TWI449418B - 相機系統，信號遲延量調整方法及程序 - Google Patents

相機系統，信號遲延量調整方法及程序 Download PDF

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Description

相機系統，信號遲延量調整方法及程序 [相關申請案之交互參照]
本申請案主張來自於2010年3月24日向日本專利局申請的日本專利申請案號JP 2010-082341之優先權，其全部內容以引用方式包含於此。
本發明有關於相機系統、信號遲延量調整方法、及程序。
於下的專利文獻1已經揭露，例如，能夠藉由一單元控制複數相機之相機控制設備。專利文獻1已揭露一種組態，其中相機頭單元(CHU)及相機控制單元(CCU)經由相機電纜以一對一的方式連接以傳送參考信號及視頻信號。
此外，於下的專利文獻2已經揭露一種使用非同步切換網路(非同步傳送網路)來在CHU與CCU之間傳送的方法。
日本未審查專利申請案公開號09-238277
日本未審查專利申請案公開號2004-304809
在本發明之一態樣中，提供具有複數相機對之一種相機系統。每一對具有通過非同步傳送網路分別連接在一起之相機控制單元及相機頭單元。相機系統亦具有中央處理單元，組態成獲得視頻信號遲延量，其代表個別相機控制單元及其個別相機頭單元之間的時間遲延，針對該複數相機對之每一者，並將在至少一該相機控制單元及其個別相機頭單元之間的該視頻信號遲延量調整成等於另一該相機控制單元及其個別相機頭單元的選定視頻信號遲延量。
在本發明之另一態樣中，提供一種信號遲延量調整方法。這種方法可包括獲得針對複數相機控制單元之每一者的視頻信號遲延量，該些相機控制單元分別經由非同步傳送網路連接至複數相機頭單元，使得每一相機控制單元經由該非同步傳送網路連接至個別的相機頭單元，其中個別視頻信號時間遲延代表個別相機控制單元及其個別相機頭單元之間的時間遲延。該方法可進一步包括將在一該相機控制單元及其個別相機頭單元之間的該視頻信號遲延量調整成等於另一該相機控制單元及其個別相機頭單元的選定視頻信號遲延量。
在本發明之又一態樣中，提供一種具有複數相機對之視頻相機系統。每一對可各具有經由非同步傳送網路連接之相機控制單元及相機頭單元，其中每一該相機頭單元具有視頻緩衝器。視頻相機系統亦可具有中央處理單元，組態成：針對該複數相機對之每一者獲得視頻信號遲延量，以獲得複數信號遲延時間；從該複數信號遲延時間選擇最大信號遲延時間；判斷該最大信號遲延時間是否超過預定可允許時間；當判斷結果指示該最大信號遲延時間不超過該預定可允許時間時，獲得相應於該最大信號遲延時間之視頻緩衝器大小；以及將該些相機頭單元的至少一者之該視頻緩衝器的大小調整成該已獲得的視頻緩衝器大小。
在本發明之再一態樣中，提供一種相機控制單元。該相機控制單元可具有網路介面，其致能經由非同步傳送網路與相應的相機頭單元之通訊，其中該相機控制單元及該相應的相機頭單元形成相機對，且其中該網路介面亦致能經由非同步傳送網路與數個其他相機對之通訊，該數個其他相機對之每一者具有與其之相機頭單元通訊之個別相機控制單元。該相機控制單元亦可具有中央處理單元，組態成獲得代表該相機對及該數個其他相機對之每一者的個別時間遲延之視頻信號遲延量，每一時間遲延指示個別相機控制單元及其相應的相機頭單元之間的該時間遲延。中央處理單元亦可組態成將該數個其他相機對的至少一對之該視頻信號遲延量調整成等於該些已獲得的視頻信號遲延量之選定者。
當使用專利文獻2中所述的非同步傳送網路來執行視頻傳輸時，傳輸路徑針對CHU及CCU的每一者之每一種組合而變，並因此，遲延量會變化。有鑑於此，必須藉由調整時序來對準CCU之每一者中的視頻信號之抵達時序。尤其，由於在非同步傳送網路上的路由路徑不固定且路由路徑隨情況而變，難以調整視頻信號之時序。
