| 【発明の名称】 |
映像信号伝送装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】中村 和彦
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| 【要約】 |
【課題】デジタルトライアックスの遅延短縮とケーブルの長距離化を両立する。
【構成】映像信号を双方向にデジタル伝送するシステムにおいて、送受双方に同期手段とラインメモリと主送信側の映像表示手段とを有し、主送信側を4水平同期周期進相して主映像信号を2水平同期周期に画素差分符号化と水平同期周期に可変長符号化して送信し、受信し復号化して位相差を補正して主映像信号を出力し、主映像信号の可変長符号化復号化の合計遅延を水平同期期間の副映像信号送信期間と水平帰線期間と2水平同期期間の合計以下にして、復号した副映像信号を主送信側の主映像信号に5水平走査期間遅らせて出力し、主送信側で主映像信号も5水平走査期間遅らせて、主送信側の確認映像信号として出力し、主送信側の映像表示手段は確認映像信号と副映像信号の表示とを選択して表示する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 映像信号を伝送するシステムにおいて、送信側と受信側との双方に同期手段とを有し、ラインメモリまたはフィールドメモリまたはフレームメモリの少なくとも一方を有し、主送信側を主受信側に比較してH(水平同期)周期のN(自然数)倍進相して、主映像信号を自然数倍の水平同期周期に差分符号化または予測符号化または(エントロピー符号化またはユニバーサル符号化または連長符号化の)情報源可変長符号化の少なくとも一つの可逆符号化または準可逆符号化のいずれかの符号化して主送信側から(N−1)H期間後の水平映像期間の途中から送信し、受信し復号化して上記伝送の遅延と上記進相との位相差を前記主受信側ラインメモリまたはフィールドメモリまたはフレームメモリの少なくとも一方で補正して主映像信号を出力することを特徴とする映像信号伝送装置およびシステム。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】 【0001】 本発明は、テレビジョンカメラ等の撮像装置に使用する映像信号多重伝送装置の改良に関するものである。 【背景技術】 【0002】 従来、テレビジョンカメラシステムでは主送信側の撮像部(カメラヘッド)と主受信側の(カメラコントロールユニット:CCU)の間で主映像信号,副映像信号,音声信号,コントロール用シリアルデータ信号,及び電源の伝送を3重同軸(トライアックス)ケーブル1本の伝送路で行なっている。副映像信号として、送り返し外部映像信号を2系統(Return VideoとPrompt Videoを)有したり、送り返し映像信号1系統と、撮像部から制御部への補助映像信号(Trunk Video)を1系統有するものもある。簡易方法として伝送路に通常の同軸ケーブルも用いることもある。通常、これらの信号は周波数変調され周波数多重伝送するか、デジタルで時分割多重伝送される。映像表示手段を再撮像する等のため、撮像部と制御部は外部映像信号と同期している。 【0003】 主な映像信号としてはSDTVとして有効走査線485本のNTSCと有効走査線575本のPAL、HDTVとして有効走査線720本と有効走査線1080本、SHDTVとして有効走査線2160本、UHDTVとして有効走査線4320本があり、以下代表として、NTSCとHDTVで説明する。 【0004】 NTSCの時分割双方向伝送の場合、10bit4:2:2の放送用映像信号270Mbpsの信号を時間圧縮し、約360Mbpsの信号にして短い時間にカメラヘッドからカメラ制御装置に伝送する。つぎの瞬間、カメラ制御装置からカメラヘッドの方向に360Mbpsに画面内圧縮した上で時間圧縮した送り返しの映像信号を短い時間に伝送する。その処理を1秒間に数回の速度で入出力切換え器により切り替えを行なうことにより時分割双方向伝送を実現している(特許文献1)。 【0005】 通常、トライアックスケーブルの360MHzの減衰量は1kmで170dBと大きく、現在市販のドライバICとイコライザICでは約500m程度しかカメラヘッドとカメラコントロールユニットの間は延長できない。そこで、長距離伝送やHDTVでは、多値変調するかあるいは映像信号を画面内圧縮して情報量を削減して周波数帯域と減衰量を減らしていた。従来の画面内圧縮は、DCT等の空間符号化とハフマン符号化等の可変長符号化で実現されている。また、映像記録等の画面内圧縮では、階調10bit→8bitで0.8、色解像度4:2:2→4:1:1(NTSC)/4:2:0(PAL,HDTV)で0.75と合わせて情報量を0.6に削減する方法が一般的である。 従来の概要と動作を、従来の映像信号を画面内圧縮するトライアックスカメラシステムの全体構成を示すを示すブロック図の図3と従来の動作を示すタイミングチャートの図4とで説明する。図3において、トライアックスカメラシステムは撮像部1とトライアックスケーブル2と制御部3で構成している。 【0006】 撮像部1の撮像素子12は、レンズ部11で結像された入射光を光電変換してデジタル映像信号処理部14に出力する。デジタル映像信号処理部14は、映像信号のレベル増幅や輪郭強調等の処理を施し出力する。空間符号部52と可変長符号部15でフレームメモリ9を用い映像の画面内圧縮を行う。切換部16では、デジタル映像信号とデジタル音声信号とを時分割多重化し、双方向伝送する。撮像部1より出力されたシリアルデジタル信号は、トライアックスケーブル2を介して制御部3に入力される。制御部3に入力されたシリアルデジタル信号は、フイルタ24を通り切換部25で時分割で分解され等化されて、もとのデジタル映像信号とデジタル音声信号とに復調し、可変長復号部26と空間復号部54でフレームメモリ56を用い映像の画面内伸張を行い、シリアルデジタル映像信号出力となる。CCUに入力したシリアルデジタル外部映像信号も同様に画面内圧縮され、時分割伝送され、画面内伸張され、撮像部からシリアルデジタル外部映像信号として出力される。外部映像信号に同期したCLKが同期部32、同期部33から各部に供給される。