KR100669997B1

KR100669997B1 - 웹 카메라

Info

Publication number: KR100669997B1
Application number: KR1020050011646A
Authority: KR
Inventors: 김학재
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-02-11
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2007-01-19
Also published as: KR20060090919A

Abstract

본 발명은 웹 카메라에 관한 것으로, 카메라부와 엔코딩부를 슬립 링을 통하여 결합하고 상기 카메라부의 출력 영상을 노이즈에 강한 저전압차등신호(LVDS)로 변환하여 전송하고 이를 엔코딩부에서 수신하여 복조하도록 함으로써 전자파 방사를 억제하면서 영상의 손실을 방지하여 외부노이즈에 대한 내성이 높은 고화질의 웹카메라를 구현할 수 있는 것이다.

LVDS, 슬립링, 웹카메라, 팬/틸트

Description

웹 카메라{Web Camera}

도 1은 종래의 Web카메라 System을 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 또 다른 구성의 종래의 Web카메라 System을 개략적으로 도시한 도면,

그리고,

도 3은 본 발명의 Web 카메라 System의 구성을 도시한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

100 : 카메라부 110 : 광학렌즈부

140 : 이미지 처리부 160 : P/T/Z Drive

170 : 영상신호 전송부 200 : Slip-ring

300 : 엔코더부 310 : 영상신호 수신부

320 : 오실레이터(OSC) 330 : JPEG 엔코더

350 : MAC & PHY

본 발명은 웹카메라에 관한 것으로, 특히 인터넷을 통해 화상회의, 방범, 감시 등의 목적으로 사용되는 팬/틸트(Pan/Tilt)대응의 Web카메라에 대한 것이다.

통상의 웹카메라는 인터넷 동시방송 시스템, 인터넷 화상회의 시스템, 해안, 경계선, 무인기지, 집중감시지역등 원거리 지역의 상황 및 각종 장비를 감시 및 제어가 가능하여 긴급 상황시 데이터 분석 및 ON/OFF제어, 모니터링이 복합적으로 가능해져 보다 효과적인 원격 감시&제어 시스템, 지능형 출입통제 SYSTEM, 웹카메라에서 촬영된 영상을 전용선을 통해 전송 받아, 해당 홈페이지에 인터넷 접속하는 모든 관계자 또는 일반인에게 도로상황 및 진행속도등 각종 DATA를 제공할 수 있는 교통상황 중계 SYSTEM 등으로 사용된다.

도 1 및 도 2에 종래 구성의 Web카메라 System의 구성을 도시하고 있다. 도 1에 따른 Web카메라 system 구성은 카메라부(10)와 엔코딩부(20)로 구성된다.

카메라부(10)는 광학상을 출력하는 광학렌즈부(11), 광학상을 전기신호로 변환하는 Image Sensor(12), 광전 변환된 Analog 전기신호를 Digital신호로 변환하는 A/D변환부(13), Digital 영상신호의 화질을 보상하고 Digital Y/Cr/Cb신호 (ITU-656, CCIR-601)를 합성 하는 Image Processor부(14) 그리고 광학렌즈(110) 및 줌/팬/틸트(Pan/Tilt 및 Zoom)을 제어하는 줌/팬/틸트(P/T/Z Drive)(16) 및 카메라의 System제어를 수행하는 Camera Control부(15)를 포함하여 구성된다.

엔코딩부(20)는 Image Processor부(14)의 출력신호인 Digital 색차신호(ITU-656 Y/Cr/Cb)를 압축하는 JPEG 또는 MPEG Encoder부(22), 데이터의 흐름 및 기능을 제어하는 System Control부(24), 압축된 영상데이터를 네트웍(Ethernet)으로 전송하는 중간접속제어부 및 무선모뎀부(26)로 구성된다.

그리고 도 2에 따른 종래 팬/틸트 웹 (Pan/Tilt Web)카메라 System 구성은 카메라부(10)와 엔코딩부(20)가 팬/틸트(Pan/Tilt)동작을 원활히 가능하도록 하기위해 슬립링부(Slip-ring)(16)을 통해 신호를 전달하는 경우의 구성으로 상기 도 1의 구성에서 카메라부(10)에 Digital 영상신호를 Analog 휘도(Y)신호와 색상신호(C)로 변환하는 D/A변환부(17), 휘도(Y)신호와 색상신호(C)를 합성하는 Y/C Mix부(18), Cable을 통해 전송될 때 손실을 보상하기 위한 Cable Driver(19)가 추가되어 Cable(50,52) 및 슬립링부(Slip-ring)(16)을 통해 엔코딩부(20)까지 Analog복합 영상신호가 전송된다. 그리고 엔코딩부(20)는 Cable(50,52) 및 슬립링부(Slip-ring)(40)을 통해 전송되는 Analog복합영상신호를 완충 증폭하는 Buffer AMP부(21), Analog복합영상신호를 Digital복합영상신호로 변환하는 A/D변환부(23), Digital복합영상 신호를 Digital 색차신호로 변환하는 Video Decoder부(25)가 추가되어 결국 상술한 도 1의 구성과 같이 JPEG 또는 MPEG규격에 준하여 압축되고 네트워크로 전송된다.

