JP2012147107A - データ転送システム及び転送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワークの帯域幅が確保できない場合であっても、画質を劣化させることなく映像データの転送を行えるようにすること。
【解決手段】ネットワークを介して複数のカメラ１ａ〜１ｃから映像受信装置８へ映像データを転送するシステムにおいて、帯域使用率算出部１３は、複数のカメラから転送されるデータ量からネットワークの帯域使用率を算出する。算出された帯域使用率が許容レベルを超える場合、カメラの少なくとも１つは、データ転送のタイミングをずらしてデータを転送する。あるいはカメラの少なくとも１つは、転送するデータの順序を入れ替えてデータを転送する。帯域使用率算出部１３は、データ受信装置８またはカメラの１つが備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワークを介してデータ転送を行うデータ転送システム及び転送方法に関する。

近年、インターネットやネットワークカメラの普及に伴い、ネットワークを介した映像及び音声データの送信が広く行われている。ネットワークカメラ製品のインタフェース規格は、ＯＮＶＩＦ（Open Network Video Interface Forum）により標準化が行なわれている。ＯＮＶＩＦでは、カメラ情報の設定・取得、ストリーミング、セキュリティなどに必要なインタフェースが定義され、ネットワークを介したカメラ制御が可能となっている。ネットワークを介したデータ転送では、ネットワークの状況により使用できる帯域が制限されることがあり、データ転送の遅延などの問題が発生する。そこで、転送するデータを圧縮し、データ量を削減する方法が取られている。

例えば特許文献１に記載される画像データの転送方法は、動画像データをＭＰＥＧ形式の圧縮データに圧縮符号化して順次バッファに蓄積し、蓄積された圧縮データをネットワークを介して受信装置に送信するものであって、バッファに蓄積される圧縮データの蓄積量が所定量を越えた際にバッファに蓄積される圧縮データをＧＯＰ（Group of Picture）単位あるいはピクチャ単位で削除することが開示されている。

特開２００３−２１９３３７号公報

上記特許文献１では、データ送信に必要な帯域幅が確保できない際のデータ間引き処理について述べられている。しかしながらこの方法によれば、ＭＰＥＧ方式の圧縮データに対しＧＯＰ単位での削除を行った場合、受信側では画像のフレーム数が減り、コマ落ちした画像になってしまう。また、ピクチャ単位で削除した場合には、データの復号時に画質の劣化が生じる恐れがある。

そこで本発明の目的は、ネットワークの帯域幅が確保できない場合であっても、画質を劣化させることなく映像データの転送を行えるデータ転送システム及び転送方法を提供することである。

本発明は、ネットワークを介して複数のデータ転送装置からデータ受信装置へデータを転送するデータ転送システムにおいて、データ受信装置またはデータ転送装置の１つは、複数のデータ転送装置から転送されるデータ量からネットワークの帯域使用率を算出する帯域使用率算出部を備え、帯域使用率算出部により算出された帯域使用率が許容レベルを超える場合、データ転送装置の少なくとも１つは、データ転送のタイミングをずらしてデータを転送する。あるいは帯域使用率が許容レベルを超える場合、データ転送装置の少なくとも１つは、転送するデータの順序を入れ替えてデータを転送する。

本発明によれば、ネットワークの帯域幅が確保できない場合であっても、画質を劣化させることなく映像データの転送を行えるデータ転送システム及び転送方法を提供することができる。

本発明の第１の実施例に係るデータ転送システムを示す構成図。 比較のためにカメラ制御なしでデータ転送を行う場合を示す図。 実施例１におけるデータ転送制御を示す図。 実施例１におけるデータ転送の処理の流れを示すフローチャート。 実施例２におけるデータ転送制御を示す図。 実施例２におけるデータ転送の処理の流れを示すフローチャート。 本発明の第３の実施例に係るデータ転送システムを示す構成図。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係るデータ転送システムを示す構成図である。ここではデータ転送システムの一例として、複数の映像転送カメラ（データ転送装置）からの映像データがネットワークを介して映像受信装置（データ受信装置）へ転送される場合を示す。

