JP2020088671A - 撮像装置及び当前記装置における信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転送データにスクランブルが施された場合でも確実に同期コードを検出する撮像装置、信号処理方法を提供する。【解決手段】撮像装置の送信側は、基準クロックを発生する発振器と、基準クロックに同期して水平同期信号及び垂直同期信号を発生する同期信号発生手段と、水平おおよび垂直同期信号に同期する画像信号読み出し手段と、水平同期信号に同期して画像信号に複数の同期コードを付加する同期コード付加手段と、複数の同期コードの各々に画像信号の先頭位置を示す識別情報を付加する識別情報付加手段と、同期コードと画像信号を送信する送信手段を有する。撮像装置の受信側は、同期コードと画像信号を受信する受信手段と、同期コードを検出する同期コード検出手段と、複数の同期コードの各々に付加された識別情報を取得する識別情報取得手段と、識別情報取得手段で取得した識別情報を用いて、画像信号の先頭位置を判定する情報処理手段を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子から出力される画像信号に含まれる水平同期信号を検出する技術に関する。

近年のイメージセンサの高画質化、高フレームレート化に伴って、イメージセンサからの画素データの高速な読み出しが求められている。

このような高速の画素データの読み出しに対応できるセンサとして、アナログデータをＡ／Ｄ変換したデジタルデータをパラレルシリアル変換によりシリアル化して高速に転送する方法が知られている。

このような画素データの転送において、画素データの水平、垂直同期のタイミングを取るためにシリアルデータ中に同期コードと呼ばれる複数の符号列を埋め込んで転送することが行われている。

画素データを処理するためには、画像データの先頭位置を示す同期コードを正しく検出することが重要である。

特許文献１には、パケットの先頭位置を示す識別子にエラーが発生しても、正しく画像データを処理する方法について述べられている。また特許文献１には、パケットの先頭位置を示す識別子にエラーが発生した場合、パケットの先頭位置を判断できず、パケットロストが引き起こされることが課題に挙げられている。これを解決するために、パケットの先頭位置を示す識別子を有する同期コードを複数送信し、受信側で識別子の情報を解釈するためのテーブルを有し、パケットの先頭位置を検出する技術が公開されている。

また、近年の高速な画素データの転送においては、転送データにクロック信号を埋め込み、受信した転送データからクロック信号を抽出するクロックデータリカバリ方式と呼ばれる転送方法がしばしば用いられる。

クロックデータリカバリ方式において、ＡＣ結合によりデータを転送する場合はクロックを正常に抽出するための転送データ中の０と１の数がなるべく均一になるようなエンコードを施す。エンコードの１つの手段としてデータにスクランブルをかける方式がある。

特開２００９−１７７３４７号公報

データにスクランブルをかけるエンコード方式の場合、転送データのデスクランブル処理を行う開始点を誤検出した場合にデータの処理を正しく行えない可能性がある。

特許文献１では、受信側に同期コードが有する識別子の情報を解釈するためのテーブルを有することを前提としている。そのため、送信側で必ず受信側のテーブルに存在する識別子の情報しか同期コードに付加できないことから、送信側で同期コードに付加する識別子の情報の自由度が低いという課題がある。

本発明は、同期コードに付加する識別子の情報の自由度を高くすることができ、転送データにスクランブル処理が施された場合であっても、確実に同期コードを検出し、転送データのデスクランブルを正しいタイミングで開始することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
基準クロックを発生する発振器と、前記基準クロックに同期して水平同期信号及び垂直同期信号を発生する同期信号発生手段と、前記水平同期信号及び前記垂直同期信号に同期して画像信号を読み出す画像信号読み出し手段と、前記水平同期信号に同期して前記画像信号に複数の同期コードを付加する同期コード付加手段と、前記複数の同期コードの各々に前記画像信号の先頭位置を示す識別情報を付加する識別情報付加手段と、前記同期コードと前記画像信号を送信する送信手段と、前記同期コードと前記画像信号を受信する受信手段と、前記同期コードを検出する同期コード検出手段と、前記複数の同期コードの各々に付加された前記識別情報を取得する識別情報取得手段と、前記識別情報取得手段で取得した識別情報を用いて、前記画像信号の先頭位置を判定する情報処理手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る撮像装置によれば、同期コードに付加する識別子の情報の自由度を高くすることができ、転送データにスクランブルが施された場合でも確実に同期コードを検出し、転送データのデスクランブルを正しいタイミングで開始することができる。

撮像装置のブロック図 送信データ処理回路の構成を示すブロック図 転送データの一例を示した図 同期コード検出回路の構成を示すブロック図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明していくが、本実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

