JP2001036793A - ビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像圧縮を行う専用ＩＣ、フレームメモリー
とも高価であるため、商品のトータルコストは高くなっ
た。 【解決手段】 撮像素子駆動回路６内に設けられている
撮像素子２を駆動するための垂直／水平駆動パルス、同
期／基準信号および電子シャッタパルスなどを生成して
いる回路の原振を断続的に休止させることで撮像素子２
から出力される撮像信号のフレームレートを変更してな
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ等の
外部機器に接続され、テレビ電話、テレビ会議等に使用
されるビデオカメラにおけるフレームレートの変更手法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネットの普及に伴い、コ
ンピュータにビデオカメラを接続してテレビ会議やテレ
ビ電話として利用したり、ビデオカメラからの映像をコ
ンピュータ内に録画／圧縮してその映像を電子メールと
してやり取りを行うビデオ電子メールなどの活用事例、
コンビニエンス・ストアやビル、マンションなどに取り
付けられる監視用カメラを無線化しコンピュータと接続
することで、効率的かつ低コストで監視業務のできるカ
メラシステムなどが注目されている。

【０００３】従来のビデオカメラというとテレビに表示
することを前提に設計されていたため、ＮＴＳＣ（Nati
onal Television Standards Committee）やＰＡＬ（Pha
se Alternating Line）といったテレビ規格に則ってカ
メラシステムを設計する必要があった。ところが、前述
したようなビデオカメラの動向からコンピュータを利用
した映像の管理がその利便性から当たり前になりつつあ
るために、コンピュータへの接続に適したカメラシステ
ムの設計が主流となってきている。

【０００４】コンピュータへ映像を入力するためには、
アナログ・コンポジット信号ではコンピュータに入力で
きる信号形態に変更するための変換ボードが必要となる
ので都合が悪い。

【０００５】そこで、コンピュータに最初から付属の外
部Ｉ／Ｆである、ＲＳ−２３２Ｃ（Recommended Standa
rd 232 version C）、セントロニクス準拠のプリンタ用
パラレルインターフェイス、大容量のハードディスクや
ＣＤ−ＲＯＭやその他周辺機器を接続するために現在多
く使用されているＳＣＳＩ（Small Computer SystemInt
erface）、ＰＣＩ（Peripheral Components Interconne
ct）といったもの、ノート型パーソナルコンピュータ用
のカードスロットを利用して動画を転送することができ
るＺＶ（Zoomed Video）ポートや、近年登場して注目さ
れているＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１
３９４（Institute of Electrical and Electronic Eng
ineers 1394）といったシリアルインターフェイスな
ど、商品性から決まる接続先のインターフェイスに応じ
て信号を加工する必要がある。

【０００６】コンピュータと接続するために使用するイ
ンターフェイスによっては、単位時間当たりに伝送でき
る情報量が少ないものもある。例えば、ＲＳ−２３２Ｃ
は大抵のコンピュータに付属している汎用度の高いイン
ターフェイスであるが、単位時間当たりに伝送できる情
報量は２０kbit/sであり、１画面当たり水平１７６画素
×垂直１４４ラインで構成されるＱＣＩＦ（Quarter Co
mmon Intermediate Format）サイズのＹＵＶ４２０フォ
ーマットで非圧縮映像を秒３０枚伝送するには単位時間
当たり約９．１Mbitの情報を転送する必要があるので、
非圧縮動画像を伝送するのは難しい。

【０００７】これは、ＲＳ−２３２Ｃだけでなく他のイ
ンターフェイスにおいて、映像情報を伝送するのに十分
な帯域があったとしても、他に多くの機器と共用するた
めカメラを接続するのは困難である場合もあり、外部イ
ンターフェイスに何を選択するかということも画像を伝
送する上で重要な要素となる。

