JP5572541B2 - ビデオエンコーダシステム - Google Patents

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Description

この発明は、ビデオエンコーダシステムに関し、カメラ等の周辺機器からビデオ信号を取り込んでMPEG2−TSのPCRを形成するものに利用して有効な技術に関するものである。
MPEG2(Moving Picture Experts Group) −TS(Transport Stream)の規格(ISO/ICE 13818−1)においては、プログラム時刻基準参照値(以下PCR)を27MHzのシステムタイムクロック(以下STC)から生成する方法が記載されている。このようにMPEG2−TSの規格では、ビデオとオーディオのクロックを生成するためのSTCがシステム上に搭載されていることを前提としている。ビデオとオーディオのクロックを生成するためのSTCをシステム上に搭載させることが可能な動画像記録装置の例として、特開2010−183248号公報がある。
特開2010−183248号公報
前記特許文献1のようなビデオカメラ装置では、メモリカード、HDDやDVDのような記録装置に映像データを記録するものである。これらの記憶装置に記録するデータ量を少なくするためには、前記のようにMPEG2−TSのような画像圧縮は不可欠であり、映像処理部に存在する27MHzのシステムタイムクロック(以下STC)からMPEG2−TSのPCRを生成することに何ら問題が生じない。むしろ映像処理と画像圧縮とはこのように一体的に構成することが当たり前のようにされている。
本願発明者等においては、図8に示すように、ビデオ受信部31、ビデオエンコーダ33、オーディオエンコーダ34、PCR生成部35とマルチプレクサ36を備えて画像圧縮を行うSTCカウンタ値生成部を搭載しないビデオエンコーダシステムを、前記映像処理部を有するビデオカメラ等のような外部に接続された周辺機器1とは分離されて単独で構成することを検討した。このような単独構成のSTCカウンタ値生成部を搭載しないビデオエンコーダシステムは、任意のビデオカメラ等の外部に接続される周辺機器1に着脱可能に接続して使用することを可能にする。あるいは、外部に接続される複数のビデオカメラ1に対して1つのSTCカウンタ値生成部を搭載しないビデオエンコーダシステムを共用することができるようになる等のようにSTCカウンタ値生成部を搭載しないビデオエンコーダシステムの使い勝手がよくなり、あるいはSTCカウンタ値生成部を 搭載しないビデオエンコーダシステムの用途の拡大を見込むことができようになる。
しかしながら、ビデオカメラから分離した構成のSTCカウンタ値生成部を搭載しないビデオエンコーダシステムでビデオラメラ等の映像処理部に存在する27MHzのSTCを用いる構成では、PCR生成部に対して外部に接続された周辺機器1に搭載されているSTC生成部11で形成されたSTCをSTC送信用ケーブル23を介して別途入力するようなインタフェースを設けなければならない。このため、ビデオとオーディオ用のケーブル21とSTC送信用ケーブル23の2種類のケーブルを用意したり、あるいはビデオデータやオーディオデータとSTCを伝送する特別な1つのケーブルを新たに用意したりするために周辺機器1側においてもSTCを出力するインタフェースが必要となる。この構成は、周辺機器1、STCカウンタ値生成部を搭載しないビデオエンコーダシステム 及びそれらを接続する図8のケーブル2が専用のものとなって汎用性に欠け、使い勝手を良くするという発想とは逆行するものになってしまう。
この発明の目的は、簡単な構成で使い勝手と用途の拡大に好適なビデオエンコーダシステムを提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
課題を解決するための手段
本願において開示される1つの代表的な実施例は、以下の通りである。図1に示すビデオエンコーダシステムは、外部に接続された周辺機器から入力された入力信号を受けるビデオ受信部31と、上記ビデオ信部31から出力される映像信号を受けて画像圧縮信号を形成するビデオエンコーダ33と、上記ビデオ信部から出力される音声信号を受けて音声圧縮信号を形成するオーディオエンコーダ34と、上記ビデオ受信部から出力される74.25MHzのビデオクロックを受けて第1STCカウンタ値を形成する第1STCカウンタ値生成部32と、上記第1STCカウンタ値を受けてPCRを生成するPCR生成部35とを有する。上記第1STCカウンタ値生成部32は、上記ビデオクロックの11サイクル毎に4回のインクリメントを行うカウンタ動作行って上記第1STCカウンタ値を生成する。
