KR100401651B1 - 저장 기능 및 통신 기능을 최적화한 영상 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감시용 카메라, 상기 감시용 카메라에 의하여 입력된 신호로부터 프레임을 획득하는 장치, 상기 획득된 프레임의 데이터를 압축하는 디지털 영상 압축 장치, 상기 압축된 신호를 저장하는 저장 장치, 상기 압축된 신호를 송신하는 송신 장치, 상기 송신 장치로부터의 신호를 수신하고, 수신된 신호에 에러가 있는지 여부를 검출하고, 상기 검출 결과를 상기 송신 장치로 되돌려 주는 수신 장치 및 상기 저장 매체에 저장된 영상 데이터 또는 상기 수신 장치에 의하여 수신된 영상 데이터를 출력하는 출력 장치를 포함하며, 상기 송신 장치는 상기 수신 장치로부터 에러 검출 신호를 수신하면 에러가 발생한 프레임을 재송신하며, 상기 수신 장치로부터 에러가 검출되지 않았다는 신호를 수신하면 새로운 프레임을 송신하는 것을 특징으로 하는 통신기능을 최적화한 영상 감시 시스템 및 영상 감시 방법을 제공한다.

특히, 본 발명은 에러 검출 후 재전송 방식을 채용한 송수신 장치를 사용함으로써 감시 목적에 적합한 영상을 전송할 수 있는 통신 기능을 갖추고 있다.

Description

저장 기능 및 통신 기능을 최적화한 영상 감시 시스템{MONITORING SYSTEM OPTIMIZING FUNCTION OF STORAGE AND COMMUNICATION}

본 발명은 저장 기능 또는 통신 기능을 갖춘 영상 감시 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 감시 대상의 영상 데이터 프레임이 에러없이 수신되었음을 확인한 후 다음 영상 데이터 프레임을 전송함으로써, 감시에 적합한 화질의 영상을 디스플레이할 수 있도록 최적화된 통신 기능을 갖춘 영상 감시 시스템에 관한 것이다.

종래의 영상 감시 시스템에서는 카메라를 통해 영상정보를 단순히 녹화하는 기능만을 제공하는 관계로 그에 따른 녹화 테이프의 낭비를 초래하였다. 이러한문제점을 개선하기 위하여 카메라를 통한 영상 정보를 단순히 테이프 상에 녹화하는 것이 아니고 디스크 상에 압축 저장할 수 있도록 하는 영상 감시 시스템이 개발되었다.

또한, 통신 기술의 발달로 이를 이용한 감시체계가 등장하였는데, 이는 원거리에서도 특정 지역을 감시할 수 있다는 이점을 갖는다. 특히, 인터넷과 같은 고속 통신망이 구비되면서 원거리에서 하나 이상의 지역을 동시에 감시할 수 있는 감시 체계가 개발되기에 이르렀다. 이러한 시스템은 카메라 등을 통하여 입력된 신호를 디지털 신호로 변환하고 변환된 신호를 통신망을 통하여 다른 지역으로 전송하는 통신 기능을 갖춤으로써 가능하게 된다.

이러한 통신 기능을 갖춘 종래의 영상 감시 시스템에서는 인터넷의 특성상 스트리밍 기술을 사용한다. 인터넷 방송 등에서 일반적으로 사용되는 스트리밍 기술은 IP, TCP/UDP, RTP/RTCP/RTSP 등의 프로토콜을 이용하며, 이러한 스트리밍 방식에서는 인터넷의 전송능력에 따라 화질의 저하를 감수하고라도 동영상의 연속성을 유지할 수 있도록 한다. 또한, 전송 도중 에러가 발생된 영상 데이터 프레임은 수신측에서 포기하고 재생한다.

그러나, 상술한 스트리밍 방식은 인터넷 방송에는 적합하지만, 감시 목적으로는 적합하지 않다. 왜냐하면, 깨진 동영상을 연속적으로 보여주는 것보다는 선명하게 보이는 정지 영상이 가끔씩 갱신되도록 하는 것이 감시 목적에는 보다 적합하기 때문이다. 즉, 영상 감시용 신호는 프레임이 다소 불연속적이더라도 식별이 용이하도록 화질이 선명해야 하기 때문에 인터넷 방송에서 일반적으로 사용되는 스트리밍 방식은 영상 감시용으로는 적합하지 않다.

