JP4416341B2 - ディジタル監視システムおよび監視カメラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
ハードディスクレコーダ等のディジタル記録装置を使用したディジタル監視システムに関する。特に、複数の監視カメラをネットワークに接続して構成されるデジタル監視システム及び本システムに好適な監視カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＪＰＥＧやＭＰＥＧ等の圧縮、ハードディスクの大容量及びインターフェイスの高速化、ＬＡＮの高速化により、カメラからディジタルの映像／音声データをディジタルのＬＡＮを介してハードディスク等を使用したディジタル記録装置に転送するディジタル監視システムが実現可能になった。例えば、特開平７−２１２７４８号公報及び特開２０００−８３２４１号公報、特開２０００−１３７４４号公報にディジタル監視システムが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のディジタル記録装置において、ディジタル映像／音声データの記録に使用するハードディスク等のメディアは、大容量化が年々行われているが、ＭＰＥＧ等の圧縮技術を使用しても、依然として記録時間が短いという問題がある。
【０００４】
例えば、１フレームの画像サイズが水平７２０画素、垂直４８０画素であり、１秒あたり３０フレームの動画像をＭＰＥＧで圧縮した場合、圧縮率にも依存するが、監視画面として人物等が確認可能な画質を求めると、データレートは４Mbps（0.5MB/s）程度になる。記録メディアとして４０GB程度のハードディスクを使用した場合、記録時間は、４０GB÷０．５MB＝８００００（Second）＝２２（hour）である。これは、動画像１ｃｈのみの場合である。監視システムでは複数のカメラの映像を記録する必要があり、さらに記録時間が短くなる。
【０００５】
一方、記録時間を延ばすために圧縮率を上げようとすると、画質が劣化してしまい、侵入者を識別するという監視システム本来の目的を達成できなくなる。更に、複数の監視カメラをネットワークに接続して用いる場合には、これら複数の監視カメラから出力されたデータがネットワークのデータ伝送能力を越えるとカメラからのデータを全く伝送できなくなるという問題がある。
【０００６】
前記特開平７−２１２７４８号公報には、複数台の監視カメラからの出力信号のうち、異常検知手段の検知出力に応じた監視用カメラの出力信号を信号記録再生手段に送ることにより、監視作業の効率化を図った監視カメラシステムが記載されている。しかし、この方法では、異常検知手段により異常が検知されていないカメラからの出力信号は記録されず、異常検知手段の誤動作が生じた場合には後で映像を確かめることができない。
【０００７】
また、特開２０００−０１３７４４号公報には、平常時には例えばＩピクチャの時の可変長符号を記録再生装置に出力するように、フレーム間引き制御情報を可変長符号化回路に出力するタイムラプスレコーダが記載されている。しかし、複数の監視カメラからの映像を記録する方法および複数の監視カメラをネットワークに接続して使用する場合の伝送方法について記載されていない。
【０００８】
また、特開２０００−８３２４１号公報には、ネットワークのトラヒックを監視してアパーチャを制御することにより、画像データの転送量をコントロールするネットワークカメラ監視システムが記載されている。しかし、アパーチャを制御する方法では画質が劣化し、モニター等に表示される画面が見難くなる。さらに、アラーム情報が転送された際に、ネットワークのトラヒックが混雑している場合には、通信の混雑具合を見ながら必要最低限の画像データを送ることが記載されているが、その具体的方法については記載されていない。
【０００９】
本発明は、ネットワークの伝送能力を越えるデータが伝送されることを防止し、画質を損なうことなく長時間の録画を実現可能なディジタル監視システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかる監視システムは、ネットワークを通じて複数の監視カメラが接続され、前記監視カメラは映像信号のデータ圧縮率を変更可能な可変圧縮手段を備え、前記ネットワークの転送能力を越えないように前記可変圧縮手段を制御する制御手段とを備えてなる構成とする。また、本発明にかかる監視システムは侵入者などを検知する検知手段と、映像信号を圧縮するときのフレームレートやピクチャ構成を変更可能な可変圧縮手段と、前記検知手段による検知結果により前記可変圧縮手段を制御する制御手段とを備えてなる構成とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