発明の効果
簡単な構成で使い勝手の良く用途の拡大に好適なビデオエンコーダシステムが構築できる。
この発明に係るビデオエンコーダシステムの一実施例の概略ブロック図である。 図1における第1STCカウンタ値生成部32の一実施例の概略ブロック図である。 図2におけるカウンタ値デコーダ部322の一実施例の概略図である。 図2における第1STCカウンタ生成部32の動作の一例を説明するためのタイミング図である。 図1におけるSTCカウンタ値生成部32の他の一実施例の概略ブロック図である。 図5におけるカウンタ値デコーダ部323の一実施例の概略図である。 この発明が適用された監視カメラシステムの一実施例のブロック図である。 この発明に先立って検討されたSTCカウンタ値生成部を搭載しないビデオエンコーダシステムのブロック図である。
添付の図面に沿って、この発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図1には、この発明に係るビデオエンコーダシステムの一実施例の概略ブロック図が示されている。この実施例のビデオエンコーダシステム3は、ビデオ受信部31、ビデオエンコーダ33、オーディオエンコーダ34、PCR生成部35及びマルチプレクサ36を備え、ビデオカメラ等のような周辺機器1とは独立して構成されており、ケーブル21を図示されないコネクタを介して着脱可能に接続し周辺機器1からビデオ受信部31でビデオ信号(及びオーディオ信号)を取り込む構成とされている。ビデオ受信部31では、機器1から入力されたビデオ信号及びオーディオ信号を受けてビデオクロック、ビデオデータ及びオーディオデータ(オーディオマスタクロック)を出力する。この実施例では、第1STCカウンタ値生成部32が設けられる。この第1STCカウンタ値生成部32は、上記抽出されたビデオクロックから前記27MHzに相当する第1STCカウンタ値を生成する。
PCR生成部35では、第1STCカウンタ値生成部32から受信した第1STCカウンタ値を使用しPCRを生成する。ビデオエンコーダ33では、ビデオ受信部31の出力信号に含まれるビデオデータを圧縮したストリームを生成する。オーディオエンコーダ34では、ビデオ受信部31の出力信号に含まれるオーディオデータを圧縮したストリームを生成する。マルチプレクサ36では、ビデオエンコーダ33、オーディオエンコーダ34、PCR生成部35から入力されるストリームをマルチプレクスしてMPEG2−TSの規格に対応した圧縮信号を生成する。
PCRは、MPEG2−TS送信側(ビデオエンコーダシステム)と受信側(ビデオデ コーダシステム)の時刻同期を行う際の基準となる27MHzに規定されているクロック でカウントされた値である。MPEG2−TSストリーム中に100ms間隔で出現する事が推奨されている。このためPCR生成部35では、前記第1STCカウンタ値生成部32から受信した第1STCカウンタ値である27MHzでカウントした値がMPEG2−TSストリーム中に100ms間隔で出現させるようにする。もしも、このようなPCRを生成しないで送信側と受信側でそれぞれ独自に基準クロックを生成した処理を行った場合、必ず送信、受信側でクロックのずれが発生してしまう。送信側より受信側のクロックが速い場合、受信側が処理するMPEG2−TSデータが底を付き、カクカクした動画、ブツブツ途切れる音声となってしまう。逆に、受信側より送信側のクロックが速い場合、受信側でMPEG2−TSデータを一時保管するためのバッファが溢れてデータの欠損が発生し、四角いノイズが発生したり画面全体が崩れたりする。この実施例では、外部に 接続された周辺機器1から入力されたビデオ信号に含まれるビデオクロックからPCRを生成するのでこのような問題が生じない。
図1に示されるビデオデコーダシステム4は、例えばケーブル22を通して伝えられたMPEG2−TSの規格に圧縮された動画像データをデコードして、テレビジョン画面上に表示可能な映像信号、音声信号を形成する。前記ビデオエンコーダシステム3によりMPEG2−TSの規格に圧縮生成された動画圧縮フォーマットのデータを記憶する場合には、上記ビデオデコーダシステム4に装着されたメモリカード、HDDあるいはDVDのような記憶媒体に記録される。