その結果、従来の動作を示すタイミングチャートの図4(b)の主映像信号画面内圧縮の動作となる。 【0007】 図3のブロック図において、空間符号部52と可変長符号部15とフレームメモリ9と可変長復号部26と空間復号部54でフレームメモリ56を除き、主映像の画面内圧縮と伸張をやめれば、従来の特許文献1と同等となり、従来の動作を示すタイミングチャートの図4(a)の主映像信号ベースバンド伝送の動作となる。 【0008】 また、ワイヤレスカメラと称しカメラヘッドとカメラコントロールユニットの間を無線伝送する事もある。333MHzから3GHzのUHFまたは3GHzから33GHzのSHFで電波法で定める狭帯域(18MHz等)で圧縮符号化し64QAMで最大81Mbps伝送するか、移動用でDQPSK−OFDMで最大16Mbps伝送するか、5GHz等の特定周波数と33GHzから333GHzのEHFで(500MHz等の)広帯域でNTSCの270MbpsまたはHDTVの10bit4:2:2の1500Mbpsを非圧縮伝送していた。 【0009】 1つの伝送帯域のみを用いて双方向に動画像を伝送する無線伝送装置も提案されていた(特許文献2)。 【0010】 また、長い圧縮時間が許容される、データの長期記録(アーカイブ保存)には、可逆の情報源可変長符号化による可逆圧縮が用いられている。可逆の情報源可変長符号化としては、従来は出現頻度に着目し個々のデータをハフマン符号に変換するハフマン符号化等のエントロピー符号化が一般的であるが、ハフマン符号化では信号により大きく変化するが典型的な圧縮率は約0.8と高くない。1度目の読み込みで、データのすべての記号を調べておき、2度目に符号化を行う方法を、静的ハフマン符号と呼ぶ。一方、記号の個数を木構造の葉に相当すると見なし、木を構成1記号を読み込むごとに木を作り直し1度の読み込みで符号化を行う方法を動的ハフマン符号と呼び、入力を逐次符号化可能であるが、演算量が多い。 【0011】 エントロピー符号化法としては,予測差分値が小さい場合は算術符号を用い予測差分値が大きいときはハフマン符号を用いるハイブリッド方式を用いると、従来の可逆符号化方式より6-17パーセント高い圧縮率で符号化が可能になる(非特許文献3)。 一般に、可逆の情報源可変長符号化の圧縮率の逆数の指数関数的に、符号化の演算量と記録部(メモリ)への書き込み読み出し量は多くなるが、半導体の大容量化と高速化とから、最近は、可逆の情報源可変長符号化の圧縮率向上と高速化の両立の改良が急速に進歩してきた。 【0012】 1977年にAbraham LempelとJacob Zivが共同開発したLZ法はパターンに着目しデータ列が以前に出現したならば、そのデータ列を示す何らかの符号に置き換える。LZ法とハフマン法の組合せのLZHUF法(圧縮ソフト名LHA)、Deflate法(圧縮ソフト名ZIP)等は典型的な圧縮率は約0.5とされ、展開作業域が8kB以下と符号化の演算量とメモリが比較的少なくパソコンで多用されている。辞書サイズなどが固定である点から、Deflate法の方が圧縮・展開が早い。これらはユニバーサル符号化と称されている。 【0013】 データを符号化し、次にどの記号が出現するかを統計的に予測し、まだ現れてない記号に他の記号の確率を配分し、新たな記号が出現したときに対応する統計型ユニバーサル符号化法のPPMd法とpaq法等の最近の高効率符号化は典型的な圧縮率は約0.25とされているが、演算量の削減検討が進んでいないため未だに、展開作業域が100MB以上で、パソコンでの利用は始まったばかりである。 【0014】 また、JPEG−LSでは予測符号化を用い可逆圧縮や、復号されたデータのゆがみをパラメータで指定された誤差の範囲内に収める準可逆圧縮を行なう。JPEG2000では、ウェーブレット変換と算術符号化と一つの符号化の結果の中に複数の符号化処理の結果の情報が埋め込まれているようなエンベデッド符号化を組み合わせて使用している。さらに、予測符号化と連長符号化とを切替えて、効率を向上させた可逆画像圧縮技術がある(特許文献3)。 ところで、可逆の画像圧縮符号化の高速化として、画素差分符号化(減算のみ)と連長符号化とハフマン符号化とを併用し、186Mbyte/秒(1488Mbps)とHD−SDI(1500Mbps)の帰線期間を除いた正味伝送量1300Mbps以上の処理速度と31.5%とJPEG並の圧縮率の可逆画像圧縮技術が発表された(非特許文献4)。 さらに、圧縮率1/3で演算量が少なく低遅延の非可逆画像圧縮技術の研究も表明されている(非特許文献5)。 H.264では隣接ブロックの係数の個数により可変長符号を切り替える適応可変長符号化CAVLC(Context-based Adaptive VLC)または、シンボル間の相関を用いて適応的に確率テーブルを選択する算術符号化である可変長符号適応2進法符号化CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding)が採用され効率が改善されている(非特許文献6)。 【特許文献1】特開平7−203399号公報 【特許文献2】特開平11−177951号公報 【特許文献3】特開2006−325006号公報 【非特許文献1】植松友彦著「文書データ圧縮アルゴリズム入門」CQ出版社 【非特許文献2】2001年情報論的学習理論ワークショップ(IBIS2001)山本博資ユニバーサルデータ圧縮アルゴリズムの変遷―基礎から最新手法まで― 【非特許文献3】画像電子学会誌 論文・資料アブストラクト第26巻 第6号(1997年12月) 【非特許文献4】日経エレクトロニクス2月12日号32頁から33頁 【非特許文献5】雑誌FUJITU.58,3,p.215-219(05,2007) 【非特許文献6】雑誌FUJITU.58,2,p.136-142(03,2007) 【発明の開示】 【発明が解決しようとする課題】 【0015】 従来のトライアックスシステムの時分割多重デジタル伝送ではSDIの360MbpsまたはHD−SDIの2000Mbpsという高い周波数でのビットレートで伝送するため、ケーブルでの減衰量が大きくなってしまい、ケーブル長を延長することが困難であった。