第１図は、本発明の実施形態に係る監視システムを示したものである。第１図において、１は光学レンズ、２は撮像素子、３はカメラディジタル信号処理回路、４は解像度変換回路、５は可変圧縮回路、６は制御回路、７はＬＡＮインターフェイス、８は検出器、９はカメラ、１０はディジタルネットワーク、１１はレコーダである。
【００１２】
まず、映像は光学レンズ１を通して、撮像素子２において電気信号に変換される。カメラディジタル信号処理回路３は、撮像素子から出力される信号を処理して輝度信号／色信号などディジタル映像信号を生成する。カメラディジタル信号処理回路３から出力されたディジタル信号は、解像度変換回路４に供給される。検出器８は、侵入者や侵入物の有無等の異常事態が発生しているか否かを検出して、検出結果を制御手段６に供給する。この検出器８は、例えば赤外センサーなどにより構成することができる。
【００１３】
解像度変換回路４は、制御回路６から供給される制御信号に応じてディジタル信号の解像度を変換して、解像度変換後のディジタル映像信号は、画像信号のデータ圧縮方式が可変な可変圧縮回路５に供給する。可変データ圧縮回路５では、制御手段の制御信号により指示された圧縮方式にて供給されたディジタル信号をデータ圧縮する。即ち、可変データ圧縮回路５は、圧縮時のフレームレートおよびMPEGのGOP（Group of Picture）構成を変更する。
データ圧縮後のディジタル映像信号は、LANインターフェイス７に供給される。そして、LANインターフェイス７は、ネットワーク１０を介して、データ圧縮後のディジタル映像信号をレコーダ１１に供給する。
【００１４】
制御回路６は、検出器８において侵入者を検出した場合は、解像度変換回路４を通常の解像度に設定し、可変データ圧縮回路５を通常のフレームレートおよびデータ圧縮方式に設定する。また、検出器８において侵入者を検出しない場合は、ディジタル映像信号の解像度（画素数）を減らすように解像度変換回路４の設定をおこなう。そして、可変データ圧縮回路５では、エンコードするフレームレートを下げ、このフレームレートに応じたデータ圧縮方式でデータ圧縮するように設定する。エンコード方式がMPEGであれば、このフレームレートにあわせ、最適なGOP構造となるように設定する。これにより、可変圧縮手段から出力されるビット量を減らすことができる。
【００１５】
また、フレームレートを低くすることに加え、画素サイズを小さくすることにより、さらにビット量を減らすことができる。例えば、画素サイズを水平及び垂直ともに１／２とし、データ圧縮率を通常の１／９とした場合、（１／２）×（１／２）×（１／９）＝１／３６に低減される。
【００１６】
監視システムでは、侵入者等がない状態や画像変化がない状態は、画像情報の重要性は低く、きめ細かな画像を記録する必要はない。一方、侵入者があり画像変化がある場合は、画像情報の重要性は高く、きめ細かい画像情報を記録する必要がある。本発明は、監視システムに要求される特性を利用することにより、重要な映像情報は損失することなく、長時間の録画を実現することができる。
【００１７】
尚、以上説明した実施の形態では、解像度変換回路４及び可変データ圧縮回路５を有しているが、可変データ圧縮回路５のみであっても良い。この場合には、時間軸方向にのみ圧縮されるため、解像度を変化させた場合のように画質が劣化せず、モニター等の画面で監視者が確認しやすくなる。また、侵入者がない場合に可変データ圧縮回路５でエンコードするフレーム数を減らすことにより、カメラ自体の消費電力も低減できる。
【００１８】
また、ネットワーク１０のデータの転送能力には上限があり、侵入者を検出したカメラ９がフレームレートを挙げた場合は、ネットワーク１０のデータ転送能力を越える場合がある。特に、複数のカメラ９が同時に侵入者の検出し、フレームレートを上げた場合、ネットワーク１０のデータ転送能力を越えない様に各カメラが発生するデータ量を調整する必要がある。本実施形態では、侵入者を検出したカメラ９は、レコーダ１１にこれを通知する。レコーダ１１は、ネットワーク１０のデータ転送能力を越えない様に、ネットワーク１０に接続されている各カメラ９にエンコードの条件（フレームレート、GOP構成、ビットレート）等を、ネットワーク１０を介して指示する。例えば、侵入者を検出していないカメラ９に対しては、更にフレームレートを下げるように、あるいはデータ転送を停止するように指示を与える。そして、侵入者等の異常事態の検出が終了すると、エンコードの条件を元に戻すように、あるいはデータ伝送を再開するように指示を行うようにする。
【００１９】
