierte Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Aufzeichnungssig­ nale verarbeitenden Schaltkreises gemäß der vor­ liegenden Erfindung und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Wiedergabesignale verar­ beitenden Schaltkreises gemäß der vorliegenden Er­ findung.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform des Steuer­ schaltkreises zur komprimierten Aufzeichnung und Wiedergabe von Vielfachbildern gemäß der vorliegenden Erfindung detail­ liert unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Wie die Fig. 1 zeigt, weist der Aufzeichnungs-Signalverar­ beitungs-Schaltkreis eine Kanalauswahlstufe 100, eine Kanal­ auswahl-Steuerstufe 101, eine Synchronisationsstufe 102, ei­ nen A/D-Wandler 103, eine Bildkomprimier- und Steuer­ stufe 104, eine Ausgangs-Steuerstufe 105, einen D/A-Wand­ ler 106 und einen Mikrocomputer 107 auf.

In dem Aufzeichnungssignale verarbeitenden Schaltkreis ist der A/D-Wandler 103 zur Konvertierung der Bildsignale, die von einem Kanal zugeführt werden, zu digitalen Signalen mit einem Ausgang der Kanalauswahlstufe 100 verbunden. Die Ka­ nalauswahlstufe 100 ist mit Bildsignal-Eingangsanschlüssen CH₁-CH_n einer Vielzahl von Aufzeichnungskameras (Über­ wachungskameras) verbunden und wählt den ausgewählten Kanal entsprechend einem Steuersignal der Kanalauswahl-Steuer­ stufe 101 aus.

Die Bildkompressions- und Steuerstufe 104 zur Auswahl einer geeigneten Kompressionsrate (Verhältnis) derart, ob ein Ein­ gangsbildsignal auf ein stillstehendes Bild oder ein sich bewegendes Bild bezogen ist, komprimiert die digitalen Sig­ nale mit der Kompressionsrate und führt die komprimierten Signale ebenfalls dem A/D-Wandler 103 zu. Der D/A-Wand­ ler 106 zur Konvertierung der komprimierten digitalen Sig­ nale zu analogen Signalen zur Aufnahme ist unmittelbar mit einem Ausgang der Bildkomprimier- und Steuerstufe 104 ver­ bunden.

Der Schaltkreis weist weiterhin die Synchronisations­ stufe 102 zur Erzeugung von Basis-Synchronisations-Signalen und von gepulsten Signalen verschiedener Arten auf und lie­ fert diese zu jedem Teil und dem Mikrocomputer 107 zur Er­ zeugung von Steuersignalen, die von jeder Stufe durch die entsprechende Programmierung (Software) aufgenommen werden und die die Steuersignale zu jeder Stufe weitergeben. Wei­ terhin ist die Kanalauswahl-Steuerstufe 101 mit Ausgängen des Mikrocomputers 107 und mit der Synchronisationsstufe 102 verbunden, während die Folge der Auswahl bestimmt wird, nachdem die Kanäle, die Bildsignale führen, unter den Ka­ nälen ermittelt worden sind und liefert Steuersignale zu der Kanalauswahlstufe, indem die Synchronisationsstufe 102 und der Mikrocomputer 107 sie ansteuert.

Weiterhin ist die Ausgangs-Steuerstufe 105 mit Ausgängen der Bildkomprimier- und Steuerstufe 104 und dem Mikrocompu­ ter 107 verbunden und steuert Ausgangssignale des D/A-Wand­ lers 106 oder den Zeitraffer-Zeitmodus des Video-Bandauf­ zeichnungsgerätes, nachdem Aufzeichnungs-Trigger-Signale von dem Video-Bandaufzeichnungsgerät erhalten wurden.

Wie die Fig. 2 zeigt, weist der Wiedergabe-Signalverarbei­ tungs-Schaltkreis einen Vorverstärker 200, eine Synchroni­ sationsstufe 201, eine Zeitdehnungs- und Fehlerkorrektur­ stufe 202, eine Ausgangs-Steuerstufe 203, eine Ausgangsstu­ fe 204 und einen Mikrocomputer 205 auf.

