JP2007006416A - テレビドアホンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 ２線ケーブルを使用して、子機から親機に映像信号をデジタル伝送する。
【解決手段】 子機１に、撮像装置１１からのデジタル映像信号をパケットに変換するパケット変換回路１１７と、パケットをＦＳＫ方式でデジタル変調して伝送パケットとする変調手段１２１とが設けられ、伝送パケットが２線ケーブル３を通じて親機２に伝送される。親機２に、受信した伝送パケットを復調して、パケットとする復調手段２２１と、パケットをデジタル映像信号に変換するパケット変換回路２３５とが設けられ、子機１からの映像が映像表示装置２３によって表示される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２線ケーブルを通じて、カメラ付き子機から親機に映像を送信し、子機と親機との間で通話を行うテレビドアホンシステムに関する。

来訪者の映像を確認しながら、室内外で来訪者と住人が通話できるテレビドアホンシステムが普及している。図６にテレビドアホンシステムの一般的な構成を示す。図中、１は子機、２は親機、３は２線ケーブル、１１は撮像装置、１２はＦＭ変調手段、１３は子機多重化伝送手段、１４は呼出ボタン、１５は子機電源部、１６はマイク、１７はマイクアンプ、１８はスピーカアンプ、１９はスピーカ、２１は親機多重化伝送手段、２２はＦＭ復調手段、２３は映像表示装置、２４は親機電源部、２５は電源制御手段、２６はマイク、２７はマイクアンプ、２８はスピーカアンプ、２９はスピーカ、１１１は光学系、１１２は撮像素子、１１３はＡ／Ｄ変換器、１１４は映像信号処理回路、１１５はＮＴＳＣエンコーダ、１１６はＤ／Ａ変換器、２３１はＡ／Ｄ変換器、２３２はＮＴＳＣデコーダ、２３３は表示信号処理回路、２３４は表示素子である。

テレビドアホンシステムでは、２線ケーブル３の伝送路を通じて、子機１から親機２へ音声信号と映像信号を送信し、親機２から子機１へ音声信号を送信する。双方向の音声信号や映像信号に制御信号、電力を多重化して伝送する全２重通信が行われる。

この多重化伝送方式では、図７に示すように、双方向の音声信号をベースバンドで送受信する。そして、映像信号を伝送する周波数帯域が音声信号の周波数帯域と重ならないように、映像信号をＦＭ変調して、多重化し伝送する。

子機１のＣＣＤカメラ等の撮像装置１１によって得られた映像信号は、デジタル変換され、ＹＵＶフォーマットを経由してＮＴＳＣ方式の信号に変換された後、アナログ映像信号として出力される。出力されたアナログ映像信号は、ＦＭ変調された後、伝送路を通じて親機２に多重化伝送される。親機２では、アナログ映像信号がベースバンド映像信号に復調された後、映像表示装置２３に入力される。映像表示装置２３によって、ＮＴＳＣ方式のデジタル信号に変換され、ＹＵＶフォーマットを経由して表示素子２３４に適した信号形式、例えばＲＧＢフォーマットに変換された上で映像として表示される。

子機１のマイク１６から入力された音声信号は、伝送路を通じて多重化伝送され、親機２のスピーカ２９から出力される。親機２のマイク２６から入力された音声信号は、伝送路を通じて多重化伝送され、子機１のスピーカ１９から出力される。

双方向通話のみのインターホン用に２線ケーブルが敷設されている場合、テレビドアホンシステムは、既設の２線ケーブルを使用して、映像信号を伝送することができる。したがって、設置のための手間とコストを著しく低減できるので、テレビドアホンシステムの普及が進んできた。

このテレビドアホンシステムでは、映像信号をアナログ信号で伝送しているため、伝送路の影響によって、信号波形が歪んだり、信号の減衰量が増加したりする。そのため、高品質の映像伝送が困難である。

また、近年の防犯意識の向上により、来訪者の映像をフラッシュメモリや固定ディスク装置に録画したり、インターネット等を利用して外出先に映像を送信したりする等のニーズが増加している。この場合、映像信号をデジタル信号に変換して、記録したり伝送したりする必要がある。