따라서, 본 발명의 목적은 비록 전송되는 영상 데이터 프레임이 다소 불연속적이더라도 식별 가능한 화질을 유지할 수 있도록 하는 영상 감시 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 스트리밍 방식과 감시 기능에 적합한 스트리밍 방식을 모두 채용한 통신 기능을 갖춘 영상 감시 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 전체 시스템의 구성도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 송수신 장치에서 신호 처리하는 과정을 도시한 흐름도.

도 3은 본 발명의 변형예에 따라 송수신 장치간에 신호를 처리하는 방식을 나타내는 구성도.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 감시용 카메라, 상기 감시용 카메라에 의하여 입력된 신호로부터 프레임을 획득하는 장치, 상기 획득된 프레임의 데이터를 압축하는 디지털 영상 압축 장치, 상기 압축된 신호를 저장하는 저장 장치, 상기 압축된 신호를 송신하는 송신 장치, 상기 송신 장치로부터의 신호를 수신하고, 수신된 신호에 에러가 있는지 여부를 검출하고, 상기 검출 결과를 상기 송신 장치로 되돌려 주는 수신 장치 및 상기 저장 매체에 저장된 영상 데이터 또는 상기 수신 장치에 의하여 수신된 영상 데이터를 출력하는 출력 장치를 포함하며, 상기 송신 장치는 상기 수신 장치로부터 에러 검출 신호를 수신하면 에러가 발생한 프레임을 재송신하며, 상기 수신 장치로부터 에러 없음 신호를 수신하면 새로운 프레임을 송신하는 것을 특징으로 하는 통신기능을 최적화한 영상 감시 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 영상 감시 시스템은 종래의 영상 감시 시스템에서 특히 통신 기능을 최적화한 것에 특징이 있다. 여기서 말하는 통신 기능의 최적화란 영상 감시 기능에 적합하도록 선명한 화질을 보장하는 영상 데이터 프레임 전송 방식을 채용하는 것을 말한다.

종래의 인터넷 방송 등에서 일반적으로 사용되는 스트리밍 기술에 의한 영상 데이터와는 차별화된 선명한 화질을 보장하는 영상 데이터 프레임 전송 방식이라함은 전송된 데이터 프레임이 수신측에서 에러 없이 수신된 경우에만 다음 데이터 프레임을 전송함으로써 구현할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 도 1은 본 발명 일 실시예에 따라 구성된 전체 시스템 구성도이다.

도 1에 따르면, 본 발명은 카메라 (100), 프레임 획득 장치 (102), 디지털 영상 압축 장치 (104), 저장장치 (106), 송신장치 (108), 수신장치 (110) 및 출력 장치 (112) 로 이루어진다. 상기 구성을 갖는 본 발명의 동작을 살펴보면, 카메라 (100) 는 감시하고자 하는 대상을 촬상하여 이미지 신호를 생성하고 그 신호를 프레임 획득 장치 (102) 로 보낸다. 프레임 획득 장치 (102) 는 이와 같이 생성된 이미지 신호로부터 시간에 따라 미리 설정된 소정 개수의 데이터 프레임을 생성한다.

디지털 영상 압축 장치 (104) 는 프레임 획득 장치에서 생성된 프레임 데이터를 저장 또는 전송에 용이하도록 압축한다. 그후, 압축된 데이터는 저장 장치(106) 에 저장되거나, 송신 장치 (108) 를 통해 다른 곳으로 전송된다.

수신 장치 (110) 는 상기 송신 장치 (108) 로부터 전송된 데이터를 수신하고, 수신된 신호에 에러가 발생했는지 여부를 검출하고, 에러가 발생하였다면 에러 검출 신호를 송신 장치 (108) 로 되돌려 주고, 에러가 발생하지 않았다면 에러 없음 신호를 송신 장치 (108) 에 되돌려 준다.

송신 장치 (108) 는 하나의 프레임을 송신한 후 다음 프레임을 바로 송신하지 않고 대기 상태에 있다가, 수신 장치 (110) 로부터 에러 검출 신호 또는 에러 없음 신호를 수신하게 되면 그에 따라 필요한 프레임을 송신한다.

