TW201406159A - 監控系統、影像壓縮串行器以及影像解壓縮解串行器 - Google Patents

監控系統、影像壓縮串行器以及影像解壓縮解串行器 Download PDF

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TW201406159A TW101125744A TW101125744A TW201406159A TW 201406159 A TW201406159 A TW 201406159A TW 101125744 A TW101125744 A TW 101125744A TW 101125744 A TW101125744 A TW 101125744A TW 201406159 A TW201406159 A TW 201406159A
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Abstract

本發明揭露監控系統、影像壓縮串行器以及影像解壓縮解串行器。所揭露之監控系統包括攝影機、同軸纜線以及中控機台。攝影機用於拍攝影像且具有一影像壓縮串行器。中控機台具有一影像解壓縮解串行器。影像壓縮串行器將攝影機所拍攝到的數位影像壓縮為特定解析度、並將該特定解析度之數位影像轉換為串列形式。同軸纜線耦接該影像壓縮串行器至該影像解壓縮解串行器，以傳輸該特定解析度且該串列形式的數位影像至該影像解壓縮解串行器轉換為並列形式並作解壓縮，以進行視訊編碼。

Description

監控系統、影像壓縮串行器以及影像解壓縮解串行器
本發明係有關於監控系統(surveillance system)，特別有關於攝影機所使用的串行輸出模組以及中控機台內所使用的串行接收模組(聯合稱為SERDES裝置)。
監控系統一般需要相當長度的線材連結攝影機與中控機台。
然而，隨著攝影機影像品質提升，過長的線材需求必須同時加粗線材口徑方能確保傳輸品質。如此一來，若要更新監控系統作高畫質影像監控，大樓原始的佈線必須全面更新，費用非常昂貴。此外，粗線材口徑也意味著可觀的線材成本。
本發明揭露一種監控系統、一種影像壓縮串行器以及一種影像解壓縮解串行器。
根據本發明一種實施方式所實現的一監控系統包括攝影機、同軸纜線以及中控機台。攝影機用於拍攝影像且具有一影像壓縮串行器。中控機台具有一影像解壓縮解串行器。影像壓縮串行器將攝影機所拍攝到的數位影像壓縮為特定解析度、並將該特定解析度之數位影像轉換為串列形式。同軸纜線耦接該影像壓縮串行器至該影像解壓縮解串行器，以傳輸該特定解析度且該串列形式的數位影像給該 影像解壓縮解串行器轉換為並列形式並作解壓縮，以進行視訊編碼。
根據本發明一種實施方式所實現的一影像壓縮串行器包括一數位影像解碼器、一影像壓縮器以及一串行器。該數位影像解碼器使一數位影像自一第一數據格式解碼。該影像壓縮器自該數位影像解碼器接收該數位影像、並將之壓縮至一特定解析度。該串行器耦接該影像壓縮器，用以將該特定解析度之數位影像轉換為一串列形式，以呈一第二數據格式由一同軸纜線傳輸。
本發明一種實施方式更實現一影像解壓縮解串行器，使數位影像復原為一第一數據格式。該影像解壓縮解串行器包括一解串行器、一影像解壓縮器以及一數位影像編碼器。該解串行器接收一第二數據格式的數位影像、並將之轉換為一並列形式；該第二數據格式相容於同軸纜線傳輸。該影像解壓縮器耦接該解串行器，提供解壓縮運算。該數位影像編碼器將該影像解壓縮器解壓縮後的數位影像編碼復原為該第一數據格式。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明如下。
第1圖為根據本發明一種實施方式所實現的一監控系統(surveillance system)100，其中包括攝影機102_1、102_2…102_N、中控機台104、螢幕106以及電腦108。同軸纜線(coaxial cable)用於連結攝影機102_1、102_2… 102_N至中控機台104；例如，耦接攝影機102_1與中控機台104的該條同軸纜線Coaxial_Cable。中控機台104的一種實施方式為數位視訊錄影機(Digital Video Recorder，DVR)，可使攝影機102_1、102_2…102_N拍攝的畫面於螢幕106上播出或者傳遞至電腦108。
