JP2005151485A - 映像信号符号化装置および映像信号記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
複数チャンネルの映像を入力し、圧縮符号化して媒体に記録する際、符号化量の変動を抑えることにより記録媒体に対する総記録時間を一定化させる装置を提供すること。
【解決手段】
入力された複数チャンネルの映像信号を１系統の映像信号に変換し、チャンネル毎に所定のフレーム数単位で並び替え、所定のフレーム数単位で圧縮符号化する。符号化する際の符号化パラメータを１ＧＯＰ単位で取得し、当該チャンネルの次の１ＧＯＰ単位の映像の圧縮符号化に利用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のカメラなどからの画像信号を好適に圧縮符号化する映像信号符号化装置および圧縮符号化した映像信号を記録媒体に記録する映像信号記録装置に関する。

ビデオカメラを用いた防犯・警備用監視システムにおいて、複数のカメラを１台の記録装置に接続し、多地点の監視を同時に行えるよう構成されることが多い。その際記録装置は、複数の映像を同時に記録しようとすると、記録容量はカメラ数に比例して増大し、高価な装置となる。そこで、複数のカメラ映像をフレーム毎に順次切り替え、時系列に並べて記録を行う方式が知られている（例えば特許文献１）。これによれば、カメラ１台当りの記録レートは低下するが、記録媒体の容量を増大させることがなく、また、長時間記録も可能とする。

特開２００１−１０３４７１号公報

上記従来の技術では、フレーム相関のない他のカメラ映像による影響を抑圧でき、不所望な画質劣化や発生符号量の変動防止に効果がある。しかし、固定ビットレートによる圧縮を用いた場合においても、ＭＰＥＧ圧縮の特性上、絵柄の細かさや映像の動き量によりある程度の変動は避けられず、必ずしも目標とする符号量が得られない場合がある。言い換えれば、実際の映像においては、１グループ・オブ・ピクチャ（以下ＧＯＰと記す）内で完結するレート制御だけでは吸収しきれない場合があり、特に少ないフレーム数でＧＯＰを構成する場合や応答速度を低めに設定している場合などに変動が大きい。また、長時間同じ画角で使用される監視用途においては、特定のカメラ（チャンネル）が定常的に高めのビットレートで送出される可能性があり、総記録時間の誤差が避けられない。

本発明の目的は、上記課題を解決し、符号化量の変動を抑えることにより記録媒体に対する総記録時間を一定化させることにある。

上記課題を解決するために、１ＧＯＰ分の圧縮符号化毎にレートもしくは発生符号量に関する符号化パラメータを取得し、次に当該チャンネルの圧縮符号化する際に利用するようにした。

また上記課題を解決するために、当該チャンネル毎に過去の発生符号量の平均値を求め、これよりＧＯＰまたはピクチャ単位の発生符号量目標値を設定して制御するようにした。

この構成によれば、複数の画像信号を入力した際に、符号化量の安定化を図り、よって記録媒体に対する総記録時間を一定化させる。

本発明によれば、媒体への記録時間の誤差が少なく使い勝手の良い映像信号圧縮装置および記録装置を提供できる。

複数の画像信号を入力した際に、記録媒体に対する総記録時間を一定化させるという目的を、符号化量の変動を抑えるように制御することで実現した。

本発明の第１の実施例を図１〜図６を用いて説明する。
図１は、本発明による映像信号符号化装置および記録装置の全体ブロック図である。図２は、図１の要部の詳細な構成を示すブロック図である。また、図３と図４は、各ブロックにおける信号処理を模式的に示したものである。１０１ａ〜ｄはそれぞれ映像入力用のカメラ（ここでは４チャンネルの場合を示す）、１０２は多入力選択／順次化手段、１０３はチャンネル振分け／並替え手段、１０４は画像圧縮／符号化手段、１０５はシステム制御用ＣＰＵ、１０６は記録手段である。

カメラ１０１ａ〜１０１ｄは、各々異なる地点を映像監視できるよう設置されている。各カメラから夫々所定のフレームレート（例えばＮＴＳＣ規格では３０ｆｐｓ）で映像信号が出力され、多入力選択／順次化手段１０２に入力される。多入力選択／順次化手段１０２は、制御用ＣＰＵ１０５の指示により、図２に示すようにフレーム周期でいずれかのチャンネルの信号を選択し１系統の信号に変換して出力する。