図2には、図1における第1STCカウンタ値生成部32の一実施例の概略ブロック図が示されている。この実施例の第1STCカウンタ値生成部32は、ビデオ受信部31が抽出したビデオクロックが入力される例である。クロックカウンタ部321は、ビデオ受信部から入力されるビデオクロックを順次インクリメントしカウンタ値を生成する。このクロックカウンタ部321は、例えば16進法で0〜Aまでの11個のパルスをカウントするループカウンタで構成される。カウンタ値デコーダ部322では、カウンタ値をデコードしてSTC生成用カウンタ部323に対して+1インクリメントするインクリメントタイミング信号を生成する。
ビデオカメラ等の周辺機器1からのビデオ信号がNTSCモノクロと同じフレームレート( 1920x1080/60/i等)であるときにはビデオクロックは、74.25MHzとなるので、前記クロックカウンタ部321とカウンタ値デコーダ部322により74.25MHz×4/11のような27MHzのインクリメントタイミング信号を形成することができる。
しかしながら、NTSC方式における水平同期周波数fhは、モノクロ放送では15.750KHzに設定されているが、カラー放送では水平同期周波数と音声キャリア周波数を整数倍の関係にし、これらと色差情報を付加するための色副搬送波の周波数fscとをインターリーブさせて相互妨害が最小で済むように合成する。これに伴って、垂直同期周波数は60Hzから60Hz/1.001に、フレームレートも毎秒30枚から30枚/1.001のように0.1%低下する。したがって、一般的に使われる1080iや720p等のHDTVのビデオクロック周波数も74.25MHz/1.001のように低下している。
このような1/1.001の補正動作を行うために設けられたのが、1.001補正タイミング生成部324である。この1.001補正タイミング生成部324は、ビデオクロックを計数して1000回に1回の割合でインクリメントタイミング信号に同期した1.001補正タイミング信号を生成してSTC生成用カウンタ部323に対して+2のインクリメント動作に変更する。これにより、1.001の補正タイミング補正が実施される。
前記のように周辺機器1がNTSCモノクロのフレームレートと同じビデオカメラであるときには、1080iや720p等のHDTVのビデオクロック周波数も74.25MHzにされるものであるからクロックカウンタ部321により11個のパルスを計数する間に、4個のパルスを出力させることで4/11の分周動作を行わせることができる。これにより、74.25MHz×4/11=27MHzのSTCを生成することができる。ただし、STCにはジッタが±500ns以内と規定されているため、カウンタ値デコーダ部322により11サイクルの中で4回のカウントアップするタイミングを一様に分布させることで、ジッタを極力抑える構成するよう工夫されている。
図3には、図2におけるカウンタ値デコーダ部322の一実施例の概略図が示されている。この実施例のデコードデータ生成部331は、16進法(0〜F)で表記された0〜A(Aは、10進法表記では10に対応している。)の計数値をアドレスとしてこれらのアドレスに格納された記憶データの0又は1のデータを出力する。例えばデータ0はロウレベルを表し、データ1はハイレベルを表している。つまり、11個のビデオクロックの各周期のうち、2番目(アドレス1)、5番目(アドレス4)、7番目(アドレス6)、10番目(アドレス9)の周期のときにハイレベルとなるタイミング信号が出力される。
図4には、図2の第1STCカウンタ生成部32の動作の一例を説明するためのタイミング図が示されている。図4(A)は、前記1.001補正が無い場合が示されている。ビデオクロックは、クロックカウンタ部321により各パルスに対して0〜Aのように11個のパルスがループカウントされている。つまり、上記0〜Aの11個のパルスは4ビットの2進信号で区別される。カウンタ値デコーダ部322により生成されたインクリメントタイミング信号は、図3のデコードデータ生成部331に示したように1番目(0001)、4番目(0100)、6番目(0110)及び9番目(1001)のパルスに同期してハイレベルとなる信号とされる。STC成用カウンタ部323は、これらインクリメントタイミング信号によりゲート回路等を制御して前記ビデオクロックを選択的に伝達させること、つまりは+1のインクリメント動作することにより、11個のビデオクロックに対して4個の割合で一様に分布されたSTCカウンタ値のようなパルス列を出力させることができる。