카메라부(10)에서 출력되는 데이터는 JPEG 또는 MPEG형태의 Digital압축영상이므로 종래 도 1과 같이 카메라부(10)로부터 Digital Y/Cr/Cb신호 (ITU-656, ITU-601)를 엔코딩부(20)에 전송하는 구성이 단순하고 화질의 손실이 발생되지 않으나 상술한 바와 같이 팬/틸트(Pan/Tilt)기능을 구현하기 위해서는 결국 광학렌즈(11) 및 Image Sensor(12)를 움직이는 구조가 되어야 하므로 카메라부(10)와 엔코딩부(20)를 배치할 때 물리적인 제한이 생기게 된다. 따라서 신호의 전송로가 길어 지게 된다. 게다가 팬(Pan)의 회전 범위를 360도 이상(무한회전)으로 하는 경우에는 배선이 꼬이게 되므로 도 2에 도시된 바와 같이 회전접점을 통해 신호를 전송하여 무한회전을 가능하게 해주는 슬립링부(Slip-ring)(40)를 적용하여 신호를 전송하게 되는데 상기에서와 같이 카메라부(10)에서 엔코딩부(20)로 전송되는 Digital Y/Cr/Cb신호(ITU-656, ITU-601)는 각각 8Bit 또는 16Bit Data폭을 가지고 있으므로 10개에서 20정도의 신호전송선로를 필요로 한다.

따라서, 슬립링부(Slip-ring)(40)의 접점수가 많아져 부피도 커지고 코스트도 너무 비싸지게 된다.

그러므로 실용적으로는 도 2에 도시된 바와 같이 카메라부(10)의 D/A변환부(17)에서 Digital Y/Cr/Cb신호를 Analog방송규격신호(NTSC or PAL등)로 변환하여 Y/C Mix부(18)에서 휘도(Y)신호와 색상(C)신호를 합성한 Analog복합영상신호로 다중화하는 수단을 통해 슬립링부(Slip-ring)(40)로 전송되게 하여 극수를 줄여 엔코딩부(20)로 전송하게 된다. 따라서 엔코딩부(20)에서는 입력된 Analog복합영상신호를 Buffer Amp(21)에서 완충 증폭하고 A/D변환부(23)에서 다시 Digital신호로 변환하여 Video Decoder부(25)에서 Digital Y/Cr/Cb신호 (ITU-656, ITU-601)로 변환한다.

즉 전송신호의 다중화를 위해 Analog Encoding 및 Decoding수단을 사용하였다.

도 1에 도시된 바와 같이 Digital Y/Cr/Cb신호(ITU-656, ITU-601)를 직접 전송하는 경우에는 ITU-601규격의 신호는 16Bit 데이터와 클럭,동기 등 제어선 을 포함하면 20개 정도, ITU-656규격의 신호는 8Bit 데이터와 클럭,동기 등 제어선 을 포함하면 10개 이상의 제어신호 배선이 필요하게 된다.

그리고 상기 Digital Y/Cr/Cb신호는 매우 높은 주파수(수십Mhz) 성분을 가진 구형파 펄스신호이므로 높은 전자장을 유발시켜 일정 레벨이하의 전자파 방출로 억제 하기 위해서는 실드 및 차폐를 하여야 하는 데 그 어려움이 많이 발생하였다.

