JP2020123860A - 映像信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高画質（４Ｋ・８Ｋ）の映像伝送を同軸ケーブルでシリアル伝送するフォーマットが提案され、規格化されている。理論的には可能であるが、デバイスの性能や伝送路の特性に起因する伝送エラーが発生するため、伝送距離を延ばすことができない問題がある。本発明の目的は、伝送エラーが発生する伝送路ではエラーを抑えることを可能にしたエラー対策を提供することにある。【解決手段】 エラー耐性を向上させるために、色差成分を間引くサンプリング構造にすることで、誤り訂正符号を付加するフォーマットに変更する手段を備え、伝送レートを変更することなくエラー対策処理を行うことを特徴とする映像信号伝送装置。【選択図】 図４

Description

本発明は、撮像装置などによって得られる映像信号をデジタル伝送する映像信号伝送装置に関し、特に誤り訂正符号による伝送エラー対策に関するものである。

所謂４Ｋや８Ｋといった超高解像度映像の撮影用機器の開発が進み、さらなる高画質放送方式へ移行する環境が整いつつある。撮像機器の出力インタフェースとしては、従来のＨＤＴＶ機器との互換性を確保するため、また安価なシステム構成とするため、同軸ケーブルによる簡易な伝送が実現できるインタフェースであることが望ましい。ＳＭＰＴＥ（Society of Motion Picture and Television Engineers）においては、同軸ケーブル伝送や光伝送を想定したシリアル伝送するフォーマットが提案され、規格化されている（非特許文献１〜３）。

しかしながら、映像の解像度が上がることは、情報量の増加、高速伝送化につながるため、１ビットあたりのタイミング余裕が減り、同軸ケーブル伝送では、ケーブル駆動回路の性能や伝送路の特性に起因して、伝送エラーが発生し易くなる。このため、伝送路による信号品質の劣化を許容できるよう複数の伝送路に分割して、伝送路あたりの伝送レートを抑えたり、伝送距離を短くすることで信号劣化を抑えたりして、伝送エラーを抑える工夫をして運用されている。また、伝送エラーを抑える方法としては、伝送効率は落ちるものの、誤り訂正符号を付加することで伝送エラーに対して誤り訂正を行うことも可能である。

特許文献１は、映像データのＤＣ成分抑制のための８ｂ／１０ｂ変換による冗長なデータやパリティビットを削除することで、余剰データ領域を捻出して誤り訂正符号を付加している。特許文献２には、複数の伝送路において、各伝送路の品質に応じて誤り訂正符号化率を変更することが提案されている。

特開２０１２−２３０１２３号公報 特開２０１５−１７３３３７号公報

ＳＭＰＴＥ２９２Ｍ ＳＭＰＴＥ３７２Ｍ ＳＭＰＴＥ３５２Ｍ

上記の従来技術では、いずれも誤り訂正符号によって、エラー発生を抑制する効果があるが、特許文献１に記載の方式は、８ｂ／１０ｂ変換データが含まれるフォーマットである場合にのみ有効な手法であり、伝送レートに変動が無いよう複雑なデータフォーマットの変換が必要になる。また、特許文献２に記載の方式は、複数の伝送路の受信品質に応じて誤り訂正符号化率を規則的に変更しようとするものであるが、受信品質を送信側へ伝える手段が必要なうえ、データフォーマットが各伝送路で異なるため、誤り訂正回路が複雑になるデメリットがある。

そこで、本発明の目的は、伝送レートを変えることなく、複雑な映像データのマッピング処理を伴わない方法で誤り訂正符号化処理を行い、伝送エラーを抑えることを可能にしたエラー対策を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る映像信号伝送装置は、
映像信号を非圧縮のシリアルデータで伝送する映像信号伝送装置であって、入力された映像信号の色信号のサンプリング構造を変更して色信号データを減ずる手段と、変更後の映像信号に基づいて誤り訂正符号を生成する誤り訂正符号化手段と、生成した誤り訂正符号を減じた分の色信号データに代えて映像信号に付加する伝送路符号化手段とを送信部に備えることを特徴とする。

