JP5110981B2

JP5110981B2 - 映像信号多重伝送装置及び映像信号多重伝送装置を用いた撮像装置

Info

Publication number: JP5110981B2
Application number: JP2007168641A
Authority: JP
Inventors: 浩司降旗
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: JP2009010568A

Description

本発明は、テレビジョンカメラ装置等の撮像装置に用いる映像信号多重伝送装置における伝送方式の改良に関するものである。

従来、テレビジョンカメラシステムでは撮像部（カメラヘッド）と制御部（Camera Control Unit:CCU）の間で本線映像信号，送り返し映像信号，音声信号，コントロール用シリアルデータ信号，及び電源の送受信の時分割双方向伝送を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。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。

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で説明する。

カメラ部から出力されたＮＴＳＣの１０ｂｉｔ４：２：２の放送用映像デジタル信号は２７０Ｍｂｐｓのデータ量があり、送り返しの映像信号はデータ圧縮しても約５０Ｍｂｐｓのデータ量がある。時分割双方向伝送の場合、映像信号を時間圧縮し、約３６０Ｍｂｐｓの信号にして短い時間で間欠的にカメラヘッドからカメラ制御装置に伝送する。そして時間圧縮により空いた期間に、カメラ制御装置からカメラヘッドの方向に３６０Ｍｂｐｓに時間圧縮した送り返しの映像信号を短い時間で間欠的に伝送する。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）。

パルス波形の再生を行うことを波形等価という。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、現状の波形等価では、約６００ｍ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。延長には、伝送された基準信号に基づき、デジタル映像信号のケーブル周波数特性の劣化を予め補正する必要がある（特許文献２）。

従来の一実施例の概要と動作を図２で説明する。図２は、従来の一実施例のトライアックスカメラシステムを示すブロック図である。図２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。

撮像部１の撮像素子１０３は、レンズ部１０１で結像され分解光学系１０２でＲＧＢに分解された入射光を光電変換してデジタル映像信号処理部１０５に出力する。撮像素子１０３はＣＭＯＳ撮像素子でも、ＣＣＤ撮像素子と駆動回路とＣＤＳとＡＧＣとＡ／Ｄとの周辺回路でも構わない。デジタル映像信号処理部１０５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。伝送路２が長い場合、映像圧縮部１０６で映像圧縮を行い、短い場合はそのまま時分割双方向切換部１０４に出力される。時分割双方向切換部１０４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４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５に伝送される。制御部５に伝送されたシリアルデジタル信号は、時分割双方向切換部１０８で分解され、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、映像伸張を行い、デジタル信号処理部１４１で信号処理後出力される。

また、制御部５から入力し撮像部４から出力する外部映像信号も上記と同様に伝送される。

本システムでは、準備電源状態とメインオペレーション状態の2つの状態がある。準備電源状態では、インターカム回線のみが使える状態で、主に放送などを始める前に、準備段階としてカメラマンと操作卓などにいる人との通話を行う。このとき、消費電力など考慮し、ＤＣ３６Ｖ程度の低電圧で電源を送っている。また、メインオペレーション状態では、電源をＡＣ２３０Ｖ程度の高圧で送り運用している。

ここで、一般にケーブルは周波数に応じて、減衰量が異なり、低レートで伝送を行った場合、減衰量が少ないため、ほとんと補正する必要はない。
特開平７−２０３３９９号公報特開平８−３１７２５１号公報

現行デジタルトライアックス伝送では、メインオペレーション状態時、高いレートで双方向伝送を行っているので、ケーブル長を伸ばしていったとき、けーブルの減衰特性によって、300m程度までのケーブルでしか運用できなかった。

そこで、ケーブル長を伸ばすために、ケーブル長の減衰量を補正する補正回路を組み込んたシステムが望まれる。
ここで本システムは準備電源状態からメインオペレーション状態の2つの状態があり、準備電源状態からメインオペレーション状態に切り替わった時、一旦電源が切れてしまうことで、伝送状態として確立していた設定などがリセットされてしまう。

