JP2007329707A

JP2007329707A - 映像無線伝送装置

Info

Publication number: JP2007329707A
Application number: JP2006159444A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Otani; 寧生大谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2007-12-20

Abstract

【課題】映像信号をデジタル化してＩＰネットワーク上の無線区間を伝送する際に，回線品質の変化に伴う伝送容量の変化に追従して映像品質を変化させ，電波伝搬環境が悪い場合でも最低限の映像をモニタ装置上で表示できる映像伝送を提供する。
【解決手段】アナログ信号で入力された監視カメラ等の映像信号を，符合化部１０２にてＭＰＥＧ方式で圧縮し，生成したＩフレームとＰフレームをそれぞれ異なる２系統の無線部で伝送する。無線部で監視している回線品質情報を元に，無線部の変調モードをリアルタイムに変更すると同時に符合化部における圧縮率と映像フレーム数を変化させて，常に無線回線の伝送容量に適切な映像品質で映像を伝送する。
【選択図】図１

Description

本発明は，監視カメラ等の映像をデジタル化して映像ストリーミングデータとしてＩＰネットワーク中の無線区間を伝送する装置に関するものである。

従来は，無線区間に映像を伝送する場合は，図７に示すような機器の構成で実現している。まず，アナログ信号出力仕様のカメラ１１や映像再生装置から出力されるアナログの映像信号を映像符号化装置１２に入力して，デジタルデータに変換する。次にデジタル化された映像データはＬＡＮケーブルを経由して無線伝送装置(Ａ)１３に伝送される。無線伝送装置(Ａ)１３から対向の無線伝送装置(Ｂ)１４へ無線伝送区間の伝送を行う。モニタ側でも同様に無線伝送装置(Ｂ)１４からＬＡＮケーブル経由で映像復号化装置１５へ伝送され，アナログ信号に復号された映像信号をモニタ装置１６に入力して表示する。

特開２００５−３３３７３号公報

従来から映像信号をデジタル化してＩＰネットワークを伝送する方法の１つとしてＭＰＥＧ方式がある。ＭＰＥＧ方式では，符号化装置における符号化処理において，一定の時間毎に全画面分の情報から構成される基本画データと，前後の映像フレームの差分情報から構成される差分画データを生成する。前者をＩピクチャと呼び，後者をＰピクチャまたはＢピクチャと呼ぶ。以降，それぞれＩピクチャ，Ｐ，Ｂピクチャと記述する。

従来の方法では，符号化装置と無線伝送装置はそれぞれ独立した機器であり，ＬＡＮケーブル等で接続して使用することを前提にしているため，符号化装置で生成されたＩピクチャとＰ，Ｂピクチャのデータパケットは，順番に並べてＬＡＮケーブル経由で無線伝送装置へ送られる。そのため，無線伝送区間の回線品質と符号化装置でのデジタル化処理の間にはお互いの状態を監視し，制御することができない。

従って，無線伝送区間の回線品質が悪く，無線伝送区間でパケットロスが発生し，無線伝送区間の再送により遅延ジッタが想定よりも大きくなると，モニタ装置に表示される映像の画質劣化が激しく実用的ではない映像になるという問題があった。

本発明は，これらの問題を解決するためのもので，無線伝送区間の回線品質が悪く，伝送容量が低い時でも最低限の映像をモニタ装置上で表示できることを目的とする。

前記の課題を解決するため，本発明の映像無線伝送装置は，無線伝送区間で映像ストリーミングデータを伝送する際に，ＩピクチャのデータとＰ，Ｂピクチャのデータを別々の無線回線で伝送し，さらにそれぞれの無線伝送区間の伝送容量の変化に追従して映像品質を最適化することを特徴としている。

この構成により，無線伝送区間の回線品質が悪化した場合には，映像品質を下げることにより，静止画に近いような断続的なコマ送り映像や映像断になることを防ぎ，最低限の動画を維持することができる。

