JP3632028B2

JP3632028B2 - 多チャンネル動映像圧縮方法及び装置

Info

Publication number: JP3632028B2
Application number: JP2003506210A
Authority: JP
Inventors: リム，イン−グォン; ザン，チョル−ジン; キム，ド−ヨン; イ，ドン−ヨブ
Original assignee: スングジンシーアンドシーカンパニーリミテッド
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: EP1400123A4; EP1400123A1; KR20020095709A; US20030190154A1; CN1463550A; JP2004522366A; KR100395396B1; WO2002104035A1; CN1210957C

Description

【０００１】
技術分野
本発明は多チャンネル動映像圧縮技術に関し、特に複数個のカメラで撮影する動映像を多チャンネルエンコディングして圧縮貯蔵するデジタルビデオレコーダー（ＤＶＲ；ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＲｅｃｏｒｄｅｒ）において效率的に動映像を圧縮貯蔵する装置及び方法に関するものである。
【０００２】
関連技術の説明
保安監視システム（ｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍ）に使用されるデジタルビデオレコーダーは、撮影する動映像を圧縮して貯蔵しておいて、必要時に圧縮を解いて再生する機能を提供するようになるが、動映像データを圧縮する方法にはソフトウェア的な方法とハードウェア的な方法がある。ソフトウェア的な方法はカメラが撮影するアナログ映像をデジタルビデオ信号にでデコーディングをした後に中央処理装置（ＣＰＵ）がデータをキャップチャー（ｃａｐｔｕｒｅ）して受け入れたデータをソフトウェア的に所定の圧縮アルゴリズムを利用して圧縮を随行して貯蔵する方式である。しかし、前述したソフトウェア的なデータ圧縮方式は、中央処理装置のデータ処理能力にしたがって秒当り処理することができるフレーム数（ｆｐｓ；ｆｒａｍｅｐｅｒｓｅｃｏｎｄ）が制限される短所がある。
【０００３】
前述した従来技術の限界を克服するために提案された方法はハードウェア的なデータ圧縮技術だが、もっとも代表的なデータ圧縮技術としてＪＰＥＧ、ウェイブレット（ｗａｖｅｌｅｔ）、ＭＰＥＧ，またはＨ．２６３等と同じ技術がデジタルビデオデータ圧縮技術として通用されている。前述したＪＰＥＧ及びウェイブレット圧縮技術は停止画面に対したデータ圧縮技術として、絵を各々に一枚ずつを圧縮して並べたアルゴリズムを基礎としている。従って、ＪＰＥＧ又はウェイブレット方式で圧縮された各々の停止画面データは互いに関連性を持っておらず、別々独立的に圧縮されるという特徴がある。
【０００４】
一方、ＭＰＥＧ（ＭｏｖｉｎｇＰｉｃｔｕｒｅｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓＧｒｏｕｐ）による動映像圧縮技術は、前フレームと後続するフレーム間の差異（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を抽出して相関関係を利用することによりデータを圧縮するアルゴリズムを基礎としている。即ち、ＭＰＥＧ方式は基準フレーム（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅ）に対して後続する動映像の差異だけを演算して貯蔵する方式に依存しているから、前段階の映像情報が分からなければ、後続段階の映像を再生することができない。
【０００５】
しかし、前述したＭＰＥＧ方式の動映像圧縮技術は一つのビデオカメラが送出する動映像を圧縮して貯蔵する場合にはとても效率的に圧縮貯蔵機能を遂行しても、複数個のカメラが送出する複数個の動映像を圧縮貯蔵するために一つのＭＰＥＧ圧縮チップ（ｃｈｉｐ）を使用する場合には、ＭＰＥＧ圧縮アルゴリズムの特性上、前段階の映像を基準（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）にして、差異に該当する映像を圧縮貯蔵するようになるから互いに違ったチャンネルの映像を圧縮する過程で第ｎチャンネルのフレームを圧縮する時に第（ｎ−１）チャンネルの以前フレームをレファレンス（参照）して圧縮をするようになるから圧縮率が大きく劣化される問題点が発生する。