複数の映像転送カメラ１ａ，１ｂ，１ｃ（以下、簡単にカメラと呼ぶ）は、撮像部２と、エンコーダ（データ圧縮部）３と、データ制御部４と、メモリ５と、ネットワークＩ／Ｆ６とを備える。また映像受信装置８は、ネットワークＩ／Ｆ９と、デコーダ（データ復号部）１０と、出力部１１と、カメラ制御部１２と、帯域使用率算出部１３とを備える。各カメラ１ａ〜１ｃからの映像データはハブ（ＨＵＢ）７に入力し、ＨＵＢ７からは１本の伝送路で映像受信装置８へ転送される。

各部の動作を説明する。各カメラ１ａ〜１ｃにおいて、撮像部２で撮像した映像データは、エンコーダ３で圧縮データに変換する。本実施例では、ＭＰＥＧ形式の圧縮データに変換し、圧縮したデータはメモリ５に格納しておく。メモリ５に格納したデータは、ネットワークＩ／Ｆ６を介してネットワーク上へ転送される。その際データ制御部４は、ネットワークＩ／Ｆ６を介して映像受信装置８からのカメラ制御信号を受信し、ネットワーク上へ転送するデータの制御を行う。

映像受信装置８では、ＨＵＢ７から転送された映像データをネットワークＩ／Ｆ９を介して受信し、デコーダ１０にて復号化する。復号化された映像データは出力部１１から図示しない外部機器（例えばモニタ）へ出力される。帯域使用率算出部１３は、各カメラ１ａ〜１ｃから当該映像受信装置８へ転送される総データ量を監視し、伝送路の帯域使用率を算出する。具体的には、各カメラから次のタイミングで転送されるデータの総ビットレートを予測し、伝送路の許容ビットレートに対する比を算出する。算出された帯域使用率に応じてカメラ制御部１２は、ネットワークＩ／Ｆ９を介し各カメラに対して、次のタイミングで転送すべきデータを指示するためのカメラ制御信号を送信する。このカメラ制御信号により、伝送路の許容範囲内で映像データの転送を行うことができる。

次に、本実施例におけるデータ転送制御を具体的に説明する。
図２は、比較のためにカメラ制御なしでデータ転送を行う場合を示す図である。ここでは簡単のために、２台のカメラ１ａ，１ｂからのデータ転送を示す。横軸は時刻であり、各カメラから転送するデータの転送タイミングと、転送データ量を模式的に示している。ここに転送するデータは、ＭＰＥＧ符号化により、Ｉピクチャ（フレーム内符号化画像）、Ｐピクチャ（フレーム間順方向予測符号化画像）及びＢピクチャ（双方向予測符号化画像）の３種類のピクチャから成っている。各ピクチャのデータ量（ｂｐｓ）を比較すると、一般にＩピクチャが最も大きく、次いでＰピクチャ、Ｂピクチャという順になっている。そして帯域使用率とは、転送データ量（ｂｐｓ）の転送許容量に対する割合で定義される。

この例は、カメラ１ａ及び１ｂから、Ｉ→Ｂ→Ｂ→Ｐピクチャという順で、互いに同じタイミングで各ピクチャを転送する場合である。各カメラからのデータはＨＵＢ７にて多重化され、１本の伝送路にて映像受信装置８へ転送される。従って、ＨＵＢ７と映像受信装置８の間における帯域使用率は、カメラ１ａ及び１ｂからＩピクチャを転送しているタイミングが最も高くなり、逆に、カメラ１ａ及び１ｂからＢピクチャを転送しているときが最も低くなる。このように帯域使用率は、各カメラからの転送タイミングにより時刻によって変化する。複数台のカメラから同時にＩピクチャが転送されるタイミングでは、転送データ量の総量が転送許容量を超える（帯域使用率が１００％を超える）場合があり、各映像データを正常に転送することができず、映像受信側での再生動作が破綻したり表示映像の画質劣化が生じる恐れがある。