さらに、従来のテレビドアホンシステムでは、伝送時の映像フォーマットとしてＮＴＳＣ方式を採用している。そのため、システムの構成要素として、ＮＴＳＣエンコーダとＮＴＳＣデコーダが必要となる。回路構成が複雑になると共に、Ｙ／Ｃ分離による画質低下等の問題が発生し、高品質の映像伝送が困難となる。

ところで、従来のテレビドアホンシステムでは、撮像装置で映像信号をデジタル映像信号に変換している。このデジタル映像信号を伝送するようにすれば、システム構成を簡素化できることから、子機と親機間の伝送をデジタル信号で行うテレビドアホンシステムが提案されている。

特許文献１には、２つの６４ＫビットＢチャネルおよび１つの１６ＫビットＤチャネルからなるＩＳＤＮ基本インターフェースに準拠したインターフェースを採用したデジタルドアホンシステムが提案されている。

特許文献２には、ＬＡＮケーブルを伝送路として利用し、映像信号をイーサネット（登録商標）に準拠した物理層データとして伝送するテレビドアホン装置が提案されている。
特開平２−９２０５６号公報 特開２００３−２４４６８６号公報

ＩＳＤＮを利用したシステムでは、伝送可能な情報量が最大１４４Ｋビット／秒に制約される。これに準拠するには、映像信号のフレームレートを低くするか、映像圧縮率を大きくする必要があるが、伝送画質が劣化するため、高品質の映像伝送は困難である。

イーサネットを利用したシステムでは、伝送可能な情報量は大きいが、伝送路としてＬＡＮケーブルを使用するため、例えばＬＡＮケーブルの該当カテゴリに属する４対のペア線を新規に敷設する必要がある。そのため、従来のテレビドアホンシステムの２線式ケーブルに比して高価であると共に、ＬＡＮケーブルの配線工事が必要となり、工事費が割高になる。

本発明は、上記に鑑み、２線ケーブルを使用して、映像信号をデジタル伝送することができるテレビドアホンシステムの提供を目的とする。

本発明は、カメラ付き子機と親機とが２線ケーブルを介して接続され、前記子機から映像信号を前記親機に送信しながら、前記親機と子機との間で通話を行うテレビドアホンシステムであって、前記子機は、前記カメラによって撮像したデジタル映像信号をパケットに変換するパケット変換手段と、パケットを周波数偏移変調して伝送パケットとする変調手段と、伝送パケットを２線ケーブルを通じて親機に伝送する通信手段とを備える。前記親機は、受信した伝送パケットを復調して、パケットとする復調手段と、パケットをデジタル映像信号に変換するパケット変換手段とを備える。

ここで、変調手段は、周波数偏移変調の代わりに多値周波数偏移変調を行ってもよい。多値周波数偏移変調にすれば、伝送速度が増加したり、伝送に使用する周波数帯域を狭めたりすることが可能となり、伝送する映像信号の解像度やフレームレートが高まり、高品質な映像が得られる。

このように、映像信号をパケット化してデジタル伝送することにより、従来から使用されている２線ケーブルを利用しても、大量のデータを高速で伝送することが可能となり、鮮明な映像を表示することができる。しかも、親機において、映像をデジタルデータとして取り扱うことができるので、映像データの保存や他の機器に送信といった２次的な利用が容易となる。

また、子機は、マイクからの音声信号をデジタル音声信号に変換してパケット化し、２線ケーブルを通じてデジタル伝送方式で送信し、親機は、デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換して、スピーカから出力する。そして、親機は、２線ケーブルを通じて子機にアナログ音声信号を送信する。

子機は、マイクからの音声信号をデジタル音声信号に変換するデジタル音声変換手段と、デジタル音声信号とデジタル映像信号とを多重化してパケットに変換するパケット変換手段とを備える。前記親機は、受信した伝送パケットを復調して、パケットとする復調手段と、パケットを分離して、デジタル音声信号とデジタル映像信号とに変換するパケット変換手段と、デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するアナログ音声変換手段とを備える。