【０００６】
即ち、一つのＭＰＥＧ圧縮チップは一つのビデオ入力だけを許容するようになるが、ＭＰＥＧアルゴリズムを利用したビデオ動映像圧縮は連続されたフレームを要求し、前後映像の相関関係を利用した圧縮方式だから、フレーム別に互いに違ったビデオ映像（互に違ったチャンネルの映像）が入力されたら正常的なＭＰＥＧ圧縮処理を期待することができなくなり、その結果圧縮率はかなり落ちるようになる。
【０００７】
従って、保安監視用デジタルビデオレコーダー（ＤＶＲ）でのように多チャンネルモニタを使用する場合、従来技術によってＭＰＥＧ方式に動映像圧縮を随行する場合、まるでＪＰＥＧのように各フレーム毎に映像の入力が変るようになってＭＰＥＧの長所である連続性によった圧縮データサイズの減少特性が消えるようになり、むしろ圧縮されたファイルサイズが増加される問題点が発生する。
【０００８】
しかしながら、多チャンネルＤＶＲの場合にチャンネル毎にＭＰＥＧ圧縮チップを使用する場合（例えば、１６分割画面ＤＶＲの場合、１６個のＭＰＥＧチップが必要になる）、ビデオ信号処理用ボードサイズが大きくなり不要に生産単価を増加させる問題点が発生するようになる。
【０００９】
発明の概要
従って、本発明の第１目的は多チャンネル動映像を效率的に圧縮貯蔵することができる多チャンネル動映像圧縮方法及び装置を提供することにある。
本発明の第２目的は上記第１目的に付加して、多チャンネル動映像を一つのＭＰＥＧ圧縮処理機を利用して最大の圧縮効率に圧縮貯蔵する多チャンネル動映像圧縮方法及び装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の第３目的は上記第１目的に付加して、一連の前後動映像を比べて相関関係を算出し、動映像を圧縮するアルゴリズムを多チャンネル動映像に対して一つのプロセッサがマルチプレクシング（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）で処理し、同時に単一チャンネルの動映像を圧縮する場合の圧縮効率を維持する多チャンネル動映像圧縮方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第４目的は上記第１目的に付加して、複数個のカメラを同時に監視しなければならない保安監視ＤＶＲシステムにおいて複数個のカメラが送出する多数チャンネルの動映像を一つのＭＰＥＧ圧縮処理機が同時に效率的な圧縮率で録画貯蔵することができる多チャンネル動映像圧縮方法及び装置を提供することにある。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、複数個のチャンネルの動映像を入力され、圧縮処理して貯蔵し、再生する多チャンネルビデオレコーダーにあって、上記複数個のチャンネルの動映像フレームを制御ロジック部の制御信号下へ選択的に転換して入力されるビデオスイッチ部；上記ビデオスイッチ部が上記複数個のチャンネルの動映像をマルチプレクシングして出力する動映像フレームをデジタルビデオ信号に変換するビデオディコーダ；上記ビデオスイッチ部に入力される動映像の入力順序とフレーム選択を制御して、動映像圧縮プロセシング部には秒当たり先定された（先に設定された（ｐｒｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ））個数のフレームが常に入力されるように制御する制御ロジック部；上記ビデオディコーダが出力するマルチプレクシングされ、混在された上記複数個のチャンネルの動映像フレームを貯蔵するビデオメモリ；上記ビデオメモリから上記制御ロジック部の制御下に秒当り先定された個数の動映像フレーム（ｆｐｓ）を入力されて、入力される動映像フレーム毎に該当ビデオチャンネル情報を上記制御ロジック部から渡されて各々のチャンネル別にレファレンスフレームを基準に現在入力された動映像フレームを比べて動映像ビデオデータをチャンネル毎に圧縮処理する動映像圧縮プロセシング部；
上記動映像圧縮プロセシング部が処理する各々のビデオチャンネルに対応してデータ圧縮のための上記レファレンスフレームを上記各々のビデオチャンネル別に貯蔵する第１メモリ領域；上記動映像圧縮プロセシング部が処理する各々のビデオチャンネルに対応してデータ圧縮をするための毎動映像フレームのパラメーターを貯蔵する第２メモリ領域を含む多チャンネル動映像圧縮装置を提供する。
【００１３】
発明の好適な態様の詳細な説明