図4(B)は、前記11個のパルスを形成している途中で1.001補正タイミング生成部324に設けられる1000個のビデオクロックを計数するループカウンタが1000個のビデオクロックを形成した場合が示されている。同図の例では、ループカウンタが5番目(0101)のクロックを形成した時に1000個目のクロックを計数した場合が示されて1000個計数出力信号がロウレベルからハイレベルに変化する。1.001補正タイミング生成部324は、この1000個計数信号とカウンタ値デコーダ部322のインクリメントタイミング信号が共にハイレベルとなったときに1.001補正タイミング信号を生成する。図2のSTCカウンタ生成用カウンタ部323は、この1.001補正タイミング信号によりゲート回路等を制御して前記ビデオクロックの2周期分を選択的に伝達させること、つまりは+2のインクリメント動作する。
このような1.001補正タイミング生成部324からの1.001補正タイミング信号を用いることにより、1000個のビデオクロックを計数する毎に11個のビデオクロックに対して5個の割合で分布されたSTCカウンタ値のようなパルス列を出力させる。このように11個のビデオクロックに対して4個のパルス列と、ビデオクロックが1000個毎に更に1個のパルスを加えることにより、74.25MHz/1.001のようなビデオクロックを用いつつ、27MHzのSTCカウンタ値のようなパルス列を出力させることができる。
この実施例のようにインクリメントタイミングの分布を、一様に分布させることでPCRのジッタを抑える効果が得られる。前記図3に示されたデコードデータ生成部のデータの分布は一例であり、データの並びを規定するものではない。例えば、クロックカウンタ部321がループカウンタで構成されるからアドレスを1つ前、又は1つ後にずらして同様なデータの並びとしても同様にすることがある。このように、データ1の間に配置されるデータ0の分布が一様となるようにすればよい。
図5には、図1における第1STCカウンタ値生成部32の他の一実施例の概略ブロック図が示されている。この実施例の第2STCカウンタ値生成部3は、オーディオクロックを入力する例に向けられている。例えば、カメラ等の故障により映像データ(ビデオクロック)が入力されない場合、音声系だけでも記録する必要がある場合に有益である。 図5におけるクロックカウンタ部321では、オーディオマスタクロック(以下、MCLKという)によりインクリメントを行いカウンタ値を生成する。カウンタ値デコーダ部322では、カウンタ値をデコードしてSTC生成用カウンタ部323と325でのインクリメントを制御するインクリメント信号を生成する。
この実施例のSTC生成用カウンタ部323と325は、2種類のSTC生成用カウンタ部1(323)とSTC生成用カウンタ部(325)とが用意される。セレクタ326は、STC生成用カウンタ部1(323)又はSTC生成用カウンタ部2(325)のいずれかを選択して第2STCカウンタ値を出力させる。STC生成用カウンタ部1(323)は、ビデオクロックMCLKが27MHzよりも低い場合(MCLK<27MHz)に向けられおり、周波数逓倍動作を行うように+1インクリメントと+2インクリメントを行う。STC生成用カウンタ部(325)は、ビデオクロックMCLKが27MHzよりも高い場合(MCLK>27MHz)に向けられおり、分周動作を行うよう+1インクリメントを行う。
図6には、図5におけるカウンタ値デコーダ部32の一実施例の概略図が示されている。48Kサンプリング用デコードデータ生成部3221は、48KHzサンプリング512fsでマスタクロックが24.576MHzのときに向けられている。この48Kサンプリング用デコードデータ生成部3221は、1024個のマスタクロックに対して101個の割合で前記図3のようなデータ1を一様に分布させる。
同様に、44.1Kサンプリング用デコードデータ生成部3222は、44.1KHzサンプリング512fsでマスタクロックが22.5792MHzのときに向けられている。この44.1Kサンプリング用デコードデータ生成部3222は、1568個のマスタクロックに対して307個の割合で前記図3のようなデータ1を一様に分布させる。そして、32Kサンプリング用デコードデータ生成部3223は、32KHzサンプリング512fsでマスタクロックが16.3842MHzのときに向けられている。この32Kサンプリング用デコードデータ生成部3223は、2048個のマスタクロックに対して1327個の割合で前記図3のようなデータ1を一様に分布させる。他の周波数についても、周波数毎にデコードデータ生成部を追加することで対応することが可能である。
