JP2005184419A - 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、符号化量を減らしても動きの少ない部分の映像を改善し、記録媒体に対して長時間記録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。画質設定の際は、符号化する際に基準画像の符号量を一定とし、差分画像の符号量を変更するようにする。
【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、さらにカメラ毎に並び替えた所定のフレーム数単位で圧縮符号化を行い、符号化した信号を記録媒体に記録する方式が知られている。これによれば、フレーム相関を使用できるのでカメラ１台当りの記録レートを低下することができ、記録媒体の容量を増大させることなく長時間記録を可能とすることができる。（例えば、特許文献１参照）

特開２００１−１０３４７１号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の従来技術では、より長時間の記録を行うために
記録レートを低くする場合、全フレームの圧縮率を高くする方法をとる為、基準画像の圧縮率が高くなる。そして、長時間同じ画角で使用し、動きの少ない画像を記録することが多い監視用途において、基準画像の圧縮率が高くなることによる動きの少ない部分における画質への影響については記載されていない。
本発明の目的は、基準画像の符号量を一定とし、差分画像の符号量を変更するようにすることにより、基準画像の画質を確保するとともに平均の符号量を減らすことができるので、上記課題を解決し、より長時間の記録においても、動きの少ないときの画質を改善することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、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、この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、並び替えた映像信号を1枚の基準画像と1枚以上の差分画像で構成された所定のフレーム数単位で圧縮符号化する符号化手段と、この符号化手段で圧縮符号化される基準画像及び差分画像の符号量を目標値となるように制御する制御手段とを具備し、この基準画像と前記差分画像の符号量の目標値の組合せを複数有し、画質設定時に目標値の組合せを利用して画質設定するように、映像信号符号化装置を構成した。これにより、画質設定時に符号量を選択できるので、カメラ画像の状況により画質と記録時間を選択できる。例えば、動きの少ないカメラ画像は、符号量を小さくし、長時間記録を可能とできる。

さらに、この目標値の組合せのための組合せテーブルを有し、この組合せテーブルは基準画像の符号量の目標値が一定で、差分画像の符号量の目標値が画質の設定により変化するように構成されている。これにより、低画質設定を変更した場合、基準画像の符号量を一定とし、差分画像の符号量を小さくするようにすることで、全体の記録レートを低くできるようにしたので、低画質の設定時にも基準画像の画質を確保するとともに長時間記録を実現でき、動きの少ないカメラ画像の画質を改善することができる。
さらに、入力されるチャンネル毎に、画質設定が選べるように構成した。これにより、チャンネル毎の画質が設定でき、カメラの設置場所の状況により画質を変えることができる。例えば、動きの多い映像が入力されるカメラと動きの少ない映像が入力されるカメラとが混在する場合は、動きの少ない映像が入力されるカメラのチャンネルのみを低い画質に設定することで、より長時間の記録を行うことができる効果がある。
さらに、各チャンネルで符号化される映像信号のフレーム間隔は適宜変更可能であり、フレーム間隔に応じて画質設定を変更するように構成した。これにより、フレーム間隔が広く設定されたチャンネルの画質を高く設定することにより、フレーム間隔が狭い場合に比べて動きが多くなりがちなフレーム間隔が広いチャンネルの画質を改善できる。

第２の発明では、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、この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、並び替えた映像信号を１枚の基準画像と1枚以上の差分画像で構成された所定のフレーム数単位で圧縮符号化する符号化手段と、この符号化手段にて圧縮符号化される基準画像及び差分画像の符号量を目標値となるように制御する制御手段と、圧縮符号化された映像信号を媒体に記録する記録手段とを具備し、この基準画像と差分画像の符号量の目標値の組合せを複数有し、画質設定時にこの目標値の組合せを利用して画質設定するように、映像信号記録装置を構成した。これにより、画質設定時に符号量を選択できるので、カメラ画像の状況により画質と記録時間を選択可能な映像信号記録装置ができる。例えば、動きの少ないカメラ画像は、符号量を小さくし、長時間記録を可能とできる。