また，本発明の映像無線伝送装置は，ＩピクチャとＰ，Ｂピクチャを分けて無線送信部
へ転送する符号化部を備えた構成をしている。

この構成により，無線伝送区間の回線品質が悪い場合には，Ｉピクチャを優先的に送ることができ，最低限のコマ送り映像の伝送を維持することができる。

さらに，本発明の映像無線伝送装置は，ＩピクチャとＰ，Ｂピクチャを分けて２つの無線チャネルを使用して伝送する無線伝送部を備えた構成をしている。

この構成により，Ｉピクチャのデータの伝送に伝送容量が高い方の無線チャネルを割り当てて，Ｉピクチャのデータの伝送効率を高く維持することができる。

さらに，本発明の映像無線伝送装置は，Ｉピクチャのデータパケットを当初の送信周期の間に繰り返し伝送できるようにパケットの複製を行う複製部を備えた構成をしている。

この構成により，無線伝送路上でＩピクチャのデータがパケットロスした場合でも，繰り返し伝送することにより，無線伝送区間でのパケットロスの確率を減らすことができる。

さらに，本発明の映像無線伝送装置は，ＩピクチャとＰ，Ｂピクチャを２つのチャネルを使用して伝送する無線部において，無線伝送区間のパケットエラーレート，再送回数，受信電力などの品質情報を基に，リアルタイムに回線品質の良いチャネルにＩピクチャを割り当てられる構成をしている。

この構成により，Ｉピクチャをより伝送容量が高い無線回線で伝送することができる。

さらに，本発明の映像無線伝送装置は，映像信号の符号化の処理過程において，無線伝送路区間のパケットエラーレート，再送回数，受信電力などの品質情報を基に，リアルタイムにＭＰＥＧの圧縮率や映像フレーム数を制御する適応制御部を備えた構成をしている。

この構成により，無線伝送区間の回線品質に合わせて適切な映像品質のデータを伝送することができる。

さらに，本発明の映像無線伝送装置は，無線伝送区間のパケットエラーレートの状況を監視し，リアルタイムに適応制御部に伝達する無線部を備えた構成をしている。

この構成により，パケットエラーレートから推測される無線伝送区間の回線品質を適応制御部を介して映像品質に反映することができる。

さらに，本発明の映像無線伝送装置は，無線伝送区間の再送回数の状況を監視し，リアルタイムに適応制御部に伝達する無線部を備えた構成をしている。

この構成により，再送回数から推測される無線伝送区間の回線品質を適応制御部を介して映像品質に反映することができる。

さらに，本発明の映像無線伝送装置は，無線伝送区間の受信電力を監視し，リアルタイムに適応制御部に伝達する無線部を備えた構成をしている。

この構成により，受信電力から推定される無線伝送区間の回線品質を適応制御部を介して映像品質に反映することができる。

本発明は，通信相手が移動体の場合など，電波伝搬区間の回線品質が刻一刻と変化する無線ノード間に，監視カメラの映像をデジタル化したデータなどのリアルタイム性が要求されるデータを伝送する場合に非常に有効なものである。無線伝送区間の回線品質が悪く，無線伝送路中のパケットの損失やジッタの増大により，モニタ装置画面に大きなブロックノイズが発生し，復号化装置の機能により映像断が長時間継続するなどの著しい画質劣化が発生するような電波伝搬環境の場合でも，無線伝送路の品質に合わせた映像品質でデータを転送することによって，実用的な映像伝送を提供することができるものである。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号をつけることにより重複説明を省略する。
（第１実施形態）

図１は本発明における映像無線伝送装置を使用した場合の機器の接続図である。図１において，カメラ１１とモニタ１６は従来の方式と同様である。従来はＬＡＮケーブルで接続していた符号化装置１２とカメラ側の無線伝送装置１３を一体化して，本実施形態における映像無線伝送装置(Ａ)１７とし，復号化装置１５とモニタ側の無線伝送装置１４を一体化して映像無線伝送装置(Ｂ)１８としている。

次に，図３が本実施形態の映像無線伝送装置(Ａ)１７の内部動作を表す系統図である。以下，図面を用いて本実施形態の映像無線伝送装置について説明する。

図３において，本発明のカメラ側に使用する映像無線伝送装置はＡ／Ｄ変換部１０１，符号化部１０２，ＲＴＰ／ＵＤＰパケット化部（Ａ）１０３，ＲＴＰ／ＵＤＰパケット化部(Ｂ)１０４，適応制御部１０５，複製部１０６，ＩＰパケット化部(Ａ)１０７，ＩＰパケット化部(Ｂ)１０８，チャネル選択部１０９，無線回線監視制御部１１０，無線ＭＡＣ部(Ａ)１１１，無線ＭＡＣ部(Ｂ)１１２，変調送信部(Ａ)１１３，受信復調部(Ａ)１１４，受信復調部(Ｂ)１１５，変調送信部(Ｂ)１１６から構成されている。

