JP4787811B2 - 映像信号多重伝送装置及び映像信号多重伝送装置を用いた撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、テレビジョンカメラ装置等の撮像装置に用いる映像信号多重伝送装置における伝送方式の改良に関するものである。

従来、テレビジョンカメラシステムでは撮像部（カメラヘッド）と接続されたアダプタ部と制御部（Camera Control Unit:CCU）との間で本線映像信号，送り返し映像信号，音声信号，コントロール用シリアルデータ信号，及び電源の送受信の時分割双方向伝送を３重同軸（トライアックス）ケーブル１本の伝送路で行う方法をデジタルトライアックスシステムと称する。簡易方法として伝送路に通常の同軸ケーブルも用いることもある。

主な映像信号としてはＳＤＴＶとして有効走査線４８５本のＮＴＳＣと有効走査線５７５本のＰＡＬ、ＨＤＴＶとして有効走査線７２０本と有効走査線１０８０本、ＳＨＤＴＶとして有効走査線２１６０本、ＵＨＤＴＶとして有効走査線４３２０本があり、以下代表として、ＮＴＳＣで説明する。

撮像部から出力されたＮＴＳＣの１０ｂｉｔ４：２：２の放送用映像デジタル信号は２７０Ｍｂｐｓのデータ量があり、送り返しの映像信号はデータ圧縮（以下映像圧縮）しても約５０Ｍｂｐｓのデータ量がある。時分割双方向伝送の場合、映像信号を時間圧縮し、約３６０Ｍｂｐｓの信号にして短い時間で間欠的に撮像部と接続されたアダプタ部から制御部に伝送する。そして時間圧縮により空いた期間に、制御部から撮像部と接続されたアダプタ部の方向に３６０Ｍｂｐｓに時間圧縮した送り返しの映像信号を短い時間で間欠的に伝送する。その処理を１秒間に数回の速度で入出力切換え器により切り替えを行なうことにより時分割双方向伝送を実現している（特許文献１）。

テレビ局のスタジオや中継現場等でデジタルトライアックスシステムを用いる場合、オンエア中の他のカメラの映像やアナウンサーの台本用の映像の外部映像を制御部に入力し、その外部映像信号をトライアックスケーブルを介してアダプタ部に伝送し、カメラのビューファインダや台本投射装置に映像を出力することがあり、送り返し映像伝送とよばれている。また、送り返し映像を伝送するの替わりに、アダプタ部側の外部映像信号を伝送するトランクビデオと呼ばれる動作も行われている。外部映像信号を伝送するには、フレーム間圧縮のＨ．２６４やフレーム内予測のＪＰＥＧ２０００やＪＰＥＧ―ＬＳや差分符号化等の映像圧縮をおこなっている。
特開平７−２０３３９９号公報

伝送される外部映像信号を低遅延に映像圧縮する場合は一般に、水平走査線２５本毎にＨ．２６４エンコーダで圧縮されて時分割伝送されるため、Ｈ．２６４でエンコードされた出力データを蓄積するためのバッファメモリが必要となる。ここでＨ．２６４エンコーダの出力データ量は、外部映像信号の絵柄や映像信号が切り替わる際にデータ量が一時的に増加する。そのため、エンコードデータの一時的増加量を見積もった上でバッファメモリの容量を決定する必要がある。Ｈ．２６４エンコーダの出力データ量を見積もる方法としては、出力データ量を数値化した信号を外部映像信号に重畳し、撮像部の出力信号をモニタで監視する方法がある。しかし、この方法では出力データの変化量情報を数値で読み取る必要があるため、リアルタイムに変化するデータの変化量を把握することは困難である。

本発明は、上記の課題を解決し、低遅延エンコーダで圧縮された送り返しの映像信号データの変化量情報をリアルタイムで瞬時に把握できるような観測方法を実現することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するために、一つの伝送路を介して、デジタル化した映像信号、音声信号、制御信号を含むデジタル信号を伝送し、少なくとも一部の映像信号を圧縮し伝送する映像信号多重伝送装置において、前記映像信号圧縮データ量及び伝送データ量から映像信号の水平方向をデータ量とし垂直方向を時間軸としたドット状の送信側グラフ信号を生成する手段と前記送信側グラフ信号を送信側出力映像信号に重畳する手段とを有することと、受信側に受信した映像信号から（ｎｕｌｌを削除した）受信データ量から映像信号の水平方向をデータ量とし垂直方向を時間軸としたドット状の受信側グラフ信号を生成する手段と前記グラフ信号を受信側出力映像信号に重畳する手段とを有することとの少なくとも一方を特徴とする映像信号多重伝送装置である。