攝影機102_1、102_2…102_N可拍攝高畫質影像。例如，數位序列介面(Serial Digital Interface，SDI)攝影機-具有SD-SDI(如480i60、576i50)、HD-SDI(如720P60、720P50、1080i60、1080i50)、或3G-SDI(如1080P60、1080P50)攝像功能者-即可用來實現攝影機102_1、102_2…102_N。
同軸纜線Coaxial_Cable可採用一般口徑。例如，任何足以傳送標準解析度(Standard Definition，SD)影像的同軸纜線都可以用來實現所述同軸纜線Coaxial_Cable。
為了以一般口徑之同軸纜線Coaxial_Cable實現高畫質影像監控，本案於攝影機102_1、102_2…102-N之串行輸出模組以及中控機台104之串行接收模組(聯合稱為SERDES裝置)作特別設計，介紹如下。
第2圖以方塊圖詳細圖解根據本發明一種實施方式所實現的攝影機202與中控機台204。如圖所示，攝影機202與中控機台204係以同軸纜線Coaxial_Cable連結。
攝影機202用於拍攝影像且具有一影像壓縮串行器SMART_SER。影像拍攝可由影像感測器212以及影像信號處理器214實現。影像壓縮串行器SMART_SER可將拍攝到的數位影像壓縮為一特定解析度、並將該特定解析度之數位影像轉換為一串列形式。同軸纜線Coaxial_Cable耦接 該攝影機202的該影像壓縮串行器SMART_SER至該中控機台204，以傳輸該特定解析度且該串列形式的數位影像至該中控機台204。中控機台204具有一影像解壓縮解串行器SMART_DES，用以將該特定解析度且該串列形式的數位影像轉換為一並列形式並作解壓縮，以還原之。如圖所示，中控機台204可於該影像解壓縮解串行器SMART_DES後耦接一數位視訊錄影控制器2l6，提供視訊編碼(如，H.264編碼或任何視訊編碼技術)…等操作。該數位視訊錄影控制器216處理後的信號可由該中控機台204輸出，可交由螢幕、個人電腦(如第1圖標號106、108)或其他播放或儲存設備。
如第2圖所示，影像壓縮串行器SMART_SER可包括一數位影像解碼器222、一影像壓縮器224、一雙態轉換率控制編碼器226與一串行器228。攝影機202所拍攝到的數位影像係以一第一數據格式輸入該影像壓縮串行器SMART_SER。數位影像解碼器222使該數位影像自該第一數據格式解碼。影像壓縮器224自該數位影像解碼器222接收該數位影像、並將之壓縮至所述特定解析度。雙態轉換率控制編碼器226耦接於該影像壓縮器224以及該串行器228之間，可視使用者需求決定是否使用，用以確保信號之雙態轉換率(toggle rate)。串行器228則負責將該特定解析度之數位影像轉換為一串列形式，以呈一第二數據格式由該同軸纜線Coaxial_Cable傳輸。
第2圖更顯示該影像解壓縮解串行器SMART_DES可包括一解串行器230、一雙態轉換率控制解碼器232、一影 像解壓縮器234以及一數位影像編碼器236。同軸纜線Coaxial_Cable所傳遞之該第二數據格式的數位影像將由該解串行器230接收、且轉換為一並列形式。雙態轉換率控制解碼器232耦接於該解串行器230以及該影像解壓縮器234之間，係相對應該雙態轉換率控制編碼器226而設置，提供還原操作。影像解壓縮器234提供解壓縮運算。該影像解壓縮器234解壓縮後的數位影像將經該數位影像編碼器236編碼復原為該第一數據格式，以輸出給該數位視訊錄影控制器216作處理。
整理之，影像壓縮串行器SMART_SER之影像壓縮器224設計以及影像解壓縮解串行器SMART_DES之影像解壓縮器234設計使得同軸纜線Coaxial_Cable得以以低成本線材實現、卻同時確保監控畫面為相當的高畫質。舉例說明之，透過所揭露之技術，原需以1.5Gbps/3Gbps位元率傳輸的高畫質影像即使降至270Mbps位元率仍可維持相當畫面品質；此低位元率使得低成本線材設計得以實現。
該第一數據格式可為BT1120數據格式。該第二數據格式可為一標準解析度數位串行介面(SD-SDI)數據格式。以上敘述並不意圖限定該第一與該第二數據格式為BT1120與SD-SDI數據格式。整理之，第二數據格式可為相容於同軸纜線傳輸之任何串列形式的數據格式；並且，相較於第二數據格式，任何較高解析度數位影像用的並列數據格式皆可用來實現該第一數據格式。