このようにオーディオのシステムクロック(MCLK)から第2STCカウンタ値を生成するためには、27MHzとMCLKの最大公約数Xを求め、MCLK/Xサイクルで27M/Xの値をインクリメントするカウンタを構成する。例えば、MCLKが24.576MHzの場合、27MHzとの最大公約数は24000となり、24576000/24000=1024サイクルで、27000000/24000=1125までインクリメントするカウンタにより、STCでインクリメントするカウンタに相当する機能を実現することができる。
本願発明に係るエンコーダシステムでは、周辺機器(カメラ、BDプレーヤ等)から映像信号のみを入力し、MPEG2−TSのPCRを生成するためにSTCを生成する。本願発明に係るエンコーダシステムにおいては、従来のようにビデオカメラ等のような映像処理部に存在する27MHzのSTCを用いるようにする場合のように、前記図8に示した外部に接続された周辺機器1内のSTC生成部11からSTC送信用ケーブル23を介して別途入力するようなインタフェースを設けたり、あるいはビデオデータやオーディオデータとSTCを伝送する特別な1つのケーブルを新たに用意したりする必要もないので構成が簡単となる。
ビデオクロックに同期した27MHzのようなタイミング信号を生成する最も一般的な手法としてはPLL回路を用いることが考えられるが、PLL回路は水晶振動子を用いた基準周波数発生回路のような比較的高価な回路を必要とする。この実施例のエンコーダシステムにおいてPLL回路のような高価な同期化回路を設ける必要もない。そして、外部 に接続された周辺機器1、ビデオエンコーダシステム3及びそれらを接続するケーブルやコネクタも従前のものをそのまま流用できるので汎用性が高く、用途の拡大を期待できる。例えば、高感度のビデオカメラを必要とするシステム、モノクロカメラで良い簡易システム、あるいは高画質の映像信号を必要とするシステム等に対してビデオカメラ部のみを交換するだけでよい。また、ビデオカメラの他、STC信号を持たないBDプレーヤのような記憶手段(ビデオデコードシステム)からから出力されたビデオ信号を再度圧縮する場合にも利用できる。
図7には、この発明が適用された監視カメラシステムの一実施例のブロック図が示されている。この実施例では、複数のビデオカメラ101〜10nに対して、本願発明に係る1つのビデオエンコーダシステム3が用いられる。セレクタ5は、ビデオカメラ101〜10nからの映像信号を時間的に分割して上記ビデオエンコーダシステム3に供給する。上記ビデオエンコーダシステム3は、時間的に分割して供給されたビデオカメラ101〜10nから異なるビデオデータとオーディオデータをMPEG2−TSに対応した圧縮信号に変換し、HDD等のような記憶装置6に監視画像を記録させる。このシステムでは、ビデオエンコーダシステム3を複数のビデオカメラに共用できるからシステムの簡素化が可能になる。そして、ビデオカメラも監視場所に応じて高感度のもの、モノクロカメラあるいは高画質のもの等異なる種類のものを組み合わせることができる。
MPEG2−TSによる映像/音声信号は、デジタル家電として販売されている表示装置を用いることができる。これにより、前記ビデオエンコーダシステム3で生成された圧縮信号の再生は、このような一般的なテレビジョン受像機でそのまま表示できるので、この発明に係るビデオエンコーダシステムは、使い勝手が良く様々な用途の拡大に期待できるものとなる。
本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、カウンタ値デコード部322は、前記図3に示したようなメモリ回路を用いるもの他、ループカウンタの計数値のうち1番目(0001)、4番目(0100)、6番目(0110)及び9番目(1001)を論理回路により検出しても前記同様なインクリメントタイミング信号を形成することができる。また、STC生成用カウンタ部は、前記のようにインクリメントタイミング信号に対応しビデオクロックに同期した1個のパルス、1.001補正タイミング信号に対応してビデオクロックに同期した2個のパルスを発生させるものであれば何であってもよい。
この発明は、ビデオ信号のみを取り込んでMPEG2−TSのPCRを形成するものに広く利用することができる。
