JP2017175429A - 映像切替装置を備えた符号化装置および映像切替検知方法を含む符号化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】映像信号の符号化を伴う切替時に画質劣化を防止する。
【解決手段】少なくとも２つの映像信号入力部を有する映像切替部と符号化装置とを備えた映像切替装置であって、映像切替部は、外部から入力される制御信号に基づいてプレ制御信号を出力する第１の制御検知部と、制御信号に基づいて垂直帰線消去期間にカメラ映像信号を切替えるカメラ切替指示信号を出力する第２の制御検知部と、２つの映像信号を切替えるカメラ映像切替部を有する。符号化装置は、映像信号を符号化する符号化部と、プレ制御信号により符号化部の発生符号量を低減させる制御部を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像切替装置を備えた符号化装置および映像切替検知方法を含む符号化方法に関するものである。

従来の映像切替装置について、図３〜図８を用いて説明する。
図３は従来の映像切替装置を説明するためのブロック図である。
図４は図３の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図３において、映像切替装置３００は、映像切替部３１０と符号化装置３２０で構成されている。
映像切替部３１０は、制御検知部（Ｖ−ＢＬ、Vertical Blanking対応）１１３とカメラ映像切替部１１２で構成され、映像信号ＶＩＤ１(Video1)，ＶＩＤ２(Video2)を入力する２つの入力端子と、映像信号ＳＩ−ＶＩＤ（Selected-Video）を出力する出力端子を有している。
制御検知部（Ｖ−ＢＬ対応）１１３は、外部から制御信号（シリアル）ＳＷ−Ｃが入力されると、Ｖ−ＢＬ（Vertical Blanking、垂直帰線消去期間）に映像信号を切替えるためのカメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬをカメラ映像切替部１１２に出力する。
カメラ映像切替部１１２は、カメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬに基づいてＶＩＤ１またはＶＩＤ２の映像信号を出力する。カメラ映像切替部１１２は、例えば、図４に示すようにカメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬが低レベルの場合にはＶＩＤ１を出力し、カメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬが高レベルの場合にはＶＩＤ２を出力する。
なお、映像信号ＶＩＤ１，ＶＩＤ２は、例えば、カメラ１０１，１０２等から出力される。

符号化装置３２０は、制御部３２１と符号化部１３０とＳＧ（Sync Generator）部１４０で構成されている。
制御部３２１は、ビットレート制御信号とＳＵＭを入力し、ｃｏｍｐ制御信号とＩ／Ｐ０制御信号を出力する。
また、制御部３２１から出力するＩ／Ｐ０は、画面上部からフレーム毎に対象範囲を下段にズラしながら変化する信号である。

画像圧縮を行う符号化部１３０は、Ｉ（Intra-coded Picture）処理部１３１、Ｐ（Predictive-coded Picture）処理部１３２、選択部１３３、バッファメモリ部１３４、復号部１３５で構成されている。
符号化部１３０は、入力された映像信号ＳＩ−ＶＩＤをＩ処理部１３１で圧縮データＩ−ＣＤを生成し、Ｐ処理部１３２で圧縮データＰ−ＣＤを生成し、選択部１３３で圧縮データＩ−ＣＤまたはＰ−ＣＤを選択し、選択したデータＳ−ＣＤをバッファメモリ部１３４に出力し、バッファメモリ部１３４から圧縮データを出力する。なお、復号部１３５はＳ−ＣＤを復号し、復号した映像信号Ｖ−ＤＥＭをＰ処理部１３２に出力する。

図６はI処理部の動作を説明するためのブロック図である。
I処理部１３１は、変換部８０１、量子化部８０２、ハフマン符号部８０３で構成され、入力された映像信号ＳＩ−ＶＩＤを変換部８０１で例えばＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）変換し、量子化部８０２とハフマン符号部８０３で圧縮データＩ−ＣＤを作成して出力する。

図７はＰ処理部の動作を説明するためのブロック図である。
Ｐ処理部１３２は、差分部９０４、変換部８０１、量子化部８０２、ハフマン符号部８０３で構成され、差分部９０４で入力された現フレームの映像信号ＳＩ−ＶＩＤと前フレームの映像信号Ｖ−ＤＥＭとの差分をとり、差分の映像信号を変換部８０１で例えばＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）変換し、量子化部８０２とハフマン符号部８０３で圧縮データＰ−ＣＤを作成して出力する。