図１は、本発明の実施形態における撮像装置の構成を説明するブロック図である。

図１において、発信器１０１は、動作の基準となる基準クロックを出力する。

この発振器１０１から出力される基準クロックに基づいて、後述する各部が動作する。

同期信号発生器（ＳＳＧ）１１０は、基準クロックに同期して水平同期信号ＨＤ及び垂直同期信号ＶＤを出力する。

タイミング信号発生器（ＴＧ）１０２は、ＳＳＧ１１０から供給される水平同期信号（ＨＤ）、垂直同期信号（ＶＤ）に基づいて、撮像素子（センサ）１２０を駆動するための駆動パルス信号を発生する。

センサ１２０は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳから構成される撮像素子である。

センサ１２０は、内部光電変換を行うフォトダイオード等の画素部１０３と、画素部１０３で得られた画素信号をＴＧ １０２から供給される駆動パルス信号（駆動信号）に従って順次出力する転送路と、画素信号を増幅するアンプ、画素信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器等を有している。

送信データ処理回路１０４は、画素部１０３からの画素信号とＴＧ １０２からのタイミング信号より、所定のプロトコルに従った送信データを生成してパラレルデータとして出力する。

具体的には、画素データに対して水平同期信号ＨＤに対応した同期コードの付加等を行う。

送信データ処理回路１０４の構成を図２に示す。

ステートマシン回路（ＦＳＭ）２０２が、処理サイクルをカウントするカウンタ２０１からのカウント値と、ＴＧ１０２からのタイミング信号に従い、出力セレクタ２０６の出力が所定のプロトコルに従ったデータとなるよう切り替える指示信号を出力する。

具体的には垂直同期信号ＶＤに同期したデータの先頭に、固定パターン生成部２０３が出力する固定パターンのデータを所定時間出力する。

固定パターンには予め定められた特定の制御コードが繰返し含まれており、後述する画像処理部１３０内でのデータ処理に使用される。

また、同期コード生成部２０４が、画素信号の各水平ラインに対して水平同期信号ＨＤに対応した同期コードの付加を行う。

同期コードとは、あらかじめ決められたワード長のデータ（シンボル）の特定のパターンを指している。例えば同期コードが４シンボルで構成されるとすると、｛シンボル１、シンボル２、シンボル３、シンボル４｝＝｛ＡＬＬ０のシンボル、ＡＬＬ０のシンボル、ＡＬＬ１のシンボル、ＡＬＬ１のシンボル｝といったデータの並びである。

受信側はこれらのデータパターンをパターンマッチングにより同期コードとして検出し、水平同期のタイミングを取る。

同期コードは固定パターンの直後、または水平同期信号ＨＤに同期したデータの先頭に出力されるようＦＳＭ２０２によって制御される。

また、同期コード生成部２０４は、付加する同期コード内に識別情報を含めることができる。識別情報とは、例えば、同期コードに続くスクランブルデータの先頭位置を示す情報であり、具体的には同期コードからスクランブルデータの先頭位置までの同期コードのシンボル数を示すカウント値である。

画素部１０３からの画素データについてはスクランブル回路２０５でスクランブル処理を施す。

スクランブル処理については例えば線形帰還シフトレジスタによって生成した乱数と画素データとの排他的論理和を取って実際に送信するデータを生成する。

転送データの構成の一例を図３に示す。

３０１は転送データの一例を示している。転送データ３０１は、固定パターン、同期コード、スクランブルデータから構成される。本実施例では、スクランブルデータの前に同期コードを５つ付加している例を示し、説明を行う。

３０２〜３０５は同期コード内の各シンボルを示している。シンボル４ ３０２にはＡＬＬ１を示す情報、シンボル３ ３０３にはＡＬＬ１を示す情報、シンボル２ ３０４にはＡＬＬ０を示す情報、シンボル１ ３０５にはスクランブルデータの先頭位置を示す識別情報が格納されている。同期コード１のカウント値１は、スクランブルデータの先頭位置までの同期コード２〜５のシンボル数の総数である１６を示し、同期コード５のカウント値５は、直後にスクランブルデータの先頭が来るため０を示す情報である。

パラレルシリアル変換器１０６は、送信データ処理回路１０４から出力されるパラレルデータをシリアルデータに変換する。

変換されたシリアルデータは、送信ドライバ１０７を通して基板やケーブルを経由し受信ドライバ１１１へ供給される。

ＰＬＬ１０５は基準クロックからパラレルシリアル変換器１０６のシリアルデータへの変換レートに合わせたシリアルクロックをパラレルシリアル変換器１０６へ供給する。

ここでは送信データ処理回路１０４からの出力データを１つの送信ドライバを介して出力する例を示しているが、実現したいデータレートに応じて複数のドライバにデータを分配して送ってもよい。