また、本システムでは消費電力低減のため、準備電源状態では低電圧で低クロックレート、メインオペレーション状態では高電圧で高クロックレートで伝送を行っている。高クロックレートではケーブルにおける減衰量が大きくなるため、ケーブル長に応じたアナログ回路ケーブル長補正回路を切り替える必要がある。しかし、準備電源状態とメインオペレーション状態では、カメラ制御部に送る電源が異なっており、準備電源状態からメインオペレーション状態に切り替わったとき、電源が一旦落ちて、異なった電源電圧に切り替わるため、カメラ制御部の回路状態も一旦リセットされてしまう。

本発明は、上記の準備電源状態とメインオペレーション状態との双方向伝送レートの切替方法の改善を目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するために、一つの伝送路を介してに、デジタル化した映像信号、音声信号、制御信号を含むデジタル信号を双方向伝送し、該デジタル信号のレートを可変する手段と準備電源と主電源の２つの電源を切り替える手段を有するデジタル映像信号多重伝送装置において、
準備電源時に低いレートで双方向伝送を行い、主電源に切り替えて再度低いレートで双方向伝送状態を確立してから、双方向伝送レートを高くする手段を具備することを特徴とする映像信号多重装置である。

また、上記において、前記デジタル信号波形の（プリブーストと波形等価との）アナログ補正手段と上記デジタル信号波形の（Ｄ／Ａ前補正とＡ／Ｄ後補正との）デジタル補正手段と、前記伝送路の長さにより該アナログ補正手段と該デジタル補正手段とを可変する機能を有し、
低クロックレートで伝送状態を確立時に前記伝送路の長さを測定し、測定した前記伝送路の長さに応じて、該アナログ補正手段と該デジタル補正手段とを可変する事を特徴とする映像信号多重伝送装置である。

つまり、本発明は、電源が切り替わったとき、一旦低い双方向伝送レートでリセットされたケーブル補正回路などの設定データをもう一度確立した後、高い双方向伝送レートの双方向伝送に切り替える事を特徴とする映像信号多重伝送装置である。

また、上記の映像信号多重伝送装置を具備する撮像装置である。

以上説明したように本発明によれば、電源電圧と双方向伝送のビットレートとが切り替わる起動時でもケーブル長が延びたときに生じる周波数補正と位相補正との信号劣化を送信側と受信側とで改善して正常に双方向伝送状態を確立することができ、デジタル映像信号多重伝送装置においてもケーブル長を延ばすことができる。

以下、本発明の一実施例を、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を示すブロック図の図１を使って説明する。まず制御部３より圧縮された映像信号、ＣＰＵデータ、ユーティリティデータ(波形補正回路設定データ等)、音声信号が多重され、Ｐ／Ｓ１４４でシリアル信号化し、過補正回路１３３、時分割双方向多重部１０８とＡＣ分離フィルタ１２９を通り、ＡＣ電源と重畳し、トライアックスケーブル２を通り、撮像部４に伝送される。

撮像部４では、ＡＣ分離フィルタ１２４でＡＣ電源と伝送信号を分離する。分離された伝送信号は、アナログ波形補正回路１１９、デジタル波形補正回路１１８で、ケーブル劣化による波形整形を行い、クロック再生１１７でクロック再生され、Ｓ／Ｐ１１６でパレレル信号に戻され、映像信号は映像伸張部１１５から映像出力される。音声信号も同様に、音声処理部１１４で伸張されＤＡＣ１１１でアナログ音声となり、出力される。

また、撮像部４からは、入射された光は、レンズ１０１を通り、色分解光学系（Prism）１０２で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に分光され、それぞれ撮像素子１０３によってデジタル映像信号に変換される。撮像素子１０３はＣＭＯＳ撮像素子でも、ＣＣＤ撮像素子と駆動回路とＣＤＳとＡＧＣとＡ／Ｄでも構わない。

撮像素子１０３からのデジタル映像信号は、デジタル映像信号処理器１０５でブラックバランス、ホワイトバランス、γ補正等の信号処理が施される。デジタル映像信号処理器１０５からの出力信号は、映像圧縮部１０６で映像圧縮し、音声信号、ＣＰＵデータ、ユーティリティデータ(ケーブル補正回路設定データ等)と多重され、Ｐ／Ｓ１０７でシリアル信号化し、過補正回路１０９、時分割双方向多重部１０４とＡＣ分離フィルタ１２４を通り、トライアックスケーブル２を通して制御部３に伝送される。