符号化部１３０において、通常の映像は、前フレームと同一の絵柄が、一部位置移動した等となり、前フレームと相関の高い絵柄が主体となる。そこで、Ｐ処理と呼ばれる、前フレーム映像と現フレーム映像の差分を取り、その差分を符号化＆量子化を行ない、圧縮データを作成する。
このような、Ｉ処理を映像の一部分に行い、他の部分は、Ｐ処理を行う。
なお、通常の映像は、フレーム間での差分は概ね少なく、より少ないデータ量となるよう工夫している。特に静止画であれば、前フレームとほぼ同一な絵柄となるため、差分は０になり、Ｐ処理で新たに送るデータ発生は、ほぼ０となる。

図５は画像のＩ処理およびＰ処理におけるフレーム間での類似画像と異種画像の発生データ量と画質を説明するための図である。
図５（Ａ）は量子化を一定にした場合の発生データ量を示している。Ｉ処理において、類似画像と異種画像共に発生データ量は大である。また、Ｐ処理において、類似画像は発生データ量が小であり、異種画像は発生データ量が大である。
図５（Ｂ）はデータ量を一定にした場合の画質を示している。Ｉ処理において、類似画像と異種画像共に画質は悪い。また、Ｐ処理において、Ｐ処理において、類似画像は画質が良あり、異種画像は画質が悪い。

図８は従来の映像切替による画像を説明するための図である。
変換部８０１出力の微小成分を切り捨てた後に復号した場合に、元の映像差分との誤差が増加し、結果として映像の再現性が低下、画質劣化となる。この特性を図５、および図８に示す。
図８において、３フレーム目（ｃ）は、絵柄全体が変更されたため、各Ｐ処理は異種画像となり変化が増大、発生データ量も増加傾向となるため、粗い量子化として、データ量を減らす。
また、各Ｐ処理にて発生データ量が増加傾向にある過渡期において、Ｉ処理への割当て可能データ量も減らす状態となる。そのため、復号される映像は、結果的に画面全体の細部が省略された画質劣化した内容となる。

先行技術文献として、例えば、特許文献１では、現用系と少なくとも１つの予備系を有する映像送出装置において、デジタル映像信号を現用系と予備系に分配し、映像変化検知器で、現用系の復号出力における各映像フレームの画像データ量を算出し、各映像フレームの画像データ量に変化がないことを検知したとき、予備系に切替えて出力するようにしている。

特開２００７−４３５２０号公報

本発明の目的は、映像信号の符号化を伴う切替時に画質劣化を防止することである。

本発明の映像切替装置は、少なくとも２つの映像信号入力部を有する映像切替部と符号化装置とを備えた映像切替装置であって、映像切替部は外部から入力される制御信号に基づいてプレ制御信号を出力する第１の制御検知部と、制御信号に基づいて垂直帰線消去期間にカメラ映像信号を切替えるカメラ切替指示信号を出力する第２の制御検知部と、２つの映像信号を切替えるカメラ映像切替部を有し、符号化装置は映像信号を符号化する符号化部と、プレ制御信号により符号化部の発生符号量を低減させる制御部を有することを特徴とする。

また、制御部はプレ制御信号が高レベル期間では符号化部の発生符号量を低減させる制御を行うことが好ましい。

また、本発明の映像切替方法は、少なくとも２つの映像信号を入力するステップと、プレ制御信号により発生符号量を低減させるステップと、垂直帰線消去期間にカメラ映像信号を切替えるステップとを有することを特徴とする。

さらに、プレ制御信号が高レベル期間では発生符号量を低減させるステップとを有することが好ましい。

本発明によれば、映像信号の符号化を伴う切替時に画質劣化を防止することができる。

本発明の一実施例に係る映像切替装置を説明するためのブロック図である。 図１の動作を説明するためのタイミングチャートである。 従来の映像切替装置を説明するためのブロック図である。 図３の動作を説明するためのタイミングチャートである。 画像のＩ処理およびＰ処理における類似画像と異種画像の発生データ量と画質を説明するための図である。 Ｉ処理部の動作を説明するためのブロック図である。 Ｐ処理部の動作を説明するためのブロック図である。 従来の映像切替による画像を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例に係る映像切替装置を説明するためのブロック図である。
図１において、映像切替装置１００は、映像切替部１１０と符号化装置１２０で構成されている。
映像切替部１１０は、制御検知部（即応）１１１、制御検知部（Ｖ−ＢＬ対応）１１３、カメラ映像切替部１１２で構成され、映像信号ＶＩＤ１(Video1)，ＶＩＤ２(Video2)を入力する２つの入力端子と、映像信号ＳＩ−ＶＩＤ（Selected-Video）を出力する出力端子と、プレ制御信号ＰＲＥ−ＳＷを出力する出力端子を有している。
なお、映像信号ＶＩＤ１，ＶＩＤ２は、例えば、カメラ１０１，１０２等から出力される。