子機から音声信号をデジタル伝送するとき、親機からの音声信号とは異なる伝送方式となるので、通話の漏洩やハウリングを防止できる。なお、親機からも音声信号をデジタル伝送してもよいが、アナログ信号のまま伝送すれば、親機にデジタル信号化するための回路を設けなくてすむ。

本発明によると、既存の２線ケーブルを利用して、映像信号をデジタル伝送することができる。したがって、親機と子機とを２線ケーブルで接続した従来のドアホンシステムにおいて、親機と子機を交換するだけでデジタル伝送可能なテレビドアホンシステムに機能アップすることができる。

そして、周波数偏移変調方式あるいは多値周波数偏移変調方式を採用することによって、従来と同様な回路構成でデジタル伝送を実現できる。そのため、デジタル化に対応した親機や子機は、コストアップとならず、既存の機器からデジタル化への転換を容易に促進できる。このように、既存のテレビドアホンシステムと同程度のコストでデジタル化を実現できるので、テレビドアホンシステムのデジタル化を普及させることができる。

（第１の実施形態）
本実施形態のテレビドアホンシステムを図１に示す。本システムでは、カメラ付き子機１と親機２とが従来から使用されている２線ケーブル３を介して接続されている。従来のシステムと基本的には同じ構成であるが、この２線ケーブル３を通じて子機１から親機２に映像信号をデジタル伝送方式で伝送する。

このようなデジタル伝送のために、子機１は、カメラである撮像装置１１からのデジタル映像信号をパケットに変換するパケット変換回路１１７と、パケットをデジタル変調して伝送パケットとするＦＭ変調手段１２１と、伝送パケットと音声信号および制御信号とを多重化して、２線ケーブル３を通じて親機に伝送する通信手段としての子機多重化伝送手段１３とを備える。親機２は、受信した伝送パケットを復調して、パケットとするＦＭ復調手段２２１と、パケットをデジタル映像信号に変換するパケット変換回路２３５とを備える。なお、その他の構成は、従来と同じであり、従来と同一の部材については同一の符号を付し、それらの名称および機能は同じである。

次に、上記のテレビドアホンシステムの動作において、２線ケーブル３を通じて親機２から子機１に電力が供給されている。来訪者が子機１の呼出ボタン１４を押すと、呼出信号が２線ケーブル３を通じて親機２に伝送される。親機２では、呼出信号の受信に応じて、制御信号を送信し、撮像装置１１を作動させるとともに、親機２と子機１との間での通話を可能にする。

子機１において、撮像装置１１が作動して、来訪者を撮像すると、撮像素子１１２から出力されたアナログ映像信号は、Ａ／Ｄ変換器１１３によりデジタル映像信号に変換され、映像信号処理回路１１４によりデジタル映像信号に対して、ホワイトバランスや色補正等の補正処理が行われる。そして、映像信号処理回路１１４からＹＵＶフォーマットのデジタル映像信号が出力される。

パケット変換回路１１７では、ＹＵＶフォーマットのデジタル映像信号を伝送に適したフォーマットに変換してパケットを生成する。図２は生成されたパケットの一例であり、１つのパケットは同期等を行うためのヘッダと、映像データと、ＣＲＣ等の誤り訂正符号とから構成されている。ここで、子機１と親機２間の通信は１対１で行われるため、パケットは連続して送信される。これによって、通信のオーバーヘッドを最小限に抑えることができ、通信時間を短縮できる。

パケット変換回路１１７から出力される１ビットのシリアルデータは、ＦＭ変調手段１２１に入力され、デジタル変調される。デジタル変調としては、ＦＳＫ方式による周波数偏移変調（ＦＳＫ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）とされる。なお、ＦＭ変調手段１２１は、従来のテレビドアホンシステムと同様の回路構成で実現可能であるので、デジタル伝送方式になっても、コストは増加しない。

ＦＭ変調のデータ速度は、次の式で算出できる。
（データ速度）＝（周波数変化量）÷（変調指数）
ここで、周波数変化量＝１０ＭＨｚ（搬送波の中心周波数に対して±５ＭＨｚ）、変調指数＝０．５とすると、データ速度は２０Ｍビット／秒となる。