さらに、この目標値の組合せのための組合せテーブルを有し、組合せテーブルは基準画像の符号量の目標値を一定とし、差分画像の符号量の目標値を画質の設定により変化させるように構成されている。これにより、低画質設定を変更した場合、基準画像の符号量を一定とし、差分画像の符号量を小さくするようにすることで、全体の記録レートを低くできるようにしたので、低画質の設定時にも基準画像の画質を確保するとともに長時間記録を実現でき、動きの少ないカメラ画像の画質を改善可能な映像信号記録装置ができる。
さらに、入力されるチャンネル毎に、画質設定が選べるように構成した。これにより、チャンネル毎の画質が設定でき、カメラの設置場所の状況により画質を変更可能な映像信号記録装置ができる。
さらに、各チャンネルで符号化される映像信号のフレーム間隔は適宜変更可能であり、フレーム間隔に応じて画質設定を変更するように構成した。これにより、フレーム間隔が広く設定されたチャンネルの画質を高く設定することにより、フレーム間隔が狭い場合に比べて動きが多くなりがちなフレーム間隔が広いチャンネルの画質を改善可能な映像信号記録装置ができる。
本発明によれば、より長時間の記録を行うために画質を低くした場合でも、動きの少ないカメラ映像に対する画質を改善することができる。
また、動きの多い映像が入力されるカメラと動きの少ない映像が入力されるカメラとが混在する場合は、動きの少ない映像が入力されるカメラのチャンネルのみを低い画質に設定することで、より長時間の記録を行うことができる。
また、フレーム間隔が広く設定されたチャンネルの画質を高く設定することにより、フレーム間隔が狭い場合に比べて動きが多くなりがちなフレーム間隔が広いチャンネルの画質を改善できる。

以上説明したように、本発明によれば監視システムにおいて、長時間の記録においてもより高画質で記録できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明による一実施例であ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から図５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ｃｈ−Ａ〜ｃｈ−Ｄの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はフレームスイッチ／マルチプレクサで構成される多入力選択／順次化手段、１０３はフレームメモリで構成されるチャンネル振分け／並び替え手段、１０４は画像圧縮／符号化手段、１０５はシステム制御用マイコン、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（ｆｒａｍｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）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、制御用マイコン１０５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。このように１系統で出力することにより、多入力選択／順次化手段１０２とチャンネル振分け／並び替え手段１０３を接続する部分の回路規模を小さくすることができる。

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。図３（ａ）はｃｈ−Ａのカメラ１０１ａから入力されるレーム映像を示し、Ａ１、ａ−、ａ−、ａ−、Ａ２、ａ−、ａ−・・・と所定のフレームレートで入力されている。同様に図３（ｂ）はｃｈ−Ｂのカメラ１０１ｂ、図３（ｃ）はｃｈ−Ｃのカメラ１０１ｃ、図３（ｄ）はｃｈ−Ｄのカメラ１０１ｄのフレーム映像をそれぞれ示している。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（図３（ａ）〜図３（ｄ））は順次スイッチングされ、順次化された１チャンネルのフレーム映像である図３（ｅ）として出力される。フレーム映像の図３（ｅ）としては「Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ａ２、Ｂ２・・・」と４チャンネルのフレーム映像を順次出力する。なお、図面中「ａ−、ｂ−」等の「−」記号を添えた入力フレームは、多入力選択／順次化手段１０２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のカメラ１０１ａ〜Ｃｈ−Ｄのカメラ１０１ｄを順番に等間隔で切替えた例を示したが、図３（ｅ）が３０ｆｐｓを超えない範囲でチャンネル毎に適宜切替え間隔を変えても良い。これにより、フレーム間隔が広く設定されたチャンネルの画質を高く設定することにより、フレーム間隔が狭い場合に比べて動きが多くなりがちなフレーム間隔が広いチャンネルの画質を改善できる。

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／並び替え手段１０３に入力される。チャンネル振分け／並び替え手段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／並び替え手段１０３の信号処理を示したものである。上記多入力選択／順次化手段１０２で１チャンネルに順次化され出力されたフレーム映像図３（ｅ）は、映像信号データ図４（ａ）として入力され、チャンネル毎に割り当てたメモリの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）→図４（ｂ））。