図３は、この時の多入力選択／順次化手段１０２の入出力例を示したものである。カメラ１０１ａ〜ｄから入力される４チャンネルのフレーム映像（ａ）〜（ｄ）は順次スイッチングされ、順次化された１チャンネルの映像（ｅ）として出力される。なお、図面中「−」記号を添えた入力フレームは、多入力選択／順次化手段にて間引かれるフレームである。また図３においては、Ｃｈ−Ａ〜Ｃｈ−Ｄを順番に等間隔で切替えた例を示したが、チャンネル毎に適宜切替え間隔を変えても良い。

多入力選択／順次化手段１０２にて順次化された複数チャンネルの映像信号データは、チャンネル振分け／並替え手段１０３に入力される。チャンネル振分け／並替え手段１０３は、メモリ、書込み制御手段、読出し制御手段で構成される。

図４は、チャンネル振分け／並替え手段１０３の信号処理を示したものである。順次化された複数チャンネルの映像信号データは、チャンネル毎に割り当てたアドレス領域の夫々にチャンネル別に格納される（図４（ａ）→（ｂ））。ここで制御用ＣＰＵ１０５は、順次化手段１０２のチャンネル選択制御に同期して、書き込む映像チャンネルの認識及び格納先の領域選択等の制御を行う。

また制御用ＣＰＵ１０５は、前記メモリ内に格納された映像信号（データ）を、チャンネル毎に１符号化単位のフレーム数づつ読出し、画像圧縮／符号化手段１０４へ入力する（図４（ｂ）→（ｃ））。図４では簡単のために１符号化単位（ＧＯＰ）を６フレーム構成として示したが、用途やシステムの構成に合わせフレーム数は適宜設定されるものである。画像圧縮／符号化手段１０４は、ＭＰＥＧ等の手法により入力データの圧縮／符号化を行い、符号化データ列（ビットストリーム）を生成し出力する。ビットストリームは、記録手段１０６にて記録媒体に記録される。あるいは、ビットストリームは、伸長／復号化手段や外部装置へ送出することもできる。

圧縮／符号化手段１０４では、圧縮／符号化の際、制御用ＣＰＵ１０５により予め指定された目標符号量を満たすよう発生符号量を調整するいわゆるビットレート制御を行う。なお、以下のビットレート制御に関しては、特に明記しない限りＭＰＥＧ２／ＴＭ５規格に準拠した制御およびこれを実現するための構成がなされているものとする。ここで圧縮／符号化手段１０４は、順次化された複数チャンネルの画像を扱うために、隣接する異なるチャンネルのＧＯＰ間ではビットレート制御が継承されないように構成されている。

図５は、圧縮／符号化における同一チャンネルのＧＯＰ間の符号化パラメータの相関を示す。制御用ＣＰＵ１０５は、１ＧＯＰ符号化完了毎にその時点の内部状態パラメータ（例えば量子化スケールＱ、発生符号量Ｓ、画像の複雑さＸ、仮想バッファ占有量ｄなど）を取得し、チャンネル毎に保持し、次に当該チャンネルの圧縮／符号化を開始する際に圧縮／符号化手段に供給することにより、擬似的に各チャンネル単位で連続映像と等価な符号化状態となるようにしている。これにより非隣接の同一チャンネルＧＯＰ間相関が有効となる。

図６は、前記相関の効果を模式的に示したものであり、横軸は時間（フレーム数）、縦軸は符号量である。また説明の簡略化のため、順次化された複数チャンネル中の１チャンネル（図ではＡ−ｃｈ）のみを表記している。圧縮／符号化手段は上述のビットレート制御により、発生符号量（Ｓ）の平均値（Ｓ_ＡＶ）が点線に示す指定された目標符号量（Ｓ_Ｔ）と等しくなるようピクチャごとに符号量を調節する。