一方、親機２の表示素子２３４には、主としてＱＶＧＡ（水平３２０画素×垂直２４０画素）の液晶ディスプレイが使用される。そのため、ＱＶＧＡサイズの映像信号をＹＵＶ１２方式（ＹＵＶ４１１またはＹＵＶ４２０のように１ピクセル当たりのデータ量を１２ビットで表現する方式）で映像圧縮しないで伝送する場合を想定すると、１フレーム当りのデータ量は、
３２０×２４０×１２≒９００Ｋビット
となる。したがって、ヘッダ、誤り訂正符号等のオーバーヘッドを考慮しても、１５〜２０フレーム／秒の伝送が実現可能である。

子機多重化伝送手段１３により、上記のようにデジタル変調された映像信号にマイクからの音声信号が多重化され、２線ケーブル３を通じて親機２に送信される。

親機２では、親機多重化伝送手段２１によりパケット化されたデジタル映像信号と音声信号とが分離される。音声信号は、マイクアンプ２７により増幅されて、音声がスピーカ２６から出力される。周波数偏移変調されたデジタル映像信号は、ＦＭ復調手段２２１に入力され、１ビットのシリアルデータに変換される。

親機２のパケット変換回路２３５では、子機１のパケット変換回路１１７と逆の処理を行い、パケットをデジタル映像信号に変換する。すなわち、受信されたパケットがＹＵＶフォーマットのデジタル映像信号に復元される。表示信号処理回路２３３により、デジタル映像信号として、表示素子２３４に出力され、来訪者の映像が表示される。

また、親機２からの音声信号は、親機多重化伝送手段２１により制御信号や電力と多重化されて、２線ケーブル３を通じて子機１に送信される。子機１では、音声信号を分離して、音声がスピーカ１９から出力される。

以上のように、従来から使用されている２線ケーブル３を通じて子機１から親機２に映像信号をデジタル信号の状態で伝送することが可能となる。ドアホンシステムがすでに設置されている場合、既設の２線ケーブル３をそのまま利用して、既設の子機および親機を上記構成のカメラ付き子機１および親機２に交換するだけで、簡単にデジタル伝送方式のテレビドアホンシステムを構築できる。しかも、映像信号をパケット化してデジタル伝送することにより、高速で大量のデータを伝送することが可能となり、鮮明な映像を提供することができ、静止画だけでなく動画でも伝送することが可能となる。

また、映像信号の変復調には、従来のアナログ伝送方式と同様のＦＭ変復調器を使用しているため、子機１および親機２において従来と同等の回路規模で、多重化伝送を実現することができる。従来のＮＴＳＣエンコーダとＮＴＳＣデコーダが不要となるので、映像信号伝送の際の変換工程が減少し、しかもアナログ映像信号の処理工程が削減されるため、高い映像品質を維持することができる。

利用する映像信号がデジタル化されているので、映像データの高度な圧縮処理が可能となり、来訪者の映像を録画したり、インターネット等を利用して外出先に映像を送信したりすることが容易となる。このように録画保存あるいはデータ伝送が容易であることから、テレビドアホンシステムの多機能化を図って、利便性を向上することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、デジタル変調の方式が、第１の実施形態とは異なり、多値周波数偏移変調（ＭＦＳＫ：Ｍｕｌｔｉ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）とされる。

図３に示すように、子機１では、パケット変換回路１１８とＦＭ変調手段１２２との間にＤ／Ａ変換器１１９が設けられる。親機２では、ＦＭ復調手段２２２とパケット変換回路２３７との間にＡ／Ｄ変換器２３６が設けられる。

子機１のパケット変換回路１１８は、第１の実施の形態で説明したパケット変換回路１１７と同様、ＹＵＶフォーマットのデジタル映像信号を伝送に適したフォーマットに変換して、パケットを生成する。ただし、パケット変換回路１１８から出力されるデータは、１ビットのシリアルデータではなく、ｎビットのシリアルデータに変換される。このｎビットシリアル形式のデジタル映像信号は、Ｄ／Ａ変換器１１９によりアナログ信号に変換された後、ＦＭ変調手段１２２によりＦＭ変調される。