以上のように構成された映像無線伝送装置の送信側について，その動作を説明する。

まず，カメラや録画装置などのアナログ出力のインタフェースを有した機器から入力された映像信号は，Ａ／Ｄ変換部１０１でデジタル化される。デジタル化された映像信号は符号化部１０２で従来の方式通りにＭＰＥＧの仕様に従い『フレーム内圧縮』と『フレーム間圧縮』によりデータの圧縮を行う。

符号化部１０２に於けるＭＰＥＧの処理では，設定された時間間隔でＩピクチャと，Ｐ，Ｂピクチャを分けて出力する。

従来の方式では，分かれて出力されたＩピクチャとＰ，Ｂピクチャは，図２に示すように多重化部５３で元々の映像フレームの順番に並べ直して次のＲＴＰ／ＵＤＰパケット化５４の処理に渡されるが，本実施形態において，ＩピクチャはＲＴＰ／ＵＤＰパケット化部(Ａ)１０３に，Ｐ，ＢピクチャはＲＴＰ／ＵＤＰパケット化部(Ｂ)１０４にそのまま渡されて，ＲＴＰヘッダを付加した後にＵＤＰヘッダを付加してＵＤＰパケットを生成する。

次に図２に示す従来の方式では，ＵＤＰパケットにＩＰヘッダを付加してＩＰパケット
を生成するが，本実施形態においてはＩピクチャのＵＤＰパケットは複製部１０６にて複製されてからＩＰパケット化部(Ａ)１０７でＩＰパケットとなる。Ｐ，ＢピクチャのＵＤＰパケットは複製しない。複製部１０６での複製数は適応制御部１０５からの指示に従う。

ＩＰパケット化されたＩピクチャとＰ，Ｂピクチャは，共にそれぞれチャネル選択部１０９を経由してから無線ＭＡＣ部(Ａ)１１１と無線ＭＡＣ部(Ｂ)１１２に渡される。

チャネル選択部１０９はＩピクチャとＰ，ＢピクチャのＩＰパケット列を入れ替える機能を備えていて，適応制御部１０５の指示に従ってＩＰパケットの単位で入れ替えを行う。

無線ＭＡＣ部１１１(Ａ)と無線ＭＡＣ部(Ｂ)１１２以降は，従来の方式と同様の処理で変調送信部(Ａ)１１３と無線送信部(Ｂ)１１６で無線信号に変換して，空中線より送信する。

変調送信部(Ａ)１１３と変調送信部(Ｂ)１１６で使用する無線チャネルは，それぞれ異なる周波数チャネルを使用する。

無線ＭＡＣ部(Ａ)１１１と無線ＭＡＣ部(Ｂ)１１２で管理している再送回数と送信のパケットエラーレート，受信復調部(Ａ)１１４，受信復調部(Ｂ)１１５で管理している受信電力の情報は，それぞれ無線回線監視制御部１１０を経由して適応制御部１０５へ報告される。

次に無線伝送区間の回線品質情報から無線回線の変調モード，映像品質を制御する適応制御部１０５の内部の動作について説明する。

図６が本発明における映像無線伝送装置の適応制御部１０５の内部動作を示す系統図である。

受信復調部(Ａ)１１４，受信復調部(Ｂ)１１５から得られる受信電力，無線ＭＡＣ部(Ａ)１１１と無線ＭＡＣ部(Ｂ)１１２から得られるパケットエラーレートと送信の再送回数は，それぞれレベル判定部(Ａ)２０１，レベル判定部(Ｂ)２０３に入力されてポイント化される。レベル判定部(Ａ)２０１，レベル判定部(Ｂ)２０３ではそれぞれの入力情報に対してパラメータテーブルを備えていて，段階に応じたポイントを出力する。ポイント化された回線品質情報を優先度設定部(Ａ)２０２，優先度設定部(Ｂ)２０４で重み付けを行って合計する。優先度設定部(Ａ)２０２，優先度設定部(Ｂ)２０４には使用する無線周波数や電波伝搬環境などに応じて予め最適な値を設定しておく。

合計されたポイントを元に変調送信部(Ａ)１１３，変調送信部(Ｂ)１１６における変調モードを決定する。

また，変調送信部(Ａ)１１３と変調送信部(Ｂ)１１６の変調モードを比較し，より高レートの変調モードが決定された方の無線回線をＩピクチャの伝送に割り当てるように，チャネル選択部１０９に切換信号を出力する。

