JP5244716B2 - 監視カメラシステム及び映像記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の監視カメラを接続し、カメラからの映像を記録媒体に記録再生しモニタに表示する監視カメラシステム及びこれに用いる映像記録再生装置に関するものである。

監視カメラシステムでは、複数の監視カメラを接続して、各カメラからの映像を記録媒体に記録し、所望のカメラからの映像を再生してモニタに表示するものである。その場合、記録・再生する映像、表示する映像がどのカメラからの映像であるかを常に正しく把握しなければならない。そのために、各カメラを識別するカメラＩＤを対応する映像信号に付加して映像を管理する方法がとられている。

カメラＩＤを映像信号に付加する方法として、特許文献１には、映像信号の特定信号区間（モニタに映像が表れない区間）に該当するカメラの固有識別番号（ＩＤ）を付加することが開示される。また、特許文献２には、カメラからの映像信号に、撮像したカメラを識別するための識別符号をスーパーインポーズすることが開示される。その他に、ＭＰＥＧ等の圧縮映像データのヘッダ領域にカメラＩＤを付加する技術も知られている。

特開２０００−２３０９３号公報 特開平８−１３０７２９号公報

監視カメラシステムでは、カメラで撮影した映像をＨＤＤ等の記録媒体に長期間保存しておくこと、また保存した映像を明瞭に再生表示できることなどが要求される。

特許文献１のように、映像信号の特定信号区間、すなわち映像が表示されない区間（映像非表示区間）にカメラＩＤを付加する場合、映像非表示区間のデータも含めて記録媒体に記録保存しなければならない。ちなみにこの映像非表示区間は、垂直帰線区間（ＶＢＩ）であれば全区間の約４％を占める。その結果、記録媒体に対して撮影映像以外のデータを余分に記録することになり、記録媒体の有効使用と長期間記録の観点からは不利になる。

特許文献２のように、映像信号にスーパーインポーズする方法は、映像が表示される区間（有効映像区間）だけを記録媒体に保存することができる。しかしながら、元の映像信号に識別符号を重畳させてしまうため、識別符号により映像の一部が覆われて不明瞭になる。もしも事件現場の映像であれば、有効な情報（犯人の顔など）が得られなくなる恐れがある。

なお、カメラＩＤを圧縮映像データのヘッダ領域に付加する方法では、映像データとカメラＩＤが常に一体的に処理される訳ではない。例えば、圧縮データを伸張する際にヘッダは取り除かれてしまうため、伸張後に別の領域にカメラＩＤをコピーしなければならない。その際、コピー処理の失敗等によって映像データに異なるカメラＩＤが付加される恐れがある。表示する映像のカメラＩＤが誤っていては監視機能の意味をなさないし、またユーザはカメラＩＤが誤っていることを知ることも困難である。

本発明の目的は、カメラからの映像を保存する記録媒体の容量をより有効に使用するとともに、保存した映像を明瞭に再生表示できる監視カメラシステム及び映像記録再生装置を提供することである。

本発明の監視カメラシステムは、複数の監視カメラと、監視カメラから入力した映像信号を記録及び再生する映像記録再生装置と、映像記録再生装置から再生された映像信号を表示するビデオモニタを備え、映像記録再生装置は、監視カメラからの映像信号を低周波領域と高周波領域に分割する周波数分割部と、映像信号の低周波領域に、映像信号の入力先である監視カメラを識別するカメラＩＤを埋め込むカメラＩＤ埋め込み部と、カメラＩＤ埋め込み部により埋め込まれたカメラＩＤを読み出すカメラＩＤチェック部とを有し、ビデオモニタに映像を表示するとき、表示する映像信号に埋め込まれたカメラＩＤを参照することで表示する映像に対応する監視カメラを確認する構成とする。

また本発明の映像記録再生装置は、複数の監視カメラとビデオモニタを接続し、監視カメラから入力した映像信号を記録媒体に記録及び再生し、再生した映像信号をビデオモニタに表示させるものであって、監視カメラからの映像信号を低周波領域と高周波領域に分割する周波数分割部と、映像信号の低周波領域に、映像信号の入力先である監視カメラを識別するカメラＩＤを埋め込むカメラＩＤ埋め込み部と、カメラＩＤ埋め込み部により埋め込まれたカメラＩＤを読み出すカメラＩＤチェック部とを備え、カメラＩＤチェック部により、ビデオモニタに表示させる映像信号に埋め込まれたカメラＩＤを参照することで、表示させる映像信号に対応する監視カメラを確認する構成とする。