図３は、本実施例におけるデータ転送制御を示す図である。本実施例では、帯域使用率に基づき各カメラにカメラ制御信号を送り、各カメラからのデータ転送タイミングをずらすよう制御する。図２と同様に２台のカメラ１ａ，１ｂから、Ｉ→Ｂ→Ｂ→Ｐピクチャという順で各ピクチャを転送する場合である。ただし、カメラ制御信号により両者のカメラ１ａ，１ｂからの転送タイミングをずらすことで、転送するデータ量の総量が転送許容量を超えないように制御している。この例では、カメラ１ａがデータ量の大きいＩピクチャを転送しているタイミングでは、カメラ１ｂからのＩピクチャの転送を遅らせる。そして、カメラ１ａからデータ量の小さいＢピクチャを転送する次のタイミングで、カメラ１ｂからのＩピクチャの転送を開始する。これによれば、複数台のカメラから同時にＩピクチャが転送されることがないので帯域使用率は常に１００％以下となり、各映像データを正常に転送することができる。

図４は、本実施例におけるデータ転送の処理の流れを示すフローチャートである。
各カメラ１ａ〜１ｃは、転送すべき映像データをメモリ５に一旦格納する（ＳＰ１１）。映像受信装置８の帯域使用率算出部１３は、各カメラから次に転送されるデータのデータ量を予測し、ネットワークの帯域使用率を算出する（ＳＰ１２）。具体的には、各カメラから次のタイミングで転送されるピクチャの種類（Ｉ，Ｐ，Ｂ）を予測し、その組合せからデータ量の総量を算出する。カメラ制御部１２は、算出された帯域使用率が許容レベル（１００％）を超えているかどうか判定する（ＳＰ１３）。

ＳＰ１３の判定で帯域使用率が許容レベルを超えている場合は、カメラ制御部１２は、データ量の大きいＩピクチャを転送しようとするカメラに対して、データ転送のタイミングを遅らせるようカメラ制御信号を送信する（ＳＰ１４）。この場合、各カメラに対してデータ転送の優先順序を設定するなどして、転送タイミングを遅らせるカメラを予め定めておく。あるいは、転送タイミングを遅らせるカメラを複数のカメラ間で巡回させて決定しても良い。このカメラ制御信号を受けたカメラは、データ制御部４の制御によりデータの転送を次のタイミングまで待機する。

また、ＳＰ１３の判定で帯域使用率が許容レベルを超えていなければ、各カメラに対して、次のデータの転送を行うようカメラ制御信号を送信する（ＳＰ１５）。これにより、転送タイミングを遅らせたカメラは、次のタイミングで待機していたデータの転送を行うことができる。そして未転送のデータがあるかどうか判定し（ＳＰ１６）、残りのデータがあればＳＰ１２に戻りＳＰ１２〜ＳＰ１６を繰り返す。

上記ＳＰ１１においてメモリ５に格納するデータ量はいかなる量であっても良い。例えば、ＧＯＰ単位でデータをメモリに格納しても良い。この場合、１ＧＯＰの転送が完了した時点で次の１ＧＯＰをメモリに格納し、再びＳＰ１２から処理を実行する。これを繰り返すことで、順次映像を転送することが可能になる。また、メモリ５に格納可能なデータ量であれば、任意のデータ量を一度にメモリ５に格納してデータ転送を行っても良い。なお、メモリへのデータ格納は随時行うのが好ましい。これは、メモリ５に格納したデータの転送完了を待ってから次の転送データをメモリ５に格納する場合には、データ転送において転送中断期間が発生するからである。

本実施例の制御方法は、映像データの転送開始時、及び転送継続中のいずれにおいても可能であることは言うまでもない。また、上記の説明では転送するデータの種類をＩ，Ｐ，Ｂピクチャに区分して説明したが、これに限らず、データ量（ｂｐｓ）の大小により適宜複数の種類に区分することで、同様に制御することができる。また上記例では、帯域使用率が許容レベルを超える場合、データ量が最大であるＩピクチャの転送を遅らせるようにしたが、許容レベルに対する帯域使用率の超過量が少なければ、ＩピクチャではなくＰピクチャやＢピクチャの転送を遅らせても良い。その際のピクチャ選択は、映像受信装置８内のカメラ制御部１２が、帯域使用率に応じて適宜決定すれば良い。これにより、ネットワークの伝送能力をより効率的に（１００％に近い帯域使用率で）使用することができる。