本発明に係る映像信号伝送装置によれば、伝送レートを変えることなく、複雑な映像データのマッピング処理を伴わない方法で誤り訂正符号化処理を行い、伝送エラーを抑えることを可能にしたエラー対策を提供することができる。

４：２：２の映像データのサンプリング構造を示した図である。 有効画素データのデータストリームの説明図である。 ４：２：０の映像サンプリング構造を示した図である。 実施例１の映像伝送装置の送信部の動作を説明する図である。 実施例１の色差データ生成方法の説明図である。 実施例１の誤り訂正符号化部の機能ブロック図である。 実施例１の伝送路符号化部におけるデータ内容の説明図である。 実施例１の映像伝送装置の受信部の動作の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係る映像信号伝送装置は、非圧縮で映像データを伝送するための装置である。輝度（Ｙ）信号と、青色信号と輝度信号の差分である色差（Ｃｂ）信号と、赤色信号と輝度信号の差分である色差（Ｃｒ）信号とのデータ比が４：２：２であるＨＤＴＶ信号のシリアル伝送を規定したＳＭＰＴＥ２９２Ｍのフォーマットを基本として説明する。さらに高画質になった場合や複数伝送路を用いた伝送を行う場合でもＳＭＰＴＥ２９２Ｍフォーマットをベースとしているので基本的な考え方は同じである。

図１は、４：２：２の映像データのサンプリング構造を簡易的に示した図である。

ＳＭＰＴＥ２９２Ｍのフォーマットでは、有効画素が水平１９２０画素、垂直１０８０画素の場合、４：２：２の映像データは、有効画素数分サンプリングされたＹ信号データと水平方向に１画素置きにサブサンプリングしたＣｂ、Ｃｒ信号データで構成される。

１ラインあたり、Ｙ信号データは１９２０ワード、Ｐｂ信号データとＰｒ信号データはそれぞれ９６０ワードの映像データからなり、１ライン目のＣｂ０、Ｙ０、Ｃｒ０、Ｙ１から順に１０８０ライン分伝送する。輝度信号データと色差信号データを時間軸多重した１ライン分のデータストリームを図２に示す。

ここで、Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒの末尾に付した数値はサンプリング順の番号を示し、Ｙデータは、０から１９１９サンプル、Ｐｂ、Ｐｒは０から９５９サンプルの値をとる。

１０８０ライン目のＣｂ９５９、Ｙ１９１８、Ｃｒ９５９、Ｙ１９１９が１フレームの最後のデータである。

本発明は、色差信号データに代えて誤り訂正符号を付加することで品質のよくない伝送路において発生する伝送エラーを抑制しようとするもので、４：２：２の映像データを４：２：０の映像サンプリング構造のデータに変換し、誤り訂正符号を付加することで説明する。

４：２：０の映像サンプリング構造は、図３に示すように垂直方向にも１ライン置きにサブサンプリングすることで色差信号データを減じた構造である。なお、４：２：２構造（図１）に比較して、４：２：０構造は色差信号の垂直方向のサンプリング位置が異なり、２ライン間の中間の位置となるため、図３においては、Ｃｂ、Ｃｒのライン位置を示す値として、１．５あるいは３．５と記載している。また、図１、図３においてＣｂ、Ｃｒのサンプリング位置がＹのサンプリング位置とずれているような図となっているが、重なって表現しにくいため、意図的にずらして記載しているもので、水平方向位置はＹ信号と同じである。

次に本発明に係る映像伝送装置の構成と誤り訂正符号化の動作を図４及び図５を用いて説明する。

本発明の映像伝送装置１の入力端子１１から、撮像装置等で撮影された画像データが入力される。ＳＭＰＴＥ２９２Ｍのフォーマットであれば、図２に示した順で、１ワードあたり１０ビットデータでシリアル化された画像データが入力される。入力された画素データは、伝送路復号部１２において、画素データ単位で処理し易いように並列化処理され、画像信号処理部１３に入力される。画像信号処理部１３では、メモリ部１４とデータの読み書きを実行しながら各種デジタル処理が行われる。