ここに周波数分割部は、ウェーブレット変換により映像信号を低周波領域と高周波領域に分割し、カメラＩＤ埋込部は、画素置換型電子透かし法によりカメラＩＤを埋め込むようにした。

本発明によれば、複数のカメラからの撮影映像を記録媒体に長期間保存し、保存した映像を明瞭に再生表示できる。また、表示される映像が指定したカメラの映像かどうかを容易に確認することができる。

本発明に係る監視カメラシステムの一実施例を示すブロック図。 本実施例におけるカメラＩＤの埋め込み処理を説明する図。 カメラＩＤを２４ビットで符号化した一例を示す図。

図１は、本発明に係る監視カメラシステムの一実施例を示すブロック図である。監視カメラシステムは、複数の監視カメラ（ここでは２台のカメラ１，２とする）と、カメラから入力した映像信号を記録及び再生する映像記録再生装置３と、再生した映像を表示するビデオモニタ４で構成される。カメラ１，２によって撮影された映像は、映像記録再生装置３に各々入力され、ＨＤＤ等の記録媒体に記録される。ユーザが所望のカメラを指定すると、記録媒体から指定されたカメラで撮影された映像が再生され、ビデオモニタ４に表示される。

映像記録再生装置３内の構成と動作を説明する。ＮＴＳＣデコード部１１は、入力した映像信号（コンポジットビデオ信号）をデジタル映像データにデコードする。フレームスイッチ部１２は、カメラ１，２の映像データをバッファして同期を調整するとともに、一系統の時系列のデータに変換する。このとき、時系列データ内の各映像データの有効映像領域以外の領域（例えばヘッダ領域）に、当該映像の部分がどのカメラからの映像かを識別するカメラＩＤを個別に付加する。

周波数分割部１３は、フレームスイッチ部１２からの映像データを低周波領域と高周波領域とに分割する。またカメラＩＤ分離部１４は、映像データから付加されているカメラＩＤを分離する。このとき分離したカメラＩＤは、システムコントロール部２３にて分離元の映像データと紐付けて管理する。カメラＩＤ埋め込み部１５は、周波数分割部１３にて周波数領域毎に分割した映像データに、カメラＩＤ分離部１４で分離したカメラＩＤを埋め込む。ＩＤ埋め込みには、例えば後述する電子透かし法を用いる。映像データに埋め込まれたカメラＩＤは、その後映像データと一体で扱われるので、ＩＤ情報の欠落や変化が生じることがなく信憑性が高い。

圧縮部１６は映像データの冗長部分を省き、ＭＰＥＧ等の所定の方式で映像データを圧縮する。ＨＤＤコントロール部１７は、圧縮された映像データをＨＤＤ１８に記録する。このときカメラＩＤは映像データに埋め込まれているので、ＨＤＤ１８のデータ領域に記録されるのは、モニタに表示される有効映像領域のみである。よって、記録媒体の容量を有効に使用することができる。なお、ＨＤＤ１８に映像データを記録する際、データの検索を容易にするため、ＨＤＤ１８の管理情報領域にカメラＩＤのコピーを書き込んでおく。このとき書き込むカメラＩＤのコピーは、システムコントロール部２３が把握しているカメラＩＤである。

ユーザがカメラを指定して再生表示を指示すると、ＨＤＤコントロール部１７は、ＨＤＤ１８から指定されたカメラの映像データを再生する。例えば、カメラ２の映像を再生する場合は、ＨＤＤ１８の管理情報領域からカメラ２に相当するカメラＩＤのコピーを検索し、それに対応したアドレスに記録された映像データを再生する。伸張部１９は、再生された映像データを伸張すると共に、映像データのヘッダ領域にカメラＩＤのコピーを付加する。このカメラＩＤは、複数のカメラからの映像をモニタに分割表示する場合などに、これらの画像を区別するために必要となる。モニタ表示制御部２０は、映像データのヘッダ領域に付加されたカメラＩＤのコピーを参照し、指定されたカメラに対応する映像データをコンポジットビデオ信号にエンコードする。エンコードされたコンポジットビデオ信号は、ビデオモニタ４に送られ表示される。

さらに本実施例では、ビデオモニタ４にて表示している映像がユーザが指定したカメラの映像であるか否かを確認する機能を有する。ビデオモニタ４に表示する映像は、映像データに付加されているカメラＩＤを参照して選択する。しかしこのカメラＩＤは、ＨＤＤコントロール部１７あるいは伸張部１９において、システムコントロール部２３が把握しているカメラＩＤを何回かコピーして書き込んだものである。よって、予期せぬコピー処理の失敗等により、誤ったカメラＩＤが付加されている恐れがある。