此外，由於相機系統之發展增加在非同步傳送網路的情況中之彈性，較佳可彈性接受切換例如非同步傳輸線(如LAN電纜)或裝置(如切換集線器、路由器、或之類)。在這種情況中，視頻信號之時序調整會很困難。
再者，藉由使用非同步傳送網路，當在目前使用的路由路徑中發生故障時，藉由改變到不同路由路徑而發展對抗傳輸裝置上之故障的冗餘組態為有利，然而，亦需根據路由路徑的改變以彈性的方式調整視頻信號的時序。
再者，由於非同步傳送網路之頻寬限制的緣故，假設可在於CHU中視頻壓縮(編碼)之後執行傳輸以在CCU中壓縮(解碼)經壓縮的影像。在此情況中，必須考慮到因編碼及解碼造成的遲延，加上調整時序之複雜處理。
有鑑於上述，希望提供一種相機系統、信號遲延量調整方法、及程序，其為新穎且經改善，且當複數相機經由非同步傳送網路連接時，其能夠輕易調整視頻信號的時序。
此後，將參照附圖詳細敘述本發明之較佳實施例。注意到，在此說明書及附圖中，具有實質上相同功能及結構的結構元件以相同參考符號標示，並且省略這些結構元件的重複說明。
將以下列順序提出說明。
1.　技術基礎
2.　根據本實施例之相機系統的組態範例
3.　根據本實施例之系統的程序
1.　技術基礎
第1圖為繪示其中相機及CCU以一對一方式連接以配置或形成相機對之相機控制系統的區塊圖。此相機系統為用於電視台工作室中者或之類，其中CHU 1200及CCU 1300經由相機電纜1100以一對一方式連接，並傳送參考信號及視頻信號。相機系統在作為相機控制設備的複數相機控制單元(CCU)1300、經由相機電纜1100連接至CCU 1300的每一者之複數相機頭單元(CHU)1200、以及CCU 1300之間傳送/接收信號，如視頻信號，或返還視頻信號，並組態自用於輸出相應於選定之CHU 1200及CCU 1300的視頻信號之視頻切換器1400，以及用於輸出標準信號(其為用於建立CHU 1200及CCU 1300的每一者之間的視頻同步之參考)之標準信號產生器1500。
視頻切換器1400根據對於輸出之選擇切換從每一CCU 1300接收到的視頻信號。為了在視頻切換時不扭曲視頻信號，必須同步視頻信號的每一者，並且每一CCU 1300從CHU 1200接收視頻信號，其已經與來自標準信號產生器1500之參考信號同步。CCU 1300傳送來自標準信號產生器1500的參考信號至CHU 1200，同時CHU 1200傳送與參考信號同步的視頻信號至CCU 1300。
然而，雖視頻信號與參考信號同步，會因某些因素使得抵達視頻切換器1400之實際視頻信號中發生時序錯誤，如連接CHU 1200與CCU 1300的相機電纜之傳輸遲延、CCU 1300中之處理遲延、或之類。因此，在視頻切換器1400之輸入級中，將針對CHU 1200中之視頻信號的傳輸時序執行精細調整，使得來自每一CCU 1300之每一視頻信號的時序可匹配。這確保，在視頻切換器1400中，從CHU 1200傳送之視頻信號的輸入時序之身分。
可由CHU 1200(相機)的鎖相迴路(PLL)中之相位調節來執行傳輸時序的調整。在相機上執行由PLL相位調節之遲延調整實現於低成本及於低耗電量之視頻信號的輸入時序的調整，而不產生視頻資料或音頻資料的時序調整用之緩衝器。然而，在此方法中，允許自標準信號形式遲延之範圍限制在視頻信號的一場(field)內。當執行在CCU 1300側上之遲延調整時，或當在一場上執行遲延調整時，使用視頻資料及音頻資料用的緩衝器之遲延調整為必須。
如上述，第1圖顯示其中CHU 1200及CCU 1300經由相機電纜以一對一方式連接之組態，並且傳送參考信號及視頻信號。在此組態中，由於解決了諸如相機電纜之傳輸遲延及CCU 1300中之處理的遲延的因素，必須執行時序調整。另一方面，如前述，存在一種使用非同步傳送網路於CHU 1200與CCU 1300之間傳輸之方法。在非同步傳送網路中，每一CCU 1300及CHU 1200於相同的傳送網路上傳送參考信號或視頻信號。在此情況中，如前述，由於路由路徑不固定，且路由路徑根據情況而變，信號之時序調整量無法獨特界定。因此，難以調整視頻信號及音頻信號之時序。有鑑於上述，本實施例旨在於最佳調整使用非同步傳送網路的相機系統中之信號的時序。