図６（ｂ）は、単純なＧＯＰ完結のビットレート制御を行う従来の動作例である。上述のように細かい模様の多い画像や動きの激しさの度合いが特に強い場合などには、ＧＯＰ内では平均発生符号量（Ｓ_ＡＶ）を目標値（Ｓ_Ｔ）にまで制御しきれないことを示している。またビットレート制御を行うに当たり、画質の急激な劣化や過補正・発振を防止するため所定の時定数が設けられるが、符号量（Ｓ）の傾きがこれに相当する。このように先行する前のＧＯＰの結果とは無関係に、当該画像の素性だけで発生符号量が決まるため各ＧＯＰ同様の結果となり、定常的に発生符号量の平均値（Ｓ_ＡＶ）は高めとなる。

これに対して本実施例では、図６（ｃ）のように初期段階での発生符号量の平均値は高めであるが、符号化を完了したＧＯＰまたはピクチャの状態が符号化パラメータとして次に引き継がれる。２番目以降のＧＯＰは徐々に前のＧＯＰに比してその発生符号量の平均値（Ｓ_ＡＶ）は低下し、発生符号量の平均値（Ｓ_ＡＶ）が目標符号量（Ｓ_Ｔ）に収束する。

以上述べたように本実施例によれば、複数チャンネルの映像入力を単一の圧縮／符号化手段にて処理する装置において、同一チャンネル内の相関を保持しつつ、隣接する他のチャンネルの影響をキャンセルできるので、他のチャンネルの画質に影響を与えることなく効率的な符号化が達成できる。またこれにより各チャンネルの発生符号量が安定化されるので、記録時間の予測精度が向上する。

上述の実施例では、チャンネル振分け／並替え手段はチャンネル毎に格納領域を割り付けるように構成しているが、入力順に連続格納していき、この時格納先のアドレス値を記憶しておくようにし、読み出す際に前記記憶された格納先アドレス値を参照しながら読み出す事により、読出しの段階で振分け／並替えを実現するようにしても良い。

次に、第２の実施例について図７を用いて説明する。全体の構成は図１に示した第１の実施例と共通であるが、画像圧縮／符号化部１０４とシステム制御用ＣＰＵ１０５との間で送受されるデータの内容及び該制御用ＣＰＵでの処理内容が異なる。本実施例では、ＧＯＰの符号化完了毎にＧＯＰの発生符号量を画像圧縮／符号化部から読み出し、所定の期間、例えばｎＧＯＰ分を積算して平均符号量（Ｓ_ＡＶ）を求めると同時に、目標とするビットレートに相当する符号量（Ｓ_Ｔａｒ：総合的な目標値）と比較する。この比較結果に応じて、目標符号量＞平均符号量なら大きめのＧＯＰまたはピクチャ単位の局所的発生符号量目標値（Ｔ_ｒｅｆ）を前記画像圧縮／符号化部に設定し、目標符号量＜平均符号量なら小さめの該ＧＯＰまたはピクチャ単位の局所的発生符号量目標値（Ｔ_ｒｅｆ）を該画像圧縮／符号化部に設定するようにする。すなわち、補正目標符号量を画像圧縮／符号化部に対して指定しなおすことにより該総合的な目標値が所望の値となるようにする。その際、前記の両符号量の差分に感度係数（Ｋ）を掛けたものを補正量とする。

Ｔ_ｒｅｆ＝Ｓ_Ｔａｒ−Ｋ×（Ｓ_ＡＶ−Ｓ_Ｔａｒ） ・・・・・（式１）
尚、前記補正目標符号量Ｔ_ｒｅｆを指定するタイミングは、当該チャンネルの符号化処理開始と同期して行う。

本第２実施例においても、前記第１実施例と同様に、複数チャンネルの映像入力を単一の圧縮／符号化手段にて処理する装置において、チャンネルごとに長周期のビットレート制御が実現できるので、別のチャンネルの画質に影響を与えることなく効率的な符号化および記録時間の予測精度向上が達成できる。また本実施例によれば、時定数や感度等の特性の管理を制御用ＣＰＵに一元化出来るので、前記諸特性の変更が容易となる。

以上インターピクチャ（フレーム間予測符号化、ＰまたはＢピクチャ）を用いる場合について述べたが、イントラピクチャ（フレーム内予測符号化、Ｉピクチャ）のみの構成の場合についても適応可能である。この場合には１０３のチャンネル振分け／並替え手段を用いない構成も可能となる。