즉, 수신 장치 (110) 로부터 에러 검출 신호를 수신하는 경우에 송신 장치 (108) 는 에러가 발생한 프레임을 재전송하고, 수신 장치 (110) 로부터 에러 없음 신호를 수신하는 경우에는 새로운 프레임을 전송한다. 이때, 새로이 전송되는 프레임은 이전에 전송된 프레임으로부터 일정한 시간이 경과된 이후의 프레임이 된다.

이와 같이 본 발명은 일단 전송한 프레임이 에러 없이 전송되었음을 확인한 후에 새로운 프레임을 전송하므로, 전송된 신호를 출력할 때 선명한 화질이 보장된다는 것이 특징이다.

다만, 본 발명은 송신 장치 (108) 가 수신 장치 (110) 로부터 에러 여부에 대한 확인 신호를 수신할 때까지 프레임 전송을 중지하고 대기하여야 하고, 에러 없이 완전하게 전송될 때까지 계속 재전송하여야 하므로, 초당 전송 프레임 수는 일반 인터넷 방송 등에 비하여 적어 화면의 연속성이 떨어지며, 통신 채널의 상태에 따라 매우 유동적이게 된다. 그러나, 감시 시스템에서는 화면의 연속성보다는 화질의 선명성이 더욱 중요한 요소이므로, 이러한 전송 방식이 오히려 바람직할 것이다.

상기한 바와 같은 전송 방식을 에러 검출 후 재전송 방식 ARQ (Automatic Repeat Request) 이라고 하며, 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

우선, ARQ 방식에서 송신측은 항상 수신측으로부터 프레임에 에러가 발생했다는 신호를 받아들일 수 있는 상태에 있어야 한다. 이때 송신측은 다음 프레임의 전송 대신에 에러가 발생한 프레임을 재전송해야 한다. 따라서, 송신측은 전송 중인 프레임을 기억하고 있어야 할 버퍼가 필요하다. 버퍼의 크기는 기억하고 있어야 할 프레임의 개수에 의해 결정된다. 이러한 ARQ 방식에는 정지-대기 ARQ, 연속적 ARQ, 및 적응적 ARQ 등이 일반적으로 사용된다.

첫째, 정지-대기 ARQ 방식은 송신측에서 1 개의 프레임을 수신측에 송신하고 수신측에서는 수신된 프레임의 에러 유무를 판단해서 송신측에 ACK 신호 (에러 없음 신호) 나 NAK 신호 (에러 검출 신호) 를 되돌려준다. 송신측은 수신측으로부터 ACK 신호를 수신했을 경우, 다음 프레임을 전송하며, 수신측으로부터 NAK 신호를 수신하거나 일정시간이 경과할 때까지 아무런 신호도 수신하지 못한 경우 에러가 발생한 프레임을 재전송한다. 따라서, 송신측은 ACK 신호를 수신할 때까지 해당 프레임을 버퍼에 저장하고 있어야 한다.

이 정지-대기 ARQ 는 구현 방법이 단순하고, 송신측 내에 최대 프레임 크기의 버퍼를 1 개만 잡아도 되는 장점이 있다. 그러나, 송신측이 ACK 신호를 수신할 때까지 다음 프레임을 전송할 수 없으므로, 전송 효율이 많이 떨어지는 단점을 지니고 있다.

또한, 수신측이 데이터 프레임을 정확히 받았다고 하더라도 통신회선의 불량으로 수신측으로부터 송신측으로 ACK 신호가 제대로 전달되지 못한다면, 송신측이 송신불량으로 파악하고 그 프레임을 다시 계속 재전송하므로 프레임 중복이 발생하게 된다. 이 정지-대기 ARQ 는 일반적으로 통신회선의 품질이 좋을 경우에 많이 사용되며, 데이터 프레임의 크기도 다른 방식에 비해 큰 것이 특징이다.

또 다른 에러 검출 후 재전송 방식으로 연속적 ARQ 방식이 있는데, 이 방식에는 Go-Back-N ARQ 방식과 Selective-repeat ARQ 방식이 있다.

먼저, Go-Back-N ARQ 방식을 살펴보면, 송신측은 윈도우 크기만큼의 프레임들을 순서번호를 부여하여 연속적으로 전송한다. 수신측은 수신한 프레임에서 에러를 검출했을 경우 NAK 신호와 함께 이 에러 프레임의 순서번호를 송신측에 전송한다. NAK 신호를 수신한 송신측은 NAK 신호와 함께 전송되어 온 순서번호에 해당하는 프레임부터 다시 연속적으로 윈도우 크기만큼의 프레임들을 수신측에 재전송한다.