2.　根據本實施例之相機系統的組態範例
第2圖為繪示根據一實施例的使用非同步傳送網路之相機系統的一範例之示意圖。如第2圖中所示，相機系統100組態自複數相機單元(CHU)200、相機控制單元(CCU)300、視頻切換器400、及標準信號產生器500。相機及CCU經由非同步傳送網路600連接。注意到本實施例以Ethernet(註冊商標)作為非同步傳送網路600之範例，然而不限於此範例。
當使用非同步傳送網路來執行視頻傳輸時，由於傳輸路徑針對CHU 200及CCU 300的每一者之每一種組合而變，遲延量會變化。在此情況中，亦可藉由調整時序來對準CCU 300之每一者中的視頻信號的抵達時序，與第1圖之組態類似，其中CHU 200與CCU 300以一對一方式連接。然而，在非同步傳送網路600上之路由路徑不固定且路由路徑隨情況而變。
此外，以增加相機系統100之發展的彈性而言，希望可彈性接受切換例如非同步傳輸線(如LAN電纜)或裝置(如切換集線器、路由器、或之類)。在此情況中，第1圖中所述之個別調整時序會難以處理。
再者，藉由使用非同步傳送網路600，當在目前使用的路由路徑中發生故障時，藉由改變到不同路由路徑而發展對抗傳輸裝置上之故障的冗餘組態為有利。在這種情況中，亦難以處理第1圖中所述之個別調整時序。
再者，由於非同步傳送網路之頻寬限制的緣故，假設可在於CHU 200中之視頻壓縮(編碼)之後執行傳輸，並在在CCU中解壓縮(解碼)經壓縮的影像。在此情況中，必須考慮到因編碼及解碼造成的遲延，終究，處理個別調整時序牽涉困難。
有鑑於上述原因，希望在組態於非同步傳送網路600上之CHU-CCU相機系統中有能夠克服相機系統100的組態改變之彈性的CHU-CCU之時序調整系統。
第3圖為更詳細繪示第2圖中所示的系統之示意圖。第2圖以Ethernet(註冊商標)作為非同步傳送網路的範例，然而，不限於Ethernet(註冊商標)。非同步傳送網路600包括複數切換集線器610。例如，藉由適當地設定IP位址，複數CHU 200及複數CCU 300組態成以一對一方式互相對應。然而，使用上述專利文獻2中所述之方法、或IEEE 1588的方法、或之類從CCU 300傳送來自標準信號產生器500之參考信號至CHU 200。這致能CHU 200與CCU 300之間的傳輸遲延量的測量。
第3圖中所示之組態包括相機命令網路單元(CNU)700以調整信號遲延量。CNU 700具有用於調整信號遲延量的功能。如後述，可不具有CNU 700，但將某CCU 300設定為主裝置，所以主裝置之CCU 300調整遲延量。
在第3圖中所示之系統中，可藉由中央處理單元，如電路(硬體)、或CPU、或之類來組態具有CCU 300及CNU 700之功能的結構元件800，以及程式(軟體)來作用中央處理單元。在此情況中，程式可儲存在記錄媒體中，如與諸如CCU 300或之類的結構元件一起包括之記憶體、或外部插入的記憶體、或之類。
第4圖及第5圖為詳細繪示用以調整遲延量的組態之示意圖。第4圖中所示之組態對應至第3圖中之組態，且分開安裝用以調整遲延量的相機命令網路單元(CNU)700。將從CCU 300通知對應的CHU 200與CCU 300之間的遲延量給CNU 700。CNU 700仲裁遲延量以決定最佳遲延量。將所決定之遲延量透過CCU 300通知給CHU 200，且CHU 200相應設立視頻緩衝器以對準抵達於CCU 300之每一者的視頻信號的時序。
作為決定遲延量之具體方法，有調整視頻緩衝器的一種方法，使得相關於遲延為最大之CHU 200及CCU 300的對，CHU 200及CCU 300的另一對之遲延量為相同。將稍後基於第6圖詳細說明決定遲延量之具體方法。注意到CNU 700在此用於仲裁，然而，可使用另一結構元件作為仲裁裝置來取代CNU 700。