すなわち、ｃｈ−Ａのカメラ１０１ａからのフレーム映像「Ａ１、Ａ２、・・・」はｃｈ−Ａ用のアドレス領域へ格納される。同様にｃｈ−Ｂのカメラ１０１ｂ〜ｃｈ−Ｄのカメラ１０１ｄからのフレーム映像「Ｂ１、Ｂ２、・・・」「Ｃ１、Ｃ２、・・・」「Ｄ１、Ｄ２、・・・」はｃｈ−Ｂ〜ｃｈ−Ｄ用のそれぞれのアドレス領域へ格納される。ここで制御用マイコン１０５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。
また制御用マイコン１０５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）→図４（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（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）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。

画像圧縮／符号化手段１０４では、圧縮／符号化の際、各ＧＯＰの１枚目をフレーム内で圧縮符号化した基準画像、２枚目から６枚目までを直前の画像との差分をフレーム内圧縮符号化した差分画像とし、制御用マイコン１０５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、フレーム映像が隣接するチャンネルの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。すなわち、図４（ｃ）で６フレームを１ＧＯＰとしたＡ１−６、Ａ７−１２間では圧縮／符号化処理を行い、Ａ１−６とＢ１−６等のチャンネルが違うＧＯＰとの間では圧縮／符号化の処理は行わないように構成されている。

図５は、画像圧縮／符号化手段１０４における同一チャンネルのＧＯＰ間の符号量の目標値の相関を示す。制御用マイコン１０５は、１ＧＯＰ符号化完了毎にその時点の基準画像と差分画像の符号量の目標値を取得し、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画像圧縮／符号化手段１０４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。このように、チャンネル間で異なる符号量の目標値を設定し、互いのチャンネルのＧＯＰ間では継承されないようにすることにより、チャンネル毎に異なる画質を設定することができるようになる。

ここで、画質設定について、図１を用いて説明する。本映像信号符号化装置および記録装置の入力手段（表示せず）を用い、メニュー機能により、接続するカメラ数（チャンネル数）と各カメラ毎に画質（高画質、標準画質、低画質）とフレーム数を選択し、設定する。画質が設定されると、予め記憶してある複数の基準画像と差分画像の符号量の目標値である画質設定値の組合せから、制御用マイコン１０５は、設定した画質に対応する基準画像と差分画像の目標符号量を取得し、画像圧縮／符号化手段１０４に対するビットレート制御を変更する。

次に、画質設定値の詳細を説明する。
まず、従来技術における画質設定値について説明する。図６は、従来技術における画質設定値の例である。ここでは、何れの画質設定においても、基準画像の符号量に対して差分画像の符号量が１／２になるように目標値を設定している。画質毎に基準画像の符号量の目標値を変化させ、それに対する差分画像も変化するのでＧＯＰ当りの平均符号量も変化する。すなわち、高画質の設定では画質アップのため基準画像の符号量の目標値を５０．０ｋＢとしているので差分画像は１／２の２５．０ｋＢ、ＧＯＰ当りの平均符号量は２９．２ｋＢとなり、記録時間は標準画質比０．７倍、低画質の設定では基準画像の符号量の目標値を２０．０ｋＢとしているので差分画像は１／２の１０．０ｋＢ、ＧＯＰ当りの平均符号量は１１．７ｋＢとなり、記録時間は標準画質比１．７倍となる。しかしながら、低画質の設定では、基準画像の符号量の目標値が２０．０ｋＢと低く設定してあるため、動きの少ないカメラ画像の時でも基準画像の符号量が低く、低画質となってしまっていた。

図７は、本発明における画質設定値の例である。ここでは、各画質設定の基準画像は何れも同じ符号量とし、差分画像の符号量によって画質を変更するように目標値を設定している。例えば、低画質の設定では、基準画像の符号量の目標値を４０．０ｋＢとし、差分画像の符号量の目標値を６．５ｋＢとして標準画質の差分画像よりも小さく設定することにより、１ＧＯＰ当りの平均符号量を少なくし、動きが少ないカメラ画像であれば、より長時間の記録ができるようにしている。また、高画質の設定では、基準画像の符号量の目標値を４０．０ｋＢとし、差分画像の符号量の目標値を２６．５ｋＢとして標準画質の差分画像よりも大きく設定することにより、動きのある部分での画質を改善している。このように、低画質の設定では図６に示した従来技術と比べて、１ＧＯＰ当りの平均符号量を同程度とし、長時間記録を確保しながら、基準画像の符号量を大きくすることで動きが少ないカメラ画像の画質を向上することができる。