따라서 물리적으로 일정거리 이상 카메라부와 엔코딩부를 분리하여 배치하는 것이 불가능하였으며, 또한 카메라부와 인터넷 전송을 위한 압축코덱이 물리적으로 근접해 있지 않거나 무한회전을 위해 슬립링(slip-ring)을 통해 접속되는 도 2와 같이 구성한 경우에는 구성이 복잡하고 Noise가 발생하거나 외부로부터 유입되기 쉽고 신호선의 숫자를 줄이기 위해 Analog 엔코딩을 한 경우에는 Analog Encoding 및 Decoding을 하는 과정에서 영상신호의 손실을 유발하여 종합적인 화질이 열화되는 의 저하를 발생 시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 카메라부와 인터넷 전송을 위한 압축코덱부 사이를 시리얼로 변환하고 저전압차동신호(Serial LVDS:LOW VOLTAGE DIFFERENTIAL SIGNALING)를 통해 접속되도록 구성함으로써 배선량을 줄이고 전자파 방사를 억제시켜 설계 자유도는 향상시키면서 영상의 손실을 없애 고화질을 구현하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웹 카메라는 카메라부의 출력 영상을 전송경로를 통하여 엔코딩부로 전송하되 시리얼 전송 포멧으로 변환하여 전송하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 시리얼 전송 포멧은 저전압차등신호(LVDS)로 변환하여 전송하도록 하고, 상기 카메라부와 엔코딩부는 슬립 링(Slip-ring)을 통하여 결합하여 상기 카메라부의 출력 영상도 상기 슬립 링(Slip-ring)을 통하여 신호 전송이 이루어지도 록 한다.

또한, 상기 카메라부는 광학상을 제어하는 광학렌즈부, 상기 광학렌즈부의 출력 광학상을 디지털 색차 신호로 합성하는 이미지 처리부 및 상기 이미지 처리부의 디지털 색차신호를 직렬/병렬 변환을 행하고 저전압차동신호로 변환시켜 전송하는 영상신호 전송부(LVDS Serializer)와 상기 광학렌즈부의 팬/틸트(Pan/Tilt)를 제어하는 줌/팬/틸트(P/T/Z Drive)를 더 포함되도록 하여 상기 엔코딩부의 제어신호에 의하여 제어되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 엔코더부는 상기 영상신호 전송부(LVDS Serializer)에서 전송되는 저전압차동신호를 직렬/병렬변환을 수행하여 디지털 색차신호로 복원하는 영상신호 수신부(LVDS Deserializer)와 표준클럭신호 발생기인 오실레이터를 더 포함하도록 구성하여 상기 영상신호 수신부에서 상기 오실레이터의 표준클럭신호로 복조클럭을 생성하고 상기 복조 클럭으로 직렬/병렬변환을 수행하여 다시 디지털 색차신호로 복원하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 엔코더부는 상기 영상신호 수신부에서 출력되는 색차영상신호를 JPEG 또는 MPEG으로 압축하는 JPEG Encoder부 및 상기 JPEG Encoder부에서 출력되는 압축된 영상데이터를 네트웍으로 전송하는 중간접속제어부 및 무선모뎀부를 더 포함하여 구성되도록 한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 Web 카메라 System의 구성을 도시한 도면이다. 도시된 바 와 같이 Web카메라 system 구성은 카메라부(100)와 슬립링부(Slip-ring;200) 그리고 엔코딩부(300)로 구성된다.

카메라부(100)는 광학상을 제어하는 광학렌즈부(110), 광학렌즈부(110)의 출력 광학상을 아날로그 전기신호로 변환하는 Image Sensor부(120), Image Sensor부(120)의 출력 아날로그 전기신호를 Digital신호로 변환하는 A/D변환부(130), A/D변환부(130)의 출력 Digital 영상신호의 화질을 보상하고 디지털 색차 신호(Digital Y/Cr/Cb신호)(ITU-656, CCIR-601)를 합성하는 이미지 처리부(Image Processor;140), 상기 디지털 색차 신호를 직렬/병렬 변환을 행하고 저전압차동신호(LVDS:LOW VOLTAGE DIFFERENTIAL SIGNALING)로 변환시켜 출력하는 영상신호 전송부(LVDS Serializer)(170), 광학렌즈(110)의 팬/틸트(Pan/Tilt)를 제어하는 줌/팬/틸트(P/T/Z Drive)(160) 그리고 카메라부(100)의 System제어를 수행하는 Camera Control부(150)를 포함하여 구성한다.

특히, 영상신호 전송부(LVDS Serializer)(170)는 영상신호 전송부로서 동작되며, Image Processor(140)로부터 출력되는 각각 8Bit 또는 16Bit Data폭인 Digital Y/Cr/Cb신호(ITU-656, ITU-601)정보를 클럭주파수의 10배 혹은 20배의 직렬변환 클럭을 생성하여 병렬/직렬 변환을 행하여 1Bit 폭인 신호로 변환하고(이때 전송Bit Rate는 10배 혹은 20배가 된다) 저전압차동신호(LVDS:LOW VOLTAGE DIFFERENTIAL SIGNALING)로 변환시킨다.