第5圖顯示一種組態，其中CCU 300的任何者作用為主裝置以仲裁遲延量而不具有CNU 700。如前述，某些CCU 300可組態成執行仲裁的功能而不需新安裝額外的仲裁用之裝置。
3.　根據本實施例之系統的程序
第6圖為繪示根據本發明之一實施例的系統之程序的流程圖。於下說明從啟動系統電源或重設系統到決定視頻緩衝器之處理的流程。在此，如第3圖及第4圖中所示，將提出其中設定CNU 700作為仲裁之情況的說明。
首先，在步驟S10中，執行系統之啟動或系統之重設。當在非同步傳送網路600的組態中做出改變時(如切換集線器610的數量等等)、當對CHU 200的數量做出改變時、或之類，藉由系統重設來執行整個系統的校準。在後續步驟S12中，在CHU 200及CCU 300的每一者之間建立同步。在後續步驟S14中，測量相應之CHU 200及CCU 300的每一對之遲延時間。可使用上述專利文獻2中所述之方法、IEEE 1588之方法、或之類，來連同步驟S12中之建立同步一起執行遲延時間測量。詳言之，藉由比較在每一CCU 300中所得之視頻訊信號的時序及在標準信號產生器500中所產生之參考脈衝來測量遲延時間。在後續步驟S16中，每一CCU 300告知CNU 700遲延時間。在後續步驟S18中，做出遲延時間為CNU 700中之最大的CHU 200及CCU 300的一對之遲延時間的選擇。
在後續步驟S20中，在選定的遲延時間及預定的可允許時間之間做比較，並且做出遲延時間是否等於或超過可允許時間的判斷。若遲延時間等於或超過可允許時間，則進至步驟S22，並且做出遲延時間為CNU 700中之第二大的CHU 200及CCU 300的一對之遲延時間的選擇。在後續步驟S24中，關於遲延時間超過可允許時間之CHU 200及CCU 300的一對，將告知CCU 300或CHU 200遲延時間超過可允許時間。已被告知上述通知之CHU 200及CCU 300的該一對顯示其在相應的CCU 300、CHU 200、或視頻切換器400中非同步操作，以告知使用者正在非同步地操作。若在CHU 200中顯示，其可顯示在CHU 200所包括的尋檢器內，還有在CHU 200的外表面上。若顯示在視頻切換器400中，其可相應於每一CHU 200地顯示在視頻切換器400所包括的每一CHU 200之選擇按鈕附近。這讓使用者得以立刻辨識已成像於選定的CHU 200中之即時視頻影像是否為同步。
在步驟S24之後，返回至步驟S20，並且針對已在步驟S22中選定之CHU 200及CCU 300的該一對執行相同處理。相關於在步驟S22中選定之CHU 200及CCU 300的該一對重複從步驟S24至步驟S20的迴路，直到遲延時間變成小於可允許時間。因此，當相關於後續選擇之CHU 200及CCU 300的另一對之遲延時間大於可允許時間時，遲延時間大於可允許時間之事實將顯示在CCU 300、CHU 200、或視頻切換器400中，其讓使用者得以辨識出所成像之視頻影像為非同步。
同時，在步驟S20中，若相關於目前選擇之CHU 200及CCU 300的該一對之遲延時間變成小於可允許時間，則進至步驟S26。在步驟S26中，告知每一CCU 300目前選擇之CHU 200及CCU 300的該一對之遲延時間。亦即，遲延時間變成小於可允許時間的所有CHU 200及CCU 300對會被告知目前選擇之CHU 200及CCU 300的該一對之一的遲延時間。注意到若所有CHU 200及CCU 300對之遲延量皆小於可允許遲延量，則目前選擇之CHU 200及CCU 300的該一對之遲延時間變成最大遲延時間，且所有其他對之遲延時間被視為與該最大遲延時間相同。在後續步驟S28中，在每一CCU 300中，計算相應於告知的遲延時間之視頻緩衝器的量。在此，藉由計算目前遲延時間與可允許遲延時間之間的差，將計算出使遲延時間與可允許遲延時間相同的緩衝器量。