画像信号処理部１３は、入力された画像データをメモリ部１４に出力し、少なくとも１ライン分（図５のｎライン）の映像データをメモリ部１４に書き込み、入力される次のライン（図５のｎ＋１ライン）の先頭と同期して読み出す。また、ｎラインデータとｎ＋１ラインデータとの演算により、４：２：０映像サンプリング構造の色差データを生成する。図５の○丸の位置が、サンプル位置に相当する。簡単には上下ラインの中間値であるが、複数の周辺画素データから生成しても良い。生成した色差データは、ｎラインの色差データ位置に入れ込み、輝度データは変更せず、ｎラインの連続した映像データとして誤り訂正符号化部１６に送られる。また、ｎ＋１ラインの映像データも並行して誤り訂正符号化部１６に送られる。

図６は、誤り訂正符号化部１６の機能ブロック図である。

誤り訂正符号化部１６は、符号化率３／４の誤り訂正符号生成機能を備え、色差データが置き換えられたｎラインのデータＣｂｍ、Ｙ０ｎ、Ｃｒｍ、Ｙ１ｎとｎ＋１ラインの映像データＹ０ｎ＋１、Ｙ１ｎ＋１の入力データを演算して誤り訂正符号Ｅ０及びＥ１を生成する。

訂正符号Ｅ０、Ｅ１は、ｎ＋１ラインのＣｂ０、Ｃｒ０のデータと置き換えることでｎ＋１ラインのデータとして、ｎラインデータとともに伝送路符号化部１７に出力される。

伝送路符号化部１７では、入力された訂正符号Ｅ０及びＥ１をｎ＋１ラインのＣｂ０、Ｃｂ１のデータと置き換えることで、図７に示すような伝送するｎ＋１ラインを生成する。さらに映像データのＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｏｄｅ）をＳＭＰＴＥ２９２Ｍなどで定められた生成多項式によって生成し直してリフォーマットした後、スクランブルを掛け、シリアル化して伝送路に出力端子１８から出力する。

なお、演算処理回路（ＣＰＵ）１５は、画像信号処理部１３、メモリ部１４の制御など、装置全体システムの制御を行うもので、伝送品質が良い状態では、本発明の機能を無効にする選択制御も行う。制御端子１９から入力される伝送品質情報によって制御を行っても良い。

また、本実施例では、説明を簡単にするため、メモリ容量を少なく、２ラインで完結する誤り訂正符号生成方式を説明したが、誤り訂正符号化率が３／４（＝６／８）であれば、本発明は成り立つので、本例の説明が誤り訂正符号の方式や拘束長を制限するものではない。

次に、映像伝送装置の受信部２の動作について図８を用いて説明する。

伝送路から入力端子２０経由で入力された映像データは、伝送路復号部２１において、デスクランブル処理と並列化処理を施された後に、２ライン単位で処理できるよう、画像信号処理部２２を経由して一旦、メモリ部２３に入力される。

画像信号処理部２２は、次の映像ラインと同期して１ライン前のデータを読み出し、誤り訂正復号部２４に入力する。誤り訂正復号部２４では、訂正符号を生成するための対象となったデータワードに対して、誤り検出を行い、データ誤りが検出された場合は、誤りを訂正したデータに変換処理を行ったデータ列を再び画像信号処理部２２に戻す。画像信号処理部２２では、符号化時に置き換えたｎ＋１ラインの色差データを補間する必要がある。簡単には、ｎラインの色差データによる前置補間であるが、ｎラインの色差データも含めて、周辺データから生成してもよい。このようにして再生された４：２：２の映像データは、伝送路符号化部２７において、映像データに関してＣＲＣを再生成した後、スクランブルを掛け、シリアル化して出力される。