図８は、本発明における画質設定と記録フレーム間隔の例である。記録フレーム間隔が広くなると、相対的に大きく動いたのと同等であり、逆に記録フレーム間隔が狭くなると、相対的に小さく動いたのと同等になることを考慮し、差分画像の符号量を一部変更するようにしている。ユーザーの操作により、高画質に設定した場合でも、記録フレーム間隔が０.１秒の時は、差分画像の符号量を本来の高画質時の符号量２６．５ｋＢよりも少なめの２１．５ｋＢになるように制御用マイコン１０５で自動的に設定することで、画質を維持しつつより記録時間を長くすることが可能となる。また、低画質に設定した場合でも、記録フレーム間隔が２.０秒又は３.０秒の時は、差分画像の符号量を本来の低画質時の符号量６．５ｋＢよりも多めの１１．５ｋＢになるように制御用マイコン１０５で自動的に設定することで、記録時間を長くしつつ画質の劣化を抑えることが可能となる。

以上は、画質設定を３種類、記録フレーム間隔設定を５種類としているが、もっと増やすと自由度が増し、ユーザーが所望する画質と記録時間を得やすくなる。
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、基準画像の符号量は一定としても、差分画像の符号量を小さくすることにより、全体の記録レートを低くすることができるため、動きの少ないチャンネルに低い画質を設定して、より長時間の記録を行うようにした場合でも、画質を改善することができる。また、記録のフレーム間隔を広く設定した場合は、差分画像の符号量を多めにすることで、記録時間を長くしつつ画質の劣化を抑えることができる。
尚、本実施例では入力が４チャンネルの場合で説明したが、接続するカメラはこの数に限定されるものではない。例えば、カメラ１台の１チャンネルでも、カメラ５台以上の場合でも本発明は有効である。

本発明は、監視対象の動きが少ない場合において、より高画質を維持することができ、長時間の記録を行う監視装置に適用できる。

本発明の一実施例による映像信号符号化装置および記録装置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に示す実施例の従来技術における画質設定値の例。 図１に示す実施例における画質設定値の例。 図１に示す実施例の本発明における画質設定と記録フレーム間隔の例。

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／並び替え手段（フレームメモリ）
１０４…画像圧縮／符号化手段
１０５…システム制御用マイコン
１０６…記録手段

Claims (8)

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、前記符号化手段で圧縮符号化される基準画像と差分画像の符号量を目標値となるように制御する制御手段とを具備し、
   前記基準画像と前記差分画像の符号量の目標値の組合せを複数有し、画質設定時に前記目標値の組合せを利用して画質設定することを特徴とする映像信号符号化装置。
2. 前記目標値の組合せのための組合せテーブルを有し、前記組合せテーブルは前記基準画像の符号量の目標値が一定で、前記差分画像の符号量の目標値が画質の設定により変化するように構成されてい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. 入力されるチャンネル毎に、画質設定が選べることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の映像信号符号化装置。
4. 各チャンネルで符号化される映像信号のフレーム間隔は適宜変更可能であり、フレーム間隔に応じて画質設定を変更するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の映像信号符号化装置。
5. 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基準画像と差分画像で構成された所定のフレーム数単位で圧縮符号化する符号化手段と、前記符号化手段で圧縮符号化される基準画像及び差分画像の符号量を目標値となるように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とを具備し、
   前記基準画像と前記差分画像の符号量の目標値の組合せを複数有し、画質設定時に前記目標値の組合せを利用して画質設定することを特徴とする映像信号記録装置。
6. 前記目標値の組合せのための組合せテーブルを有し、前記組合せテーブルは前記基準画像の符号量の目標値を一定とし、前記差分画像の符号量の目標値を画質の設定により変化させるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の映像信号記録装置。
7. 入力されるチャンネル毎に、画質設定が選べることを特徴とする請求項５または６の何れかに記載の映像信号記録装置。
8. 各チャンネルで符号化される映像信号のフレーム間隔は適宜変更可能であり、フレーム間隔に応じて画質設定を変更するようにしたことを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の映像信号記録装置。
   

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