예를 들면, 연속적으로 프레임을 전송하는 중에 2 번 프레임에서 에러가 발생하면, 수신측은 이 사실을 NAK 신호와 함께 순서번호 즉 2를 수신측에 되돌려 준다. 그러면, 송신측은 비록 2 번 프레임에서만 에러가 발생하였지만 2, 3, 4, 5 순서로 다시 프레임을 재전송한다.

이 방식은 송신측이 NAK 신호를 수신하면 에러가 검출된 프레임부터 윈도우 크기만큼의 프레임을 전송해야 하므로 송신측의 버퍼의 크기는 최대 윈도우 크기만큼 잡아야 한다.

다음으로, Selective-repeat ARQ 방식에 대하여 설명하면, Selective-repeat ARQ 방식은 송신측이 NAK 신호를 받은 프레임부터 연속하여 재전송하는 Go-Back-N ARQ 방식과는 달리 NAK 신호에 해당하는 프레임만을 재전송하는 방식이다. 이 방식은 Go-Back-N ARQ 방식에 비해 전송 효율은 더 좋으나 송신측 입장에서는 상대 수신측의 수신 상태에 따라 전송해야 하므로 송신 순서를 벗어난 전송을 많이 하게 되며, 이에 따라 구현 방법이 복잡해지는 단점이 있고, 수신측도 마찬가지로 순서없이 오는 프레임을 다시 원래의 순서로 복구시켜야 하는 등 구현상의 복잡한 측면이 있다.

이상 설명한 ARQ 방식들 또는 다른 형태의 ARQ 방식에 따라 영상 데이터 프레임을 전송함으로써, 수신측에서 깨지지 않은 선명한 영상 데이터를 받아볼 수 있게 된다.

다음은 도 2를 참조하여 상술한 ARQ 방식을 채용한 본원발명의 일 실시예에 있어서 송수신 장치간 신호가 처리되는 과정을 설명하도록 한다.

시작 (200) 과 함께 송신 장치 (108) 로부터 영상 데이터 프레임이 전송되면 (210), 수신 장치 (110) 는 이를 수신하여 (220) 에러 없이 송신되었는지 여부를 판단한다 (230). 그후, 송신 중 에러가 발생하지 않았다면 송신 장치 (108) 에게 새로운 프레임을 전송하라는 신호를 되돌려줌으로써, 송신 장치 (108) 로 하여금 새로운 프레임을 전송하게 하고 (210), 송신과정에서 에러가 발생하였다면, 재전송 요구 신호를 송신 장치 (108) 에게 되돌려 줌으로써, 이전 데이터 프레임을 재전송하도록 한다 (240).

송신 장치 (108) 는 수신 장치 (110) 로부터 되돌려 받는 신호에 따라 새로운 프레임을 전송하거나 (210) 이전 프레임을 재전송하게 된다 (240).

한편, 본 발명의 변형예로서 송신 장치 (108) 는 수신 장치 (110) 로부터 재전송을 요구하는 신호를 돌려 받거나, 일정한 시간내에 수신 장치 (110) 로부터 아무런 신호를 돌려 받지 못하면 이전 프레임을 재전송하고, 에러 없이 전송되었다는 신호를 돌려 받으면 새로운 프레임을 전송하는 실시예도 가능하다.

다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명에 따라 구성된 다른 변형예의 송수신 장치 간의 신호 처리 방식을 도시한 구성도이다.

도 3에 도시된 본 발명의 변형예에서는 영상 감시 기능에 적합한 에러 검출 후 재전송 방식을 채용한 전송 모드와 기존의 스트리밍 방식에 의한 전송 모드를 모두 포함하며, 송신측 또는 수신측에 의해 모드를 선택할 수 있도록 하는 송수신 장치간의 신호 처리 방식이 개시되어 있다.

이와 같이 2 가지 모드의 전송 방식을 채용하는 이유는 감시의 목적에 따라 화면의 연속성이 화질보다 중요한 경우가 있을 수 있기 때문이다. 예를 들면 교통 감시와 같은 경우는 선명한 화면보다는 교통량의 흐름을 파악할 수 있는 정도의 화질이면 충분하며, 또한 화면의 연속성이 있어야 교통량을 제대로 파악할 수 있기때문에 기존의 스트리밍 방식이 적합할 것이다.