在同軸纜線Coaxial_Cable傳輸SD-SDI信號的例子中，為了符合SD-SDI信號之雙態轉換率(toggle rate)最低 要求，雙態轉換率控制編碼器226以及雙態轉換率控制解碼器232可有相應設計，稍後討論之。
此外，影像壓縮器224與影像解壓縮器234有多種實施方式-可採用JPEG、H.264或MPEG4…任何影像壓縮/解壓縮技術。
關於JPEG(Joint Photographic Experts Group)技術，雙態轉換率控制編碼器226以及雙態轉換率控制解碼器232可有相應設計，稍後討論之。
第3圖以方塊圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一影像壓縮串行器300，其中數位影像係以BT1120數據格式輸入該影像壓縮串行器300，且係以標準解析度數位串列介面(SD-SDI)數據格式自該影像壓縮串行器300輸出、交由同軸纜線Coaxial_Cable傳輸。此外，影像壓縮串行器300所供應的影像壓縮係JPEG影像壓縮技術。
如第3圖所示，影像壓縮串行器300包括一BT1120解碼器302、一JPEG編碼器304、一緩衝器306、一8b10b編碼器308、一頻道編碼器(channel coding machine)310以及一270Mbps串行器312。BT1120解碼器302(對應第2圖之數位影像解碼器222)將數位影像自BT1120數據格式解碼，再交由該JPEG編碼器304作影像壓縮。緩衝器306以及8b10b編碼器308係針對JPEG壓縮技術而對該雙態轉換率控制編碼器(第2圖編號226)作的設計。該JPEG編碼器304所供應的資料經該緩衝器306緩衝後，交由該8b10b編碼器308編碼，以確保信號之雙態轉換率(toggle rate)。頻道編碼器310係針對同軸纜線Coaxial_Cable上傳 輸的SD-SDI信號而對該雙態轉換率控制編碼器(第2圖編號226)作的設計。頻道編碼器310提供加擾(scrambling)與非歸零(NRZ)運算。270Mbps串行器312則是作並列-串列轉換，輸出傳輸率為270Mbps的SD_SDI信號交由同軸纜線Coaxial_Cable傳輸。
對應該影像壓縮串行器300，第4圖以方塊圖圖解一影像解壓縮解串行器400，包括：一270Mbps解串行器402、一頻道譯碼器(channel decoding machine)404、一8b10b解碼器406、一緩衝器408、一JPEG解碼器410以及一BT1120編碼器412。270Mbps解串行器402將同軸纜線Coaxial_Cable所傳輸的SD_SDI信號轉換為並列形式。頻道譯碼器404係相對該頻道編碼器310而設計，提供解擾(descrambling)與反向非歸零(NRZI)運算。8b10b解碼器406係相對8b10b編碼器308而設計，解碼後的資料係經由緩衝器408交由該JPEG解碼器410作解壓縮，再由BT1120編碼器412復原為BT1120數據格式。頻道譯碼器404、8b10b解碼器406與緩衝器408可實現第2圖所示之雙態轉換率控制解碼器232。BT1120編碼器412可實現第2圖所示之數位影像編碼器236。
特別聲明之，第3圖與第4圖內容並非意圖限定本發明技術範圍。隨著第一以及第二數據格式以及影像壓縮/解壓縮技術不同，所揭露之影像壓縮串行器與影像解壓縮解串行器可有對應的修改。此外，所揭露之影像壓縮串行器與影像解壓縮解串行器除了可分別製作成晶片外，其部分方塊也可能以韌體方式由處理器執行實現。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧監控系統
102_1、102_2…102_N‧‧‧攝影機
104‧‧‧中控機台
106‧‧‧螢幕
108‧‧‧電腦
202‧‧‧攝影機
204‧‧‧中控機台
212‧‧‧影像感測器
214‧‧‧影像信號處理器
216‧‧‧數位視訊錄影控制器
222‧‧‧數位影像解碼器
224‧‧‧影像壓縮器
226‧‧‧雙態轉換率控制編碼器
228‧‧‧串行器
230‧‧‧解串行器
232‧‧‧雙態轉換率控制解碼器