Die Zeitdehnungs-Fehlerkorrekturstufe 202 zur Dehnung der komprimierten und aufgezeichneten Video-Signale, die von dem Aufzeichnungs-Signalverarbeitungs-Schaltkreis empfangen wer­ den, wobei Fehler korrigiert werden und die ursprünglichen Bildsignale wiederaufbereitet werden, ist mit dem Vorver­ stärker 200 zur Vorverstärkung der wiedergegebenen Signale verbunden, die von dem Video-Bandaufzeichnungsgerät zuge­ führt werden. Die Ausgangs-Steuerstufe 203 zur Diskrimi­ nierung bzw. Erkennung eines vorgegebenen Codiersignals ei­ nes Kanals und zur Steuerung der Ausgangsstufe 204 ent­ sprechend einer Steuerung des Mikrocomputers 205 und der Ausgangsstufe 204, um die wiederaufbereiteten Bildsignale in einen Monitor einzugeben, ist weiterhin mit einem Ausgang der Zeitdehnungs- und Fehlerkorrekturstufe 202 verbunden. Der Schaltkreis weist weiterhin die Synchronisationsstu­ fe 201 zur Erzeugung und Abgabe von Synchronisationssignalen und Treibersignalen verschiedener Arten und den Mikrocompu­ ter 205 zur Bildung entsprechender Steuersignale für jede Stufe auf.

In dem Schaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung, der, wie vorstehend angegeben, aufgebaut ist, sind, falls Bild­ signale von beispielsweise 8 Überwachungskameras (Aufzeich­ nungskameras) auf ein Viertel komprimiert werden, nur zwei Video-Bandaufzeichnungsgeräte zur Aufzeichnung der aufgenom­ menen Bildsignale erforderlich. Bei einer Langzeitaufzeich­ nung von 480 Stunden werden, da 4 Sekunden nach jedem Bild­ signal aus 4 Kameras in einem Feld komprimiert und aufge­ zeichnet werden, Bildsignale von den anderen 4 Kameras eben­ falls komprimiert und aufgezeichnet, wobei eine Wiederho­ lungsperiode für jede Kamera 8 Sekunden beträgt (= 4 Sekun­ den x 2). Die Wiederholungsperiode ist, verglichen mit einer herkömmlichen Technik, sehr viel kleiner als 32 Sekunden.

Es können verschiedene Verfahren verwendet werden, um die Bildsignale entsprechend eines stillstehenden und eines sich bewegenden Bildes zu komprimieren. Zusätzlich kann der opti­ male und maximale Effekt der Kopmpression dadurch erhalten werden, daß ein zusätzliches Verfahren angewandt wird, bei dem ein nachfolgendes Bild dadurch wiedergegeben wird, daß Informationen für ein bewegtes Bild nach der Zuführung der Komprimierdaten für ein stillstehendes Bild wiedergegeben werden.

Falls das Komprimierverhältnis ein Achtel beträgt, wird die Wiedergabe jedes Kanals alle 4 Sekunden vorgenommen, und falls sie ein Sechzehntel beträgt, wird die Wiedergabe alle 2 Sekunden vorgenommen. Mit diesen Zeiten wirkt sich eine vergrößerte Kompression nicht immer positiv aus, da eine er­ höhte Kompression verstärktes Rauschen und eine niedrigere Auflösung verursacht. Demzufolge ist es als bevorzugt anzu­ sehen, daß das optimale Verhältnis entsprechend dem Anwen­ dungsfall gewählt wird.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird die Betriebsweise des Schaltkreises der bevorzugten Ausführungsform detailliert beschrieben.

Falls Bildsignale von einer Vielzahl von Überwachungskame­ ras, beispielsweise von 4 bis 12 Kameras, zu Eingangsan­ schlüssen der Kanalauswahlstufe 100 zugeführt werden, ermit­ telt der Mikrocomputer 107 das Vorliegen eines Bildsignals und erzeugt Steuersignale für die Kanalauswahl-Steuerstu­ fe 101, um sequentiell ausgewählte Kanäle in einer vorbe­ stimmten Folge auszuwählen.

Die Kanalauswahl-Steuerstufe 101 liefert Steuersignale an die Kanalauswahlstufe 100 aufgrund der Steuerung des Mikrocomputers 107 und der Synchronisationsstufe 102, um auf diese Weise ausgewählte Kanäle in sequentieller Folge unter den Kanälen auszuwählen. Dies bedeutet, daß, falls Bildsignale nur zu Anschlüssen 1, 2, 3 und 6 unter 8 Kanaleingangsanschlüssen zugeführt werden, die ausgewählte Reihenfolge in der Form 1→2→3→6→1→2 ... bestimmt und die Auswahloperation entsprechend dieser Anweisung durchgeführt wird.

Zu diesem Zeitpunkt wird die ausgewählte Zeit und das wie­ derholte Auswahlintervall entsprechend einer Steuerung des Mikrocomputers 107 und der Synchronisationsstufe 102 und das Synchronisationssignal der entsprechenden Bildsignale be­ stimmt.

Zwischenzeitlich werden die Bildsignale, die an der Kanal­ auswahlstufe 100 ausgewählt sind, in digitale Signale mit­ tels des A/D-Wandlers umgewandelt und unter einem optimalen Kompressionsverhältnis in der Bildkompressions- und Steuer­ stufe 104 komprimiert. Zu diesem Zeitpunkt gibt die Bild­ komprimier- und Steuerstufe 104 einen Datensatz, der dem vorgegebenen Komprimierverhältnis entspricht, an den Mikro­ computer 107 und die Ausgangssteuerstufe 105 und die kompri­ mierten Signale an den D/A-Wandler 106 weiter.