カメラＩＤを確認するため、表示している映像データに付加されているカメラＩＤ（システムコントロール部２３が把握しているカメラＩＤ）を、カメラＩＤ埋め込み部１５により映像データに埋め込んだカメラＩＤと比較する。カメラＩＤ埋め込み部１５により映像データに埋め込んだカメラＩＤは、映像データの圧縮・伸張過程や、ＨＤＤ１０への記録・再生過程で変化することはなく、信憑性が高い。付加されたカメラＩＤと埋め込まれたカメラＩＤが一致すれば、表示している映像は指定したカメラの映像であり、これらが一致しなければ、指定したカメラとは異なるカメラの映像であることになる。

カメラの確認動作は次のように行う。チェック用スイッチ２１をオンすると、ビデオモニタ４に表示されているコンポジットビデオ信号がＮＴＳＣデコード部１１に送られる。ＮＴＳＣデコード部１１ではコンポジットビデオ信号をデジタル映像データに変換する。カメラＩＤチェック部２２は、デジタル映像データに埋め込まれているカメラＩＤを読み出す。システムコントロール部２３は、読み出したカメラＩＤが現在把握しているカメラＩＤと一致するかどうか判定する。

判定の結果、両者のカメラＩＤが一致しない場合、異常発生の警告とシステムの復旧動作を行う。すなわち、モニタ表示制御部２０はビデオモニタ４にエラーメッセージ「カメラＩＤエラー発生」を表示し、システムコントロール部２３は当該装置のリセットを行う。装置を再起動後に再度カメラＩＤの不一致が発生する場合は、当該装置に不具合が発生していると判断し、エラーメッセージを再度表示しシステムを停止する。但し、エラーが特定のカメラ（例えばカメラ２）に限っている場合、「カメラ２のＩＤエラー」と表示する。これによりユーザに修理を促しつつ、正常なカメラがあればそれらを使用してシステムの動作を継続する。

図２は、本実施例におけるカメラＩＤの埋め込み処理を説明する図である。
まず、全体の処理の流れを説明する。フレームスイッチ部１２を経たデジタル映像データ１０１は、有効映像領域１０１ａとカメラＩＤ１０１ｂとが紐付けされたデータである。周波数分割部１３は、映像データ１０１を低周波領域と高周波領域とに分割し周波数分割データ１０２とする。カメラＩＤ分離部１４は、映像データ１０１からカメラＩＤ１０１ｂを分離し、カメラＩＤ１０３とする。そしてカメラＩＤ埋め込み部１５は、分離したカメラＩＤ１０３を周波数分割データ１０２の低周波領域ＬＬに埋め込み、カメラＩＤ埋め込みデータ１０４を生成する。圧縮部１６は、カメラＩＤ埋め込みデータ１０４を圧縮して冗長分を削除し、データサイズの小さい圧縮データ１０５とする。この圧縮データ１０５は、ＨＤＤ１８に記録される。このように、カメラＩＤは映像データに埋め込まれているので、ＨＤＤ１８に記録されるデータ量が増加することはなく、ＨＤＤ１８の容量を有効に使用することができる。

ここに、カメラＩＤ埋め込み部１５で埋め込んだカメラＩＤ１０３は、後段の圧縮部１６での圧縮処理で削除されないものでなければならない。圧縮方式には、ＪＰＥＧ、ＭＰＥＧなど様々な方式があるが、近年の電子透かし技術はそれらに対し耐性を持った方法が提案されている。ここでは、圧縮方式として監視システムで広く用いられているＭＰＥＧ４やＪＰＥＧ２０００の場合を想定し、これに対して耐性を持つウェーブレット変換を取り入れてカメラＩＤを埋め込む方法を示す。

周波数分割部１３では、ウェーブレット変換を用いて映像データ１０１を複数の周波数領域に分割する。ウェーブレット変換として、例えばハール関数を用いることで周波数分割データ１０２を生成する。周波数分割データ１０２は、低周波成分（ＬＬ）と、画面横方向の高周波成分（ＬＨ）、画面縦方向の高周波成分（ＨＬ）、縦横両方向の微分波形（ＨＨ）の４領域に分けられる。これらのうち、低周波成分（ＬＬ）は画像の骨格を成すものであり、圧縮処理にて削除されることはない。これ以外の高周波成分（ＬＨ，ＨＬ，ＨＨ）は冗長部分であり、圧縮処理にて削除される候補となる。

カメラＩＤ埋め込み部１５は、周波数分割部１３にて周波数分割された映像データの内、低周波領域（ＬＬ）に限定して、カメラＩＤ分離部１４より送られてくるカメラＩＤ１０３の埋め込みを行う。このように、カメラＩＤ１０３を周波数分割データ１０２の低周波領域（ＬＬ）に埋め込むことで、後段の圧縮処理によって埋め込んだカメラＩＤが削除されない、耐性の高いものとした。

