JP2011066652A - 映像信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像信号のフィールドおよび／またはフレームの欠落によるフリーズやフィールド欠落の有無を視認できない。
【解決手段】入力端子１には、連続するフィールドまたは／およびフレーム構造を有する動画の入力映像信号が上位装置から入力する。識別パターン発生器４はフィールドまたはフレームごとに変形し所定のフィールド数またはフレーム数の周期で巡回する識別パターンを発生する。多重化器５は入力映像信号に識別パターンを多重化する。符号化器６は多重化された送信映像信号を符号化して符号化データを出力する。復号化器１０は伝送路から入力する受信符号化データを復号化し、復号化された出力映像信号を出力端子１１から上位装置へ出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像信号伝送装置に関し、特に映像伝送システムにおける映像信号の時間的連続性を確認できる映像信号伝送装置に関する。

従来、映像信号伝送装置などにおいて映像信号のフィールドおよび／またはフレームの欠落によるフリーズを検出するために用いられる標準的な方法として、映像信号のフィールド間および／またはフレーム間の差分を求める技術や、映像信号に付加されたＣＲＣ値を比較することにより判定して行う技術などが知られている。

しかし、これらの方法では、映像信号の静特性を測定するための評価用映像信号や動きのない映像信号が入力された場合において、映像信号のフィールド間および／またはフレーム間の変化がないため、常にフリーズが発生していると判断され、映像信号の連続性に対する客観的な評価を行うことができない。

これに対して、映像信号伝送装置内部で映像信号に不可視で特殊な検出パターンを付加してから伝送し、受信側でその付加情報を検出し判定することにより、映像信号伝送装置などにおいて映像信号のフィールドおよび／またはフレームの欠落によるフリーズ発生の有無や、フィールド欠落による解像度の劣化を検出する画質劣化検出装置が下記特許公報に記載されている。

しかしながら、この方法では、元となる入力映像信号の視認性に影響を与えないメリットがある反面、フリーズ検出のために映像信号伝送装置内部に検出回路を保持する必要があり、また不可視情報を使用するため、映像信号のフィールドおよび／またはフレームの欠落によるフリーズやフィールド欠落の有無をモニタ画像の視覚により確認できないという問題点がある。

特開２００３−２０４５６１号公報

解決しようとする問題点は、映像信号のフィールドおよび／またはフレームの欠落によるフリーズやフィールド欠落の有無を視認できない点である。

本発明は、入力映像信号上の一部に簡易な識別パターンを挿入することにより、映像信号の連続するフィールドまたは／およびフレームに、視覚および測定により認知可能な変化を与えることを最も主要な特徴とする。

本発明は、識別パターンを多重化した映像信号を用いることにより、映像信号伝送システムにおいて発生する、フレームの欠落による映像のフリーズや、フィールドの欠落によるフィールドフリーズおよび解像度の劣化を視覚的に認知可能とし、当該の欠落や劣化がシステム上のどこで発生しているかを簡易に評価することができるという利点がある。

更に、運用時とは異なる評価時の信号経路を形成するための選択器を設けることにより、映像信号のフレームやフィールドの欠落箇所を絞り込むことができるという利点もある。

本発明の映像信号伝送装置の実施例１のブロック図を示す。 プログレッシブ方式における選択器２の動作を説明するための図である。 インタレース方式における選択器２の動作を説明するための図である。 送信映像信号ｃの生成を説明するための図である。 フレーム周期で巡回する識別パターンを示す図である。 識別パターンの巡回順序の例を示す図である。 識別パターンの巡回順序の他の例を示す図である。 識別パターンの構成例をフレームイメージにて示す図である。 識別パターンの構成例をフィールドイメージで示す図である。 識別パターンの他の構成例をフィールドイメージで示す図である。 出力映像におけるフレームフリーズ発生例を示す図である。 出力映像における解像度劣化の例を示す図である。 出力映像における他のフレームフリーズ発生例を示す図である。 出力映像のフィールドフリーズの発生の例を示す図である。 映像信号符号化伝送システムの構成例と評価経路を示す図である。 評価経路ごとの選択器の操作と評価対象となる装置および評価ポイントを表示する図である。 本発明の実施例２を示す図である。