同様に、レコーダ１１の最大のデータ記録レートも上限があり、この上限がネットワークのデータ転送レートより低い場合もある。この場合は、同様に、レコーダ１１は、レコーダ１１の最大データ記録レートを超えないように、各カメラのエンコードの条件（フレームレート、GOP構成、ビットレート）を、ネットワーク１０を介して指示する。
【００２０】
以上、説明したように、各カメラでの映像のエンコード方法自体を変化させることにより、カメラの台数が増加した場合であっても、ネットワークの伝送能力を越えることなく適切に作動させることができる。尚、本実施形態では、カメラを２つ有しているシステムについて説明したが、３以上のカメラを有している場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００２１】
また、ネットワーク１０に監視カメラ９以外にＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の他の装置が接続されている場合には、ＰＣ等からのデータ伝送量に応じてカメラ９のエンコード条件を変化させるようにしても良い。この場合、ＰＣ等からデータ伝送量を直接カメラ９に通知し、各カメラ９のエンコード条件を制御するようにしても良い。このように制御することにより、ネットワークの伝送能力を越えたために、カメラからのデータを全く伝送できないという事態を回避することができる。
【００２２】
図５は、データ圧縮方式としてMPEGを使用した場合の可変データ圧縮回路５のフレームレートおよびエンコード方式の変更の例を示したものである。図５において、（a）は侵入者がいる場合の圧縮方式を示し、１GOPをI（フレーム内圧縮）ピクチャ、B（双方向予測）ピクチャ、P(全方向予測)ピクチャによる１５ピクチャで構成している。この場合のフレームレートは、30fpsとなる。（ｂ）および（C）は、侵入者がいない場合の圧縮方式を示している。(b)は、I（フレーム内圧縮）ピクチャとB（双方向予測）ピクチャで構成しており、フレームレートは、(a)の１／３の10fpsとなる。（ｃ）は、１枚のI（フレーム内圧縮）ピクチャ（ｃ）のみとしており、フレームレートは、2fpsとなる。（Iピクチャ）、（Pピクチャ）、（Bピクチャ）の符号量の割り当てを、６：３：１とした場合は、(a)、(ｂ)、(ｃ)の符号量は、１４：９：３となる。
【００２３】
図５では、（a）の構成からBとPのピクチャを除く構成として（ｂ）、（ｃ）の例をあげている。しかし、図５の（ａ）の構成に基づいてＧＯＰを構成することに限定されるものではない。例えば、ＩＰピクチャの各フレームの間隔を（ａ）の場合より大きく、１５フレーム（０．５秒）間隔にして、1つのＩピクチャ及び３つのＰピクチャによりＧＯＰを構成しても良い。ＩＰピクチャの各フレームの間隔を１５フレーム間隔として、1つのＩピクチャ及び３つのＰピクチャによりＧＯＰを構成する場合は、（ｃ）の例に対して、さらに１５／２４に符号量を低減できる。このように、本発明では、ＧＯＰ構成を変更することにより、符号量を自在に変更できる。
【００２４】
図６は、検出手段の検出信号とエンコードモードの関係の一例を示したものである。本例では、圧縮方式として図５の（ａ）および（ｃ）を使用している。図６中の‘IBP’および‘Ionly’がそれぞれ図５の（ａ）、（ｃ）の圧縮方式であることを示している。また、図６の（ａ）はエンコードモードの遷移を、また、（ｂ）は検出回路の出力信号を示したものである。検出回路の出力信号において、‘Ｈｉｇｈ’期間は、侵入者がいる場合のアラーム期間を示す。
【００２５】
図７は、検出手段により、圧縮率の変更に加えて、映像信号の解像度を変えた場合のエンコードモードと検出信号との関係を示したものである。図６と同様に、図７の（ａ）はエンコードモードの遷移を、また、図７の（ｂ）は検出回路の出力信号を示したものである。カメラ信号処理の出力は、ＲＥＣ６０１の解像度（ＮＴＳＣ方式では、水平：７２０画素×垂直：４８０画素）であり、侵入者がいる場合は、解像度変換回路での縮小処理は行わずそのままＲＥＣ６０１の状態でＩ、Ｂ、Ｐピクチャを使用した30fpsのモードでエンコードしている。また侵入者がいる場合は、解像度変換回路にて、SIF（水平：３５２画素×垂直：２４０画素）に縮小処理をすると共に、データ圧縮をIピクチャによる2fpsエンコードしている。
【００２６】
なお、図１に記載した実施形態では、例えば赤外線センサーなどにより構成された検出器８により侵害者を検出しているが、図２に示すようにカメラディジタル信号処理から出力されるディジタル映像信号から侵害者を検出するようにしても良い。検出の方法としては、１）映像信号の平均レベルの差を検出、２）時間的に近接する他のフレームとの差分値の絶対値和による検出、３）信号レベル分布の差による検出、などにより行う。この検出回路８によれば、純粋にディジタル信号処理で構成することができ、検出回路のICの内蔵が可能になるという利点がある。