１３０は画像処理部である。

シリアルパラレル変換器１１２は受信ドライバ１１１からのシリアルデータを入力して内部のシフトレジスタに蓄える。

蓄えられたシリアルデータを例えば８ビットのパラレルデータとして出力する。さらに、シリアルデータから復元したクロックも出力する。

ワードアライン回路１１３はシリアルパラレル変換器１１２から出力されたパラレルデータから予め決められたワード長のデータを取り出す回路である。

例えばシリアルパラレル変換器１１２からのパラレルデータが８ビットで、それに対して画素データが１画素あたり１２ビットのワード長であったとすると、８ビット入力から各画素の１２ビットの境目を探し出し、１２ビットのワードを取り出して出力する。

このようなワード同期を取る（ワードアライン）動作は前述した固定パターンを受信した際に行われる。

固定パターンは予め定められた特定の制御コードであり、ワードアライン回路１１３はその特定の制御コードのパターンをパターンマッチングにより探すことでワード同期を取る。

ワードアライン回路１１３はワード同期を取り、同期を取ったデータ信号を同期コード検出回路１１４と受信データ処理回路１１５へ出力する。

同期コード検出回路１１４はワードアライン回路１１３からのデータ信号を受け、同期コードを検出して同期コード検出信号として出力する。

同期コード検出回路１１４の構成を図４に示す。

ここでは同期コードが４シンボルで構成されるものとして説明を行う。

４０１〜４０４は入力データを遅延させるための遅延素子である。

遅延素子４０１の出力はカウント値取得回路４０５にて、スクランブルデータの先頭位置までの同期コードのシンボル数を示すカウント値情報として比較器４１０に送信される。

遅延素子４０２〜４０４の出力をそれぞれ比較器４０６〜４０８にて、同期コードの各シンボルそれぞれの期待値と比較する。

期待値と一致すれば１、一致しない場合は０を各比較器が出力する。

各比較器からの出力を加算器４０９で加算する。

その値とあらかじめ設定された閾値とを比較器４１０で比較し、３シンボルの比較結果が閾値以上となった場合にカウント値情報を含む同期コード検出信号を出力する。

このように、同期コードを複数シンボル構成とし、各々のシンボル期待値との比較結果を合わせて評価することで、あるサイクルでビットエラーが起きて同期コードの一部が壊れてしまうといったケースに対してエラー耐性を持たせることができる。

受信データ処理回路１１５は、カウント値処理回路１１６とデスクランブル回路１１７を有する。

カウント値処理回路１１６は、同期コード検出回路１１４から出力される同期コード検出信号を受けて、同期コード内に含まれるカウント値情報の解析を行う。カウント値処理回路１１６は、カウント値情報が示すスランブルデータの先頭位置までの同期コードのシンボル数から、デスクランブル回路１１７へ送信するリセット信号のタイミングを決定する。例えば、同期コード１のカウント値が１６、同期コード２のカウント値が１２、同期コード３のカウント値が８、同期コード４のカウント値が４、同期コード５のカウント値が０を示しているものとする。この場合、カウント値処理回路１１６は、同期コード５の直後にスクランブルデータの先頭位置があると判定し、デスクランブル回路１１７へリセット信号を送信する。

また、カウント値処理回路１１６は、複数の同期コードのカウント値が連続性を有しているか否かで同期コードのカウント値が誤りであるか否かを判定する。例えば、同期コード１のカウント値が１６、同期コード２のカウント値が１２、同期コード３のカウント値が８、同期コード４のカウント値が４、同期コード５のカウント値が４を示しているものとする。この場合、同期コード１から４までのカウント値は連続性を有していることから、カウント値処理回路１１６は同期コード１から４のカウント値が正しい値であると判定する。同期コード５のカウント値は、同期コード５の前に付加されている同期コード４のカウント値と連続性を有していないため、カウント値処理回路１１６は同期コード５のカウント値が誤った値であると判定する。この場合、カウント値処理回路１１６は、同期コード１から４のカウント値が示す同期コード５の直後にスクランブルデータの先頭位置があると判定し、デスクランブル回路１１７へリセット信号を送信する。

また、カウント値処理回路１１６は、同期コード５の前に付加されている同期コード４のカウント値から同期コード５のカウント値が０を示していると推測することもできる。この場合、カウント値処理回路１１６は、同期コード１から５のカウント値が示す同期コード５の直後にスクランブルデータの先頭位置があると判定し、デスクランブル回路１１７へリセット信号を送信してもよい。