カメラＩＤの埋め込み処理では、静止画用の電子透かし埋め込み方法を適用する。一例として「画素置換型」と呼ばれる方法を説明する。例えば、２４ビットのカラー画像では、１画素中にＲ、Ｇ、Ｂの三色の色情報が各８ビット（０〜２５５階調）ずつ含まれている。カメラＩＤの埋め込みは、画面内の所定位置の画素を選択しその画素値（色情報の階調値）を置換することで行う。カメラＩＤの埋め込みは次の規則で行う。埋め込むカメラＩＤが「０」のとき、対象画素の階調値を偶数に変更する。埋め込むカメラＩＤが「１」のとき、対象画素の階調値を奇数に変更する。もし、階調値が既に所望の偶数または奇数である場合はそのままとする。変更する場合は、階調値を一律に増加させるが、階調値が最大値（２５５）である場合には減少させる。

具体例として、１ビットのカメラＩＤを埋め込む場合を説明する。この場合、最も簡単な構成として、画面内の１画素の１色（例えばＧ色）の画素値（階調値）に対して、１ビットのカメラＩＤを埋め込めばよい。対象画素のＧ色の階調値が１１３（奇数）と仮定する。カメラＩＤとして「０」を埋め込む場合は、階調値に１を加えて１１４（偶数）とする。カメラＩＤとして「１」を埋め込む場合は、階調値１１３（奇数）をそのままとする。

カメラＩＤチェック部２２では、以上のようにしてカメラＩＤが埋め込まれた映像データから、対象画素の階調値が偶数であるか、奇数であるかを検出することで、容易にそのカメラＩＤを読み出すことができる。また、カメラＩＤが埋め込まれた映像データは、一部の画素の画素値を最小単位（１階調）だけ変更したものであるから、ビデオモニタ４に映像を表示しても、視覚的な変化を伴うものではなく映像の明瞭度を劣化させることはない。

なお、本実施例のカメラＩＤは、有効映像領域であればどの位置に埋め込んでも構わない。一般に用いられる電子透かし方法は、主にコンテンツの違法コピー抑止を目的としている。よって、透かし情報が改ざんされないように、透かし情報を画面中にランダムに散らせて書き込む必要がある。これに対し本実施例では、カメラＩＤが改ざんされる恐れはなく、カメラＩＤを埋め込む位置は制約を受けない。

次に、映像データに埋め込むカメラＩＤの符号化について説明する。上記実施例ではカメラ数は２台であり、カメラ１，２を識別するためには、最小限の１ビットのカメラＩＤ（「０」＝カメラ１、「１」＝カメラ２）を割り当てれば足りることになる。しかし、実用的には圧縮や伸張に対しさらなる耐性を持たせるため、カメラＩＤの符号データに冗長性を持たせることが望ましい。

図３は、カメラＩＤを２４ビットで符号化した一例を示す図である。ここでは、カメラ数を１６台まで拡張可能とするもので、１枚の画像中の２４画素を使って、２４ビットの情報を埋め込むようにする。

カメラＩＤの先頭部分の８ビットは、カメラＩＤの開始を示すユニークな符号列であり、ここでは「１０１０１０１０」としている。先頭部分のデータはこれに限らずユニークなものであれば良い。この後にカメラを識別するカメラＩＤを４ビットで符号化し、これを４回繰り返して記述する。例えば、カメラ１であれば「００００」を４回繰り返して記述する。

次にカメラＩＤを読み出すときには、先頭の符号列「１０１０１０１０」の後に４回繰り返して記述されているカメラＩＤを読み出す。そのとき、読み出した４個のＩＤが全て一致するとは限らない。圧縮・伸張過程などで埋め込んだカメラＩＤにノイズが加わり、ＩＤが変化する場合があるからである。そこで、同一のカメラＩＤが所定回数以上（例えば３回以上）読み出したとき、その映像の正しいカメラＩＤであると判定する。このようにすれば、カメラＩＤを誤って判定することを防止できる。繰り返し回数（ビット数）を増やせば、さらに誤り耐性を高めることが可能である。

以上述べた実施例では、映像データの有効映像領域にカメラＩＤを埋め込んでおき、埋め込んだＩＤと別途装置が把握しているカメラＩＤとを比較することで、モニタに表示している映像が指定したカメラの映像であるかどうかを確認する動作を述べた。さらには、埋め込んだカメラＩＤを直接利用して、所望の映像をＨＤＤへ記録・再生し、またモニタへ表示することもできる。その場合には、映像データに装置が把握しているカメラＩＤをコピーする必要がなくなり、処理が単純化する効果がある。