以下では、添附図の図１ないし図３を参照して本発明による多チャンネル動映像圧縮技術を詳しく説明する。図１は本発明による多チャンネル動映像圧縮を具現する実施例として構成ブロックを表した図である。図１を参照すれば、複数個（ｎ）の映像チャンネルを選択的に入力されるためにビデオ映像入力個数ほどのビデオスイッチ（１００）が構成される。
この時に、ビデオスイッチ（１００）は制御ロジック部（１１０）によって、ビデオディコーダ（１２０）には複数個のチャンネルの動映像フレームがマルチプレクシング（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式に交ぜて順次的に入力される。
【００１４】
本発明の良好な実施例として、制御ロジック部（１１０）はビデオディコーダ（ｖｉｄｅｏｄｅｃｏｒｄｅｒ；１２０）にスウィチング入力される特定動映像フレームに対してどのチャンネルのビデオ入力であるのかを正確に制御しなければならない。
本発明の望ましい実施例として、多数のチャンネルから送出される動映像を各フレーム（ｆｒａｍｅ）別に転換しても、動映像圧縮プロセッサ（例えば、ＭＰＥＧチップ；１４０）が最大の圧縮性能（３０ｆｐｓ；ｆｒａｍｅｐｅｒｓｅｃｏｎｄ）を維持することができるように二個のビデオディコーダ（１２０）を一対に使用することができる。
【００１５】
本発明の良好な実施例として、映像の入力順序やフレーム選択を制御ロジック部（１１０）で制御するようになり、ビデオメモリ（１３０）を利用して動映像圧縮プロセッサ（１４０）には常に３０ｆｐｓのビデオデータが入力されるようにして最大の性能を維持するように制御することができる。本発明による動映像圧縮プロセッサ（１４０）の望ましい実施例としてＭＰＥＧチップを使用することができ、以下ではＭＰＥＧ技術を適用する実施例を本位にして本発明の思想を説明することにする。
【００１６】
一方、ＭＰＥＧ圧縮アルゴリズムの特性上多数個のチャンネルで映像が混ざって入る場合、正常的な圧縮が不可能だという点は既に前述したことがある。従って、本発明は前述した問題点を解決するために制御ロジック部（１１０）で動映像圧縮プロセッサ（１４０）に提供されるフレーム毎に当該ビデオチャンネル情報を制御して渡し、動映像圧縮プロセッサ（１４０）はこの情報を利用してフレーム毎にチャンネルを分離して各々のチャンネル別に信号を処理することにより完璧なＭＰＥＧ圧縮を遂行することができる。
【００１７】
続いて、各チャンネル別に圧縮された映像はメインプロセッサ（図示していない）に伝達する時、圧縮イメージデータとチャンネル情報とを一緒に渡すことにより圧縮されたデータの貯蔵及び活用においてもチャンネル別処理を可能にさせる。本発明は各チャンネル毎の完璧なＭＰＥＧ圧縮のために、ＭＰＥＧチップ（１４０）は一つにするがＭＰＥＧ圧縮のためのレファレンス映像情報とパラメーターを貯蔵するメモリ領域（１５０、１６０）を各々チャンネル数確保しておく。
【００１８】
即ち、本発明は各フレーム毎にチャンネル情報を制御して、フレーム毎にチャンネル情報により各チャンネル別のＭＰＥＧ処理メモリ（１５０、１６０）を制御してチャンネル毎にＭＰＥＧ圧縮を随行することを特徴とする。図２は本発明によるレファレンスイメージバファーメモリの構造を表した図である。図２を参照すれば、本発明によるレファレンスイメージバファーメモリ（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｍａｇｅｂｕｆｆｅｒｍｅｍｏｒｙ；１５０）は特許請求範囲で第１メモリ領域として称していて、各チャンネルに対応してチャンネルと同じ個数のメモリバンク（２００）を具えている。
【００１９】
また、各チャンネル毎にＭＰＥＧデータストリームを処理するために再生バファー（ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｕｆｆｅｒ）と順方向再生バファー（ｆｏｒｗａｒｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｕｆｆｅｒ）は各映像チャンネル毎に割り当てられている。この時に、Ｂフレーム処理のためには逆方向再生バファー（ｂａｃｋｗａｒｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｕｆｆｅｒ）も必要である。
【００２０】