本発明の映像信号伝送装置は、上位装置（不図示）から入力するディジタルの入力映像信号に所定の処理をして伝送路へ送信出力し、一方、伝送路から受信入力する信号を上位装置へ出力するという基本的な構成の上に立っている。

そして、上記処理に先立って、入力映像信号に所定の識別パターンを多重化する。識別パターンは、受信後にＴＶモニタや波形モニタで視認することにより、映像信号のフィールドおよび／またはフレームの欠落によるフリーズやフィールド欠落の有無を視認できる特徴的な図形である。更に、このような機能を有する映像信号伝送装置の中核部の外側に３つの選択器を設けて、フィールドやフレームの欠落が映像伝送システム上の何れに起因しているかを切り分けできるようにしている。

図１は、本発明の映像信号伝送装置の実施例１として映像信号符号化伝送装置のブロック図を示す。図１において、選択器２は、上位装置から入力端子１に入力してくる入力映像信号ａと上位装置への出力映像信号ｉの何れかを選択し選択映像信号ｂを出力する。タイミング信号発生器３は選択映像信号ｂに同期したタイミング信号ｊを発生し、識別パターン発生器４はタイミング信号ｊに同期した識別パターンｄを発生する。

多重化器５は、選択映像信号ｂに識別パターンｄをタイミング信号ｊで多重化し送信映像信号ｃを出力する。符号化器６は送信映像信号ｃを符号化し符号化データｅを出力し、選択器７は、符号化データｅと伝送路インタフェース８からの受信符号化データｇの何れかを選択して送信符号化データｆを伝送路インタフェース８へ出力する。

伝送路インタフェース８は、送信符号化データｆを伝送路へ送信出力すると共に、伝送路から受信符号化データｇを受信入力する。選択器９は、符号化データｅと受信符号化データｇの何れかを選択して復号用符号化データｈを出力する。復号化器１０は、復号用符号化データｈをディジタルの映像信号に復号化し出力映像信号ｉとして出力端子１１に出力する。出力映像信号ｉは出力端子１１から上位装置へ出力される。制御器１２は、選択器２，選択器７，選択器９の制御を行うための選択信号ｋ，ｌ，ｍをそれぞれ出力する。

図２と図３は、選択器２において、選択信号ｋに従い、入力映像信号ａと出力映像信号ｉの内の何れかを選択し、多重化対象となる選択映像信号ｂとする動作を示す。選択信号ｋがロウレベルの間は入力映像信号ａ、選択信号ｋがハイレベルの間は出力映像信号ｉを選択している。図２はプログレッシブ方式、図３はインタレース方式の場合である。選択信号ｋのタイミングは特に規定する必要はないが、選択器２より後段における各回路のタイミング制御は、選択映像信号ｂを基準として動作を行う。選択器７と選択器９の動作についても選択器２の動作と同様に解されたい。

図４は、送信映像信号ｃの生成を説明するための図である。図４を参照すると、長方形で示す選択映像信号ｂの中の、垂直タイミングと水平タイミングから成るタイミング信号ｊで定められる位置に、櫛状の識別パターンｄが多重化されることによって送信映像信号ｃが生成されている。図４においては、識別パターンｄを明瞭化するために誇大表示しており、実際のサイズや表示位置は選択映像信号ｂの表示に対して目障りにならないよう配慮される。

図５は、図４に示したような送信映像信号ｃの生成が識別パターンｄを規則的に変えながら４フレーム周期で巡回する様子を示す図である。識別パターン発生器４は、フレームB(n)〜B(n+3)に対して、タイミング信号ｊに同期して基本的な１つの識別パターンｄを変形する。ここに、識別パターンｄを４フレーム周期で巡回するとしたのは、４フレーム未満では全てのフリーズパターンを検出・判定することができず、一方、４フレーム超では過剰となるからである。