制御検知部（即応）１１１は、外部から制御信号（シリアル）ＳＷ−Ｃが入力されると、プレ制御信号ＰＲＥ−ＳＷを出力する。

制御検知部１１３は、外部から制御信号（シリアル）ＳＷ−Ｃが入力されると、Ｖ−ＢＬ（Vertical Blanking、垂直帰線消去期間）に映像信号を切替えるためのカメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬをカメラ映像切替部１１２に出力する。
カメラ映像切替部１１２は、カメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬに基づいてＶＩＤ１またはＶＩＤ２の映像信号を出力する。カメラ映像切替部１１２は、例えば、カメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬが低レベルの場合にはＶＩＤ１を出力し、カメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬが高レベルの場合にはＶＩＤ２を出力する。

符号化装置１２０は、制御部１２１と符号化部１３０とＳＧ（Sync Generator）部１４０で構成されている。
制御部１２１は、プレ制御信号ＰＲＥ−ＳＷとビットレート制御信号とＳＵＭを入力し、ｃｏｍｐ制御信号とＩ／Ｐ１制御信号を出力する。
なお、制御部１２１は、カメラ切替指示信号ＳＷ−ｃｎｔを入力するようにしてもよい。

画像圧縮を行う符号化部１３０は、Ｉ（Intra-coded Picture）処理部１３１、Ｐ（Predictive-coded Picture）処理部１３２、選択部１３３、バッファメモリ部１３４、復号部１３５で構成されている。
ＳＧ部１４０は、符号化装置１２０および映像切替部１１０の全体に同期信号を供給するものである。
なお、Ｉ処理部１３１とＰ処理部１３２の動作説明は、上述の図６と図７で説明しているため省略する。

符号化部１３０は、入力された映像信号ＳＩ−ＶＩＤをＩ処理部１３１で圧縮データＩ−ＣＤを生成し、Ｐ処理部１３２で圧縮データＰ−ＣＤを生成し、選択部１３３で圧縮データＩ−ＣＤまたはＰ−ＣＤを選択し、選択したデータＳ−ＣＤをバッファメモリ部１３４に出力し、バッファメモリ部１３４から圧縮データを出力する。なお、復号部１３５はＳ−ＣＤを復号し、復号した映像信号Ｖ−ＤＥＭをＰ処理部１３２に出力する。

制御部１２１から出力するｃｏｍｐ制御信号（符号化目標）は、Ｉ処理とＰ処理の発生符号量を増減させる制御信号、Ｉ処理部とＰ処理部は量子化の粗さを変化させることで、発生符号量を増減させるものである。
また、制御部１２１から出力するＩ／Ｐ１制御信号は、選択部１３３への制御信号、Ｉ処理による符号か、Ｐ処理の符号かを選択する。画面の上部から順番に選択されるように、走査線１２８０本であれば、１フレーム目は１〜６４本の期間、２フレーム目は６５本〜１２８本の期間・・・を選択する。

また、制御部１２１に入力するＳＵＭは、バッファメモリ部１３４に貯まった圧縮データ量に関する信号である。
制御部１２０は、ＳＵＭの量の多少を見ながら、ｃｏｍｐ制御信号（符号化目標）にて量子化粗さ、すなわち新たな発生データ量をコントロールする。

図２は、図１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図２において、映像切替部１１０は、例えば、時刻アでカメラ映像切替部１１２から映像ＳＩ−ＶＩＤとして映像信号ＶＩＤ１を出力している状態である。
時刻イは、映像信号ＶＩＤ１のフレームの開始点を示している。

制御検知部（即応）１１１は、例えば、時刻ウで外部から制御信号（シリアル）ＳＷ−Ｃが入力されると、プレ制御信号ＰＲＥ−ＳＷを出力する。
プレ制御信号ＰＲＥ−ＳＷは、立上りが制御信号（シリアル）ＳＷ−Ｃの立上りに連動し、立下りがＶ−ＢＬ期間内である。プレ制御信号ＰＲＥ−ＳＷの高レベル期間は、例えば、符号化目標ｃｏｍｐを６０Ｍｂｐｓから４５Ｍｂｐｓに低下させる期間である。
なお、プレ制御信号ＰＲＥ−ＳＷの高レベル期間が、例えば、５ｍｓより短い場合にはカメラ切替信号ＳＷ−ＶＢＬを１フレーム遅らせてもよい。１フレームは、本一実施例では約１６ｍｓである。