図３は本発明によるビデオイメージ入力キャップチャーメモリの構成の一実施例を表した図である。図３を参照すれば、本発明はビデオイメージ入力キャップチャー（ｃａｐｔｕｒｅｍｅｍｏｒｙ）を各チャンネル毎に割り当てすることがなく、先定された個数（例えば、３個）準備して共通キャップチャーバファー（ｃａｐｔｕｒｅｂｕｆｆｅｒ）を置いて、時間流れ順序どおりリングバファー（ｒｉｎｇｂｕｆｆｅｒ）形態に利用してメモリの最小化を期待することができる。
【００２１】
また図１を参照すれば、本発明による動映像圧縮プロセッサ（１４０）はビデオイメージを入力される途中に制御ロジック部（１１０）から現在ビデオイメージのチャンネル情報を得てキャップチャーバファーの映像チャンネル情報を記憶し、ＭＰＥＧエンコディング時に該当チャンネル別のメモリバンク（１５０、１６０）を参照してＭＰＥＧストリームを処理する。
【００２２】
また、ＭＰＥＧエンコディングデータのメインプロセッサの伝達は動映像圧縮プロセッサ（１４０）での電送要求後にメインプロセッサで現在処理されて電送待期中のＭＰＥＧエンコディングデータの該当チャンネル情報及びその他の情報を先に認識した後、ＭＰＥＧエンコディングの電送を受けて各ビデオチャンネル別に貯蔵または必要によって処理を随行する。
本発明による良好な実施例として、ＭＰＥＧエンコディングデータバファーは基本的に一つのバファー（ｂｕｆｆｅｒ）を使用するが、電送速度及びその他の処理速度とのタイミング関係を考慮して二個以上のバファーを利用して処理速度の低下を解決することができる。
【００２３】
前述した内容は後述する発明の特許請求範囲をよりよく理解することができるように本発明の特徴と技術的長所を多少幅広く概設した。本発明の特許請求範囲を構成する附加的な特徴と長所などは以下にで詳述した。開示された本発明の概念と特定実施例は本発明と類似目的を行うための他の構造の設計または修正の基本として手早く使用できることが当該技術分野にける熟練者等により認識されるべきてある。
【００２４】
また、本発明で開示さた発明の概念と実施例は、本発明の同一目的を遂行するため、異なる構造に修正または設計するための基礎として、当該技術分野の熟練者より使用されるであろう。更に、当該技術分野の熟練者によるそのような修正または変更された等価構造は特許請求範囲において記述した発明の思想とか範囲をはずれない限度内で多様な変化、置換及び変更は可能である。
【００２５】
発明の効果
以上のように、本発明は一つのＭＰＥＧチップ（ＭＰＥＧＣＨＩＰ）を利用して、多チャンネル映像を最大の圧縮比に圧縮することができるようにして、必要な場合２〜３２チャンネル以上を具現することができる。特に、保安監視用デジタルビデオレコーダーにおいてカメラ毎に３０ｆｐｓがあることよりは多数のカメラを効率的に処理することが必要であるので、一つのＭＰＥＧチップに８個のカメラが撮影して送り出しする動映像を同時に処理する場合、カメラ別３．５ｆｐｓが具現されて、一般的な保安監視用ＤＶＲで十分に情報を貯蔵することができる。
【００２６】
また、本発明による多チャンネル動映像圧縮貯蔵技術は、任意にカメラチャンネル別秒当たり処理フレーム数の調整を可能にさせるので重要位置とか重要状況が発生する場合に該当カメラを３０ｆｐｓに集中録画したり、１５ｆｐｓ程度の圧縮速度に貯蔵して残りの圧縮速度１５ｆｐｓで残余カメラの映像入力を録画することを可能にさせる。さらに、本発明は多数カメラ入力を処理することができるだけでなく、任意の圧縮時間割合を映像入力チャンネル別に調整することができるから効果的で安いシステムを具現化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多チャンネル動映像圧縮を具現する実施例として構成ブロックを表した図。
【図２】本発明によるレファレンスイメージバファメモリの構造を表した図。
【図３】本発明によるビデオイメージ入力キャップチャーの構成の実施例を表した図。

Claims

複数個チャンネルの動映像を入力されて圧縮処理して貯蔵し、再生する多チャンネルデジタルビデオレコーダーにおいて、
上記複数個チャンネルの動映像フレームを制御ロジック部の制御信号下で選択的に転換して入力されるビデオスイッチ部；
上記ビデオスイッチ部が上記複数個チャンネルの動映像をマルチプレクシングして出力する動映像フレームをデジタルビデオ信号に変換するビデオディコーダ；
上記ビデオスイッチ部に入力される動映像の入力順序とフレーム選択を制御して、動映像圧縮プロセシング部には秒当り選択された個数のフレームが常に入力されるように制御する制御ロジック部；
上記ビデオディコーダが出力するマルチプレクシングされて混在される上記複数個チャンネルの動映像フレームを貯蔵するビデオメモリ；
