专利名称：图像传输装置和使用该装置的图像传输系统的制作方法
技术领域：
本发明优选地涉及一种图像传输装置和使用该装置的图像传输系统，适于应用到例如远程监视系统。具体地讲，本发明涉及一种图像传输装置等，其中当根据诸如遥摄、俯仰等摄像机操作而改变摄像机的摄像范围时，数据压缩装置的数据压缩比增大，以限制压缩视频数据量的增加，从而避免了在通过以低数据传送率的线路传输到接收侧的压缩视频数据中出现时延。
迄今，已经提出了一种远程监视系统，其中，通过诸如ISDN(综合业务数字网)的通信线路，监控中心等监视或监控由安装在诸如发电厂、变电所等远距离的重要设施，或停车场、便民店等中的监控摄像机拍摄的图像。
图1示出使用通信线路的常规远程监视系统100的结构示例。常规远程监视系统100这样构成，即设置在监控对象侧的传输侧装置110和设置在监控中心侧的接收侧装置120彼此通过ISDN线130相连。
传输侧装置110包括摄像机111，用于拍摄待监控的对象(未示出)；视频信号压缩器112，用于对从摄像机111输出的拍摄的视频信号SVi进行A/D(模/数)转换处理、数据压缩处理等；遥摄云台(pan tilter)113，用于将摄像机111的拍摄方向改变到水平、向上和向下方向，即进行诸如遥摄、俯仰等摄像机操作；和遥摄云台控制接口114，用于根据通过ISDN线130从接收侧装置120传输的遥摄云台113的控制信号PTC来控制遥摄云台113，以便使遥摄云台113进行诸如遥摄、俯仰等摄像机操作。
此外，传输侧装置110包括多路传输/接收单元115，用于以多路方式进行对由视频信号压缩器112获得的压缩视频数据DV的传输和对由接收侧装置120获得的遥摄云台113的控制信号PTC的接收；和线路接口116，用于将多路传输/接收单元115连接到ISDN线130。
另一方面，接收侧装置120包括视频信号扩展器121，用于对通过ISDN线130从传输侧装置110传输的压缩视频数据DV进行数据扩展处理、D/A(数/模)转换处理等，从而获得接收视频信号SVr；监控器122，用于显示基于接收视频信号SVr的图像；人机接口(MMI)123，其用作操作装置，用于产生上述遥摄云台113的控制信号PTC。这里，人机接口123由诸如操纵杆之类的指示装置构成。
再者，接收侧装置120包括多路传输/接收单元124，用于以多路方式进行对从传输侧装置110获得的压缩视频数据DV的接收和对从人机接口(MMI)123获得的遥摄云台113的控制信号PTC的传输；和线路接口125，用于将多路传输/接收单元124连接到ISDN线130。
接下来描述图1中示出的远程监视系统100的操作。
传输侧装置110的摄像机111拍摄待监视对象，并将由此获得的拍摄的视频信号Svi提供给视频信号压缩器112。视频信号压缩器112对所拍摄的视频信号Svi进行A/D转换处理、数据压缩处理等，以产生压缩视频数据DV。该压缩视频数据DV提供给多路传输/接收单元115，然后再通过ISDN线130传输到接收侧装置120。
接收侧装置120的多路传输/接收单元124接收上述压缩视频数据DV，然后再将其提供给视频信号扩展器121。视频信号扩展器121对压缩视频数据DV进行数据扩展处理、D/A转换处理等，以产生相应于从上述摄像机111输出的拍摄的视频信号SVi的接收视频信号SVr。视频信号扩展器121将接收视频信号SVr提供给监控器122，以在监控器122上显示基于接收视频信号SVr的图像或画面。从而，由于监控器122在监控中心侧显示待监控对象的拍摄画面，因此监视者可监视监控器122屏幕上的对象。