また上記において、前記グラフ信号を生成する手段は、前記映像信号圧縮を行う走査線数毎の前記映像信号圧縮データ量及び伝送データ量、または双方向伝送を行う走査線数毎の前記映像信号圧縮データ量及び伝送データ量、または双方向伝送を行う走査線数毎の受信データ量の少なくとも一方を生成する手段であることを特徴とする映像信号多重伝送装置である。

さらに上記において、前記グラフが重畳される映像信号に撮像部映像信号出力を選択する手段と１以上の外部映像信号の圧縮データ量と伝送データ量のグラフを生成する手段とを有するか、前記グラフが重畳される映像信号に所定の外部映像信号を選択する手段と前記所定の外部映像信号の圧縮データ量と伝送データ量のグラフを生成する手段とを有するかの少なくとも一方を特徴とする映像信号多重伝送装置である。

さらに、受信側で受信した映像信号からｎｕｌｌを削除した受信データ量から映像信号の水平方向をデータ量とし垂直方向を時間軸としたドット状の受信側グラフ信号を生成する手段と、前記グラフ信号を受信側出力映像信号に重畳する手段と、送信側の映像圧縮のパラメータを受信側で可変する手段とを有することを特徴とする映像信号多重伝送装置である。

また、上記の映像信号多重伝送装置を具備する撮像装置である。

つまり本発明は、所定の走査線数毎の映像圧縮データ量または伝送データ量または受信データ量の表示の工夫である。

以上のように本発明によれば、低遅延エンコーダで水平走査線２５本毎に圧縮した映像信号の圧縮データ量または伝送データ量または受信データ量の変化量を、水平方向を圧縮データ量・垂直方向を時間軸としたドット状のグラフで監視することにより、時間毎に変化する圧縮データ量をリアルタイムに監視することができ、数値データで読み取る場合と比べて瞬時にデータの変化を把握することができる。

以下、本発明の一実施例を、本発明の一実施例のトライアックスシステムの全体を示すブロック図の図３と本発明の一実施例の外部映像信号データ量表示部の構成例を示すブロック図の図１と本発明の一実施例の外部映像信号圧縮部の圧縮データ量と伝送データ量のグラフの画面を示した模式図の図２とを使って説明する。

以下実施例の説明では送り返しのアナログ映像信号としてＶＢＳのＲＥＴ外部映像入力とシリアルデジタル映像信号（ＳＤＩ）のＰＲＯＭＰＴ外部映像入力、映像圧縮としてはＨ．２６４について述べる。

トライアックスシステムの全体を示すブロック図の図１において、制御部４８に入力されるＶＢＳのＲＥＴ外部映像入力はＡ／Ｄ６で１０ビットのパラレル信号に変換し映像圧縮部４に送られ双方向伝送を行う走査線数毎に圧縮される。また、制御部４８に入力されるＰＲＯＭＰＴ外部映像入力はケーブルイコライザ（ＥＱ）１で波形等化された後、クロックデータリカバリ部（CLOCK AND DATA RECOVERY：ＣＤＲ）２でデータとデータに同期したクロックを抽出される。そしてそのクロックとデータを用いてシリアル−パラレル変換部３で１０ビットのパラレル信号に変換し、映像圧縮部４に送られ圧縮される。

圧縮された外部映像データは、RETデータとPROMPTデータが交互に読み出され、データの先頭に判定用ビットが1ビット追加され（例えばRETデータのMSBには0、PROMPTデータのMSBには1を付加され）、バッファメモリ７で伝送データ量を調整された後、ＣＰＵ１８から出力される制御データと共に多重部１７で時分割多重され、スイッチ１９と接栓４０とを経て制御部４８から出力される。ここで、スイッチ１９は制御部４８のタイミング発生部１１により入力と出力を所定の時間単位（本実施例では約１．６ミリ秒）で切り替えるものである。スイッチが出力側のときの信号の流れは上述の通りであるが、スイッチが入力側のときには、アダプタ部４７側からブランキングを除去された撮像部の非圧縮映像信号が入力され、バッファメモリ３５でブランキングの時間調整を行った後、パラレル−シリアル変換部３６でシリアルデジタル映像信号として制御部４８から出力される。