234‧‧‧影像解壓縮器
236‧‧‧數位影像編碼器
300‧‧‧影像壓縮串行器
302‧‧‧BT1120解碼器
304‧‧‧JPEG編碼器
306‧‧‧緩衝器
308‧‧‧8b10b編碼器
310‧‧‧頻道編碼器
312‧‧‧270Mbps串行器
400‧‧‧影像解壓縮解串行器
402‧‧‧270Mbps解串行器
404‧‧‧頻道譯碼器
406‧‧‧8b10b解碼器
408‧‧‧緩衝器
410‧‧‧JPEG解碼器
412‧‧‧BT1120編碼器
Coaxial_Cable‧‧‧同軸纜線
SMART_SER‧‧‧影像壓縮串行器
SMART_DES‧‧‧影像解壓縮解串行器
第1圖為根據本發明一種實施方式所實現的一監控系統100；第2圖以方塊圖詳細圖解根據本發明一種實施方式所實現的攝影機202與中控機台204；第3圖以方塊圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一影像壓縮串行器300；以及第4圖為一方塊圖，對應該影像壓縮串行器300圖解一影像解壓縮解串行器400。
202‧‧‧攝影機
204‧‧‧中控機台
212‧‧‧影像感測器
214‧‧‧影像信號處理器
216‧‧‧數位視訊錄影控制器
222‧‧‧數位影像解碼器
224‧‧‧影像壓縮器
226‧‧‧雙態轉換率控制編碼器
228‧‧‧串行器
230‧‧‧解串行器
232‧‧‧雙態轉換率控制解碼器
234‧‧‧影像解壓縮器
236‧‧‧數位影像編碼器
Coaxial_Cable‧‧‧同軸纜線
SMART_SER‧‧‧影像壓縮串行器
SMART_DES‧‧‧影像解壓縮解串行器

Claims (23)

  1. 一種監控系統，包括：一攝影機，用以拍攝影像且具有一影像壓縮串行器，其中，該影像壓縮串行器將該攝影機所拍攝到的數位影像壓縮為一特定解析度、並將該特定解析度之數位影像轉換為一串列形式；一同軸纜線，具有一第一端以及一第二端，該第一端耦接該攝影機的該影像壓縮串行器，使該特定解析度且該串列形式的數位影像由該同軸纜線傳輸；以及一中控機台，耦接該同軸纜線的該第二端、且具有一影像解壓縮解串行器，其中，該影像解壓縮解串行器將該特定解析度且該串列形式的數位影像轉換為一並列形式並作解壓縮，以進行視訊編碼。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之監控系統，其中：該攝影機所拍攝到的數位影像係以一第一數據格式輸入該影像壓縮串行器；且該影像壓縮串行器包括：一數位影像解碼器，使該數位影像自該第一數據格式解碼；一影像壓縮器，自該數位影像解碼器接收該數位影像、並將之壓縮至該特定解析度；以及耦接該影像壓縮器的一串行器，將該特定解析度之數位影像轉換為該串列形式，以呈一第二數據格式由該同軸纜線傳輸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之監控系統，其中該影 像壓縮串行器更包括：一雙態轉換率控制編碼器，耦接於該影像壓縮器以及該串行器之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之監控系統，其中：該雙態轉換率控制編碼器包括一頻道編碼器，提供加擾與非歸零運算。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之監控系統，其中：該影像壓縮器係為一JPEG編碼器；且該雙態轉換率控制編碼器包括一8b10b編碼器以及一緩衝器，該緩衝器用於緩衝該JPEG編碼器至該8b10b編碼器的資料，且該8b10b編碼器耦接該串行器。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之監控系統，其中，該影像解壓縮解串行器包括：一解串行器，接收該第二數據格式的數位影像、並將之轉換為該並列形式；耦接該解串行器的一影像解壓縮器，提供解壓縮運算；以及一數位影像編碼器，將該影像解壓縮器解壓縮後的數位影像編碼復原為該第一數據格式。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之監控系統，其中該影像解壓縮解串行器更包括：一雙態轉換率控制解碼器，耦接於該解串行器以及該影像解壓縮器之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之監控系統，其中：該雙態轉換率控制解碼器包括一頻道譯碼器，提供解 擾與反向非歸零運算。