【００２７】
また、図３に示すように、データ圧縮時に得られる情報により侵害者の検出を行っても良い。データ圧縮としてMPEGを採用した場合、圧縮時に、動き補償のための動きベクトルやMB毎のIntra／Inter判定など、侵入者の検出に有効なデータが得られる。これらのデータより、検出回路８では侵入者の検出を行う。侵入者の判定方法としては、１）動きベクトルの分布により、あるエリアで一定方向のベクトルがあらかじめ設定した個数以上になった場合に侵入者ありと判定する、２）Intraのマクロブロックの個数があらかじめ設定した値以上になった場合に侵入者ありと判定する、３）前記１）及び２）の判定結果の組み合わせにより判定する、などである。また、可変データ圧縮回路からこれらの情報が取り出せない構成の場合は、MPEGの圧縮データには上記の動きベクトルやMB毎のIntra／Inter判定などの結果がデコードのために含まれているため、出力の圧縮後のデータをある程度復号して情報を得る構成でもよい。
【００２８】
また、図４に示すように、ネットワーク上に置かれたカメラ９に内蔵されない検出装置１４により侵入者の検出を行う構成であっても良い。検出装置１４は、検出回路８とLANインターフェイス１２、制御回路１３により構成され、制御回路１３が、LANインターフェイス１２を介して、検出回路８の検出信号をネットワーク１０に出力する。レコーダ11が、ネットワークに出力された検出信号を受け取り、この情報に応じてカメラ９に制御信号を送ることにより、カメラ９の解像度変換回路４および可変データ圧縮回路の設定を変える構成になっている。尚、図３及び図４では、カメラ９を１つのみに省略して記載しているが、１つのカメラを有したシステムに限定されるものではない。
【００２９】
また、異常事態の有無を検出する検出回路や検出器は、レコーダ１１やネットワークに接続されたＰＣ等の装置にあっても良い。また、カメラに検出装置を接続するようにしてあっても良い。
また、以上の実施形態では、レコーダ１１によりエンコード条件が制御される場合について説明したが、レコーダ１１の外部に設けられた制御装置、例えば検出装置１４やＰＣ等により制御される構成であっても良い。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、ネットワークの伝送能力を越えるデータが伝送されることを防止し、画質を損なうことなく長時間の録画を実現可能なディジタル監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる監視システムを示した図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる監視システムにおける異常事態検出方法の一例を示したものである。
【図３】本発明の実施形態にかかる監視システムにおける異常事態検出方法の一例を示したものである。
【図４】本発明の実施形態にかかる監視システムにおける異常事態検出方法の一例を示したものである。
【図５】フレームレート及びエンコード方式の変更例を示した図である。
【図６】検出手段の検出信号とエンコードモードの関係の一例を示した図である。
【図７】映像信号の解像度を変えた場合のエンコードモードと検出信号との関係を示した図である。
【符号の説明】
１ レンズ
２ 撮像素子
３ カメラ信号処理
４ 解像度変換回路
５ 可変データ圧縮回路
６、１３ 制御回路
７、１２ ＬＡＮインターフェイス
８ 検出器
９ カメラ
１０ ディジタルネットワーク
１１ レコーダ
１４ 検出装置

Claims (1)

1. 映像信号を圧縮し映像データを出力する圧縮手段と侵入者を検知し検知情報を出力する検知手段を有する、撮像手段と、
   前記撮像手段が複数接続され、前記複数の撮像手段から出力される複数の前記映像データを伝送する伝送手段と、
   前記伝送手段に接続され、前記伝送手段を介して、前記伝送手段の伝送能力を越えないように、前記複数の映像データのフレームレート又はピクチャ構成を変更するように前記複数の撮像手段が有する圧縮手段のデータ圧縮率を制御し、各撮像手段が発生するデータ量を調整する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記検知情報に応じて、前記検知手段により侵入者が検知された撮像手段の発生する映像データ量を増加させ、前記検知手段により侵入者が検知されない撮像手段の発生する映像データ量を減少させるように制御することを特徴とするディジタル監視システム。

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