一方、アダプタ部４７ではトライアックスケーブル２３と接栓３９経由で制御部４８から送られてきたデータをスイッチ３８を経て、分離部４９で圧縮映像データと制御データに分離される。ここで、スイッチ２４は、アダプタ部４７のタイミング発生部３０によって入力と出力が切り替わり、制御部４８のスイッチ１９と切替タイミングを同期させることにより、制御部４８とアダプタ部４７間の時分割双方向伝送を実現している。

圧縮映像データはバッファメモリ３０でデータ転送速度を調整された後、映像伸張部３１に送られ、伸張された映像信号はＶＢＳエンコーダ２９により、アナログコンポジット映像信号に変換され、アダプタ部４７から出力される。

また、撮像部４６からは、入射された光は、レンズ４１を通り、色分解光学系（Prism）４２で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に分光され、それぞれ撮像素子４３によってデジタル映像信号に変換される。撮像素子４３はＣＭＯＳ撮像素子でも、ＣＣＤ撮像素子と駆動回路とＣＤＳとＡＧＣとＡ／Ｄでも構わない。

撮像素子４３からのデジタル映像信号は、映像信号処理部４４でブラックバランス、ホワイトバランス、γ補正等の信号処理が施される。映像信号処理部４４からの出力信号は、アダプタ部４７のレート変換部３２とバッファメモリ３３とで時間圧縮し、音声信号、ＣＰＵデータ、ユーティリティデータ(ケーブル補正回路設定データ等)と多重部３４で多重され、スイッチ２４と接栓３９とトライアックスケーブル３７を通して制御部４８に伝送される。

交互に読み出された外部映像圧縮データと、伝送される外部映像データから外部映像圧縮量及び伝送データ量のグラフを作成し、送信側モニタ映像に重畳する。本発明の一実施例の外部映像信号圧縮部の構成例を示すブロック図の図１では、グラフが重畳される映像信号はスイッチ２１で撮像部映像信号出力またはＲＥＴ外部映像信号またはＰＲＯＭＰＴ外部映像から選択される。基本的には、送信側モニタ映像は、本発明の１実施例の外部映像信号圧縮部の圧縮データ量と伝送データ量のグラフの画面を示した模式図の図２のＲＥＴとＰＲＯＭＰＴの外部映像圧縮データと伝送データを撮像部映像信号出力に重畳して監視する。送信側モニタ映像に、ＲＥＴ外部映像信号またはＰＲＯＭＰＴ外部映像をスイッチ２１で選択し、図２の左右いずれかの半分の外部映像圧縮データと伝送データのグラフを表示しても良い。

始めに外部映像圧縮データ量のグラフ作成方法について述べる。外部映像圧縮の圧縮データは、外部映像圧縮データ判定回路２４によりRET圧縮データとPROMPT圧縮データに分けられ、RET圧縮データ積算回路１３及びPROMPT圧縮データ積算回路１４に入力される。その後、水平走査線25本（以下25H）分のタイミングを管理する圧縮走査線カウンタ１５により、それぞれの圧縮データ量を25H分積算していく。その後、それぞれの積算データは、メモリ（Dual Port Random Access Memory: DPRAM）１６に書き込まれる。次に、画面表示位置決めカウンタ１７によりDPRAM１６からデータを読み出すタイミングを制御することで、データを画面に表示する際の垂直座標を決める。また、比較器１８でDPRAM１６から読み出されたデータ値とカウンタ値を比較してデータを画面に表示する際の水平座標を決める。また、グラフの表示は水平走査線225本分行うため、この表示範囲を管理する表示走査線カウンタ１９によりDPRAM１６のリセットを行う。その後、比較器１８からの出力信号で、映像信号と圧縮データのグラフ表示レベルをスイッチ２０で切り替え、外部映像圧縮データ量のグラフを映像信号に重畳する（映像信号に表示される外部映像圧縮データ量のグラフは、25H毎の圧縮データ量であり、画素1ピクセルのドット上のグラフとなる）。