上記ビデオメモリから上記制御ロジック部の制御下に秒当り選択された個数の動映像フレーム（ｆｐｓ）を入力され、入力される毎動映像フレーム毎に該当ビデオチャンネル情報を上記制御ロジック部から渡されて各々のチャンネル毎にレファレンスフレームを基準として現在入力された動映像フレームを比べて動映像ビデオデータをチャンネル毎に圧縮処理する動映像圧縮プロセシング部；
上記動映像圧縮プロセシング部が処理する各々のビデオチャンネルに対応してデータ圧縮のための上記レファレンスフレームを上記各々のビデオチャンネル毎で貯蔵する第１メモリ領域；
上記動映像圧縮プロセシング部が処理する各々のビデオチャンネルに対応してデータ圧縮のための毎動映像フレームのパラメータを貯蔵する第２メモリ領域を含む多チャンネル動映像圧縮装置。
第１項において、上記第１メモリ領域はＭＰＥＧストリーム処理のために再生バファー（ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｕｆｆｅｒ）と順方向再生バファー（ｆｏｒｗａｒｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｕｆｆｅｒ）を各々のチャンネル毎に割り当てで具えることを特徴とする多チャンネル動映像圧縮装置。
第１項において、上記ビデオメモリは各々のチャンネル毎に割り当てなくて、時間流れ順序通りに共有するリングバファー形態を取ることを特徴とする多チャンネル動映像圧縮装置。
第１項において、上記ビデオディコーダは上記動映像圧縮プロセシング部が秒当り処理フレーム数（ｆｐｓ；ｆｒａｍｅｐｅｒｓｅｃｏｎｄ）を先定された値に維持することができるように複数個を使用することを特徴とする多チャンネル動映像圧縮装置。
第１項において、上記動映像圧縮プロセシング部はＭＰＥＧ方式のデータ圧縮を遂行することを含む多チャンネル動映像圧縮装置。
複数個チャンネルの動映像を入力されて一つの動映像圧縮プロセッサが処理する方法において、
（ａ）複数個チャンネルの動映像フレームはビデオスイッチを通じて選択的転換して、マルチプレクシングして順次的に各々の動映像フレームをデジタルビデオ信号にデコーディングする段階；
（ｂ）上記動映像圧縮プロセッサは上記段階（ａ）でデコーディングされたデジタルビデオデータが貯蔵されたビデオメモリから秒当り先定されたフレーム数に該当する分量のデジタルビデオデータを持ってきて、各々のフレーム毎にチャンネル情報を読み出す段階；
（ｃ）上記動映像圧縮プロセッサは上記段階（ｂ）で読み出すチャンネル情報によって上記ビデオメモリから持ってきたデジタルビデオデータを各々チャンネル毎に貯蔵されているレファレンスビデオ情報及びパラメータを利用して、各々のチャンネル毎にデータ圧縮処理する段階を含む多チャンネル動映像圧縮方法。
第６項において、上記段階（ｃ）はＭＰＥＧ方式のデータ圧縮処理を遂行して、各々のチャンネル毎で割り当てられる再生バファー（ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｕｆｆｅｒ）と順方向再生バファー（ｆｏｒｗａｒｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｕｆｆｅｒ）を参照して各々の映像チャンネル毎に動映像フレームの相関関係を算出してデータ圧縮処理する段階を含む多チャンネル動映像圧縮方法。
複数個チャンネルの動映像を入力されて一つの動映像圧縮プロセッサが処理する方法において、
（ａ）複数個チャンネルのアナログ動映像フレームをビデオスイッチを通じて選択的転換し、マルチプレクシングすることにより順次的に入力される一連の動映像フレームに対して、各々の動映像フレームをデジタルビデオ信号にデコーディングする段階；
（ｂ）上記段階（ａ）でデコーディングするデジタルビデオ信号をビデオメモリ貯蔵する段階；
（ｃ）上記動映像圧縮プロセッサは上記ビデオメモリから秒当り先定されたフレーム数に該当する分量のデジタルビデオデータを電送要請して、電送された各々のフレーム別デジタルビデオ信号に対応されたチャンネル情報を読み出する段階；
（ｄ）上記動映像圧縮プロセッサは上記段階（ｃ）で読み出したチャンネル情報によって上記ビデオメモリから持ってきたデジタルビデオデータを圧縮するために、チャンネル別レファレンスフレームを貯蔵する第１記憶手段とパラメータ情報を貯蔵する第２記憶手段から圧縮のための情報を読み出して各々のチャンネル毎にレファレンスフレームとの相関関係からデータを圧縮処理する段階を含む多チャンネル動映像圧縮方法。