また、非圧縮伝送できるEHFは直進性が強すぎる上にフェージング劣化が大きくて移動体への伝搬が不安定になる。 【0016】 そこで、長距離伝送時は映像信号を画面内圧縮して情報量を削減して周波数帯域と減衰量を減らしていた。画面内圧縮(空間)符号化すれば約17msの垂直同期(V)周期の数倍の遅延が生ずる。または、長距離伝送時は多値変調していたが、伝送符号化やインターリーブ等で伝送遅延が生じていた。 【0017】 本発明は、これらの欠点を除去し、遅延が垂直同期周期よりも十分短くすることと伝送情報量の削減を両立し、デジタル伝送でも長いケーブル長で運用できるトライアックスシステムや電波法で定める狭帯域で運用できるワイヤレスカメラを提供することを目的とする。 【課題を解決するための手段】 【0018】 本発明は上記の目的を達成するために、映像信号を伝送するシステムにおいて、送信側と受信側との双方に同期手段とを有し、ラインメモリまたはフィールドメモリまたはフレームメモリの少なくとも一方を有し、主送信側を主受信側に比較してH(水平同期)周期のN(自然数)倍進相して、主映像信号を自然数倍の水平同期周期に差分符号化または予測符号化または(エントロピー符号化またはユニバーサル符号化または連長符号化の)情報源可変長符号化の少なくとも一つの可逆符号化または準可逆符号化のいずれかの符号化して主送信側から(N−1)H期間後の水平映像期間の途中から送信し、受信し復号化して上記伝送の遅延と上記進相との位相差を前記主受信側ラインメモリまたはフィールドメモリまたはフレームメモリの少なくとも一方で補正して主映像信号を出力することを特徴とする映像信号伝送装置およびシステムを提供する。 【0019】 ここで、可逆符号化として予測符号化と連長符号化とを切替えて効率を向上させると具体的アルゴリズムよるが圧縮伸張ともに2H以上遅延する可能性が高い。画素差分符号化と情報源可変長符号化を組み合わせれば、圧縮伸張ともに2H以上遅延するが演算量とゲート量少ない。エントロピー符号化とユニバーサル符号化と連長符号化とを組み合わせた情報源可変長符号化では、遅延最小だが、演算量とゲート量多い。また、復号されたデータのゆがみをパラメータで指定された誤差の範囲内に収める準可逆圧縮の準可逆符号化では、遅延量と演算量とゲート量が少ないアルゴリズムが可能である。 【0020】 具体的には、映像信号を時分割多重伝送するシステムにおいて、送信側と受信側との双方に同期手段を有し、ラインメモリまたはフィールドメモリまたはフレームメモリの少なくとも一方を有し、主送信側を主受信側に比較してH(水平同期)周期のN(自然数)倍進相して、主映像信号を自然数倍の水平同期周期に差分符号化または予測符号化または(エントロピー符号化またはユニバーサル符号化または連長符号化の)情報源可変長符号化の少なくとも一つの可逆符号化または準可逆符号化のいずれかの符号化して主送信側から(N−1)H期間後の水平映像期間の途中から送信し、受信し復号化して上記伝送の遅延と上記進相との位相差を前記主受信側ラインメモリまたはフィールドメモリまたはフレームメモリの少なくとも一方で補正して主映像信号を出力し、副映像信号をH周期に符号化して主映像信号の送信より遅らせて送信するかまたは副映像信号をV(垂直同期)周期に画面内圧縮符号化して送信し、受信した副映像信号を復号して、復号した副映像信号を前記ラインメモリまたはフィールドメモリまたはフレームメモリの少なくとも一方で主映像信号に(N+1)HまたはNH期間遅らせて同期させて、外部映像信号として出力し、主映像信号も前記主送信側ラインメモリまたはフィールドメモリまたはフレームメモリの少なくとも一方で(N+1)HまたはNH期間遅らせて、確認映像信号として出力する。 【0021】 映像信号を双方向に時分割多重伝送するシステムにおいて、送信側と受信側との双方に同期手段とラインメモリと映像表示手段(ビューファインダまたは映像モニタ)とを有し、主送信側を主受信側に比較して2または3H進相して主映像信号を自然数倍の水平同期周期に差分符号化または予測符号化または(エントロピー符号化またはユニバーサル符号化または連長符号化の)情報源可変長符号化の少なくとも一つの可逆符号化または準可逆符号化のいずれかの符号化して次の水平映像期間の途中から送信し、受信し復号化して上記伝送の遅延と上記進相との位相差を前記主受信側ラインメモリで補正して主映像信号を出力し、副映像信号をH周期に符号化して主映像信号の送信より遅らせて送信し、主映像信号の可変長符号化復号化の合計遅延をH期間の副映像信号送信期間と水平帰線(H.BL)期間との合計以下にして、復号した副映像信号を前記ラインメモリで主送信側の主映像信号に3または4H期間遅らせて同期させて、外部映像信号として出力し、前記主送信側で主映像信号も前記主送信側ラインメモリで3または4H期間遅らせて、確認映像信号として出力し、映像表示手段は確認映像信号と副映像信号の表示とを選択して表示する。 【0022】 または、映像信号を時分割多重伝送するシステムにおいて、送信側と受信側との双方に同期手段とラインメモリと映像表示手段とを有し、主送信側を主受信側に比較して2または3H進相して主映像信号を水平同期周期に情報源可変長符号化して次の水平映像期間の途中から送信し、受信し復号化して上記伝送の遅延と上記進相との位相差を前記主受信側ラインメモリで補正して主映像信号を出力し、副映像信号をNHに画素差分符号化と符号化して主映像信号の送信より遅らせて送信し、主映像信号の画素差分符号化と可変長復号化遅延と副映像信号の画素差分符号化と可変長符号化遅延とをH.BL期間と水平同期周期の合計以下にして、復号した副映像信号を前記ラインメモリで主送信側の主映像信号に2または3H期間遅らせて同期させて、外部映像信号として出力し、主映像信号も前記ラインメモリで2または3H期間遅らせて、確認映像信号として出力し、映像表示手段は確認映像信号と副映像信号の表示とを選択して表示する。 