따라서, 그러한 경우를 고려하여 본 발명에서는 이들 전송 방식을 모두 포함하되 필요에 따라 모드를 선택할 수 있도록 한다.

전체 시스템의 동작 원리는 모드 선택하는 단계를 제외하고는 도 1 에 도시된 시스템과 동일하므로 별도의 설명은 생략한다.

본 발명은 상술한 에러 검출 후 재전송 방식을 채용한 송수신 장치를 포함함으로써, 깨지지 않은 영상 데이터 프레임을 송신할 수 있으므로, 식별력 높은 영상 감시 시스템 및 영상 감시 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 종래의 스트리밍 방식과 감시 기능에 적합한 에러 검출 후 재전송 방식을 모두 채용한 송수신 장치를 포함함으로써, 감시 목적에 따라 적합한 전송 모드를 선택하여 최적의 감시 기능을 수행하는 영상 감시 시스템 및 영상 감시 방법을 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 저장기능과 통신기능을 최적화한 영상 감시 시스템으로서,

   감시용 카메라;

   상기 감시용 카메라에 의하여 입력된 신호로부터 프레임을 획득하는 장치;

   상기 획득된 프레임의 데이터를 압축하는 디지털 영상 압축 장치;

   상기 압축된 신호를 송신하는 송신 장치;

   상기 송신 장치로부터의 신호를 수신하고, 수신된 신호에 에러가 있는지 여부를 검출하고, 상기 검출 결과를 상기 송신 장치로 되돌려 주는 수신 장치; 및

   상기 수신 장치에 의하여 수신된 신호를 출력하는 출력 장치를 포함하며,

   상기 송신 장치는 상기 수신 장치로부터 에러 검출 신호를 수신하면 에러가 발생한 프레임을 재송신하며, 상기 수신 장치로부터 에러가 검출되지 않았다는 신호를 수신하면 새로운 프레임을 송신하는 것을 특징으로 하는 영상 감시 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 영상 감시 시스템은 압축된 신호를 저장하는 저장 매체를 더 포함하며,

   상기 출력 장치는 상기 저장 매체에 저장된 신호도 또한 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 감시 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 송신 장치는 수신 장치로부터 어떠한 신호도 되돌려 받지 못하고 일정한 시간이 경과될 경우 이전 프레임을 재전송하는 것을 특징으로 하는 영상 감시 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 송신 장치는 송신측 또는 수신측의 선택에 따라 송신 모드를 전환할 수 있으며,

   상기 송신 모드는 에러 검출 후 재전송 방식 모드이거나, 일반 스트리밍 모드인 것을 특징으로 하는 영상 감시 시스템.
5. 저장기능과 통신기능을 최적화한 영상 감시 방법에 있어서,

   감시용 카메라에 의하여 입력된 신호로부터 프레임을 획득하는 단계;

   상기 획득된 프레임의 데이터를 압축하는 압축 단계;

   상기 압축 단계에서 압축된 신호를 송신하는 송신 단계;

   상기 송신 단계에서 송신된 신호를 수신하고, 수신된 신호에 에러가 있는지 여부를 검출하고, 상기 검출 결과를 되돌려 주는 수신 단계; 및

   상기 수신 단계에서 수신된 신호를 출력하는 단계를 포함하며,

   상기 송신 단계는 상기 수신 단계에서 생성된 에러 검출 신호를 수신하면 에러가 발생한 프레임을 재전송하며, 에러 없음 신호를 수신하면 새로운 프레임을 송신하는 것을 특징으로 하는 영상 감시 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 영상 감시 방법은 압축된 신호를 저장하는 저장단계를 더 포함하며,

   상기 출력 단계는 상기 저장된 신호도 또한 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 감시 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 송신 단계는 상기 수신 단계로부터 어떠한 신호도 되돌려 받지 못하고 일정한 시간이 경과된 경우 프레임을 재전송하는 것을 특징으로 하는 영상 감시 방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 송신 단계는 송신측 또는 수신측의 선택에 따라 송신 모드를 전환하는 단계를 포함하며,

   상기 송신 모드는 에러 검출 후 재전송 방식 모드이거나, 일반 스트리밍 모드인 것을 특징으로 하는 영상 감시 방법.