さらに，Ｉピクチャ用の無線回線の変調モードから画質決定部２０８と複製数決定部２０９で符号化部１０２におけるＭＰＥＧ圧縮比と複製部１０６における複製回数を決定し，Ｐ，Ｂピクチャ用の無線回線の変調モードから映像速度決定部２０７で映像フレーム数(ＦＰＳ)を決定し，符合化部１０２と複製部１０６に指示を出す。

次に，図５は本発明における映像無線伝送装置(Ｂ)１８の内部動作を表す系統図である。以下，図面を用いて本実施形態の映像無線伝送装置について説明する。

図５において，本実施形態の映像無線伝送装置の受信側は受信復調部(Ａ)１１４，変調送信部(Ａ)１１３，変調送信部(Ｂ)１１６，受信復調部(Ｂ)１１５，無線ＭＡＣ部(Ａ)１１１，無線ＭＡＣ部(Ｂ)１１２，ＩＰパケット分解部(Ａ)１１７，ＩＰパケット分解部(Ｂ)１１８，ＵＤＰパケット分解部(Ａ)１１９，ＵＤＰパケット分解部(Ｂ)１２０，重複検出廃棄部(Ａ)１２１，重複検出廃棄部(Ｂ)１２２，ＲＴＰパケット分解部(Ａ)１２３，ＲＴＰパケット分解部(Ｂ)１２４，ＩＰ多重部１２５，復号化部１２６，Ｄ／Ａ変換部１２７で構成されている。

以上のように構成された映像無線伝送装置の受信側について，その動作を説明する。

２つの無線チャネルを使用して伝送された伝送データは，従来の方式と同様にそれぞれ受信復調部(Ａ)１１４と受信復調部(Ｂ)１１５で受信して，無線ＭＡＣ部(Ａ)１１１，無線ＭＡＣ部(Ｂ)１１２からＩＰパケットとして出力される。ここで，送信側では無線伝送区間の回線品質の変化に合わせて，２つの無線チャネルをＩピクチャ用とＰ，Ｂピクチャ用に切り換えて割り当てているが，どちらの無線チャネルをどちらのデータに使用しているかを検出することはできない。

ＩＰパケットはＩＰパケット分解部(Ａ)１１７，ＩＰパケット分解部(Ｂ)１１８でＵＤＰパケットに分解され，さらにＵＤＰパケット分解部(Ａ)１１９，ＵＤＰパケット分解部(Ｂ)１２０でＲＴＰパケットに分解される。ＲＴＰパケットになった映像データは，重複検出廃棄部(Ａ)１２１，重複検出廃棄部(Ｂ)１２２でＲＴＰヘッダ内のシーケンス番号の重複から送信側で複製したＩピクチャを検出して重複分を廃棄し，ＲＴＰパケット分解部(Ａ)１２３，ＲＴＰパケット分解部(Ｂ)１２４でＲＴＰヘッダを取り除いてからＩＰ多重部に渡される。Ｐ，Ｂピクチャに割り当てられた重複検出廃棄部では重複データはないので，そのまま通過する。

ＩＰ多重部１２５では，ＩピクチャとＰ，Ｂピクチャを元の映像フレームの順番に並べて復号化部１２６へ送る。この多重処理は，従来の方式における符号化装置の多重化部５３における処理と同様の方式で実現できる。

復号部１２６では，従来の方式と同様に復号処理を行い，Ｄ／Ａ変換部１２７でアナログ信号に変換して，モニタや録画装置などのアナログ入力のインタフェースを有した装置で表示または録画される。

以上のように，本発明にかかる映像無線伝送装置は，通信相手が移動体の場合など，電波伝搬区間の回線品質が刻一刻と変化する無線ノード間に，映像をデジタル化したデータを伝送する場合に，無線伝送区間の回線品質が悪く，無線伝送路中のパケットの損失やジッタの増大により，モニタ装置画面に大きなブロックノイズが発生し，復号化装置の機能により映像断が長時間継続するなどの著しい画質劣化が発生するような場合に有効で，無線伝送路の伝送容量に合わせた映像品質でデータを転送することによって，実用的な映像伝送を提供することができるという効果を有し，監視カメラ等の映像をデジタルデータとして無線伝送する用途に適応できる。

本発明により実施される無線区間を映像伝送する時の機器の構成と接続例を示す説明図従来のカメラ側に設置する符号化装置と無線伝送装置の系統図本発明におけるカメラ側に設置する映像無線伝送装置の系統図従来のモニタ側に設置する復号化装置と無線伝送装置の系統図本発明におけるモニタ側に設置する映像無線伝送装置の系統図本発明におけるカメラ側に設置する映像無線伝送装置内の適応制御部の系統図従来の無線区間を映像伝送する時の機器の構成と接続例を示す図