制御検知部（Ｖ−ＢＬ対応）１１３は、外部から制御信号（シリアル）ＳＷ−Ｃが入力されると、Ｖ−ＢＬ（Vertical Blanking、垂直帰線消去期間）に映像信号を切替えるためのカメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬを出力する。
カメラ映像切替部１１２は、カメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬに基づいてＶＩＤ１またはＶＩＤ２の映像信号を出力する。カメラ映像切替部１１２は、例えば、図２に示すようにカメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬが低レベルの場合にはＶＩＤ１を出力し、カメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬが高レベルの場合にはＶＩＤ２を出力する。

符号化装置１２０の制御部１２１は、例えば、プレ制御信号ＰＲＥ−ＳＷの高レベル期間では符号化目標ｃｏｍｐを４５Ｍｂｐｓとし、４５Ｍｂｐｓとなるように 量子化を中程度とし、発生符号量Ｓ−ＣＤの発生を減らす。このことにより、映像信号ＶＩＤ１の画質が僅かに低下する。
バッファ蓄積符号量ＳＵＭは徐々に低下し始める。なお、低下量は許容下限（例えば、６０％）とする。

カメラ映像切替部１１２は、カメラ切替指示信号ＳＷ−ＶＢＬに従って出力する映像信号ＳＩ−ＶＩＤを映像信号ＶＩＤ１から映像信号ＶＩＤ２に切替える。
制御部１２１は、時刻エにおいて、符号化目標ｃｏｍｐを４５Ｍｂｐｓから６０Ｍｂｐｓに戻す。

選択部１３３は、時刻エにおいて、映像が前フレームと大きく異なることから、Ｉ処理の選択比率が大幅に高まる。
それに伴い、選択部１３３から出力する発生符号量Ｓ−ＣＤも増加するが、それを貯め込むバッファメモリ部１３４は、バッファ蓄積符号量ＳＵＭが既に少なくなっているため、発生符号量Ｓ−ＣＤ量を極端に抑える必要は無い。
一時的に６０Ｍｂｐｓを越えた発生であっても、バッファ蓄積符号量ＳＵＭは中程度の量子化で済む。
結果として、映像信号ＶＩＤ２の画質の維持が可能となる。

時刻オは、映像信号ＳＩ−ＶＩＤが映像信号ＶＩＤ２に切替えて２フレーム目である。
なお、前記制御信号ＳＷ−Ｃはパラレル信号であってもよい。

本発明の実施形態である映像切替装置は、映像信号の符号化を伴う切替時に画質劣化を防止することができる。

以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。

映像信号を切替える前に符号化目標を低減させることによって、バッファメモリ部に余裕ができるので、映像信号の符号化を伴う切替時の画質劣化を防止したい用途に適用できる。

１００，３００：映像切替装置、１０１，１０２：カメラ、１１０，３１０：映像切替部、１１１：制御検知部（即応）、１１２：カメラ映像切替部、１１３：制御検知部（Ｖ−ＢＬ対応）、１２０，３２０：符号化装置、１２１，３２１：制御部、１３０：符号化部、１３１：Ｉ処理部、１３２：Ｐ処理部、１３３：選択部、１３４：バッファメモリ部、１３５：復号部、１４０：ＳＧ部、８０１：変換部、８０２：量子化部、８０３：ハフマン符号部、９０４：差分部。

Claims (4)

1. 少なくとも２つの映像信号入力部を有する映像切替部と符号化装置とを備えた映像切替装置であって、
   前記映像切替部は、外部から入力される制御信号に基づいてプレ制御信号を出力する第１の制御検知部と、前記制御信号に基づいて垂直帰線消去期間にカメラ映像信号を切替えるカメラ切替指示信号を出力する第２の制御検知部と、２つの映像信号を切替えるカメラ映像切替部を有し、
   前記符号化装置は、映像信号を符号化する符号化部と、前記プレ制御信号により前記符号化部の発生符号量を低減させる制御部を有することを特徴とする映像切替装置。
2. 請求項１に記載の映像切替装置であって、
   前記制御部は、前記プレ制御信号が高レベル期間では前記符号化部の発生符号量を低減させる制御を行うことを特徴とする映像切替装置。
3. 少なくとも２つの映像信号を入力するステップと、プレ制御信号により発生符号量を低減させるステップと、垂直帰線消去期間にカメラ映像信号を切替えるステップとを有することを特徴とする映像切替方法。
4. 請求項３に記載の映像切替方法であって、
   プレ制御信号が高レベル期間では発生符号量を低減させるステップとを有することを特徴とする映像切替方法。

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