【０００８】表示する画像の大きさについても、電話回
線を利用したＴＶ会議システムでは主流となっているＱ
ＣＩＦサイズでは見た目の画像が小さいのでＣＩＦ（Co
mmonIntermediate Format：水平352画素×垂直288ライ
ン）やＱＶＧＡ（Quarter Video Graphics Array：水平
320画素×垂直240ライン）、ＶＧＡ（Video GraphicsAr
ray：水平640画素×垂直480ライン）、ＳＶＧＡ（Super
Video Graphics Array：水平800画素×垂直600ライ
ン）といった画像サイズの動画を、狭い伝送帯域であっ
ても問題ないように画像圧縮技術を利用して伝送できる
よういろいろなシステム構成が提案されている。

【０００９】特開平１０−２４８０６３号公報では、
Ｈ．２６１、Ｈ．２６３、ＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ４等の
メディア統合系動画像圧縮の国際標準規格に対応した画
像圧縮機能を付けると高効率の画像圧縮ができる上、画
像圧縮に使用しているフレームメモリーを利用してフレ
ームレートを自由に変更できるので単位時間当たりの伝
送できる情報量が少ない場合であってもフレームレート
を下げることで動画が得られることが提案されている。
しかし、代わりに、画像圧縮を行う専用ＩＣ、フレーム
メモリーとも高価であるため、商品のトータルコストは
高くなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の技術では、パー
ソナルコンピュータ等に付属の汎用Ｉ／Ｆを利用したカ
メラで安価なものを作るのは難しいという問題点があ
る。

【００１１】本発明では、前述の問題点の解決を目的と
しており、フレームメモリーよりも少なく、ＩＣに内蔵
できる程度のメモリー容量でシステムが構成できるた
め、安価なビデオカメラや安価なビデオ会議システムに
使用するビデオカメラを提供できる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のビデオカメラは
上記のような課題を解決したもので、原振を断続的に休
止させるために、光を電気信号に変換してアナログ撮像
信号を生成する映像撮像手段と、アナログ電気信号をデ
ィジタル電気信号に変換する手段、ディジタル電気信号
から映像信号を生成する映像信号処理手段と、映像撮像
手段の駆動パルスを生成する駆動手段、駆動手段に入力
されている原振の断続的な休止期間を制御する制御手
段、映像信号を圧縮する画像圧縮手段、画像圧縮処理手
段より出力される映像信号をパーソナルコンピュータや
その他ディジタル映像信号入力およびディジタル信号Ｉ
／Ｆを有する機器へ入力するための信号に変換する外部
Ｉ／Ｆ手段を設けてなるものである。

【００１３】また、水平基準周期ごとに断続的に原振の
休止を行なうために、カメラに備えられたスイッチなど
の入力手段あるいは、パーソナルコンピュータや画像デ
ィジタルＩ／Ｆを備えた機器から出力された指示信号を
変換して設定値とする外部Ｉ／Ｆ変換手段、設定値に伴
い原振の休止期間を切り替える切り替え手段、水平基準
周期における休止位置を規定する休止位置規定手段を設
けてなるものである。

【００１４】そして、垂直基準周期毎に断続的に原振の
休止を行うために、カメラに備えられたスイッチなどの
入力手段あるいは、パーソナルコンピュータや画像ディ
ジタルＩ／Ｆを備えた機器から出力された指示信号を変
換して設定値とする外部Ｉ／Ｆ変換手段、設定値に伴い
原振の休止期間を切り替える切り替え手段、垂直基準周
期における休止位置を規定する休止位置規定手段を設け
てなるものである。

【００１５】そしてまた、原振の休止期間が長くなった
場合であっても電子シャッタをきめ細かく制御できるよ
うに、映像撮像手段の駆動パルスを生成する駆動手段の
内部にある電子シャッタパルス生成回路に入力されるク
ロックについては原振を休止させず連続クロックを入力
し、駆動手段内部の他のブロックについては原振を休止
させる手段を設けてなるものである。

【００１６】さらに、原振を休止させる期間を撮像素子
から出力される撮像信号が有効画素を含んでおらず、垂
直転送を行わない期間とするために、水平基準周期の中
で有効画素信号を含まない信号出力期間で垂直転送が行
われていない期間にて原振の休止期間を規定するパルス
を発生する手段と、発生したパルスに連動して原振を休
止させる手段を設けてなるものである。