在监控中心侧，监视者操作接收侧装置120的人机接口123，以改变摄像机111的拍摄方向。结果，产生遥摄云台113的控制信号PTC。MMI123将这个控制信号PTC提供给多路传输/接收单元124，然后再通过ISDN线130传输到传输侧装置110。
此外，传输侧装置110的多路传输/接收单元115接收上述控制信号PTC。控制信号PTC又提供给遥摄云台控制接口114。遥摄云台113根据控制信号PTC来控制诸如遥摄、俯仰的摄像机操作。因此，监视者根据人机接口123的操作来改变摄像机111的拍摄方向。
另一方面，由于将例如64kbps的低数据传送率的ISDN线用作上述常规远程监视系统100的ISDN线130，因此，经过上述数据压缩处理的压缩视频数据DV从传输侧装置110传输到接收侧装置120。
尽管如此，由于传输侧装置110的视频信号压缩器112有效地传输视频数据，因此，根据例如ITU-TH.261标准来压缩视频信号的帧间差，以获得压缩视频数据DV。因此，对于画面上的压缩视频数据DV的量而言，当运动较小时减小，相反，当运动较大时增大。
由于在遥摄云台113进行诸如遥摄、俯仰的摄像机操作期间摄像机111的拍摄范围变动，因此画面发生很大变化，并且压缩视频数据DV的量增加。因此，当ISDN线130如上所述地以低数据传送率运行时，需要花费时间来将压缩视频数据DV从传输侧装置110传输到接收侧装置120，并且在传输到接收侧装置120的压缩视频数据DV中引起时延。从而，当在压缩视频数据DV中出现时延时，甚至在显示在监控器122上的图像中也出现时延。所以，很难使监视者操作人机接口123，并进而控制遥摄云台113，以便捕获相应于目标的待监控对象。
因此，本发明的目的在于提供一种图像传输装置等，其可防止在通过低数据传送率的线路传输到接收侧的压缩视频数据中出现时延。
根据本发明的图像传送装置包括摄像机；拍摄范围改变装置，用于改变摄像机的拍摄范围；数据压缩装置，用于对从摄像机输出的拍摄视频信号进行数据压缩处理，以获得压缩视频数据；数据传输装置，用于将压缩视频数据传输到线路上；以及压缩比控制装置，用于控制数据压缩装置的数据压缩比，当拍摄范围改变装置改变摄像机的拍摄范围时，该比率增大。
此外，根据本发明的图像传送系统是这样一种图像传输系统，其包括传输侧装置和接收侧装置，这两个装置通过预定线路彼此相连。传输侧装置包括摄像机；数据压缩装置，用于对从摄像机输出的拍摄视频信号进行数据压缩处理，以获得压缩视频数据；数据传输装置，用于将压缩视频数据通过该线路传输到接收侧装置；控制信号接收装置，用于接收用于改变摄像机的拍摄范围的拍摄范围控制信号，该信号是通过该线路从接收侧装置传输的；拍摄范围改变装置，用于根据拍摄范围控制信号来改变摄像机的拍摄范围；以及压缩比控制装置，用于控制数据压缩装置的数据压缩比，当拍摄范围改变装置改变摄像机的拍摄范围时，该比率增大。此外，接收侧装置包括数据接收装置，用于接收通过该线路从传输侧装置传输的压缩视频数据；数据扩展装置，用于对压缩视频数据进行数据扩展处理，进而获得接收视频信号；图像显示装置，用于显示基于接收视频信号的图像；操作装置，用于获得改变摄像机的拍摄范围的拍摄范围控制信号；以及控制信号传输装置，用于通过该线路将拍摄范围控制信号传输到传输侧装置。
拍摄范围改变装置可改变传输侧的摄像机的拍摄范围。拍摄范围改变装置例如是用于改变摄像机的拍摄方向的遥摄云台、用于改变摄像机的变焦倍数的变焦机构等。设置在接收装置上的操作装置例如产生拍摄范围控制信号。该拍摄范围控制信号提供给传输侧，以控制拍摄范围改变装置的操作。