このように本実施例によれば、複数のカメラからの映像転送において、各カメラのデータ転送タイミングをずらすように制御することで、ネットワークの許容帯域内で映像データの欠落や劣化を伴うことなくデータ転送を行うことができる。これにより映像受信側では、画質劣化のない映像を再生表示することができる。

実施例１では、各カメラの映像転送タイミングをずらすことで、ネットワークの許容帯域内で映像データを転送する方法について述べた。これに対し実施例２では、各カメラの転送データにおいて、ピクチャ単位で転送順序を入れ替えることによりネットワークの許容帯域内で映像データを転送する方法を述べる。本実施例に係るデータ転送システムは、前記実施例１（図１）と同じ構成であり説明を省略する。

図５は、本実施例におけるデータ転送制御を示す図である。本実施例では、帯域使用率に基づき各カメラにカメラ制御信号を送り、各カメラからのデータ転送順序を制御するようにした。実施例１と同様に、２台のカメラ１ａ，１ｂからＭＰＥＧ映像としてＩピクチャ、Ｂピクチャ、Ｂピクチャ、Ｐピクチャを転送する場合のデータ転送順序を示している。カメラ１ａは、Ｉ→Ｂ→Ｂ→Ｐピクチャという順で各ピクチャを転送している。一方カメラ１ｂは、Ｂ→Ｉ→Ｂ→Ｐピクチャという順で各ピクチャを転送している。本来、カメラ１ｂはカメラ１ａと同様に、Ｉ→Ｂ→Ｂ→Ｐピクチャという順で各ピクチャを転送するところを、１枚目（Ｉ）と２枚目（Ｂ）の転送ピクチャを入れ替えて転送した例である。このように転送ピクチャを入れ替えることで、カメラ１ａ，１ｂから転送される１枚目の転送ピクチャにおいてデータ量の大きいＩピクチャが重なることを回避する。そして、１枚目の転送ピクチャではデータ量の大きいＩピクチャとデータ量の小さいＢピクチャとの組合せとし、これらを同じタイミングで転送する。これにより、各転送タイミングにおいて転送する総データ量が許容量を超えることをなくすことができる。

本実施例の転送制御ではピクチャ単位で順序を入れ替えて転送を行うので、そのままだと受信側で正常に復号化できない。これは、Ｂピクチャは前後のピクチャを参照し、Ｐピクチャは前のピクチャを参照することで映像を生成するからであり、参照するピクチャが他のピクチャに入れ替わると、Ｂピクチャ、Ｐピクチャでは正しい映像を生成することができない。そこで、元々のピクチャ順が分かるように、各ピクチャのヘッダに入れ替え前のピクチャ順を示す番号を記述して転送を行う。映像受信側では、この番号を参照することにより本来のピクチャ順を知ることができ、正しいピクチャを参照して映像を生成することができる。なお、ピクチャ順についてはＧＯＰ単位で管理しても良い。その場合には、ＧＯＰのシーケンスヘッダにピクチャ順を記述しておけば良い。

図６は、本実施例におけるデータ転送の処理の流れを示すフローチャートである。
各カメラ１ａ〜１ｃは、転送データをメモリ５に格納する（ＳＰ２１）。映像受信装置８の帯域使用率算出部１３は、各カメラから転送される次のデータのデータ量を予測し、ネットワークの帯域使用率を算出する（ＳＰ２２）。カメラ制御部１２は、算出された帯域使用率が許容レベル（１００％）を超えているかどうか判定する（ＳＰ２３）。