1…周辺機器、11…STC生成部、21〜23…ケーブル、3…ビデオエンコーダシステム、31…ビデオ受信部、32…第1STCカウンタ値生成部、33…ビデオエンコーダ、34…オーディオエンコーダ、35…PCR生成部、36…マルチプレクサ、37 …第2STCカウンタ値生成部、321…クロックカウンタ部、322…カウンタ値デコーダ部、323…STC生成用カウンタ部(1)、324…1.001補正タイミング生成部、325…STC生成用カウンタ部2、326…セレクタ、3221…48Kサンプリング用デコードデータ生成部、3222…44.1Kサンプリング用デコードデータ生成部、3223…38Kサンプリング用デコードデータ生成部、101〜10n…ビデオカメラ、211〜21n…ケーブル、5…セレクタ、6…記憶装置、4…ビデオデコーダ システム、7…STCカウンタ値生成部を搭載しないビデオエンコーダシステム、331 …デコードデータ生成部

Claims (7)

  1. 外部の周辺機器に着脱可能に接続して使用されるビデオエンコーダシステムであって、
    上記辺機器から入力された入力信号を受けるビデオ受信部と、
    上記ビデオ信部から出力される映像信号を受けて画像圧縮信号を形成するビデオエンコーダと、
    上記ビデオ信部から出力される音声信号を受けて音声圧縮信号を形成するオーディオエンコーダと、
    上記ビデオ受信部から出力される74.25MHzのビデオクロックを受けて第1STCカウンタ値を形成する第1STCカウンタ値生成部と、
    上記第1STCカウンタ値を受けてPCRを生成するPCR生成部と
    を有し、
    上記第1STCカウンタ値生成部は、上記ビデオクロックの11サイクル毎に4回のインクリメントを行うカウンタ動作行って上記第1STCカウンタ値を生成する、
    ビデオエンコーダシステム
  2. 請求項1において、
    上記第1STCカウンタ値生成部は、0〜10の11個のパルス計数動作を行うループカウンタであるクロックカウンタ部と、上記0〜10の計数出力(クロックカウンタ値)を受けるカウンタ値デコーダ部内のデコードデータ生成部とを有し、
    上記カウンタ値デコーダ部内のデコードデータ生成部は、上記計数出力が1つ置きと2つ置きの組合せでタイミングが一様となるよう4つのパルスを出力させる、
    ビデオエンコーダシステム
  3. 請求項2において、
    上記ビデオクロックの周波数は、NTSC方式のカラー映像信号と同じフレームレート である1920×1080/59.94/Iに対応した74.25MHz/1.001であり、
    上記ループカウンタは、ビデオクロックの到来毎に+1のインクリメント動作を行うとともに1000個のビデオクロックの到来毎に+2のインクリメント動作を行う、
    ビデオエンコーダシステム
  4. 請求項1ないし3のいずれか一つおいて、
    更に、上記ビデオ受信部から出力されるオーディオマスタクロックを受けてSTCカウンタ値を形成する第2STCカウンタ値生成部を有し、
    上記第2STCカウンタ値生成部は、オーディオマスタクロックをMCLKとし、MCLKと27MHzとの最大公約数をXとし、MCLK/Xサイクル中に27000000/Xインクリメントするカウンタで構成される、
    ビデオエンコーダシステム
  5. 請求項4において、
    上記第2STCカウンタ値生成部は、MCLK/X個のパルス計数動作を行うループカウンタであるクロックカウンタ部と、上記MCLK/Xの計数出力を受けるデコードデータ生成部とを有し、
    カウンタ値デコーダ部は、MCLK/Xの計数中に27000000/X個のパルスを一様に出力させるインクリメント制御信号を生成する
    ビデオエンコーダシステム
  6. 請求項5において、
    上記第2STCカウンタ値生成部内のカウンタ値デコーダ部内のデコードデータ生成部は、オーディオ信号のサンプリング周波数に対応して複数個設けられ、設定されたサンプリング周波数に対応したものが選択される、
    ビデオエンコーダシステム
  7. 請求項5又は6において、
    上記第2STCカウンタ値生成部は、上記ビデオ受信部にビデオ信号が入力されず、オ ーディオエンコーダに音声信号のみが入力されるときに有効にされる、
    ビデオエンコーダシステム
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