从摄像机输出的拍摄视频信号提供给数据压缩装置，在该数据压缩装置上产生压缩数据。该压缩视频数据被发送到一线路上，并传输到接收侧。在接收侧，压缩视频数据被提供给数据扩展装置，在该数据扩展装置上产生接收视频信号。显示装置显示基于该接收视频信号的图像。
当拍摄范围改变装置改变摄像机的拍摄范围时，画面发生很大变化，但是控制数据压缩装置的数据压缩比以使其增大。因此，当数据压缩装置例如压缩视频信号的帧间差以便产生压缩视频数据DV时，限制压缩视频数据量的增大。因此，即使该线路以低数据传送率运行，压缩视频数据仍平滑地传输到接收侧，从而防止出现时延。所以，即使是在显示在显示装置上的图像上也不出现时延。例如，由监视者对操作装置的操作，很容易控制遥摄云台，以便拍摄对应于目标的监控对象。
参照附图对本发明的详细描述，可进一步理解本发明的实质和优点，附图中图1是表示常规远程监视系统结构的框图；图2是表示由本发明一实施例限定的远程监视系统结构的框图；图3是表示构成该远程监视系统的视频信号压缩器结构的框图；以及图4是描述量化系数控制操作的流程图。
下面将参照附图来描述本发明的实施例。图2表示由本发明一实施例限定的远程监视系统10的结构。该远程监视系统是这样构成的，即，设置在监控对象侧的传输侧装置和设置在监控中心侧的接收侧装置30通过ISDN线彼此相连。
传输侧装置20包括摄像机21，用于拍摄待监控对象(未示出)；视频信号压缩器22，用于对从摄像机21输出的拍摄视频信号SVi进行A/D转换处理、数据压缩处理等，从而获得压缩视频数据DV；遥摄云台23，用于将摄像机21的拍摄方向改变到水平、向上和向下方向，即进行诸如遥摄、俯仰等摄像机操作；和遥摄云台控制接口24，用于根据通过ISDN线40从接收侧装置30传输的遥摄云台23的控制信号PTC来控制遥摄云台23，以便使遥摄云台23进行诸如遥摄、俯仰等摄像机操作。
接下来将描述，基于ITU-TH.261标准构成的视频信号压缩器22。此外遥摄云台控制接口24产生状态信号CQT，该信号指示遥摄云台23是否处于进行诸如遥摄、俯仰的摄像机操作的状态中。遥摄云台控制接口24将该状态信号CQT提供给视频信号压缩器22，作为量化系数的控制信号。
此外，传输侧装置20包括多路传输/接收单元25，用于以多路方式进行对由视频信号压缩器22获得的压缩视频数据DV的传输和对由接收侧装置30获得的遥摄云台23的控制信号PTC的接收；和线路接口26，用于将多路传输/接收单元25连接到ISDN线40。
另一方面，接收侧装置30包括视频信号扩展器31，用于对通过ISDN线40从传输侧装置20传输的压缩视频数据DV进行数据扩展处理、D/A转换处理等，从而获得接收视频信号SVr；监控器32，用于显示基于接收视频信号SVr的图像；人机接口(MMI)33，其用作操作装置，用于产生上述遥摄云台23的控制信号PTC。这里，人机接口33由诸如操纵杆之类的指示装置构成。
再者，接收侧装置30包括多路传输/接收单元34，用于以多路方式进行对从传输侧装置20获得的压缩视频数据DV的接收和对从人机接口33获得的遥摄云台23的控制信号PTC的传输；和线路接口35，用于将多路传输/接收单元34连接到ISDN线40。
图3表示构成远程监视系统的视频信号压缩器22的结构，下面将参照图3来解释视频信号压缩器22的结构。视频信号压缩器22包括A/D转换器51，用于将由摄像机111提供的拍摄视频信号SVi转换成数字信号；帧存储器52，其用作预测存储器；环路内滤波器(低通滤波器)53，用于降低由量化引起的失真；以及减法器54，用于计算从A/D转换器51输出的当前帧的视频信号S1与通过环路内滤波器53从帧存储器52获得的前一帧的视频信号S2之间的差。