即ち、フレームB(n)の識別パターンｄを縦方向にミラー変形してフレームB(n+1)の識別パターンｄとし、フレームB(n)の識別パターンｄを横方向にミラー変形してフレームB(n+2)の識別パターンｄとし、フレームB(n+2)の識別パターンｄを縦方向にミラー変形してフレームB(n+3)の識別パターンｄとし、フレームB(n+2)の識別パターンｄを横方向にミラー変形してフレームB(n)の識別パターンｄとし、以下、同様に繰り返す。なお、フレームB(n+3)の識別パターンｄはフレームB(n+1)の識別パターンｄを横方向にミラー変形してもよく、またフレームB(n)の識別パターンｄはフレームB(n+2)の識別パターンｄを縦方向にミラー変形してもよい。

図６に拡大して示すように、識別パターンｄは、２フレーム連続で黒レベルとなる区域と、１フレーム毎に黒レベルと白レベルが垂直方向で交代する区域が、２フレーム毎に水平方向の位置を交代する連続した４フレームからなり、このパターンを４フレーム毎に繰り返すことにより、連続するフィールド間またはフレーム間において同一のパターンが連続しないように構成されている。ここで、区域とは１つのラインの中央から左右半分の部分を指す。

また、白レベルと黒レベルが交代する区域における黒または白が連続する垂直方向のライン数は、黒と白のライン数が同一であれば特定のライン数である必要はない。図６では１ライン毎に交代し、図７では２ライン毎に交代する例を示している。

図８には、上述黒と白のライン数が同一であれば特定のライン数である必要はなく任意であることを示すと共に、１ラインンの画素数および１区域の画素数も任意であることを示している。

図９は図６のパターンを、図１０は図７のパターンをフィールドにそれぞれ分割し、トップフィールド（左側）とボトムフィールド（右側）毎に纏めイメージとして表したものである。どのパターンにおいても、水平方向の画素数は視認できる範囲で任意に決定してよい。

次に、以上のように構成された映像信号符号化伝送装置の動作について説明する。運用時においては、選択器２は入力映像信号ａ、選択器７は符号化データｅ、選択器９は受信符号化データｇをそれぞれ選択する。

映像信号符号化伝送装置の送信側では、タイミング信号発生器３は入力映像信号ａに同期したタイミング信号ｊを発生し、識別パターン発生器４はタイミング信号ｊに同期した識別パターンｄを発生する。多重化器５は、入力映像信号ａに識別パターンｄをタイミング信号ｊで多重化し送信映像信号ｃを出力する。符号化器６は送信映像信号ｃを符号化し符号化データｅを伝送路インタフェース８へ出力する。伝送路インタフェース８は、符号化データｅを伝送路へ送信出力する。

映像信号符号化伝送装置の受信側では、伝送路からの符号化データｅ（受信符号化データｇ）を受信入力する。復号化器１０は、これをディジタルの映像信号に復号化し出力映像信号ｉとして出力端子１１に出力する。このとき、出力端子１１に接続したＴＶモニタや波形モニタで出力映像信号ｉを観測すれば、例えば図５に示したように、送信側で多重化した識別パターンｄそのままを視認することができる。図５では、識別パターンｄがフレームごとにミラー変形していることが分かる。

しかしながら、ここに到るまでに、映像信号のフレームやフィールドが欠落することがあり得る。このときは、出力映像信号ｉの中の識別パターンｄに異変が認められることになる。図１１〜図１４はそのような例を図示する。それぞれの図において、最上段の送信映像信号ｃと下段の出力映像信号ｉを対比すれば、それらの間の不一致を認識できるであろう。

図１１は、フレームの駒落としが発生した場合のフレームフリーズの発生とその場合の出力映像信号ｉにおける識別パターンｄの表示例を示す。この例では、符号化器６において送信映像信号ｃを符号化する際に１／２フレームの駒落としが発生している。このようなことは、伝送路の速度が低い場合に符号化データｅの量を削減するために一般的に用いられる符号化の手法であるが、符号化器６の性能不足や設計誤りなどにより不測に発生することも考えられる。

一般的に、復号化器１０は直前に復号したフレームで置換することにより欠落したフレームを補間して出力映像信号ｉを得ため、本例において、出力映像信号ｉに同一のフレームが２回繰り返して表示されることが識別パターンから確認できる。