撮像部４より伝送された信号は、ＡＣ分離フィルタ１２９を通り、アナログ波形補正回路１３２、デジタル波形補正回路１３７でケーブルでの信号の伝送劣化を補正し、クロック再生部１３８でクロック再生され、Ｓ／Ｐ１３９でパレレル信号に戻され、映像信号は映像伸張部１４０で伸張され、デジタル映像信号処理部１４１で処理され、出力される。また音声信号もＳ／Ｐ１４６でパレレル信号に戻され、音声処理部１５０で音声処理を行い、ＤＡＣ１５１を通って、アナログ音声として出力される。

本実施例では、大きく分けると準備電源モード（状態）とメインオペレーションモード（状態）という2つの状態がある。

電源を起動すると、まず準備電源モードで動作が始まる。準備電源モードでは制御部３のPOWER１３１からＤＣ３６Ｖが送られる。また、音声処理部１４８の音声信号とＣＰＵ１５６からの制御信号を合成した信号が、Ｐ／Ｓ１４４でシリアル信号化し、過補正回路１３３を通って、時分割双方向多重部１０８とＡＣ分離フィルタ１２９を通った後、ＤＣ３６Ｖに重畳され、ＴＲＩＡＸケーブル２を通って、撮像部４に送信される。このときの低い双方向伝送レートは本実施例では、27MHzの1/8の3.375MHz周波数相当を使用したが、水平同期周波数の整数倍等でも構わない。制御部３から送られてきた電源とデータは、撮像部４に入って、電源はLPF１２５を通って、POWER１２６でＤＣ／ＤＣ変換され、内部電源に使われる。データは、ＡＣ分離フィルタ１２４を通って、アナログ波形補正回路１１９、波形補正回路（ＳＴＢＹ）１２２を通って、クロック再生部１２１でロック再生し、Ｓ／Ｐ１２０でパレレル信号に戻され、音声処理部１１４で音声処理され、音声出力される。

また、撮像部４側からも、同様に、Ｐ／Ｓ１０７でシリアル信号化し、過補正回路１０９と、時分割双方向多重部１０４とＡＣ分離フィルタ１２４を通って、制御部３に送られる。

準備電源モードからメインオペレーションモードに移行したときは、制御部３のPOWER１３１がＤＣ３６ＶからＡＣ２３０Ｖに切り替わる。

撮像部４と制御部３は、双方向で伝送をしているが、この電源が切り替わるという行為で、撮像部４の電源が一旦落ちてしまうことで、双方向で伝送を行っていたデータがリセットされてしまう。メインオペレーション状態での高い双方向伝送レートは360Mbpsであるが、映像信号を圧縮すれば低くできるが、ＨＤＴＶを非圧縮伝送しようとすると１５００Mbpsとなる。高い双方向伝送レートでは、ケーブル長に応じて、アナログ補正回路１１９，１３２、過補正回路１０９，１３３を設定する必要があるが、このリセットされてしまうという行為で、いきなり高い双方向伝送レートで伝送を行おうとしても、どのケーブル長に設定していいのか判断することができず、双方向伝送を確立させることができない。

そこで、メイン切替時電源はＡＣ２３０Ｖに切り替わるが、伝送は低い双方向伝送レートで伝送を行い、ケーブル長の長さを再測定し、補正回路の設定条件を決める。ケーブル長の設定条件が決定したところで、ケーブル補正回路の設定を切り替えると同時に、高い双方向伝送レートでの伝送に切り替えるという処理を行うことで、電源が切れて、設定が一旦リセットされても、安定に双方向伝送を行うことができる。

図３に本発明の一実施例の動作状態と撮像部４への送り電源電圧、双方向伝送ビットレートの関係を示す。横軸が経過時間で、縦軸は上図は、撮像部４への送り電源電圧、下図は双方向伝送ビットレートである。まず（ａ）で制御部３の電源を起動し、準備電源モードを開始し、低速伝送レートを開始する。このとき制御部３から撮像部４への送り電源電圧は低圧であり、また、双方向伝送レートは低い。この準備電源モードでは、映像信号は伝送されないが、インターカムでの通話が行える。また、このときケーブル長の長さの測定を行っている。（ｂ）の状態で準備電源モードを終了し、低速伝送レートを終了する。このとき、Δt1間は電源が切れるため、伝送も不通となる。また、撮像部４の電源が切れることで、撮像部４の設定がリセットされる。