Der D/A-Wandler 106 konvertiert die komprimierten Signale in analoge Signale, die für die Aufzeichnung auf einem Video- Bandaufzeichnungsgerät mittels Steuerung der Synchronisa­ tions-Stufe 102 und der Ausgangs-Steuerstufe 105 geeignet sind. Die Ausgangs-Steuerstufe 105 empfängt Video-Trigger- Signale von dem Video-Bandaufzeichnungsgerät, um einen Aus­ gang in dem Fall zu steuern, in dem ein sogenanntes Time­ lapse-Video-Bandaufzeichnungsgerät (Zeitraffer-Video-Band­ gerät) verwendet wird, arbeitet allerdings selbst nur durch Steuerung eines Mikrocomputers 107, unabhängig von einer äußeren Triggerung, wie dies im Fall der Verwendung eines üblichen Video-Bandaufzeichnungsgerätes der Fall ist. Der Mikrocomputer 107 legt den optimalen Aufzeichnungsmodus ent­ sprechend dem Kompressionsverhältnis fest und steuert die Aufzeichnungszeit des Video-Bandaufzeichnungsgerätes.

Inzwischen verstärkt der Vorverstärker 200 zu dem Wieder­ gabe-Signalverarbeitungs-Schaltkreis die wiedergegebenen Signale, falls Signale dem Vorverstärker 200 zugeführt wer­ den, unter Steuerung der Synchronisationsstufe 201 vor und führt vorverstärkte Signale der Zeitdehnungs- und Fehler­ korrekturstufe 202 zu. Die Zeitdehnungs- (extending) und Fehlerkorrekturstufe 202 bereitet die vorverstärkten Signale zu den Original-Bildsignalen auf und korrigiert Fehler durch Steuerung der Synchronisationsstufe 201 und des Mikrocompu­ ters 205. Die Ausgangsstufe 204 führt die wiederaufbereite­ ten Signale einem Monitor infolge der Steuerung der Synchro­ nisationsstufe 201 und der Ausgangs-Steuerstufe 203 zu.

Beispielsweise werden unter der Annahme, daß Verbindungen, in der Form ausgeführt werden (Kanal 1: Kamera A, Kanal 2: kei­ ne, Kanal 3: Kamera B, Kanal 4: Kamera C, Kanal 5: Kamera D, Kanal 6: Kamera E, Kanal 7: keine und Kanal 8: Kamera F) und daß ein Aufzeichnungs-Zeitmodus 480 Stunden beträgt, 4 Se­ kunden und eine intermittierende Aufzeichnung gewählt, was bedeutet, daß eine Aufzeichnung intermittierend mit einem sich wiederholenden Aufzeichnungsintervall für jede Kamera für 4 Sekunden während 480 Stunden vorgenommen werden sollte und daß ein optimales Kompressionsverhältnis ein Sechstel beträgt, Video-Signale der Kameras A, B, C, D, E und F kompri­ miert und in ein Feld entsprechend dem ersten Video-Trig­ ger-Signal komprimiert und die nachfolgenden Video-Signale derselben Kamera werden wiederholt komprimiert und in ein Feld entsprechend dem zweiten Video-Trigger-Signal kompri­ miert.

Andererseits wird, falls ein optimales Kompressionsverhält­ nis ein Zwölftel beträgt, eins Betriebsauswahl des Kanals entsprechend der Steuerung des Mikrocomputers 107 schneller und daher werden Video-Signale der 12 Kameras infolge der Kameras A, B, C, D, E, F, A, B, C, D, E und F komprimiert und in ein Feld ausgegeben, wenn das erste Video-Trigger-Signal vor­ liegt. Demzufolge beträgt, da die Bildsignale von jeder Kamera zweimal während 4 Sekunden aufgezeichnet werden, das Beobachtungsintervall jeder Überwachungskamera 2 Sekunden.

Inzwischen werden Kanalausgangssignale zu der Zeit, zu der die Aufzeichnung ein Startsignal enthält, ein Stopsignal und eine Identifikations-(ID)-Nr. zur Wiedererkennung des be­ treffenden Kanals ausgegeben, wodurch die Fähigkeit der Aus­ wahl und Beobachtung des einzigen erwünschten Kanals über die ID-Nr. zum Zeitpunkt der Wiedergabe möglich ist.