次に伝送映像データのグラフ作成回路について述べる。伝送映像データ判定回路２５によりRET伝送データとPROMPT伝送データに分けられ、RET伝送データ積算回路２６及びPROMPT伝送データ積算回路２７に入力され、外部映像圧縮データ量のグラフ作成方法で述べた処理を施されDPRAM１６に入力され、映像信号に重畳される。

映像信号として表示される外部映像圧縮データ量及び外部映像伝送データ量のグラフを図２に示す。表示グラフは４つあり、左からRET外部映像圧縮データ量、RET外部映像伝送データ量、PROMPT外部映像圧縮データ量、PROMPT外部映像伝送データ量を示す。またグラフ水平・垂直方向の表示画素数は図2の通りである。グラフの水平方向は各回線の圧縮データ量（H.264エンコードデータ量の最大値は21504byte、伝送データ量の最大値は1600byte）、垂直方向は時間軸を示す（時間軸は上から下に向かう方向）。グラフの垂直表示領域は225ラインであり、1ラインに25H分の圧縮データ量を示す。よって、1度に画面に表示できる圧縮データ量は
垂直表示領域(225ライン) / （NTSC走査線数（525ライン） / 25ライン）
= 10.7 (フレーム)
となり、10.7フレーム分の圧縮データを一度に表示することができる。

次にグラフの表示例として、外部映像圧縮データ量が圧縮伝送データ量の最大値を超える場合について説明する。外部映像圧縮データ量が伝送データ量の最大値(1600byte)を超えた場合、一度に25H分の圧縮伝送データを伝送することができない。そのため、25H分の圧縮伝送データを数回に分けて伝送する。このような場合、RET及びPROMPT伝送データのグラフは図2の最大伝送量で伝送のように直線となり、外部映像圧縮データを全て伝送できるまで圧縮伝送データを最大伝送データ量で伝送し続ける。

上記説明では送り返しのシリアルデジタル映像信号を例にして述べたが、アナログ映像信号でもＡ／Ｄ以降のパラレルデジタル映像信号処理は同じである。

以上は、フィールド有効走査線２４３本のＮＴＳＣを２５Ｈ毎に圧縮するＨ．２６４について述べたが、本発明の一実施例の外部映像信号圧縮部の構成例を示すブロック図の図１は、圧縮走査線カウンタ１５とグラフの画面表示位置決めカウンタ１７の走査線カウンタ数と表示走査線カウンタ１９の走査線カウンタ数を変更すれば、ＰＡＬやＨＤＴＶにもＪＰＥＧ―ＬＳや差分符号化にも適用できる。本発明の一実施例のトライアックスシステムの全体を示すブロック図の図３も、映像圧縮部４とＡ／Ｄコンバータ６とＶＢＳエンコーダ２９と映像伸張部３１とを変更すれば、ＰＡＬやＨＤＴＶにもＪＰＥＧ―ＬＳや差分符号化にも適用できる。

特に、送信側モニタ映像に重畳された映像圧縮データ量と伝送データ量のグラフを目視しながら、映像圧縮のパラメータを撮像部メニューまたは制御部メニューで可変するようにすれば、伝送帯域が狭くなる長距離を伝送する中継現場での用途に応じた映像圧縮のパラメータの最適化が容易になる。

また、ケーブルイコライザ１とクロックデータリカバリ部２とシリアル−パラレル変換部３と映像圧縮部４とデータ量表示部５とをアダプタ部４７に移動すれば、送り返し映像を伝送する替わりに、アダプタ部側の外部映像信号を伝送するトランクビデオと呼ばれる動作のアダプタ部での映像圧縮のパラメータの最適化にも適用できる。

さらに、撮像部映像信号もアダプタ部４７で圧縮伝送し、制御部４８で受信した撮像部映像信号をデータ量表示部５で伝送映像データ判別２５に入力し、ｎｕｌｌを削除した撮像部映像信号データ量から映像信号の水平方向をデータ量とし垂直方向を時間軸としたドット状の受信側グラフ信号を生成し、スイッチ２０でモニタ映像出力に重畳し、制御部４８側で撮像部映像信号の受信データ量を映像モニタで目視しながら、アダプタ部４７の送信側の映像圧縮のパラメータを制御部４８側から可変しても良い。