また、カウント値処理回路１１６は、各同期コードのカウント値情報が示すスランブルデータの先頭位置が所定の閾値以上示された同期コードのカウント値を正しい値と判定してもよい。例えば、同期コード１のカウント値が１６、同期コード２のカウント値が０、同期コード３のカウント値が４、同期コード４のカウント値が４、同期コード５のカウント値が０を示している場合について説明を行う。同期コード１、同期コード４、同期コード５は、同期コード５の直後にスクランブルデータの先頭位置があることを示している。

同期コード２は、同期コード２の直後にスクランブルデータの先頭位置があることを示している。同期コード３は、同期コード４の直後にスクランブルデータの先頭位置があることを示している。前述した所定の閾値が３である場合には、カウント値処理回路１１６は同期コード１、同期コード４、同期コード５のカウント値が正しい値であると判定し、同期コード２と同期コード３のカウント値が誤った値であると判定する。カウント値処理回路１１６は、同期コード５の直後にスクランブルデータの先頭位置があると判定し、デスクランブル回路１１７へリセット信号を送信する。また、所定の閾値の値を変更することも可能であり、スクランブルデータの先頭位置を示す情報が最も多い同期コードのカウント値を正しい値と判定する処理も可能である。

このように同期コードを複数付加することで、同期コード内の識別情報の一部が壊れてしまうといったケースに対してエラー耐性を持たせることができる。

デスクランブル回路１１７は、ワードアライン回路１１３からのデータ信号に対して、カウント値処理回路１１６からリセット信号を受けたタイミングをデータの先頭として、所定のフォーマットで定義されているデータの中身を解析、処理していく。

以上、本実施形態によれば、複数の同期コードにスクランブルデータの先頭位置を示す識別情報を付加し、識別情報を解析することによって同期コードを確実に検出し、転送データのデスクランブルを正しいタイミングで開始することができる。

１２０ センサ、１０４ 送信データ処理回路、１３０ 画像処理部、
１１４ 同期コード検出回路、１１５ 受信データ処理回路

Claims (9)

1. 基準クロックを発生する発振器と、
   前記基準クロックに同期して水平同期信号及び垂直同期信号を発生する同期信号発生手段と、
   前記水平同期信号及び前記垂直同期信号に同期して画像信号を読み出す画像信号読み出し手段と、
   前記水平同期信号に同期して前記画像信号に複数の同期コードを付加する同期コード付加手段と、
   前記複数の同期コードの各々に前記画像信号の先頭位置を示す識別情報を付加する識別情報付加手段と、
   前記同期コードと前記画像信号を送信する送信手段と、
   前記同期コードと前記画像信号を受信する受信手段と、
   前記同期コードを検出する同期コード検出手段と、
   前記複数の同期コードの各々に付加された前記識別情報を取得する識別情報取得手段と、
   前記識別情報取得手段で取得した識別情報を用いて、前記画像信号の先頭位置を判定する情報処理手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記識別情報付加手段が付加する前記識別情報は、前記同期コードから前記画像信号の先頭位置までのシンボル数を示す情報であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記識別情報取得手段は、前記同期コード検出手段が前記同期コードを検出した場合にのみ前記同期コードに付加された前記識別情報を取得して前記情報処理手段に前記識別情報を通知することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記情報処理手段は、前記同期コードの識別情報と前記同期コードの直前に付加された前記同期コードの識別情報を比較し、識別情報間に連続性がない場合には、前記同期コードの識別情報は誤りであると判定し、前記同期コードの識別情報以外の前記同期コードの識別情報を用いて前記画像信号の先頭位置を判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置。
5. 前記情報処理手段は、前記同期コードの識別情報と前記同期コードの直前に付加された前記同期コードの識別情報を比較し、識別情報間に連続性がない場合には、前記同期コードの識別情報は誤りであると判定し、前記同期コードの直前に付加された前記同期コードの識別情報と連続性を持つ前記識別情報を生成して採用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置。
6. 前記情報処理手段は、前記複数の同期コードから取得した前記複数の識別情報が示す前記画像信号の先頭位置のうち、所定の閾値以上の前記識別情報によって示される前記画像信号の先頭位置を前記画像信号の先頭位置と判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置。
7. 前記画像信号を所定の係数によりスクランブルするエンコード手段と、
   前記エンコード手段によってスクランブルされたデータを復元するデコード手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置。
8. 前記垂直同期信号に同期して前記画像信号の先頭に特定のパターンを繰返し送信することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の撮像装置。
9. 前記同期コード検出手段は、前記同期コードを形成する所定数のシンボルのうち閾値以上のシンボルを受信した場合に同期コードを検出したと判断することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の撮像装置。