在後續步驟S30中，每一CCU 300指示相應之CHU 200所計算出的視頻緩衝器量。這造成CHU 200在記憶體中產生緩衝器以依據所指示之緩衝器量於其中累積視頻信號，並調整信號的時序。如第4圖中所示，在CHU 200中，在記憶體中產生緩衝器204以儲存在攝像元件202中獲得之視頻信號的資料。這造成CHU 200設立緩衝器以開始傳送視頻影像，因此，可根據緩衝器量調整視頻信號的時序。這使得遲延時間被設定成與遲延時間小於可允許時間的所有CHU 200及CCU 300對相同。據此，由於當在視頻切換器400中切換每一CHU 200的視頻影像時每一視頻影像的遲延量相同，一定可避免視頻影像的扭曲。
此外，可不僅藉由產生緩衝器，亦可藉由CHU 200中之PLL相位調節來調整信號時序。在此情況中，可藉由調整攝像元件202按下快門的時序而使信號的遲延時間與可允許的遲延時間相同。此外，亦可藉由在CCU 300中產生緩衝器來調整信號時序。
藉由執行上述處理，可同步從每一CCU 300傳送至視頻切換器400的信號。接著，在步驟S30之後，處理結束。注意到遲延時間等於或超過可允許時間之CHU 200及CCU 300對為非同步，然而，由於已經顯示非同步，使用者可在辨識出其為非同步之後處理視頻影像。
注意到在上述說明中，在CHU 200中產生調整遲延量之視頻緩衝器，然而，可在CCU 300中產生視頻緩衝器。並且，當在CHU 200中執行調整遲延時，可不藉由緩衝器而是藉由PLL相位調節來組態遲延量。此外，可使用緩衝器及PLL相位調節兩者來實現遲延調整。
如上述，根據本實施例，一定可藉由使用非同步傳送網路來同步來自系統中之每一CHU 200的信號，使傳輸路徑更簡單、減少成本、並發展出具有較少佈線之複雜相機系統。因此，當切換成像於每一CHU 200中之視頻影像時，一定可避免視頻信號或音頻信號的扭曲。此外，使用非同步傳送網路可增加改變相機網路之彈性，並且調適匯流排佈線使佈線彈性增加，其造成切換相機及CCU之彈性增加。此外，藉由改變目的地位址(IP位址)，可輕易切換相機(CHU 200)及CCU 300。
已經參照附圖於上詳細說明本發明之一較佳的實施例，本發明不限於此範例。熟悉此技藝人士應了解到可根據設計需求及其他因素做出落在所附之申請專利範圍及其等效者之範疇內之各種修改、結合、子結合、及替換。
100．．．相機系統
200．．．相機單元
202．．．攝像元件
204．．．緩衝器
300．．．相機控制單元
400．．．視頻切換器
500．．．標準信號產生器
600．．．非同步傳送網路
610．．．切換集線器
700‧‧‧相機命令網路單元
1100‧‧‧相機電纜
1200‧‧‧相機頭單元
1300‧‧‧相機控制單元
1400‧‧‧視頻切換器
1500‧‧‧標準信號產生器
第1圖為繪示其中相機(CHU)及CCU以一對一方式連接之相機控制系統的區塊圖。
第2圖為繪示根據本發明之一實施例的使用非同步傳送網路之相機系統的一範例之示意圖。
第3圖為更詳細繪示第2圖中所示的系統之示意圖。
第4圖為詳細繪示用以調整遲延量的組態之示意圖。
第5圖為詳細繪示用以調整遲延量的組態之示意圖。
第6圖為繪示根據本發明之一實施例的系統之程序的流程圖。
200．．．相機單元
300．．．相機控制單元
400．．．視頻切換器
500．．．標準信號產生器
600．．．非同步傳送網路
610．．．切換集線器
700．．．相機命令網路單元
800．．．結構元件

Claims (10)