【００１７】さらにまた、原振を休止させる期間を撮像
素子から出力される撮像信号の光電変換部から電気信号
を垂直転送部に読み出した後から有効映像信号が出力さ
れるまでの期間とするために、垂直基準周期の中で有効
画素信号を含まない垂直ブランキング期間で垂直転送部
へ撮像電荷信号の読み出しが行われていない期間にて原
振の休止期間を規定するパルスを発生する手段と、発生
したパルスに連動して原振を休止させる手段を設けてな
るものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のビデオカメラの実
施の形態を図面と共に詳細に説明する。 ＜第１の実施の形態＞本発明のビデオカメラの第１の実
施の形態を、図１乃至図４に従って詳細に説明する。

【００１９】図１は、本発明のビデオカメラの実施の形
態を示すブロック図であり、図１において、撮像用レン
ズ１にて被写体からの像を固体撮像素子２に集光し、固
体撮像素子２のフォトダイオード部にて電気信号に変換
した後、水晶発振子１５を原振とし、タイミング発生回
路７において生成する電荷読み出しパルス、垂直転送パ
ルスおよび水平転送パルスを撮像素子駆動回路６により
反転昇圧またはドライブ能力を高め、固体撮像素子２に
入力することにより、固体撮像素子２の蓄積部に蓄積さ
れた信号電荷を固体撮像素子２の転送部に読み出し、読
み出された信号電荷を垂直／水平転送して出力してい
る。

【００２０】固体撮像素子２より出力されたＣＤＳ／Ａ
ＧＣ回路３により相関二重サンプリング処理および自動
利得調整処理にて必要な信号振幅に増幅された後、Ａ／
Ｄ変換回路４でディジタル信号に変換される。

【００２１】Ａ／Ｄ変換回路４から出力される固体撮像
素子２の各画素におけるディジタルデータは、映像信号
処理回路５で信号処理され、低容量のメモリーである記
憶手段１１を利用して画像圧縮処理回路１０は圧縮画像
信号を出力する。

【００２２】画像圧縮処理回路１０の画像圧縮方式は、
離散コサイン変換（DCT：DiscreteCosine Transform）
を量子化しハフマン符号化処理を行うといったＪＰＥＧ
（Joint Photographic Experts Group）に準拠したもの
を選択し、例えば１６画素×１６ラインを１ブロック
（単位）として画像圧縮できるような方式を採用すれ
ば、３２ライン分のデータを貯えられる程度の小規模記
憶手段により画像圧縮は可能なので、１画面分のメモリ
ー容量は不要となる。

【００２３】出力信号選択回路１２では、画像圧縮処理
回路１０からの出力信号あるいは映像信号処理回路５か
ら出力される非圧縮映像出力信号のいずれかを選択し、
外部Ｉ／Ｆ回路１３で外部Ｉ／Ｆの規格に合致した信号
に映像信号または圧縮映像信号をのせたフォーマットで
信号を出力する。この際、外部Ｉ／Ｆの出力タイミング
に合致させるために、出力映像信号を一時的に保持して
おく必要性から必要最小限のメモリー容量を持つ、記憶
手段１４を使用している。

【００２４】映像信号処理回路５では、アイリス処理に
必要なデータ信号やホワイトバランス処理に必要なデー
タ信号を出力している。これらの信号をもとにカメラ制
御用マイコン９では、アイリス制御、ホワイトバランス
制御を行っている。

【００２５】アイリス制御では、入射光量の変化に応じ
て映像光量調整手段８に指示を与え、タイミング発生回
路７にて電子シャッタを変化させたり、ＣＤＳ／ＡＧＣ
回路３にて固体撮像素子２からの信号を増幅する割合を
変化させる。ホワイトバランス制御では、映像信号処理
回路５にホワイトバランスゲインを与えることで、さま
ざまな色温度下に適応したホワイトバランス調整を行
う。