【0023】 または、映像信号を時分割多重伝送するシステムにおいて、送信側と受信側との双方に同期手段とラインメモリとフィールドメモリまたはフレームメモリとを有し、主送信側を主受信側に比較してH周期の整数倍で前記伝送の遅延より多く進相し、主映像信号をH周期に画素差分符号化と可逆の情報源可変長符号化して次の水平映像期間の途中から送信し、受信し復号化して前記伝送の遅延と前記進相との位相差を前記主受信側ラインメモリで補正して映像信号を出力し、副映像信号を垂直同期(V)周期に画面内圧縮符号化して送信し、受信し復号伸張した前記副映像信号を前記フレームメモリまたは前記フィールドメモリまたは前記ラインメモリで主送信側の主映像信号に2または3H期間遅らせて同期させて、外部映像信号として出力し、主映像信号も前記ラインメモリで2または3H期間遅らせて、確認映像信号として出力し、映像表示手段は確認映像信号と副映像信号の表示とを選択して表示する。 【発明の効果】 【0024】 上記の様に、差分符号化または予測符号化または(エントロピー符号化またはユニバーサル符号化または連長符号化の)情報源可変長符号化の少なくとも一つの可逆符号化または準可逆符号化のいずれかの符号化で、主映像信号の情報量を数分の1に削減して周波数帯域と減衰量を減らすことにより、トライアックスシステムでは多値変調を用いなくとも長いケーブル長を実現する。定量的情報量削減量は発明を実施するための最良の形態で説明する。さらに時分割多重伝送のタイミングを工夫することで副映像信号と主映像信号の表示を同一タイミングにした上で、主映像信号の伝送と表示の遅延をNTSCとPAL約64μSまたはHDTV約30μSの水平同期(H)周期の整数倍と垂直同期(V)周期約17mSよりも十分短く少なくして実用上問題なく、映像表示位置も同一で非常に良好な操作性が実現できる。 【0025】 またワイヤレスカメラでは映像信号の情報量を数分の1に削減して電波法で定める狭帯域を実現し、移動体への伝搬が安定なUHFまたはSHFでの伝送を可能となる。 【0026】 定量的な効果は、発明を実施するための最良の形態で説明する。 【発明を実施するための最良の形態】 【0027】 まず、本発明の請求項や課題を解決するための手段の幾つかの一実施例を本発明の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図2の(a)(b)を用いて簡単に説明し、本発明の幾つかのその他の一実施例を図6(c)、図7(d)(e)、図8(f)(g)、図10(h)を用いて簡単に説明して、本発明の幾つかの一実施例の具体的特性を説明してから一実施例の全体構成と動作とを説明する。タイミングチャートの図2、図6、図7、図8、図10において(a)〜(h)は連番としてある。 【0028】 本発明の1実施例としては、送受の同期をとり、主送信側の撮像部を主受信側の制御部に比較して2水平同期周期進相し、主映像信号をH周期に符号化して次の水平映像期間の途中から送信し、制御部で受信し復号化して上記伝送の遅延と上記進相との位相差を補正して主映像信号を出力し、ケーブル伝送遅延時間分のガードタイム(G.T)を前後に確保してから、制御部の副映像信号をH周期で符号化して送信し、符号化して送信受信し復号して主送信側ラインメモリで撮像部の主映像信号に(N+1)H遅らせて同期させて、撮像部の副映像信号として出力し、撮像部で主映像信号も(N+1)H遅らせて、撮像部の確認映像信号として出力し、ビューファインダは確認映像信号と副映像信号とを選択して表示する。その結果、本発明の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図2の(a)の遅延短縮圧縮率両立の動作で、制御部主映像信号の遅延つまり撮像部の進相をNH、撮像部の外部映像信号と撮像部の確認映像信号の遅延を(N+1)Hとした動作となる。 【0029】 または、本発明の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図2の(a)の遅延短縮圧縮率両立の動作の様に、副映像信号をH周期に符号化して主映像信号の次の水平映像期間の途中からの送信より遅らせて送信し、主映像信号の符号化時間dtmと可変長復号化時間drmの合計時間がH期間の副映像信号送信期間(Hs)と水平帰線期間(H.BL)との合計以下にして、副映像信号の符号化時間dtsと復号化時間drsの合計時間が2HとH.BLとの合計以下にすれば、復号した副映像信号を前記主送信側ラインメモリで主送信側の主映像信号に3H遅らせて同期させて、主送信側の外部映像信号として出力し、前記主送信側で主映像信号も前記主送信側ラインメモリで3H遅らせて、主送信側の確認映像信号として出力する。制御部主映像信号の遅延つまり撮像部の進相を2H、撮像部の外部映像信号と撮像部の確認映像信号の遅延を3Hとした動作となる。制御部主映像信号の遅延の2Hは、従来の動作を示すタイミングチャートの図4の(a)主映像信号ベースバンドの時分割双方向伝送の制御部主映像信号の遅延の2Hと同等となる。ここで、H.BLはNTSC/PALで約11μS、HDTVで約4μSである。 【0030】 または、差分符号化または予測符号化または(エントロピー符号化またはユニバーサル符号化または連長符号化の)情報源可変長符号化の少なくとも一つの可逆符号化または準可逆符号化のいずれかの符号化はラインメモリ内蔵のFPGAやラインメモリ内蔵のDSPで実現可能で、演算速度が急速に向上している。そのため、演算量が多いが、副映像信号の可変長符号化時間dtsと主映像信号の可変長復号化時間drmの合計時間をH.BL以下にして、主映像信号の可変長符号化可変長符号化時間dtmと副映像信号の可変長復号化時間drsの合計時間がHとH.BLとの合計以下にすれば、本発明の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図2の(b)の遅延短縮優先の動作の様に、可変長符号化した主映像信号を次の水平映像期間の途中からの送信しても、制御部出力での主映像信号の伝送遅延つまり撮像部の進相は2H、撮像部の外部映像信号と撮像部の確認映像信号の遅延は2Hとなる。可変長符号復号の演算時間は演算電力に反比例するので、可変長符号復号の演算時間は撮像部と制御部の許容電力に合わせて配分すれば良い。また、復号されたデータのゆがみをパラメータで指定された誤差の範囲内に収める準可逆符号化を用いれば、回路規模も演算量も電力も少なくなる。 