视频信号压缩器22也包括选择切换器55，用于选择从A/D转换器51输出的当前帧的视频信号S1和从减法器54输出的差值信号S3中的一个，并取出所选择的信号。视频信号S1被提供给选择切换器55的55a侧上的固定终端，而差值信号S3被提供给其55b侧上的固定终端。编码控制器56控制选择切换器55的切换。当进行帧内编码时，选择切换器55连接到55a侧上的固定终端，而当进行帧间编码时，选择切换器55连接到55b侧上的固定终端。顺便说一下，编码控制器56用于控制视频信号压缩器22的总体操作。
此外，视频信号压缩器22还包括DCT变换器57，用于对每个块的选择切换器55的输出信号S4进行离散余弦变换(DCT)；以及量化器58，用于对从DCT变换器57输出的每个块的变换系数进行量化，从而获得量化的变换系数q。在这种情况下，编码控制器56将量化特性指定信息q’提供给量化器58，以便控制量化器58的量化系数。
此外，视频信号压缩器22还包括逆量化器59，用于对从量化器58输出的量化的变化系数q进行逆量化处理；逆离散余弦变换器60，用于对从逆量化器59输出的变换系数进行逆离散余弦变换；选择切换器61，用于有选择地取出从帧存储器53通过环路内滤波器53输出的前一帧的视频信号S2；以及加法器62，将由选择切换器62取出的前一帧的视频信号S2与从逆离散余弦变换器60输出的信号S5相加，以在进行帧间编码时获得在下一帧中作为前一帧的视频信号S2使用的视频信号，并将所得到的视频信号提供给帧存储器52。
在这种情况下，选择切换器61的61a侧的固定终端保持电气隔离状态，并向61b侧的固定终端提供视频信号S2。编码控制器56也控制选择切换器61的切换。当进行帧内编码时，选择切换器61与61a侧的固定终端电连接，而当进行帧间编码时，选择切换器61与61b侧的固定终端电连接。
视频信号压缩器22包括运动矢量检测器63，用于检测从A/D转换器51输出的当前帧的视频信号S1的运动矢量v。运动矢量检测器63将由此检测到的运动矢量v提供给上述帧存储器52，以便控制用于获得前一帧的视频信号S2的帧存储器52的读取位置，从而减小从减法器54输出的差值信号S3。因此，实现了运动补偿帧间预测。
下面描述图3中示出的视频信号压缩器22的操作。视频信号压缩器22以预定定时来间歇地进行帧内编码，而在其他周期期间连续进行帧间编码。当进行帧内编码时，选择切换器55和61分别连接到55a和61a侧的固定终端。因此，从A/D转换器51输出的当前帧的视频信号S1通过选择切换器55提供给离散余弦变换器57，以进行离散余弦变换。此外，量化器58从离散余弦变换器57接收变换系数，并对该变换系数进行量化，以产生量化的变换系数q。
另一方面，当进行帧间编码时，选择切换器55和61分别连接到55b和61b侧的固定终端。因此，从减法器54输出的信号S3通过选择切换器55提供给离散余弦变换器57，以进行离散余弦变换，其中信号S3对应于当前帧的视频信号S1与从帧存储器52通过环路内滤波器53输出的前一帧的视频信号S2之间的差值。此外，量化器58从离散余弦变换器57接收变换系数，并对该变换系数进行量化，以产生量化的变换系数q。