【００２６】図２は、タイミング発生回路７の内部構成
図を示すブロック図であり、タイミング発生回路７で
は、水晶発振子から出力されたクロックを原振制御回路
１６にて、水平周期パルス発生回路１８や垂直周期パル
ス発生回路１９から入力される制御信号１および２によ
り、原振の休止タイミングを決め、外部Ｉ／Ｆより入力
されるフレームレート制御信号を外部Ｉ／Ｆ回路１３で
デコードしたフレームレート設定値により原振の休止期
間を決定するといった原振の制御を行っている。

【００２７】原振制御回路１６から出力される休止期間
を含む内部クロックは、固体撮像素子２の水平方向に信
号電荷を転送する水平駆動パルスを生成している水平駆
動パルス発生回路１７や入力されるクロックをカウント
し所定の位置で固体撮像素子２の垂直方向に信号電荷を
転送する垂直駆動パルスを生成している水平周期パルス
発生回路１８、固体撮像素子２における信号電荷蓄積時
間を制御するための電子シャッタパルスを生成している
電子シャッタパルス発生回路２０へ供給される。

【００２８】固体撮像素子２にて信号電荷を読み出す時
は、電荷を転送する時と入力する垂直駆動パルス信号波
形が異なる場合が多いので、垂直周期パルス発生回路１
９では水平周期パルス発生回路１８より出力される水平
基準信号を利用して、１フレーム毎にその出力回数をカ
ウンタで数え、所定のカウンタ値になった時には出力波
形を切り替えるために必要な制御信号を水平周期パルス
発生回路１８へ供給することで対応している。

【００２９】水平周期パルス発生回路１８、垂直周期パ
ルス発生回路１９より出力されている制御信号１および
２は、前述の回路に含まれているカウンタ回路を利用し
て生成するものとする。

【００３０】図３は、原振制御回路１６の内部構成図を
示すブロック図であり、水平周期パルス発生回路１８、
垂直周期パルス発生回路１９より出力される制御信号１
および２は、ＯＲ（論理和）ゲート２１を介し、波形成
形回路２４にて必要に応じて入力波形およびパルス幅を
成形し、タイミングを調整して、クロックに同期してセ
ット（Set）／リセット（Reset）を出力する同期式Ｓ／
Ｒ回路２５へセット信号として入力する。すると、原振
マスクパルスが出力されゲート回路２２にて原振が休止
する。

【００３１】ゲート回路２２を介して水平駆動パルス発
生回路７、水平周期パルス発生回路１８や電子シャッタ
パルス発生回路２０に対してクロックを出力すると波形
がなまる恐れがあるので、クロック信号のドライブ能力
を向上させるクロックバッファ２３を介し、前述の回路
へ供給される。

【００３２】次に、原振が休止から復帰するために休止
を制御する回路が必要となる。同期式Ｓ／Ｒ回路２５よ
り出力される原振マスクパルスと原振をゲート回路２７
で論理積をとることで休止期間にのみ出力されるクロッ
クである休止カウントクロックを生成できる。

【００３３】このクロックのパルス数をカウンタ回路２
８でカウントし、外部Ｉ／Ｆより入力されるフレームレ
ート制御信号を外部Ｉ／Ｆ回路１３でデコードしたフレ
ームレート設定値を各フレームレートにおけるカウンタ
回路２８のカウント値および波形成形回路２６で生じる
遅延を考慮して変換する設定値変換回路３０により休止
期間のカウント数に変換し、休止期間のカウント数と休
止期間に出力されるクロックの数が一致したかどうか比
較回路２９で検出する。

【００３４】ここで、フレームレート設定値の入力手段
についてはカメラ本体にあらかじめディップスイッチの
ようなものを設けてフレームレートを変更できるような
方式をとっても良い。

【００３５】比較回路２９で得られた一致検出パルスを
波形成形回路２６にて必要に応じ、入力波形およびパル
ス幅を成形し、タイミングを調整して、同期式Ｓ／Ｒ回
路２５のリセット信号に入力する。これにより、原振マ
スクパルスにリセットがかかり、原振がＯＲゲート２１
からクロックバッファ２３を介して出力されるため、休
止期間から復帰することとなる。