本発明は、監視場所、画角、監視対象の様態（絵柄の細かさ、動きの大小）の影響を受け難く、総記録時間の変動が少ない監視装置に適用できる。また、帯域変動の少ない画像配信装置に適用できる。その際、予想記録時間の表示などに適用しても誤差が少ない。

本発明による映像信号符号化装置および記録装置の第１の実施例を示す全体ブロック図。 図１に示す実施例の要部の詳細な構成を示すブロック図。 図１に示す実施例の信号処理を示す模式図。 図１に示す実施例の信号処理を示す模式図。 図１に示す実施例の信号処理を示す模式図。 図１に示す実施例の信号処理を示す模式図。 本発明による映像信号符号化装置の第２の実施例における信号処理を示す模式図。

符号の説明

１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ…カメラ
１０２…多入力選択／順次化手段（フレームスイッチ／マルチプレクサ）
１０３…チャンネル振分け／並替え手段（フレームメモリ）
１０４…画像圧縮／符号化手段
１０５…システム制御用ＣＰＵ
１０６…記録手段

Claims (9)

1. 入力された複数チャンネルの映像信号をフレームに同期してチャンネルを選択し、１系統の映像信号に変換する選択手段と、
   前記１系統の映像信号をチャンネル毎に所定のフレーム数単位で並び替える並び替え手段と、
   前記並び替えた映像信号を所定のフレーム数単位で圧縮符号化する符号化手段と、
   前記符号化手段を制御する制御手段を有してなり、
   前記制御手段は前記符号化手段にて圧縮符号化された映像信号の符号量が所定値となるように制御することを特徴とする映像信号符号化装置。
2. 前記制御手段は、前記符号化手段で用いられた符号化パラメータを１ＧＯＰ（グループ・オブ・ピクチャ）単位で取得し、該符号化パラメータを当該チャンネルの次の１ＧＯＰ単位の映像の圧縮符号化に利用することを特徴とする請求項１に記載の映像信号符号化装置。
3. 前記符号化パラメータは、画像の複雑さ、発生符号量、量子化スケール、ピクチャタイプ毎の量子化スケール比率、仮想バッファ占有量の少なくとも１つに関する情報であることを特徴とする請求項２に記載の映像信号符号化装置。
4. 前記制御手段は、前記符号化手段で圧縮符号化された映像信号の発生符号量を１ＧＯＰ（グループ・オブ・ピクチャ）単位で取得し、該発生符号量の過去の平均値からＧＯＰまたはピクチャ単位の発生符号量目標値を設定して制御することを特徴とする請求項１に記載の映像信号符号化装置。
5. 前記選択手段において、各チャンネルが選択されるフレーム間隔は適宜変更可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の映像信号符号化装置。
6. 前記並び替え手段で並び替える際の単位とするフレーム数と、前記符号化手段で圧縮符号化する際の単位とするフレーム数とは相等しく、かつ適宜変更可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の映像信号符号化装置。
7. 入力された複数チャンネルの映像信号をフレームに同期してチャンネルを選択し、１系統の映像信号に変換する選択手段と、
   前記１系統の映像信号をチャンネル毎に所定のフレーム数単位で並び替える並び替え手段と、
   前記並び替えた映像信号を所定のフレーム数単位で圧縮符号化する符号化手段と、
   前記符号化手段を制御する制御手段と、
   前記圧縮符号化された映像信号を媒体に記録する記録手段を有してなり、
   前記制御手段は前記符号化手段にて圧縮符号化された映像信号の符号量が所定値となるように制御することを特徴とする映像信号記録装置。
8. 前記制御手段は、前記符号化手段で用いられた符号化パラメータを１ＧＯＰ（グループ・オブ・ピクチャ）単位で取得し、該符号化パラメータを当該チャンネルの次の１ＧＯＰ単位の映像の圧縮符号化に利用することを特徴とする請求項７に記載の映像信号記録装置。
9. 前記符号化パラメータは、画像の複雑さ、発生符号量、量子化スケール、ピクチャタイプ毎の量子化スケール比率、仮想バッファ占有量の少なくとも１つに関する情報であることを特徴とする請求項８に記載の映像信号記録装置。

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