パケット変換回路１１８からのｎビットシリアルデータは、Ｄ／Ａ変換器１１９およびＦＭ変調手段１２２によって、多値周波数偏移変調される。すなわち、Ｄ／Ａ変換器１１９およびＦＭ変調手段１２２は、ＭＦＳＫ方式によりデジタル変調する多値周波数偏移変調器を構成する。

親機２では、親機多重化伝送手段２１を経由して、多値周波数偏移変調された映像信号をＦＭ復調手段２２２によりＦＭ復調した後、Ａ／Ｄ変換器２３６によりｎビットのシリアルデータに変換する。そして、パケット変換回路２３７が子機１のパケット変換回路１１８と逆の処理を実施することにより、ＹＵＶフォーマットのデジタル映像信号を復元する。なお、その他の構成および動作は、第１の実施形態と同じである。

このように、デジタル復調をＭＦＳＫ方式にすれば、ｎ＝２ビットにした場合、第１の実施の形態で説明したデータ速度、例えば２０Ｍｂｐｓの２倍、ｎ＝３ビットにした場合、４倍のデータ速度を実現することが可能となる。したがって、伝送する映像信号の解像度やフレームレートが向上し、高品質の映像伝送が可能になる。また、データ速度を増加する代わりに、周波数変化量を減少させて、使用する周波数帯域を狭めることも可能である。これによって、２線ケーブル３を使用していても、ノイズの影響をなくすことができ、安定した映像信号や音声信号の伝送を行える。

また、図６に示す従来のテレビドアホンシステムでは、子機１のＤ／Ａ変換器１１６、親機２のＡ／Ｄ変換器２３１に８〜１０ビットのものが必要であるのに対して、本実施形態に係るテレビドアホンシステムでは、Ｄ／Ａ変換器１１９およびＡ／Ｄ変換器２３６のビット数ｎは２〜４程度でよい。そのため、回路規模を小さくでき、コストの削減が可能となる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、音声信号もパケット化して、デジタル伝送する。すなわち、図４に示すように、子機１に、音声コーデック１７１が設けられる。音声コーデック１７１は、マイクアンプから出力されたアナログ音声信号をデジタル音声信号に変換して、パケット変換回路２３７に出力する。親機２にも、音声コーデック２８１が設けられ、デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換する。

子機１のパケット変換回路１１８では、デジタル映像信号とデジタル音声信号を伝送に適したフォーマットに変換して、パケットを生成する。図５に生成されたパケットの一例を示す。１つのパケットは、同期等を行うためのヘッダ、映像データ、音声データ、ＣＲＣ等の誤り訂正符号で構成されている。パケットは同様に連続して送信され、通信時間を短縮できる。

パケット変換回路１１８から出力されるシリアルデータは、第２実施形態と同様に、Ｄ／Ａ変換器１１９およびＦＭ変調手段１２２により多値周波数偏移変調され、子機多重化伝送手段１３１により２線ケーブル３を通じて親機２に伝送される。

親機２では、多値周波数偏移変調された映像信号と音声信号はＦＭ復調手段２２２によりＦＭ復調された後、Ａ／Ｄ変換器２３６によりｎビットのシリアルデータに変換される。

そして、パケット変換回路２３７が子機１のパケット変換回路１１８と逆の処理を実施することにより、デジタル映像信号とデジタル音声信号を復元する。デジタル音声信号は、音声コーデック２８１によりアナログ信号に変換され、スピーカアンプ２８を経てスピーカ２９から出力される。

親機２からの音声は、アナログ音声信号のまま２線ケーブル３を通じて子機１に伝送される。子機１から親機２に送信される音声信号と親機２から子機１に送信される音声信号とは、２線ケーブル３において別々の周波数帯域を使用して伝送され、全二重通信可能となる。

ところで、アナログ音声信号を伝送する場合、子機多重化伝送手段および親機多重化伝送手段に内蔵された４線２線変換回路で合成、分離しているが、２線ケーブル３とのインピーダンス不整合等によってハウリングが発生しやすいという問題点があった。