【0031】 次に、伝送距離を伸ばすために情報量を最小にしたい場合は、本発明のその他の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図6(c)の圧縮率優先の動作の様に、インタレース撮像部を制御部に比較して1H周期進相し、主映像信号をH周期に符号化して送信し、受信し復号化して上記伝送の遅延と上記進相との位相差を補正して主映像信号を出力する。そして、撮像部に伝送する外部映像信号は垂直同期(V)周期の画面内圧縮符号化して送信し、受信し撮像部の主映像信号に同期させて復号伸張して撮像部1と同一の同期信号に差し替えて、制御部の偶数フィールド外部映像信号を撮像部1の奇数フィールド外部映像信号として出力し、制御部の奇数フィールド副映像信号を上端走査線を切り捨て下端走査線を繰り返して撮像部1の偶数フィールド副映像信号として出力する。撮像部に伝送する外部映像信号の遅延が1フィールドとなり、画面内圧縮符号化では最小となる。主映像信号の可変長符号化時間dtmと可変長復号化時間drmの合計時間がHsとH.BLとの合計以下にすれば、制御部主映像信号の遅延つまり撮像部の進相と撮像部の確認映像信号の遅延とは2H、撮像部の外部映像信号は1V+2Hとなる。 【0032】 本発明の幾つかのその他の一実施例としては、図7の本発明の別の他の1実施例の動作を示すタイミングチャートの動作の(d)の遅延短縮圧縮率両立の動作と(e)の遅延短縮優先の動作がある。図7は、本発明の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図2の(a)の遅延短縮圧縮率両立の動作と(b)の遅延短縮優先の動作において、撮像部の確認映像信号の遅延を止めて、撮像部の外部映像信号の同期信号を撮像部の同期信号に差し替えて、撮像部の外部映像信号の上端の複数走査線を1画面前の受信した外部入力映像信号の上端の複数走査線を繰り返して下端の複数走査線を切り捨てて、ビューファインダが副映像信号の表示を選択した場合は、主映像信号の表示に比較し複数走査線上にシフトして表示するものである。可変長符号復号の演算時間は図2と同一である。 【0033】 ビューファインダは、低価格化のため、横と縦の比が4:3の従来のCRTや5:3のワイドでも汎用品のLCDが多く、16:9の映像を表示の場合は、数走査線上にシフトして表示も可能である。また、切り捨てた走査線数分、1画面前の走査線数を追加して、画面の大きさも一定である。そのため、図2の動作の方が合理的であるが、図7の動作でも実用上の問題はない。 【0034】 以上は、副映像信号を送り返し外部映像信号(Return VideoまたはPrompt Video)として双方向時分割多重伝送を説明したが、副映像信号は撮像部から制御部への補助映像信号(Trunk Video)で同方向時分割多重伝送もかまわない。Trunk Videoでは、撮像部のビューファインダは制御部の映像モニタになり、図2、図4、図6、図7の撮像部副映像信号と撮像部確認映像信号とは、制御部副映像信号と撮像部確認映像信号とになる。 【0035】 本発明の幾つかの別のその他の一実施例としては、本発明のさらにその他の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図8の(f)の単方向の動作と(g)の単方向遅延短縮優先の動作がある。図8の動作は、副映像信号なしで、主映像信号の符号化伝送である。 【0036】 つまり、光トライアックスや同軸線で映像信号を独立にHD−SDIで伝送するシステムにおいて、主送信側と主受信側との双方に同期手段とラインメモリを有し、図8の(f)の単方向の動作の様に、主送信側を主受信側に比較して水平同期周期の3倍進相して主映像信号を水平同期周期に符号化して次の水平映像期間から次の次の水平映像期間にかけて送信し、受信し復号化して上記伝送の遅延と上記進相との位相差を前記主受信側ラインメモリで補正して主映像信号を出力する。符号化時間dtmと復号化時間drmの合計時間がHとG.T合計時間以下と比較的長い。 【0037】 または、図8の(g)の単方向遅延短縮優先の動作の動作の様に、主送信側を主受信側に比較して水平同期周期の2倍進相して主映像信号を水平同期周期に情報源可変長符号化して次の水平映像期間から水平期線期間にかけて送信し、受信し復号化して上記伝送の遅延と上記進相との位相差を前記主受信側ラインメモリで補正して主映像信号を出力する。符号化時間dtmと復号化時間drmの合計時間がH.BLの2倍引くG.T時間以下と短い。 【0038】 さらに、図10の本発明のまた別の他の一実施例の動作を示すタイミングチャートの(h)圧縮率と低電力優先の動作の様に、撮像部主映像信号から制御部主映像信号までの遅延時間が4Hと図2の(a)動作の2Hより2H多く、符号化時間dtmと復号化時間drmの合計時間がSDTVで約98μS、HDTVで約45μSと、図2の(a)動作のSDTVで約34μS、HDTVで約15μSより約3倍長く、演算速度と電力が約1/3となり、演算量が多い可逆圧縮の製品化が容易になる。 【0039】 ところで、図9は、本発明の一実施例の符号部と復号部の構成を示すブロック図であり、差分符号化または予測符号化または(エントロピー符号化またはユニバーサル符号化または連長符号化の)情報源可変長符号化の少なくとも一つの可逆符号化部または準可逆符号化部を可逆符号部9と称し、差分復号化または予測復号化または(エントロピー復号化またはユニバーサル復号化または連長復号化の)情報源可変長復号化の少なくとも一つの可逆復号化部または準可逆復号化部を可逆符号部10と称している。 【0040】 図9の符号化部と復号部の動作は各符号復号技術の改良で異なるが、一般的には、(ア)可変長符合復号と(イ)予測符号復号とが比較的演算量が少ない。(ウ)差分と可変長直列符号復号は圧縮率は高いが遅延が多い。(エ)差分と可変長並列符号復号と(オ)予測と可変長並列符号復号は圧縮率は高い割に遅延がすくない。各符号復号技術の改良と演算速度の向上に合わせて選択及び図9以外の新規の組み合わせをすれば良い。但し予測符号復号はバースト妨害に弱いので、誤り訂正の強化が必要である。 【0041】 以下、本発明の一実施例の具体的特性を説明する。 