図１２は、ボトムフィールドの欠落による解像度劣化の発生とその場合の出力映像信号ｉにおける識別パターンｄの表示例を示す。この例では、符号化器６において送信映像信号ｃを符号化する際にトップフィールドのみを符号化することにより、垂直方向の解像度が劣化している。

このようなことは、伝送路の速度が低い場合に符号化データｅの量を削減するために一般的に用いられる符号化の手法であるが、符号化器６の性能不足や設計誤りなどにより不測に発生することも考えられる。この場合、復号化器１０は復号したトップフィールドから欠落したボトムフィールドを補間して出力映像信号ｉを得ている。

一般的に、欠落したフィールドは空間的に上下に位置する直前のフィールドから補間されるため、本例では欠落したボトムフィールドをトップフィールドで置き換えるか、または上下に位置するトップフィールドのラインの平均値で補間される。このため、出力映像信号ｉに同一のフィールドが２回繰り返して表示されることが識別パターンｄから確認できる。

図１３は、伝送路エラーによるフレームの欠落が発生した場合のフレームフリーズの発生とその場合の出力映像信号ｉにおける識別パターンｄの表示例を示す。この例では、伝送路においてエラーが発生したため復号用符号化データｈのｅ４、ｅ５、ｅ６が復号できない状況を想定している。この場合、復号化器１０は最後に復号したフレームにより、復号ができずに欠落したフレームを置換することにより補間をして出力映像信号ｉを得ている。本例においては、出力映像信号ｉに同一パターンが５回繰り返して表示されることが識別パターンｄから確認できる。

図１４は、伝送路エラーによるフィールドの欠落が発生した場合のフィールドフリーズの発生とその場合の出力映像信号における識別パターンの表示例を示す。この例では、伝送路においてエラーが発生したため復号用符号化データｈのｅ２ボトムフィールドとｅ３のトップフィールドが復号できない状況を想定している。

本例においては、復号化器１０は最後に復号したフィールドにより、復号ができずに欠落したフィールドを置換することにより補間をして出力映像信号ｉを得ているため、出力映像信号ｉに同一のフィールドが３回繰り返して表示されることが識別パターンｄから確認できる。

また別の補間方法として、欠落したフィールドを含むフレーム全体を直前に復号したフレームにより置換する方法も考えられるが、この補間方法を使用した場合は同一のフレームc1'が３回繰り返されることになる。

以上に説明したように、出力映像信号ｉを視覚的に認識することによって、映像信号のフィールドおよび／またはフレームのフリーズ発生の有無と、フィールド欠落による解像度の劣化が、映像信号符号化伝送装置における符号化／復号化などの性能に依存して発生しているのか、あるいは伝送路などの外部要因により発生しているかを簡易に判断可能となる。

しかし、これに留まらず、本映像信号符号化伝送装置を評価することを意識し、３つの選択器２，７，９を使用して信号経路を変えることにより、映像信号のフレームやフィールドの欠落箇所を絞り込むことができる。

図１５は、伝送路を介して対向する映像信号符号化伝送装置αと映像信号符号化伝送装置βにおける８とおりの評価経路Ａ〜Ｈを示す。評価経路Ａ〜Ｈごとの選択器の操作と評価対象となる装置および評価ポイントを図１６に表示する。

図１６において、選択器の操作とは、各選択器が運用時とは異なる帰還経路の信号を選択することを意味する。即ち、選択器２は入力映像信号ａに代わって出力映像信号ｉ、選択器７は符号化データｅに代わって受信符号化データｇ、選択器９は受信符号化データｇに代わって符号化データｅをそれぞれ選択する。

この結果、評価経路Ａと評価経路Ｂでは、当該装置の選択器９が操作されるため、当該装置で符号化データｅが受信側へ折り返されるので、当該装置全体の評価となる。評価経路Ｃと評価経路Ｄでは、全ての選択器の操作がないため、運用時と同様に、信号は当該装置の送信側から伝送路を経由して相手装置の受信側へ抜けるので、当該装置の送信側，伝送路および相手装置の受信側の評価となる。

評価経路Ｅと評価経路Ｇでは、対向装置の選択器７が操作されるため、対向装置で受信符号化データｇが伝送路へ折り返され当該装置へ帰還するので、当該装置全体および伝送路の評価となる。