Wie vorstehend angegeben ist, weist die vorliegende Erfin­ dung den Vorteil auf, daß, falls ein Anwender beabsichtigt, Bildsignale, die von einer Vielzahl von Überwachungskameras mit einem allgemein üblichen Video-Bandaufzeichnungsgerät oder einem Timelapse-Video-Bandaufzeichnungsgerät (Zeitraf­ fer-Aufzeichnungsgerät) aufgezeichnet werden sollen, die Bildsignale von einer Vielzahl von Überwachungskameras se­ quentiell ausgewählt und durch Kompression entsprechend dem optimalen Zeitaufzeichnungsintervall und dem Kompressions­ verhältnis aufgezeichnet, wobei es ermöglicht wird, die Auf­ zeichnungszeitintervalle zu verringern und eine effiziente Beobachtungsfunktion durchzuführen.

Claims (6)

1. Steuerschaltkreis zum Aufzeichnen und Wiedergeben einer Vielzahl von Videosignalen, umfassend:
eine Videosignal-Verarbeitungseinrichtung zum Aufbereiten der analogen Videosignale vor ihrer Aufzeichnung, mit:
einer Kanalauswahleinrichtung (100), die die Videosignale parallel empfängt und - gesteuert durch eine Kanalauswahl-Steuereinrichtung (101) - jedes einzelne Videosignal periodisch in Abtastintervallen abtastet,
einem Analog/Digital-Wandler (103) zum Digitalisieren der abgetasteten, von der Kanalauswahleinrichtung (100) ausgegebenen analogen Videosignale, und
einer Speichereinrichtung zum Aufzeichnen der abgetasteten Videosignale; eine Wiedergabesignal-Verarbeitungseinrichtung zum Aufbereiten der aufgezeichneten abgetasteten Videosignale vor ihrer Wiedergabe,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kanalauswahleinrichtung (100) bei jedem Abtastvorgang jeweils nur eine Momentaufnahme des abgetasteten Videosignals selektiert,
die Videosignal-Verarbeitungseinrichtung eine Bildkomprimier- und Steuereinrichtung (104) aufweist, die die von dem Analog/Digital- Wandler (103) digitalisierten Momentaufnahmen mit einer von einem Microcomputer variabel eingestellten, optimalen Kompressionsrate komprimiert, bevor sie von einem nachgeschalteten Digital/Analog-Wandler (106) in ein analoges Aufzeichnungssignal zum Aufzeichnen auf der Speichereinrichtung umgewandelt werden,
wobei der Mikrocomputer (107) die Größe der Kompressionsrate in Abhängigkeit der variablen Anzahl der aufzuzeichnenden Videosignale so regelt, daß alle Videosignale bei vorgegebener Aufzeichnungskapazität der Speichereinrichtung über eine gewünschte Aufzeichnungsdauer aufgezeichnet werden können, ohne daß die Abtastintervalle eine vorgegebene Obergrenze überschreiten.

2. Steuerschaltkreis gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung ein Videorecorder ist.

3. Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignal-Verarbeitungseinrichtung eine Synchronisationseinrichtung (102) aufweist, um den Mikrocomputer (107), die Kanalauswahl-Steuereinrichtung (101), den Analog/Digital-Wandler (103), die Bildkomprimier- und Steuereinrichtung (104) sowie den Digital/Analog- Wandler (106) durch Zuführen geeigneter Steuersignale zu synchronisieren.

4. Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignal-Verarbeitungseinrichtung weiterhin eine Ausgabe-Steuereinrichtung (105) aufweist, die ein Trigger-Signal von der Speichereinrichtung empfängt und ein Aufzeichnungs-Steuersignal an die Speichereinrichtung ausgibt, um die Ausgabe der Aufzeichnungssignale mit den Aufnahmezeiten der Speichereinrichtung zu koordinieren.

5. Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabesignal-Verarbeitungseinrichtung aufweist:
einen Vorverstärker (200) zum Verstärken der von der Speichereinrichtung ausgelesenen Aufzeichnungssignale,
eine Zeitdehnungs- und Fehlerkorrektureinrichtung (202), zum zeitlichen Dehnen der vorverstärkten Aufzeichnungssignale, zum Korrigieren von Fehlern und zum Rekonstruieren der von der Kanalauswahleinrichtung empfangenen Videosignale, sowie
eine Ausgabeeinrichtung (204) zum Ausgeben der rekonstruierten Videosignale an einen Monitor.

6. Steuerschaltkreis gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabesignal-Verarbeitungseinrichtung einen Mikrocomputer (205), eine Synchronisationseinrichtung (201) und eine Ausgangs-Steuereinrichtung (203) aufweist, um den Vorverstärker (200), die Zeitdehnungs- und Fehlerkorrektureinrichtung (202) sowie die Ausgabeeinrichtung (204) durch Zuführen geeigneter Steuersignale zu synchronisieren und zu steuern.