【００３６】図４は、原振制御回路１６の動作のタイミ
ングチャートである。 ＜第２の実施の形態＞本発明の第２の実施の形態を、図
５乃至図７に従って詳細に説明する。

【００３７】撮像素子を駆動するための垂直駆動パルス
や同期／基準信号などを生成している回路の原振を断続
的に休止させた際に、撮像素子の電子シャッタパルスを
生成している回路や水平駆動パルスを生成している回路
へ入力している原振を休止させないことで、原振の休止
期間が長くなった場合であっても電子シャッタを細かく
制御することについて説明する。

【００３８】図５は、タイミング発生回路７の内部構成
図を示すブロック図であり、図２と異なる点は、原振制
御回路１６の内部クロック出力が電子シャッタパルス発
生回路２０に接続されず、原振を直接接続している点で
ある。

【００３９】次に、原振を休止させる期間を撮像素子か
ら出力される撮像信号が有効画素を含んでおらず、垂直
転送を行わない期間とすることについて説明する。

【００４０】図６は、全画素読み出し方式の固体撮像素
子を利用した場合の水平周期のパルス仕様を示す説明図
である。

【００４１】１水平基準周期で１ライン分の信号電荷を
水平方向に転送するが、１水平基準周期の中で水平転送
を停止させている期間（図６のＡで示されている期間）
がある。ここで、垂直方向に信号電荷を転送している
が、図６に示すように全ての水平転送を休止している期
間を利用して垂直転送を行っているわけではない。

【００４２】そこで、有効画素がなく、垂直転送も行わ
れていない図中のＢおよびＣの期間のどこかで、水平周
期パルス発生回路１８に含まれる内部クロックをカウン
トするカウンタの値と照らし合わせ、設計上都合のいい
ところに休止パルスが出力されるようにすれば良い。

【００４３】次に、原振を休止させる期間を撮像素子か
ら出力される撮像信号の光電変換部から電気信号を垂直
転送部に読み出した後から有効映像信号が出力されるま
での期間とすることについて説明する。

【００４４】図７は、全画素読み出し方式の固体撮像素
子を利用した場合の垂直周期パルス仕様を示す説明図で
ある。

【００４５】固体撮像素子の画素構成にもよるが、電荷
読み出しパルスが出力されてから有効画素信号が出力さ
れるまでにある程度の期間（図７のＤの期間）が必要と
なる。この期間内にて、垂直周期パルス発生回路１９に
含まれる水平基準パルスをカウントしているカウンタに
おいて、設計上都合の良いカウンタ値を選び休止開始の
タイミングを決定すれば良い。

【００４６】

【発明の効果】本発明のビデオカメラは上記のような構
成であるから、フレームメモリーのような大容量のメモ
リーを利用せず、画像圧縮に必要なＩＣに内蔵できる程
度のメモリー容量だけでフレームレートを変更すること
ができるので、安価なビデオカメラや安価なビデオ会議
システムに使用するビデオカメラを提供できる。

【００４７】また、フレームレートが低くなり、原振を
休止させる期間が長くなるような場合であっても電子シ
ャッタパルスは必要な間隔で設計できるので、フレーム
レートに関係なくスムーズな電子シャッタ制御が実現で
きる。

【００４８】そして、クロックを休止させる位置を画質
にあまり影響を与えないようなタイミングにすること
で、フレームレートを変更した場合であっても画質の劣
化を緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のビデオカメラの実施の形態を示すブロ
ック図である。