音声信号をデジタル化して伝送する場合、データ速度は６４Ｋビット／秒程度であるから、映像信号のデータ速度に比べて非常に小さく、デジタル映像信号と一緒に伝送しても、通信データ量にはほとんど影響を生じない。一方、子機１からの音声信号を多値周波数偏移変調して伝送し、親機２からの音声信号をベースバンドで伝送するといったように、別の方式で伝送することによって、子機多重化伝送手段１３１および親機多重化伝送手段２１１に４線２線変換回路が不要となる。音声信号用の４線２線変換回路を廃止でき、回路構成を簡略化でき、４線２線変換回路に起因するハウリングは起こり得ない。したがって、アナログ音声信号による通話で問題となる漏話やインピーダンス不整合によるハウリングを防止でき、明瞭な通話を行うことができ、高品質の音声伝送を実現できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。各実施形態では、映像信号を映像圧縮せずに伝送する構成を例示したが、映像信号を映像圧縮して伝送するようにしてもよい。また、伝送するデジタル映像信号はＹＵＶフォーマットに限定されるものではなく、ＲＧＢ等の別の映像フォーマットを使用して伝送してもよい。

第１実施形態のテレビドアホンシステムの全体構成図 伝送パケットを示す図 第２実施形態のテレビドアホンシステムの全体構成図 第３実施形態のテレビドアホンシステムの全体構成図 伝送パケットを示す図 従来のテレビドアホンシステムの全体構成図 伝送信号の周波数分布を示す図

符号の説明

１ 子機
２ 親機
３ ２線ケーブル
１１ 撮像装置
１３ 子機多重化伝送手段
１６ マイク
１９ スピーカ
２１ 親機多重化伝送手段
２３ 映像表示装置
２６ マイク
２９ スピーカ
１１７ パケット変換回路
１２１ ＦＭ変調手段
２２１ ＦＭ復調手段
２３５ パケット変換回路

Claims (5)

1. カメラ付き子機と親機とが２線ケーブルを介して接続され、前記子機から映像信号を前記親機に送信しながら、前記親機と子機との間で通話を行うテレビドアホンシステムであって、前記子機は、カメラからのデジタル映像信号をパケットに変換するパケット変換手段と、パケットを周波数偏移変調して伝送パケットとする変調手段と、伝送パケットを２線ケーブルを通じて親機に伝送する通信手段とを備え、前記親機は、受信した伝送パケットを復調して、パケットとする復調手段と、パケットをデジタル映像信号に変換するパケット変換手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のテレビドアホンシステム。
2. カメラ付き子機と親機とが２線ケーブルを介して接続され、前記子機から映像信号を前記親機に送信しながら、前記親機と子機との間で通話を行うテレビドアホンシステムであって、前記子機は、カメラからのデジタル映像信号をパケットに変換するパケット変換手段と、パケットを多値周波数偏移変調して伝送パケットとする変調手段と、伝送パケットを２線ケーブルを通じて親機に伝送する通信手段とを備え、前記親機は、受信した伝送パケットを復調して、パケットとする復調手段と、パケットをデジタル映像信号に変換するパケット変換手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のテレビドアホンシステム。
3. 子機は、マイクからの音声信号をデジタル音声信号に変換してパケット化し、２線ケーブルを通じてデジタル伝送方式で送信し、親機は、デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換して、スピーカから出力することを特徴とする請求項１または２記載のテレビドアホンシステム。
4. 親機は、２線ケーブルを通じて子機にアナログ音声信号を送信することを特徴とする請求項３記載のテレビドアホンシステム。
5. 子機は、マイクからの音声信号をデジタル音声信号に変換するデジタル音声変換手段と、デジタル音声信号とデジタル映像信号とを多重化してパケットに変換するパケット変換手段とを備え、前記親機は、受信した伝送パケットを復調して、パケットとする復調手段と、パケットを分離して、デジタル音声信号とデジタル映像信号とに変換するパケット変換手段と、デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するアナログ音声変換手段とを備えたことを特徴とする請求項３または４記載のテレビドアホンシステム。

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