ところで、画面の変化が激しい場合は、データのグラフは、メモリに１秒程度記憶しておき、データのグラフは、現時点成分と１秒程度の残像成分も表示すると良い。

また、本発明は、放送局や中継現場に限らず、低遅延の映像圧縮のパラメータの可変が容易になる。具体的には、Ｈ．２６４やＪＰＥＧ２０００やＪＰＥＧ−ＬＳや差分符号化等の改良により、監視用途にも低遅延の映像圧縮が導入された場合に、映像圧縮データ量と伝送データ量のグラフを送信側の映像モニタで目視しながら、映像圧縮のパラメータを可変するようにすれば、監視用途の照明条件や被写体やＳ／Ｎ劣化やコントラスト低下や伝送帯域不足に応じた低遅延の映像圧縮のパラメータの最適化が容易になり、現地調整の時間が短縮される。

本発明の一実施例の外部映像信号圧縮部の構成例を示すブロック図 本発明の一実施例の外部映像信号圧縮部の圧縮データ量と伝送データ量のグラフの画面を示した模式図 本発明の一実施例のトライアックスシステムの全体を示すブロック図

符号の説明

１３：RET圧縮データ積算回路、１４：PROMPT圧縮データ積算回路、１５：圧縮走査線カウンタ、１６：DPRAM、１７：画面表示位置決めカウンタ、１８：比較器、１９：表示走査線カウンタ、
２２：Ｄ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ）、２４：圧縮映像データ判別回路、２５：伝送映像データ判別回路、２６：RET伝送データ積算回路、２７：PROMPT伝送データ積算回路、
１：ケーブルイコライザ（ＥＱ）、２：クロックデータリカバリ部（ＣＤＲ）、３：シリアル−パラレル変換部、４：映像圧縮部、５：データ量表示部、６：Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）、７，３０，３３：バッファメモリ、８，３４：多重部、９，４５：ＣＰＵ、１０，２０，２１：スイッチ、
２９：ＶＢＳエンコーダ、３１：映像伸張部、３２：レート変換部、３６：パラレル−シリアル変換器、３７：トライアックスケーブル、３９，４０：接栓、４１：レンズ部、４２：色分解光学系、４３：撮像素子、４５：映像信号処理部、４６：撮像部、４７：アダプタ部、４８：制御部、４９：分離部、

Claims (4)

1. 伝送路を介して、デジタル化した映像信号、音声信号、制御信号を含むデジタル信号を制御部とアダプタ部が双方向伝送し、少なくとも一部の映像信号を圧縮し伝送する映像信号多重伝送装置において、前記制御部は、
   前記外部より受信した映像信号の圧縮データ量から映像信号の水平方向をデータ量とし垂直方向を時間軸とした第一のグラフ信号を生成する手段と、前記アダプタ部から送信された映像信号のデータ量から映像信号の水平方向をデータ量とし垂直方向を時間軸とした第二のグラフ信号を生成する手段との少なくとも一方を有し、
   前記第一のグラフ信号または第二のグラフ信号を、前記アダプタ側から送信された映像信号または前記前記外部より受信した映像信号に重畳する手段を有することを特徴とする映像信号多重伝送装置。
2. 請求項１の映像信号多重伝送装置の前記制御部において、
   前記第一のグラフ信号を生成する手段は、前記外部より受信した映像信号の２５走査線数毎の圧縮データ量から前記第一のグラフ信号を生成する手段であるか、
   前記第二のグラフ信号を生成する手段は、前記アダプタ部から送信された映像信号の２５走査線数毎のデータ量から前記第二のグラフ信号を生成する手段であるか、
   の少なくとも一方であることを特徴とする映像信号多重伝送装置。
3. 請求項１の映像信号多重伝送装置の前記制御部において、前記第一のグラフ信号または第二のグラフ信号が重畳される映像信号に、前記アダプタ側から送信された映像信号または前記外部より受信した映像信号を選択する手段を有することを特徴とする映像信号多重伝送装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか1つに記載の映像信号多重伝送装置を具備することを特徴とする撮像装置。