評価経路Ｆと評価経路Ｈでは、対向装置の選択器２が操作されるため、対向装置で出力映像信号ｉが送信側へ折り返されるので、当該装置全体，伝送路および対向装置全体の評価となる。

このような表１に示す評価経路を組み合わせて評価を実施することにより、フリーズや解像度劣化などがシステム上のいずれのポイントで発生しているかを切り分けることが可能である。

図１７に示すように、映像ソースとなる映像信号に対し、識別パターンを予め編集により多重化した評価用映像を作成しておき、図１５に示したような評価経路を設定して、評価用映像を再生することにより映像信号符号化伝送装置の評価に供することもできる。この場合、図１に示した映像信号符号化伝送装置には、タイミング信号発生器３，識別パターン発生器４および多重化器５は不要である。これにより、実施例１におけるのと同等の効果を期待できる。なお、編集、再生装置には市販されているPC等を用いた一般的な映像編集により実施することができる。

以上に説明した実施例は、映像信号伝送装置として映像信号符号化伝送装置を取り上げているが、本発明は、これに限定されることはなく、例えば、映像信号を暗号化したり、録画したり、同期を行なう装置であってもよい。

１ 入力端子
２ 選択器
３ タイミング信号発生器
４ 識別パターン発生器
５ 多重化器
６ 符号化器
７ 選択器
８ 伝送路インタフェース
９ 選択器
１０ 復号化器
１１ 出力端子
１２ 制御器
ａ 入力映像信号
ｂ 選択映像信号
ｃ 送信映像信号
ｄ 識別パターン
ｅ 符号化データ
ｆ 送信符号化データ
ｇ 受信符号化データ
ｈ 復号用符号化データ
ｉ 出力映像信号
ｊ タイミング信号
ｋ 選択信号
ｌ 選択信号
ｍ 選択信号

Claims (6)

1. 上位装置から入力された映像信号に所定の処理を施して伝送路経由で伝送し、また伝送されてきた映像信号を前記上位装置へ出力する映像信号伝送装置において、
   前記映像信号が連続するフィールドまたは／およびフレーム構造を有する動画映像信号である場合に、連続する前記フィールドまたはフレームごとに変形し所定のフィールド数またはフレーム数の周期で巡回する識別パターンを前記映像信号に多重化した後で前記所定の処理の対象とし、
   前記識別パターンは前記上位装置への出力時に視認可能なことを特徴とする映像信号伝送装置。
2. 映像信号伝送装置の中核部の外側に運用時とは異なる評価時の信号経路を形成するための選択器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の映像信号伝送装置。
3. 連続するフィールドまたは／およびフレーム構造を有する動画の入力映像信号を上位装置から入力するための入力端子と、
   連続する前記フィールドまたはフレームごとに変形し所定のフィールド数またはフレーム数の周期で巡回する識別パターンを発生する識別パターン発生器と、
   前記入力映像信号に前記識別パターンを多重化する多重化器と、
   前記多重化された送信映像信号を符号化して符号化データを出力する符号化器と、
   伝送路から入力する受信符号化データを復号化する復号化器と、
   前記復号化された出力映像信号を前記上位装置へ出力するための出力端子を有することを特徴とする映像信号伝送装置。
4. 前記入力映像信号と前記出力映像信号の内の何れかを選択して前記多重化器へ出力する第１選択器と、
   前記符号化データと受信符号化データの内の何れかを選択して前記伝送路へ出力する第２選択器と、
   前記受信符号化データと前記符号化データの内の何れかを選択して前記復号化器へ出力する第３選択器を設けたことを特徴とする請求項３に記載の映像信号伝送装置。
5. 前記識別パターンは、前記映像信号の連続する４フレーム毎に巡回することを特徴とする請求項１〜４に記載の映像信号伝送装置。
6. 前記識別パターンは、２フレーム連続で黒レベルとなる区域（１つのフレームラインの中央から左右半分の部分）と、１フレーム毎に黒レベルと白レベルが交代する区域が、２フレーム毎に水平方向の位置を交代することにより、連続するフィールド間またはフレーム間において、同一の識別パターンが連続しないことを特徴とする請求項５に記載の映像信号伝送装置。

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