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之監控系統，其中：該影像解壓縮器為一JPEG解碼器；且該雙態轉換率控制解碼器包括一8b10b解碼器以及一緩衝器，該8b10b解碼器耦接該解串行器，且該緩衝器用於緩衝該8b10b解碼器至該JPEG解碼器的資料。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之監控系統，其中：該第一數據格式為BT1220數據格式；且該第二數據格式為一標準解析度數位串行介面數據格式。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之監控系統，其中該影像壓縮器為一JPEG編碼器。
  12. 一種影像壓縮串行器，包括：一數位影像解碼器，使一數位影像自一第一數據格式解碼；一影像壓縮器，自該數位影像解碼器接收該數位影像、並將之壓縮至一特定解析度；以及耦接該影像壓縮器的一串行器，將該特定解析度之數位影像轉換為一串列形式，以呈一第二數據格式由一同軸纜線傳輸。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之影像壓縮串行器，更包括：一雙態轉換率控制編碼器，耦接於該影像壓縮器以及該串行器之間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之影像壓縮串行器， 其中：該雙態轉換率控制編碼器包括一頻道編碼器，提供加擾與非歸零運算。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之影像壓縮串行器，其中：該影像壓縮器係為一JPEG編碼器；且該雙態轉換率控制編碼器包括一8b10b編碼器以及一緩衝器，該緩衝器用於緩衝該JPEG編碼器至該8b10b編碼器的資料，且該8b10b編碼器耦接該串行器。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之影像壓縮串行器，其中：該第一數據格式為BT1220數據格式；且該第二數據格式為一標準解析度數位串行介面數據格式。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之影像壓縮串行器，其中該影像壓縮器為一JPEG編碼器。
  18. 一種影像解壓縮解串行器，使數位影像復原為一第一數據格式，該影像解壓縮解串行器包括：一解串行器，接收一第二數據格式的數位影像、並將之轉換為一並列形式，該第二數據格式相容於同軸纜線傳輸；耦接該解串行器的一影像解壓縮器，提供解壓縮運算；以及一數位影像編碼器，將該影像解壓縮器解壓縮後的數位影像編碼復原為該第一數據格式。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之影像解壓縮解串行器，更包括：一雙態轉換率控制解碼器，耦接於該解串行器以及該影像解壓縮器之間。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之影像解壓縮解串行器，其中：該雙態轉換率控制解碼器包括一頻道譯碼器，提供解擾與反向非歸零運算。。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之影像解壓縮解串行器，其中：該影像解壓縮器為一JPEG解碼器；且該雙態轉換率控制解碼器包括一8b10b解碼器以及一緩衝器，該8b10b解碼器耦接該解串行器，且該緩衝器用於緩衝該8b10b解碼器至該JPEG解碼器的資料。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之影像解壓縮解串行器，其中：該第一數據格式為BT1220數據格式；且該第二數據格式為一標準解析度數位串行介面數據格式。
  23. 如申請專利範圍第18項所述之影像解壓縮解串行器，其中該影像壓縮器為一JPEG編碼器。
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