ＳＰ２３の判定で帯域使用率が許容レベルを超えている場合は、カメラ制御部１２は、データ量の大きいＩピクチャを転送しようとするカメラに対して、データ量の小さいＢピクチャのデータと入れ替えて転送させるようカメラ制御信号を送信する（ＳＰ２４）。この場合も、各カメラに対してデータ転送の優先順序を設定するなどして、データの入れ替えを行うカメラを予め定めておく。あるいは、データの入れ替えを行うカメラを複数のカメラ間で巡回させて決定しても良い。このカメラ制御信号を受けたカメラは、データ制御部４の制御によりデータの転送順序を入れ替えてデータ量の小さいデータ（Ｂピクチャ）の転送を行う。このときＢピクチャと入れ替わったＩピクチャは、Ｂピクチャの本来の転送タイミングで転送するように順序付けられる。

また、ＳＰ２３の判定で帯域使用率が許容レベルを超えていなければ、各カメラに対して、そのままデータの転送を行うようカメラ制御信号を送信する（ＳＰ２５）。これにより、データの入れ替えを行ったカメラは、入れ替わったデータの転送を行うことができる。そして未転送のデータがあるかどうか判定し（ＳＰ２６）、残りのデータがあればＳＰ２２に戻りＳＰ２２〜ＳＰ２６を繰り返す。

本実施例においても、転送するデータの種類はＩ，Ｐ，Ｂピクチャの区分に限らず、データ量（ｂｐｓ）の大小により適宜複数の種類に区分することで、同様に制御することができる。また、上記例では帯域使用率が許容レベルを超える場合には、データ量が最大であるＩピクチャを最小であるＢピクチャと入れ替えるようにしたが、許容レベルに対する超過量が少なければ、ＢピクチャではなくＰピクチャと入れ替えても良い。その際のピクチャ選択は、映像受信装置８内のカメラ制御部１２が、帯域使用率に応じて適宜決定すれば良い。これにより、ネットワークの伝送能力をより効率的に（１００％に近い帯域使用率で）使用することができる。

このように本実施例によれば、複数のカメラのデータ転送において、ピクチャ単位で転送順序を入れ替えることで、ネットワークの許容帯域内で映像データの欠落や劣化を伴うことなくデータ転送を行うことができる。これにより、映像受信側では、画質劣化のない映像を再生表示することができる。特に本実施例では、各カメラからの転送データが中断することがないので、より効率的にデータを転送することができる。

図７は、本発明の第３の実施例に係るデータ転送システムを示す構成図である。本実施例では、カメラ側で帯域使用率を監視して、各カメラからのデータ転送を制御する構成としている。

実施例１（図１）の構成と比較し、複数の映像転送カメラ１ａ，１ｂ，１ｃのうちカメラ１ａは帯域使用率算出部１４を備えており、映像受信装置８では帯域使用率算出部を備えていない構成である。帯域使用率算出部１４を備えるカメラ１ａを「親カメラ」、備えていない他のカメラ１ｂ，１ｃを「子カメラ」と呼ぶことにする。各カメラ１ａ，１ｂ，１ｃ間ではネットワークを介して互いに通信を行い、各カメラから転送されるデータの情報を共有している。特に親カメラ１ａでは、帯域使用率算出部１４により、子カメラ１ｂ，１ｃから次のタイミングで転送されるデータを含めて全カメラからの総データ量を監視し、帯域使用率を算出する。そして、算出された帯域使用率に応じてネットワークＩ／Ｆ６を介し子カメラ１ｂ，１ｃに対して、次のタイミングに転送すべきデータを指示するためのカメラ制御信号を送信する。場合によっては、親カメラ１ａ自身に対する指示も行う。各カメラ１ａ，１ｂ，１ｃではカメラ制御信号を受信すると、データ制御部４によりネットワーク上へ転送するデータの制御を行う。

本実施例で行うデータ転送制御は、実施例１で述べたような各カメラからの転送タイミングの制御と、実施例２で述べたような各カメラからのデータの転送順序の制御のいずれも可能である。本実施例によっても、ネットワークの許容帯域内で映像データの欠落や劣化を伴うことなくデータ転送を行うことができる。これにより、映像受信側では、画質劣化のない映像を再生表示することができる。