LVDS는 시스템간 신호 전송 체계 규약 중의 하나로서, 고속의 디지털 데이터 신호를 전압 스윙 폭이 작은 신호로 변환한 후, 2-port의 wire를 통해 시스템간 고 속 통신을 가능케 하는 전송 기술로서 송신부와 수신부간에 보다 적은 수의 전선을 사용하여 데이터 전송이 가능하므로 통상 자립형 평판 디스플레이의 이미지 스케일러와 패널 사이에서도 많이 사용되는 일반적인 기술이므로 그 상세 설명은 생략한다.

슬립링부(Slip-ring)(200)는 무한회전이 가능하도록 구성되고 신호접속을 행하도록 구성된다. 즉, 영상신호 전송부(LVDS Serializer)(170)의 저전압차동신호(Digital Serial LVDS)변환 영상정보를 접속 Cable(210,220) 및 슬립링부(Slip-ring)(200)등 전송경로를 통해 엔코딩부(300)에 전송되도록 구성된다.

엔코딩부(300)는 슬립링부(Slip-ring)(200)를 통해서 전달되는 영상신호 전송부(LVDS Serializer)(170)의 LVDS신호를 입력받아 다시 Digital 색차신호(ITU-656 Y/Cr/Cb)로 복원하는 영상신호 수신부(LVDS Deserializer)(310), 영상신호 수신부(LVDS Deserializer)(310)에서 출력되는 색차영상신호를 JPEG 또는 MPEG으로 압축하는 JPEG Encoder부(330), 엔코더부(300)의 데이터의 흐름 및 기능을 제어하는 System Control부(340), JPEG Encoder부(330)에서 출력되는 압축된 영상데이터를 네트웍으로 전송하는 중간접속제어부 및 무선모뎀부(MAC&PHY)(350)를 포함하여 구성된다. 중간접속제어부 및 무선모뎀부(MAC&PHY)(350)는 중간접속제어부(MAC)와 무선모뎀부(PHY)로 구성되며 그 출력신호는 네트웍을 통하여 사용자 PC(미도시)에 연결된다.

본 발명에 의한 영상신호 수신부(LVDS Deserializer)(310)는 슬립링부(Slip-ring)(200)를 통해서 전송된 저전압차동신호(Digital Serial LVDS신호)를 Logic-Level로 변환하는 한편 OSC부(320)에서 발생시킨 표준클럭신호와 PLL(위상동기:Phase Lock Loop)을 취하여 복조클럭을 생성하고 직렬/병렬변환을 수행하여 다시 Digital 색차신호(ITU-656 Y/Cr/Cb)로 복원하도록 구성된다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 웹 카메라 시스템의 동작에 대하여 설명한다.

본 발명은 카메라부(100)의 Image Processor(140)로부터 출력되는 각각 8Bit 또는 16Bit Data폭인 Digital Y/Cr/Cb신호 (ITU-656, ITU-601)를 영상신호 전송부(LVDS Serializer)(170)에서 클럭주파수의 10배 혹은 20배의 직렬변환 클럭을 생성하여 병렬/직렬 변환을 행하여 1Bit 폭인 신호로 변환하고(이때 전송Bit Rate는 10배 혹은 20배가 된다) 저전압차동신호(LVDS:LOW VOLTAGE DIFFERENTIAL SIGNALING)로 변환시켜 저전압차동신호(Digital Serial LVDS)를 접속 Cable 및 슬립링부(Slip-ring)(200)등 전송경로를 통해 엔코딩부(300)에 전송된다.

엔코딩부(300)까지 전송된 저전압차동신호(Digital Serial LVDS)는 시리얼 수신부인 영상신호 수신부(LVDS Deserializer)(310)에 입력되어 Logic-Level로 변환되는 한편 OSC부(320)에서 발생시킨 표준클럭신호과 PLL(위상동기:Phase Lock Loop)을 취하여 복조클럭을 생성하고 직렬/병렬변환을 수행하여 Image Processor(140)에서 출력되었던 Digital Y/Cr/Cb신호를 동일하게 복원하도록 동작된다.

기타의 동작은 일반 웹캅메라와 유사하므로 간략하게 설명한다.

줌/팬/틸트 기능을 가지는 카메라가 동작하고 이 카메라에 클라이언트가 접속해 사용자가 PC의 화면을 통해 주변 상황을 감시하면서 특정 영역을 확대해 보고 싶으면 한 지점을 클릭하고 스크롤하고 상기 클라이언트가 확대해 보고 싶은 특정 영역을 줌 레벨에 따른 팬/틸트각도로 조정하고 카메라에 줌 명령을 내려 줌을 실 행하는 통상의 단계로 동작한다.