１，２…カメラ
３…映像記録再生装置
４…ビデオモニタ
１１…ＮＴＳＣデコード部
１２…フレームスイッチ部
１３…周波数分割部
１４…カメラＩＤ分離部
１５…カメラＩＤ埋め込み部
１６…圧縮部
１７…ＨＤＤコントロール部
１８…ＨＤＤ
１９…伸張部
２０…モニタ表示制御部
２１…チェック用スイッチ
２２…カメラＩＤチェック部
２３…システムコントロール部。

Claims (5)

1. 複数の監視カメラと、該監視カメラから入力した映像信号を記録及び再生する映像記録再生装置と、を備えた監視カメラシステムにおいて、
   前記映像記録再生装置は、
   前記監視カメラからの有効映像領域における映像信号を低周波領域と高周波領域に分割する周波数分割部と、
   前記有効映像領域における映像信号の低周波領域に、該映像信号の入力先である監視カメラを識別するカメラＩＤを同一画像内に複数回繰り返して埋め込むカメラＩＤ埋め込み部と、
   前記カメラＩＤが埋め込まれた映像信号を圧縮し圧縮映像データを生成する圧縮部と、
   前記圧縮映像データと、該圧縮映像データに埋め込まれているカメラＩＤのコピーとを記録し、該カメラＩＤのコピーに対応した映像データを再生するハードディスクドライブと、
   前記映像データに埋め込まれているカメラＩＤについて、同一画像内から同一のカメラＩＤを所定回数以上読み出すカメラＩＤチェック部と、
   前記カメラＩＤを把握するとともに、ビデオモニタに再生表示するカメラＩＤが指示された場合に、前記ハードディスクドライブにより前記カメラＩＤのコピーに対応した映像データを検索し、前記カメラＩＤチェック部により前記検索された映像データの同一画像内から同一のカメラＩＤを所定回数以上読み出し、読み出したカメラＩＤと把握しているカメラＩＤとを比較するシステムコントロール部と、
   を有することを特徴とする監視カメラシステム。
2. 請求項１に記載の監視カメラシステムにおいて、
   前記映像記録再生装置から再生された映像信号を表示するビデオモニタを備え、
   前記ビデオモニタに映像を表示するとき、表示する映像信号に埋め込まれたカメラＩＤを参照することで表示する映像に対応する監視カメラを確認することを特徴とする監視カメラシステム。
3. 請求項１または２に記載の監視カメラシステムにおいて、
   前記システムコントロール部は、前記カメラＩＤチェック部で読み出したカメラＩＤと、当該システムコントロール部で把握しているカメラＩＤとを比較し、両者が一致しないとき、前記ビデオモニタにカメラＩＤのエラーが発生したことを警告表示することを特徴とする監視カメラシステム。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の監視カメラシステムにおいて、
   前記周波数分割部はウェーブレット変換により前記映像信号を低周波領域と高周波領域に分割し、
   前記カメラＩＤ埋込部は画素置換型電子透かし法によりカメラＩＤを埋め込むことを特徴とする監視カメラシステム。
5. 複数の監視カメラから入力した映像信号を記録及び再生する映像記録再生装置において、
   前記監視カメラからの有効映像領域における映像信号を低周波領域と高周波領域に分割する周波数分割部と、
   前記有効映像領域における映像信号の低周波領域に、該映像信号の入力先である監視カメラを識別するカメラＩＤを同一画像内に複数回繰り返して埋め込むカメラＩＤ埋め込み部と、
   前記カメラＩＤが埋め込まれた映像信号を圧縮し圧縮映像データを生成する圧縮部と、
   前記圧縮映像データと、該圧縮映像データに埋め込まれているカメラＩＤのコピーとを記録し、該カメラＩＤのコピーに対応した映像データを再生するハードディスクドライブと、
   前記映像データに埋め込まれているカメラＩＤについて、同一画像内から同一のカメラＩＤを所定回数以上読み出すカメラＩＤチェック部と、
   前記カメラＩＤを把握するとともに、ビデオモニタに再生表示するカメラＩＤが指示された場合に、前記ハードディスクドライブにより前記カメラＩＤのコピーに対応した映像データを検索し、前記カメラＩＤチェック部により前記検索された映像データの同一画像内から同一のカメラＩＤを所定回数以上読み出し、読み出したカメラＩＤと把握しているカメラＩＤとを比較するシステムコントロール部と、
   を有することを特徴とする映像記録再生装置。

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