以上説明した各実施例のデータ転送システムは、例えば監視システムに適用することが可能である。その場合、映像転送カメラ１ａ，１ｂ，１ｃには監視カメラを、映像受信装置８には監視レコーダを用いて、これらをネットワークに接続して監視カメラの制御を行う。転送データの制御を行う場合、監視レコーダと監視カメラは同じメーカから提供されるのが望ましい。これは、監視レコーダと監視カメラの通信においてインタフェースの規格を合わせる必要があるためである。これに対し、監視レコーダ及び監視カメラがＯＮＶＩＦに対応した機器であれば、インタフェースの規格が同じであるため、異なるメーカ同士の組み合わせであっても本実施例を適用することが可能になる。

本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

１ａ，１ｂ，１ｃ…映像転送カメラ（データ転送装置）、
２…撮像部、
３…エンコーダ、
４…データ制御部、
５…メモリ、
６…ネットワークＩ／Ｆ、
７…ハブ（ＨＵＢ）、
８…映像受信装置（データ受信装置）、
９…ネットワークＩ／Ｆ、
１０…デコーダ、
１１…出力部、
１２…カメラ制御部、
１３，１４…帯域使用率算出部。

Claims (6)

1. ネットワークを介して複数のデータ転送装置からデータ受信装置へデータを転送するデータ転送システムにおいて、
   前記データ受信装置または前記データ転送装置の１つは、前記複数のデータ転送装置から転送されるデータ量から前記ネットワークの帯域使用率を算出する帯域使用率算出部を備え、
   該帯域使用率算出部により算出された帯域使用率が許容レベルを超える場合、前記データ転送装置の少なくとも１つは、データ転送のタイミングをずらしてデータを転送することを特徴とするデータ転送システム。
2. ネットワークを介して複数のデータ転送装置からデータ受信装置へデータを転送するデータ転送システムにおいて、
   前記データ受信装置または前記データ転送装置の１つは、前記複数のデータ転送装置から転送されるデータ量から前記ネットワークの帯域使用率を算出する帯域使用率算出部を備え、
   該帯域使用率算出部により算出された帯域使用率が許容レベルを超える場合、前記データ転送装置の少なくとも１つは、転送するデータの順序を入れ替えてデータを転送することを特徴とするデータ転送システム。
3. 請求項１または２に記載したデータ転送システムにおいて、
   前記データ転送装置は、映像データをＭＰＥＧ圧縮してピクチャ単位で転送するものであって、
   前記帯域使用率算出部は、前記複数のデータ転送装置から次のタイミングで転送されるピクチャの種類を予測し、各ピクチャのデータ量から前記帯域使用率を算出することを特徴とするデータ転送システム。
4. 請求項３に記載したデータ転送システムにおいて、
   前記帯域使用率が許容レベルを超える場合には、前記データ転送装置の少なくとも１つは、データ量の大きいＩピクチャの転送タイミングを遅らせる、またはデータ量の大きいＩピクチャをデータ量の小さいＢピクチャと入れ替えて転送することを特徴とするデータ転送システム。
5. ネットワークを介して複数のデータ転送装置からデータ受信装置へデータを転送するデータ転送方法において、
   前記複数のデータ転送装置から転送されるデータ量から前記ネットワークの帯域使用率を算出するステップと、
   該算出した帯域使用率が許容レベルを超える場合、前記データ転送装置の少なくとも１つはデータ転送のタイミングをずらしてデータを転送するステップと、
   を備えることを特徴とするデータ転送方法。
6. ネットワークを介して複数のデータ転送装置からデータ受信装置へデータを転送するデータ転送方法において、
   前記複数のデータ転送装置から転送されるデータ量から前記ネットワークの帯域使用率を算出するステップと、
   該算出した帯域使用率が許容レベルを超える場合、前記データ転送装置の少なくとも１つは転送するデータの順序を入れ替えてデータを転送するステップと、
   を備えることを特徴とするデータ転送方法。

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