【0042】 市販のシリアルデジタルインタフェース(以下SDI)ドライバICとイコライザ(等化)ICは10bit4:4:4のHDTV映像信号3000Mbps優先に改良が進んでいて、540Mbps以下の伝送距離の改良は遅く、情報量と伝送距離が反比例からずれているが、技術的には情報量と伝送距離が反比例する。従来のNTSC時分割双方向伝送約360Mbpsでは、トライアックスケーブルの360MHzの減衰量は1kmで約170dBと大きく、市販のドライバICとイコライザICでは初期は約300m、現在でも約500m程度しかカメラヘッドとカメラコントロールユニットの間は延長できかった。HDTVは従来約2000Mbpsの信号となり現在市販のドライバICとイコライザICでは約160m程度しかカメラヘッドとカメラコントロールユニットの間は延長できかった。 【0043】 カメラ部から出力された映像デジタル信号は4:2:2、10bitでNTSCとPALは270Mbps、HDTVは1500Mbpsのデータ量がある。H.BL期間を圧縮して付加情報を取り除けば、NTSCとPALは207Mbps、HDTVは1305Mbpsとなる。LZ法とハフマン法の組合せの可逆の情報源可変長符号化の圧縮率約0.5で、NTSCとPALは104Mbps、HDTVは658Mbpsと情報量を下げることができる。 【0044】 制御部は符号化演算とメモリの消費電力と実装面積は許容できる。そこで、送り返しの映像信号は、統計型ユニバーサル符号化して、情報量と周波数帯域とをNTSCとPALは約52MbpsでHDTVは約329Mbpsに下げることができる。 【0045】 本発明の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図2の(a)の遅延短縮圧縮率両立の様に、タイミングを工夫して、撮像部の符号化時間をH.BLより長く確保すれば、撮像部の主映像信号も統計型ユニバーサル符号化して、情報量と周波数帯域とをNTSCとPALは約52MbpsでHDTVは約329Mbpsに下げることができる。 【0046】 さらに送り返しの映像信号は、階調10bit→8bitで0.8、色解像度4:2:2→4:1:1または4:2:0で0.75と情報量削減と合わせれば、さらに伝送レートを0.6に低減でき、情報量をNTSCとPALは約31MbpsでHDTVは約198Mbpsと下げることができる。 【0047】 また、カメラヘッドからカメラ制御装置へ音声信号,CPUデータ信号が双方向で伝送する必要がある。それらの双方向のデジタル信号を1本の同軸ケーブルで伝送するため、カメラヘッドからカメラ制御装置の方向の伝送と、カメラ制御装置からカメラヘッドの方向の伝送を交互に行なう時分割双方向伝送のを行う。NTSCとPALは約52MbpsでHDTVは約329Mbpsの信号を時間圧縮し、NTSCとPALは約85MbpsでHDTVは約530Mbpsの信号にして短い時間にカメラヘッドからカメラ制御装置に伝送する。ケーブル往復遅延分のガードタイム(GT)後の瞬間、入出力切換え器により切り替えて、短い時間にカメラ制御装置からカメラヘッドの方向に送り返しの映像NTSCとPALは約85MbpsでHDTVは約530Mbpsにして伝送する。本発明の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図2の(a)の遅延短縮圧縮率両立の双方向映像信号に相当する。その結果、NTSCとPALはアナログトライアックスと同等のトライアックスケーブル長の伝送が可能となる。HDTVは、スタジオ用途のトライアックスケーブル長の伝送が可能となる。 【0048】 さらに、プリエンファシス等を用いれば、更に、伝送距離が伸びる。 【0049】 また、トライアックスケーブルだけでなく、通常の同軸ケーブルでも従来より長いケーブルが補正可能となる。 【0050】 10bit4:4:4のHDTV映像信号は従来4000Mbpsの信号となり現在市販のドライバICとイコライザICでは上限3000Mbpsで時分割双方向伝送できなかった。上記(a)の遅延短縮圧縮率両立の様に、タイミングを工夫して、撮像部の符号化時間をH.BLより長く確保すれば、約860Mbpsでスタジオ内を伝送することが可能になる。 【0051】 また、本発明の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図2の(b)の遅延短縮優先の様にしても、LZ法とハフマン法の組合せの可逆の情報源可変長符号化の圧縮率約0.5で、NTSCとPALは104Mbps、HDTVは658Mbpsと情報量を下げることができる。制御部の送り返しの映像信号は、統計型ユニバーサル符号化して、階調8bit、色解像度→4:1:1または4:2:0の情報量削減と合わせ、情報量をNTSCとPALは約31MbpsでHDTVは約198Mbpsと下げることができる。映像信号を時間圧縮し、NTSCとPALは約137MbpsでHDTVは約860Mbpsにの信号にして短い時間に時分割双方向伝送する。本発明の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図2の(b)の遅延短縮優先の双方向映像信号に相当する。その結果、NTSCとPALは広帯域アナログトライアックスと同等のトライアックスケーブル長の伝送が可能となる。HDTVは、スタジオ内のトライアックスケーブル長の伝送が可能となる。 【0052】 さらに、本発明のその他の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図6の(c)の圧縮率優先の様に、タイミングを工夫して、撮像部の符号化時間をH.BLより長く確保すれば、撮像部の主映像信号も統計型ユニバーサル符号化して、情報量と周波数帯域とをNTSCとPALは約52MbpsでHDTVは約329Mbpsに下げることができる。さらに、送り返しの映像信号を遅延の少ない画面内空間圧縮すればNTSCとPALは約20MbpsでHDTVは約100Mbpsのデータ量に削減される。送り返し映像信号は、上記の様に階調8bit、色解像度4:1:1または4:2:0として、さらに伝送レートを0.6に低減でき、NTSCとPALは約12MbpsでHDTVは約60Mbpsのデータ量に削減される。