そこで、（ｃ）で主電源モード開始し低速伝送レート再開始し、設定したデータを撮像部４に伝送し、再設定する。（ｄ）の状態で、再設定ができたところで、高速伝送レートを開始し、映像信号など伝送を行う。（ｅ）では、主電源モード終了し、高速伝送レート終了する。（ｆ）で準備電源をモード開始し、低速伝送レート開始する。

本発明の一実施例の全体構成を示すブロック図。従来の一実施例の全体構成を示すブロック図。本発明の一実施例の動作状態とカメラ装置への送り電源電圧、伝送ビットレートの関係を示す模式図（ａ）制御部電源起動、準備電源モード開始、低速伝送レート開始（ｂ）準備電源モード終了、低速伝送レート終了（ｃ）主電源モード開始、低速伝送レート再開始（ｄ）高速伝送レート開始（ｅ）主電源モード終了、高速伝送レート終了（ｆ）準備電源モード開始、低速伝送レート開始

符号の説明

１、４：撮像部、２：トライアックスケーブル、３、５：制御部
１０１：レンズ部、１０２：色分解光学系、
１０３：撮像素子（ＣＭＯＳ撮像素子または、ＣＣＤ撮像素子と駆動回路とＣＤＳとＡＧＣとＡ／Ｄ）、
１０４，１０８：時分割双方向切替部
１１３，１５２：ADC （A/Dコンバータ）、
１０５，１４１：映像信号処理部、
１０６，１４７：映像圧縮部、
111,151,:DAC(D/Aコンバータ)
124,129：AC分離フィルタ、125,130：LPF、126：POWER
119,132：アナログ波形補正回路、118,137：デジタル波形補正回路
109,133：過補正回路、112,134：波形補正回路
115,140：映像伸張部、156,157：CPU
110,149：補正回路設定処理部
158：遅延時間処理部
107,144：P/S（パラレル−シリアル変換部）
116,120,139,146：S/P（シリアル−パラレル変換部）
117,121,138,145：クロック再生部
114,150：音声処理部

Claims

一つの伝送路を介して、デジタル化した映像信号、音声信号、制御信号を含むデジタル信号を双方向伝送し、該デジタル信号の双方向伝送レートを可変する手段と準備電源と主電源の２つの電源を切り替える手段を有するデジタル映像信号多重伝送装置において、前記デジタル信号の低レート双方向伝送で前記伝送路の長さを測定する手段を具備し、前記デジタル信号波形の波形整形のアナログ補正手段と、前記伝送路の長さにより該アナログ補正手段を可変する機能を有し、前記準備電源時に、前記デジタル信号の双方向伝送レートを可変する手段により前記デジタル信号の低レート双方向伝送を行い、前記主電源に切り替えて前記デジタル信号を再度低レート双方向伝送し、前記長さを測定する手段により、前記再度低レート双方向伝送時に前記伝送路の長さを測定し、該測定した前記伝送路の長さに応じて、前記アナログ補正手段の波形整形を可変して双方向伝送状態を確立してから、前記デジタル信号の双方向伝送レートを可変する手段により、双方向伝送レートを高くすることを特徴とする映像信号多重装置。
請求項１の映像信号多重装置において、前記デジタル信号波形の前記デジタル信号波形の波形整形のデジタル補正手段を有し、前記準備電源時に、前記デジタル信号の双方向伝送レートを可変する手段により前記デジタル信号の低レート双方向伝送を行い、前記主電源に切り替えて前記デジタル信号を再度低レート双方向伝送し、前記長さを測定する手段により、前記再度低レート双方向伝送で伝送時に前記伝送路の長さを測定し、該測定した前記伝送路の長さに応じて、前記アナログ補正手段と前記デジタル補正手段との波形整形を可変して双方向伝送状態を確立してから、前記デジタル信号の双方向伝送レートを可変する手段により双方向伝送レートを高くして、前記デジタル信号を双方向伝送する事を特徴とする映像信号多重伝送装置。
請求項１乃至請求項２のいずれか片方の映像信号多重伝送装置を具備することを特徴とする撮像装置。