카메라(100)는 줌;팬/틸트 기능을 가지며 이 줌 기능의 구현은 내부 롬에 각 인덱스에 따른 줌 레벨을 정의해 놓고 인덱스를 System control(340)에서 슬립링부(Slip-ring)(200)와 카메라 제어 라인(230)을 통하여 Camera control부(150)에 전달되면 Camera control부(150)는 그 줌 레벨에 맞게 줌/팬/틸트(P/T/Z Drive)(160)를 구동하여 광학 렌즈부(110)를 이동시켜서 줌한다.

또한, 팬/틸트 기능의 구현도 System control(340)에서 원하는 상하/좌우로 이동하고 싶은 각도를 상기 과정을 통하여 Camera control부(150)에 주면 그 각도만큼 상하/좌우로 광학 렌즈부(110)를 동작시키는 것이다.

상기와 같은 동작 과정을 통하여 촬상된 광학렌즈부(110)의 출력 광학상을 Image Sensor부(120)에서 아날로그 전기신호로 변환되고 A/D변환부(130)에서 아날로그 전기신호를 Digital신호로 변환한다.

A/D변환부(130)의 출력 Digital 영상신호는 Image Processor부(140)에서 화질이 보상되고 Digital Y/Cr/Cb신호 (ITU-656, CCIR-601)로 합성한다.

합성된 Digital Y/Cr/Cb신호 (ITU-656, CCIR-601)는 영상신호 전송부(LVDS Serializer)(170)에서 직렬/병렬 변환을 행하고 1Bit 폭인 신호로 변환하고 저전압차동신호(LVDS:LOW VOLTAGE DIFFERENTIAL SIGNALING)로 변환시켜 2 개의 케이블 라인(210,220)을 통하여 슬립링부(Slip-ring)(200)로 전송된다.

엔코딩부(300)까지 전송된 저전압차동신호(Digital Serial LVDS)는 영상신호 수신부(LVDS Deserializer)(310)에 입력되어 Logic-Level로 변환되는 한편 OSC부(320)에서 발생시킨 표준클럭신호과 PLL(위상동기:Phase Lock Loop)을 취하여 복조클럭을 생성하고 직렬/병렬변환을 수행하여 Digital Y/Cr/Cb신호로 복원이 된다.

영상신호 수신부(LVDS Deserializer)(310)에서 출력되는 복원된 디지털 색차영상신호(Digital Y/Cr/Cb신호)는 JPEG Encoder부(330)에서 JPEG 또는 MPEG으로 압축되어 중간접속제어부 및 무선모뎀부(MAC&PHY)(350)를 통하여 네트웍으로 전송되어 사용자 PC의 화면에 디스플레이 되도록 동작된다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

상기에서와 같이 본 발명에 따른 웹 카메라에 의하면 전송라인 숫자를 2개로 줄이는 것에 의해 비용 절감 효과와 함께 노이즈에 강한 평형전송신호로 변환 전송하므로 외부노이즈에 대한 내성이 높다. 또한, Analog Encoding방식과 달리 손실이 전혀 없으므로 화질의 손상을 발생시키지 않으므로 고화질을 구현할 수 있다.

Claims

팬/틸트 기능을 구비한 카메라부와 엔코딩부로 구성된 웹 카메라에 있어서,

상기 카메라부의 출력 영상을 전송경로를 통하여 상기 엔코딩부로 전송하되 시리얼로 변환하여 저전압차등신호(LVDS)로 전송하고,

상기 카메라부와 엔코딩부는 슬립 링(Slip-ring)을 통하여 결합되고 상기 카메라부의 출력 영상도 상기 슬립 링(Slip-ring)을 통하여 신호 전송이 이루어지며,

상기 카메라부는

광학상을 제어하는 광학렌즈부;

상기 광학렌즈부의 출력 광학상을 디지털 색차 신호로 합성하는 이미지 처리부; 및

상기 이미지 처리부의 디지털 색차신호를 직렬/병렬 변환을 행하고 저전압차동신호로 변환시켜 전송하는 영상신호 전송부(LVDS Serializer);를 포함하고,

상기 엔코딩부는

상기 영상신호 전송부(LVDS Serializer)에서 전송되는 저전압차동신호를 직렬/병렬변환을 수행하여 디지털 색차신호로 복원하는 영상신호 수신부(LVDS Deserializer);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웹 카메라.
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제 1항에 있어서,

상기 엔코딩부는

상기 영상신호 수신부에서 출력되는 색차영상신호를 JPEG 또는 MPEG으로 압축하는 JPEG Encoder부; 및

상기 JPEG Encoder부에서 출력되는 압축된 영상데이터를 네트웍으로 전송하는 MAC&PHY부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웹 카메라.