伝送路品質を送信側へ返す系が存在する場合は、誤り訂正復号部において、検出した誤り率を伝送品質情報として、出力端子２９から送信側装置に送信し、その情報によって、受信装置側から、本発明の機能の有効／無効を切り換えてもよい。機能が無効となっている場合であっても、誤り訂正復号部２４においてＣＲＣの再演算結果によって誤りを検出でき、誤り率を算出可能である。受信装置側で制御する場合は、映像サンプリング構造がどちらであるかは知ることができるが、片方向通信の場合であっても映像サンプリング構造を知る手段があるほうが望ましい。ＳＭＰＴＥ３５２では、サンプリング構造や画像レートをペイロードＩＤとして送ることが規定されており、映像ブランキングの補助データ領域に同様のデータを送信側で付加して、受信側で誤り訂正符号化されたデータか否かを判別することは可能である。

このようにして、映像信号伝送装置の送信部に入力された４：２：２の映像データは、一旦、４：２：０の映像データへの変換処理を受けるが、受信部において誤り訂正処理後に再び４：２：２の映像データとして復号される。４：２：２と４：２：０の映像フォーマット変換で色解像度の劣化が発生する可能性はあるものの、視覚特性に鈍感な色成分に関するものであり、エラーが発生して映像破綻を起すことを強力な訂正符号によって防ぐ本発明の絶大な効果と比較すれば、僅かなデメリットである。

また、本例では、入力信号形式はＳＤＩ（Serial Digital Interface）信号を想定して説明したが、これに限定されるものではなく、撮像装置などの映像入力機器のインタフェースに依拠して変更は可能である。

実施例１では、４：２：２と４：２：０の映像サンプリング構造変換と３／４の符号化率での誤り訂正符号化を例に説明したが、高画質フォーマットとしては色差情報をサブサンプリングしない４：４：４の映像サンプリング構造や１２ビット／画素構造も規格化されており、これらの場合でも応用が可能である。

４：４：４の映像サンプリング構造が映像ソースであれば、伝送路では４：２：２構造とすることで、２／３（＝８／１２）の符号化率での誤り訂正符号化が可能である。

また、サンプリング構造の変更ではなく、ビット割当を変更することも可能である。映像ソースが１２ビットである場合、輝度データを１０ビット／画素、色差データを８ビット／画素などとして、伝送路品質に応じて誤り訂正符号化率を変更することも可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について、説明を簡単且つ理解しやすいようにするため、公知の規格や映像信号伝送装置の具体例をあげたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本例に限らず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ 送信部、２ 受信部、１３ 画像信号処理部、１４ メモリ部、
１６ 誤り訂正符号化部、１７ 伝送路符号化部

Claims (4)

1. 映像信号を非圧縮のシリアルデータで伝送する映像信号伝送装置であって、入力された映像信号の色信号のサンプリング構造を変更して色信号データを減ずる手段と、変更後の映像信号に基づいて誤り訂正符号を生成する誤り訂正符号化手段と、生成した誤り訂正符号を減じた分の色信号データに代えて映像信号に付加する伝送路符号化手段とを送信部に備えることを特徴とする映像信号伝送装置。
2. 誤り訂正符号化手段によって生成される誤り訂正符号は、映像サンプリング構造を最小単位として生成され、その生成符号数は、代替される元の色信号データ数と一致している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. 映像信号伝送装置の受信部においては、誤り訂正符号による誤り訂正処理手段を備え、誤り訂正処理後の映像データから、誤り訂正符号に置き換えられた色信号データを周辺画素データから補間する手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の映像信号伝送装置。
4. 映像信号の色信号のサンプリング構造を変更して誤り訂正符号を付加する手段を有効にするか否かを選択する選択手段を備え、該選択は、受信部における受信データの誤り検出結果に応じて、送信部の映像フレームブランキング期間に切り換えが行われることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の映像信号伝送装置。