映像信号を時間圧縮し、NTSCとPALは約67MbpsでHDTVは約390Mbpsにの信号にして短い時間に時分割双方向伝送する。図6の(c)の圧縮率優先の双方向映像信号に相当する。その結果、NTSCとPALは長距離アナログトライアックスと同等のトライアックスケーブル長の伝送が可能となる。HDTVは、スタジオ間のトライアックスケーブル長の伝送が可能となる。 【0053】 本発明のさらにその他の1実施例の動作を示すタイミングチャートの図8の(f)の単方向の動作では、可変長符号化時間dtmと可変長復号化時間drmの合計時間がHとG.T合計時間以下と比較的長いので、H.BL期間を圧縮して付加情報を取り除いてから統計型ユニバーサル符号化して、情報を1/4以下に圧縮する。その結果、既設の1500MbpsのHD−SDI用の光トライアックスケーブルまたは同軸ケーブルを用いて、SHDTVの10bit4:2:2映像信号6000Mbpsが伝送できる。また、6000MbpsのSHDTV用ケーブルを用いて、UHDTVの10bit4:2:2映像信号24000Mbpsが伝送できる。可変長符号化が改良され、演算とラインメモリとがさらに高速大容量になり、UHDTVの10bit4:2:2映像信号が、3000Mbps以下に圧縮できれば、3000MbpsのSMPTE−424M用送受ICでも伝送可能となる。 【0054】 または、図8の(g)の単方向遅延短縮優先の動作の動作では、可変長符号化時間dtmと可変長復号化時間drmの合計時間がH.BLの2倍引くG.T時間以下と短いので、H.BL期間を圧縮して付加情報を取り除いてからLZ法とハフマン法の組合せの可逆の情報源可変長符号化して、情報を1/2以下に圧縮する。その結果、既設の1500MbpsのHD−SDI用の光トライアックスケーブルまたは同軸ケーブルを用いて、HDTVの10bit4:4:4映像信号3000Mbpsが伝送できる。 【0055】 以下、本発明の一実施例の遅延短縮圧縮率両立の構成を図1で説明する。図1は、本発明の一実施例のトライアックスカメラシステムの全体構成を示すブロック図であり、撮像部1とトライアックスケーブル2と制御部3で構成している。11は図示していない入射光を結像するためのレンズ部、12はレンズ部11で結像した光を光電変換する撮像素子、13は光電変換された映像信号をデジタル映像信号に変換するA/Dコンバータ、14はデジタル映像信号を所定のレベルに増幅する事や輪郭強調等の処理を施す映像処理部である。15と27とは映像の可逆の情報源可変長符号化を行う符号部でありラインメモリ7と39とともに動作する。16はデジタル映像信号とデジタル音声信号と図示しないCPUデータとを時分割多重化しプリブーストして伝送する切換部、17と24はフイルタ、18と30とはアナログ音声信号をデジタル音声信号に変換するA/Dコンバータ、19と31とはデジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するD/Aコンバータ、22は撮像部1とトライアックスケーブル2とをつなぐ接栓で23はトライアックスケーブル2と制御部3をつなぐ接栓、25は撮像部1で生成された映像信号と制御部3より伝送されてきた外部映像信号の切換を行う切換部、25は副映像信号と撮像部1より伝送されてきた主映像信号の切換を行う切換部、25は時分割で分解し等化してもとのデジタル映像信号とデジタル音声信号とに復調する切換部、6と26は符号化された映像の復号を行う復号部でありラインメモリ7と39とともに動作する。 【0056】 次に本発明の一実施例の遅延短縮圧縮率両立の動作を図1で説明する。撮像部1の撮像素子12は、レンズ部11で結像された入射光を光電変換してデジタル映像信号処理部14に出力する。デジタル映像信号処理部14は、映像信号のレベル増幅や輪郭強調等の処理を施しシリアルデジタル映像信号にする。可変長符号化部15は、ラインメモリ4を用いシリアルデジタル映像信号を水平同期周期で可逆の情報源可変長符号化を行う。切換部17では、シリアルデジタル映像信号とシリアルデジタル音声信号とCPUデータとを時分割多重化しフイルタ17を介して出力する。撮像部1より出力された信号は、トライアックスケーブル2を介して制御部3に入力される。制御部3に入力された信号はフイルタ17を介して、切換部25により時分割分解され等化(イコライズ)され、デジタル映像信号とデジタル音声信号とに分離される。可変長復号部26は、ラインメモリ7を用いて分離されたデジタル映像信号を可逆の可変長復号化してシリアルデジタル映像信号出力にする。又、切換部25からは図示しないCPUデータも再生される。さらに、デジタル音声信号はシリアルデジタル映像信号出力内に多重されても良い。 【0057】 次に、本発明の他の一実施例の圧縮率優先のワイヤレスカメラの具体的特性について本発明の一実施例の動作を示すタイミングチャートの図2を用いて説明してから、本発明の他の一実施例のワイヤレスカメラシステムの全体構成を示すブロック図の図5を用いて本発明の他の一実施例の全体構成と動作とを説明する。 【0058】 デジタル変調の方法は多値,QAM,OFDM等あるが、ここではQAMで実施例を説明する。 【0059】 電波法の18MHz帯域では現在の技術ではロールオフ0.78で16QAMで約41Mbps、64QAMで約81Mbps、256QAMで約160Mbps、1024QAMで約320Mbps、4096QAMで約640Mbps、16384QAMで約1200Mbpsが伝送可能であり、デジタルフィルタ等が改良されればロールオフが減少し、現行の1.78倍の理論限界に近い高速伝送が可能となる。 【0060】 雑音のある伝送では、誤り訂正が必要でリードソロモン訂正符号とすれば、約10%伝送レートが増加するが、ターボ符号やLDPC(Low Density Parity Check-matrix) 符号とすれば、伝送レート増加は数%で誤り率1x10−2を誤り率約1x10−12に訂正できるので、伝送レート増加は実用上無視できる。 【0061】 LZ法とハフマン法の組合せの可逆の情報源可変長符号化の圧縮率約0.5では図2の(b)遅延短縮優先の動作となり、NTSC約137Mbpsは現在のQAM伝送技術の約160Mbpsの256QAMが必要である。