【図２】図１のタイミング発生回路の内部構成を示すブ
ロック図である。

【図３】図２の原振制御回路の内部構成を示すブロック
図である。

【図４】図３の原振制御回路の動作を示すタイミングチ
ャートである。

【図５】図２のタイミング発生回路の内部構成を示すブ
ロック図である。

【図６】全画素読み出し方式の固体撮像素子を利用した
場合の水平周期のパルス仕様を示す説明図である。

【図７】全画素読み出し方式の固体撮像素子を利用した
場合の垂直周期パルス仕様を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 撮像用レンズ ２ 固体撮像素子 ３ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路 ４ Ａ／Ｄ変換回路 ５ 映像信号処理回路 ６ 撮像素子駆動回路 ７ タイミング発生回路 ８ 映像光量調整手段 ９ カメラ制御用マイコン １０ 画像圧縮処理回路 １１ 記憶手段 １２ 出力信号選択回路 １３ 外部インターフェイス回路 １４ 記憶手段 １５ 水晶発振子 １６ 原振制御回路 １７ 水平駆動パルス発生回路 １８ 水平周期パルス発生回路 １９ 垂直周期パルス発生回路 ２０ 電子シャッタパルス発生回路 ２１ 論理和（ＯＲゲート）回路 ２２ ゲート回路 ２３ クロックバッファ回路 ２４ 波形成形回路 ２５ 同期式セット／リセット回路 ２６ 波形成形回路 ２７ 論理積（ＡＮＤゲート）回路 ２８ カウンタ回路 ２９ 比較回路 ３０ 設定値変換回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を電気信号に変換して撮像信号を生成
   する撮像素子と、この撮像素子から映像信号を生成する
   映像信号処理回路と、前記撮像素子の駆動パルスを生成
   する撮像素子駆動回路と、この撮像素子駆動回路および
   前記映像信号処理回路を制御するカメラ制御回路と、前
   記映像信号処理回路より出力された映像信号を圧縮する
   画像圧縮回路と、この画像圧縮処理回路より出力される
   映像信号をパーソナルコンピュータやその他ディジタル
   映像信号入力及びディジタル信号Ｉ／Ｆを有する機器へ
   入力するための信号に変換する外部Ｉ／Ｆ回路で構成さ
   れ、画像圧縮データあるいは非圧縮画像データのどちら
   かを選択的に出力することができるビデオカメラにおい
   て、 前記撮像素子駆動回路内に設けられている撮像素子を駆
   動するための垂直／水平駆動パルス、同期／基準信号お
   よび電子シャッタパルスなどを生成している回路の原振
   を断続的に休止させることで撮像素子から出力される撮
   像信号のフレームレートを変更することを特徴としたビ
   デオカメラ。
2. 【請求項２】 スイッチなどの外部入力手段あるいはパ
   ーソナルコンピュータやその他ディジタル信号Ｉ／Ｆを
   有する機器から出力される指示信号をカメラシステムに
   取り込み、それを設定値とすることで、水平基準周期毎
   に断続的に原振の休止期間を切り替えフレームレートを
   変更することを特徴とする請求項１記載のビデオカメ
   ラ。
3. 【請求項３】 スイッチなどの入力手段あるいはパーソ
   ナルコンピュータやその他ディジタル信号Ｉ／Ｆを有す
   る機器から出力される指示信号をカメラシステムに取り
   込み、それを設定値とすることで、垂直基準周期（１映
   像フレーム）毎に断続的に原振の休止を行ないフレーム
   レートを変更することを特徴とする請求項１記載のビデ
   オカメラ。
4. 【請求項４】 撮像素子を駆動するための垂直駆動パル
   スや同期／基準信号などを生成している回路の原振を断
   続的に休止させた際に、撮像素子の電子シャッタパルス
   を生成している回路や水平駆動パルスを生成している回
   路へ入力している原振を休止させないことで、原振の休
   止期間が長くなった場合であっても電子シャッタを細か
   く制御できることを特徴とする請求項１記載のビデオカ
   メラ。
5. 【請求項５】 原振を休止させる期間を撮像素子から出
   力される撮像信号が有効画素を含んでおらず、垂直転送
   を行わない期間とすることを特徴とする請求項２記載の
   ビデオカメラ。
6. 【請求項６】 原振を休止させる期間を撮像素子から出
   力される撮像信号の光電変換部から電気信号を垂直転送
   部に読み出した後から有効映像信号が出力されるまでの
   期間とすることを特徴とする請求項３記載のビデオカメ
   ラ。