符号の説明

１１カメラ
１２映像符号化装置
１３無線伝送装置(Ａ)
１４無線伝送装置(Ｂ)
１５映像複合化装置
１６モニタ装置
１７映像無線伝送装置(Ａ)
１８映像無線伝送装置(Ｂ)
５１Ａ／Ｄ変換部
５２符号化部
５３多重化部
５４ＲＴＰ／ＵＤＰパケット化部
５５ＩＰパケット化部
５６有線ＭＡＣ部
５７有線ＭＡＣ部
５８無線ＭＡＣ部
５９変調送信部
６０受信復調部
６１ＩＰパケット分解部
６２ＵＤＰパケット分解部
６３ＲＴＰパケット分解部
６４復号化部
６５Ｄ／Ａ変換部
１０１Ａ／Ｄ変換部
１０２符号化部
１０３ＲＴＰ／ＵＤＰパケット化部(Ａ)
１０４ＲＴＰ／ＵＤＰパケット化部(Ｂ)
１０５適応制御部
１０６複製部
１０７ＩＰパケット化部(Ａ)
１０８ＩＰパケット化部(Ｂ)
１０９チャネル選択部
１１０無線回線監視制御部
１１１無線ＭＡＣ部(Ａ)
１１２無線ＭＡＣ部(Ｂ)
１１３変調送信部(Ａ)
１１４受信復調部(Ａ)
１１５受信復調部(Ｂ)
１１６変調送信部(Ｂ)
１１７ＩＰパケット分解部(Ａ)
１１８ＩＰパケット分解部(Ｂ)
１１９ＵＤＰパケット分解部(Ａ)
１２０ＵＤＰパケット分解部(Ｂ)
１２１重複検出廃棄部(Ａ)
１２２重複検出廃棄部(Ｂ)
１２３ＲＴＰパケット分解部(Ａ)
１２４ＲＴＰパケット分解部(Ｂ)
１２５ＩＰ多重化部
１２６復号化部
１２７Ｄ／Ａ変換部
２０１レベル判定部Ａ
２０２優先度設定部Ａ
２０３レベル判定部Ｂ
２０４優先度設定部Ｂ
２０５無線部Ａ変調モード決定部
２０６無線部Ｂ変調モード決定部
２０７映像速度決定部
２０８画質決定部
２０９複製数決定部

Claims

無線区間で映像ストリーミングデータを伝送する際に，無線区間の伝送容量の変化に追従して映像品質を最適化することを特徴とする，映像無線伝送装置。
基本画のデータ（Ｉピクチャ）と差分データ（Ｐ，Ｂピクチャ）を分けて無線送信部へ転送する符号化部を備えた，請求項１に記載の映像無線伝送装置。
基本画のデータ（Ｉピクチャ）と差分データ（Ｐ，Ｂピクチャ）とを分けて２つの無線チャネルを使用して伝送する無線伝送部を備えた，請求項２に記載の映像無線伝送装置。
基本画のデータ（Ｉピクチャ）のデータパケットを，当初のデータ送信周期の間に繰り返し伝送できるようにパケットの複製を行う複製部を備えた，請求項３に記載の映像無線伝送装置。
基本画のデータ（Ｉピクチャ）と差分データ（Ｐ，Ｂピクチャ）とを２つのチャネルを使用して伝送する前記無線部において，無線伝送区間のパケットエラーレート，再送回数，受信電力などの品質情報を基に，リアルタイムに伝送容量の高いチャネルに基本画のデータ（Ｉピクチャ）を割り当てる適応制御部を備えた，請求項４に記載の映像無線伝送装置。
映像信号の符号化の処理行程において，無線伝送区間のパケットエラーレート，再送回数，受信電力などの品質情報を基に，リアルタイムにＭＰＥＧの圧縮率と映像フレーム数を制御する適応制御部とを備えた，請求項５に記載の映像無線伝送装置。
無線伝送区間のパケットエラーレートの状況を監視し，リアルタイムに適応制御部に伝達する前記無線部を備えた，請求項６に記載の映像無線伝送装置。
無線伝送区間の再送回数の状況を監視し，リアルタイムに適応制御部に伝達する前記無線部を備えた，請求項７に記載の映像無線伝送装置。
無線伝送区間の受信電力を監視し，リアルタイムに適応制御部に伝達する前記無線部を備えた，請求項８に記載の映像無線伝送装置。