同様にHDTV約860Mbpsでは現在のQAM伝送技術とによれば約1200Mbpsの16384QAMが必要であるが、デジタルフィルタ等が改良されればロールオフが減少し4096QAMで伝送可能となる。 【0062】 さらに、デジタル変調の演算量は可逆の情報源可変長符号化より多いので、符号化演算とメモリの消費電力と実装面積は許容できる。そこで、映像信号を圧縮率約0.25の統計型ユニバーサル符号化すれば図2の(a)遅延圧縮率両立の動作となり、NTSCとPALの約85Mbpsは現在のQAM伝送技術で約160Mbpsの256QAMが必要であるが、デジタルフィルタ等の少改良でロールオフが5%減少すれば64QAMで伝送可能となる。映像信号を圧縮率約0.25の統計型ユニバーサル符号化すれば、HDTV約530Mbpsは現在の1024QAM伝送技術約320Mbpsを改良すれば、伝送可能となる。無線伝搬状況の劣化または接続同軸ケーブル長等の伝搬状況の劣化に比例して、主映像信号の伝送に階調制限と解像度制限とを可変しても良い。 【0063】 また、図10の(h)圧縮率と低電力優先の動作の様に、符号化時間dtmと復号化時間drmの合計時間がSDTVで約98μS、HDTVで約45μSとすれば、図2の(a)動作のSDTVで約34μS、HDTVで約15μSより約3倍長く、演算速度と電力が約1/3となり、演算量が多い可逆圧縮の製品化が容易になる。 【0064】 18MHz帯域から半減した9MHz帯域では、18MHz帯域での4倍のQAMを用いれば伝送可能となる。 【0065】 したがって、本発明によれば、ワイヤレスカメラでは電波法で定める帯域で伝送できるため、移動体への伝搬が安定な、搬送周波数約800MHz等のUHFまたは約7GHz等のSHFが使用できる。 【0066】 次に情報量削減を優先した本発明の他の一実施例のワイヤレスカメラ本発明の他の一実施例を図5を用いて説明する。図5は、本発明の他の一実施例のワイヤレスカメラシステムの全体構成を示すブロック図であり、撮像部49と伝送空間50と制御部51で構成している。図1との相違は、トライアックスケーブル2が伝送空間50に、切換部16,25と多重部20,21、32,33とが変調部41,48と復調部42,47とに、フィルタ17、24が周波数の異なるフィルタ43、46に、接栓22,23がアンテナ44、45に入れ替わったことであり、従来の技術の図3と同様の空間符号化部53,55とフレームメモリ54,55が追加され、また映像信号入出力をアナログにするため、DAC36、37とADC38が追加されたことであり、他は図1と同等である。 【0067】 撮像部の映像信号と音声信号とは変調部41で搬送波に変調され、フィルタ43とアンテナ44から伝送空間7を介してアンテナ45に送信され、フィルタ43を介して復調部47で映像信号と音声信号に復調される。 【0068】 制御部に入力された映像信号と音声信号とは変調部48で搬送波に変調され、フィルタ46とアンテナ45から伝送空間7を介してアンテナ44に送信され、フィルタ43を介して復調部42で映像信号と音声信号に復調される。 【図面の簡単な説明】 【0069】 【図1】本発明の一実施例のトライアックスカメラシステムの全体構成を示すブロック図 【図2】本発明の一実施例の動作を示すタイミングチャート 【図3】従来のトライアックスカメラシステムの全体構成を示すブロック図 【図4】従来の動作を示すタイミングチャート 【図5】本発明の他の一実施例のワイヤレスカメラシステムの全体構成を示すブロック図 【図6】本発明の他の一実施例の動作を示すタイミングチャート 【図7】本発明の別の他の一実施例の動作を示すタイミングチャート 【図8】本発明のさらに別の他の一実施例の動作を示すタイミングチャート 【図9】本発明の一実施例の符号部と復号部の構成を示すブロック図(ア)可変長符合復号、(イ)予測符号復号、(ウ)差分と可変長直列符号復号、(エ)差分と可変長並列符号復号、(オ)予測と可変長並列符号復号 【図10】本発明のまた別の他の一実施例の動作を示すタイミングチャート 【符号の説明】 【0070】 1,49:撮像部、2:トライアックスケーブル、3,51:制御部、 4,5,7,8,36,62,63:ラインメモリ、 54,55:フレームメモリ 11:レンズ部、12:撮像素子、35:映像表示部 13,18,30,38:A/Dコンバータ(ADC)、 9、66:可逆符号部(差分符号化または予測符号化または情報源可変長符号化の少なくとも一つの可逆符号化部または準可逆符号化部) 10、67:可逆復号部(差分復号化または予測復号化または情報源可変長復号化の少なくとも一つの可逆復号化部または準可逆復号化部) 14:映像信号処理部、15、27:可変長符号部、6,26:可変長復号部、 58:予測符号部、59:予測復号部、60:差分符号部、61:差分復号部、 64,65:判定部、 16,25:切換部、17,24,43,46:フィルタ、22,23:接栓、 19,31,37:D/Aコンバータ(DAC)、39、40:増幅器、 20,21、32,33:多重部、54:空間符号部、55:空間復号部、 41,48:変調部、42,47:復調部、44,45:アンテナ 50:伝送空間
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| 【出願人】 |
【識別番号】000001122 【氏名又は名称】株式会社日立国際電気
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| 【出願日】 |
平成19年7月12日(2007.7.12) |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開2008−48391(P2008−48391A) |
| 【公開日】 |
平成20年2月28日(2008.2.28) |
| 【出願番号】 |
特願2007−183171(P2007−183171) |
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