  1. 一種相機系統，包含：複數相機對，每一對具有通過非同步傳送網路而分別連接在一起之相機控制單元及相機頭單元；以及中央處理單元，組態成針對該複數相機對之每一者獲得視頻信號遲延量，其代表個別相機控制單元及其個別相機頭單元之間的時間遲延，並將在至少一該相機控制單元及其個別相機頭單元之間的該視頻信號遲延量調整成等於另一該相機控制單元及其個別相機頭單元的選定視頻信號遲延量，其中該選定的視頻信號遲延量為在該複數相機對的該些視頻信號遲延量之中的最大視頻信號遲延量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之相機系統，其中每一該相機頭單元具有視頻緩衝器，並藉由調整該至少一相機頭單元中之該視頻緩衝器來實行該視頻信號遲延量的該調整，以相應於該選定的視頻信號遲延量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之相機系統，進一步包含主裝置，配置成與該複數相機對通訊，且其中該中央處理單元配置在該主裝置中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之相機系統，其中該中央處理單元配置在該些相機控制單元之一中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之相機系統，其中該選定的視頻信號遲延量不超過預定之可允許時間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之相機系統，其中當該 最大視頻信號遲延量超過該預定之可允許時間時，該選定視頻信號遲延量為在該複數相機對的該些視頻信號遲延量之中不超過該預定之可允許時間的下一個最大視頻信號遲延量。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之相機系統，其中該中央處理單元調整與該些相機對關聯之該視頻信號遲延量，使得針對該些相機對之每一者的該視頻信號遲延量等於該選定視頻信號遲延量。
  8. 一種信號遲延量調整方法，包含：獲得針對複數相機控制單元之每一者的視頻信號遲延量，該些相機控制單元分別經由非同步傳送網路而連接至複數相機頭單元，使得每一相機控制單元經由該非同步傳送網路而連接至個別的相機頭單元，其中個別視頻信號時間遲延代表個別相機控制單元及其個別相機頭單元之間的時間遲延；以及將在一個該相機控制單元及其個別相機頭單元之間的該視頻信號遲延量調整成等於另一個該相機控制單元及其個別相機頭單元的選定視頻信號遲延量，其中該選定的視頻信號遲延量為在該複數相機控制單元的該些視頻信號遲延量之中的最大視頻信號遲延量。
  9. 一種視頻相機系統，包含：複數相機對，各具有經由非同步傳送網路而連接之相機控制單元及相機頭單元，其中每一該相機頭單元具有視頻緩衝器；以及 中央處理單元，組態成：針對該複數相機對之每一者獲得視頻信號遲延量，以獲得複數信號遲延時間；從該複數信號遲延時間選擇最大信號遲延時間；判斷該最大信號遲延時間是否超過預定之可允許時間；當判斷結果指示該最大信號遲延時間不超過該預定之可允許時間時，獲得相應於該最大信號遲延時間之視頻緩衝器大小；以及將該些相機頭單元的至少一者之該視頻緩衝器的大小調整成該已獲得的視頻緩衝器大小，其中將在至少一該相機控制單元及其個別相機頭單元之間的該視頻信號遲延量調整成等於另一該相機控制單元及其個別相機頭單元的選定視頻信號遲延量，其中該選定的視頻信號遲延量為在該複數相機對的該些視頻信號遲延量之中的最大視頻信號遲延量。
  10. 一種相機控制單元，包含：網路介面，其致能經由非同步傳送網路與相應的相機頭單元之通訊，其中該相機控制單元及該相應的相機頭單元形成相機對，且其中該網路介面亦致能經由非同步傳送網路與數個其他相機對之通訊，該數個其他相機對之每一者具有與其之相機頭單元通訊之個別相機控制單元；以及中央處理單元，組態成：獲得代表該相機對及該數個其他相機對之每一者的個 別時間遲延之視頻信號遲延量，每一時間遲延指示個別相機控制單元及其相應的相機頭單元之間的該時間遲延；以及將該數個其他相機對的至少一對之視頻信號遲延量調整成等於該些已獲得的視頻信號遲延量之選定者，其中該選定的視頻信號遲延量為在該複數相機對的該些視頻信號遲延量之中的最大視頻信號遲延量。
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