顺便说一下，在这种情况下，逆量化器59对变换系数q进行逆量化处理，而逆离散余弦变换器60对从逆量化器59输出的变化系数进行逆离散余弦变换。此后，加法器62将从逆离散余弦变换器60输出的信号S5与由选择切换器61取出的前一帧的视频信号S2进行相加，以获得在下一帧中作为作为前一帧的视频信号S2使用的视频信号，该视频信号写入帧存储器52。
无论是当进行上述帧内编码时还是在进行上述帧间编码时，均将从编码控制器56输出的帧间/帧内编码识别标志p、传输/非传输识别标志t和量化特性指定信息q’，以及从环路内滤波器53输出的环路内滤波器开/关信号f，和从运动矢量检测器63输出的运动矢量v作为压缩视频数据DV连同量化的变换系数q一起输出。当从遥摄云台控制接口24向视频信号压缩器22提供指示遥摄云台23是否处于进行诸如遥摄、俯仰的摄像机操作的状态中的状态信号CQT时(参见图2)，编码控制器56接收当前状态信号CQT。当状态信号CQT指示遥摄云台23未处于进行诸如遥摄、俯仰的摄像机操作的状态中时，编码控制器56控制提供给量化器58的量化特性指定信息q’，以便将量化器58的量化系数设置成标准值(例如，当量化系数的取值范围为1至15时为“7”)。
当状态信号CQT指示遥摄云台23处于进行诸如遥摄、俯仰的摄像机操作的状态中时，编码控制器56以将量化器58的量化系数设置成运动优选值(例如，当量化系数的取值范围为1至15时为“13”)的方式控制提供给量化器58的量化特性指定信息q’。因此，数据压缩比增大，并且当在遥摄云台23处于进行诸如遥摄、俯仰的摄像机操作的状态的情况下画面运动很大时，限制与帧间编码有关的压缩视频数据DV的量。
图4是表示视频信号压缩器22中的编码控制器56对量化器58的量化系数的控制操作的流程图。
当电源接通时，编码控制器56开始控制操作。在步骤ST1，编码控制器56控制提供给量化器58的量化特性指定信息q’，以将量化器58的量化系数设置成标准值“7”。接下来，在步骤ST2，编码控制器56参照状态信号CQT来确定遥摄云台23是否起动，即遥摄云台23是否进入进行诸如遥摄、俯仰的摄像机操作的状态中。当遥摄云台23已经起动时，编码控制器56进入到步骤ST3。
在步骤ST3，编码控制器56控制提供给量化器58的量化特性指定信息q’，以将量化器58的量化系数设置成标准值“13”。接下来，在步骤ST4，编码控制器56参照状态信号CQT来确定遥摄云台23是否停止，即遥摄云台23是否结束进行诸如遥摄、俯仰的摄像机操作的状态。当遥摄云台23已经停止操作时，编码控制器56返回到步骤ST1，此时将量化器58的量化系数设置成标准值“7”，并且接下来重复进行上述控制操作。
下面描述图2中示出的远程监视系统10的操作。
传输侧装置20的摄像机21拍摄待监视对象，并将由此获得的拍摄的视频信号Svi提供给视频信号压缩器22。视频信号压缩器22对所拍摄的视频信号Svi进行A/D转换处理、数据压缩处理等，以产生压缩视频数据DV。多路传输/接收单元25从视频信号压缩器22接收该压缩视频数据DV，以将压缩视频数据DV通过ISDN线40传输给接收侧装置30。
接收侧装置30的多路传输/接收单元34接收上述压缩视频数据DV，然后再将其提供给视频信号扩展器31。视频信号扩展器31对压缩视频数据DV进行数据扩展处理、D/A转换处理等，以产生相应于从摄像机21输出的拍摄视频信号SVi的接收视频信号SVr。监控器32接收该接收视频信号SVr，并显示基于接收视频信号SVr的图像或画面。从而，在监控中心侧，将监控对象的拍摄画面显示在监控器32上，因此监视者可监控监控器32屏幕上的对象。
在监控中心侧，监视者操作接收侧装置30的人机接口33，以改变摄像机21的拍摄方向，从而产生遥摄云台113的控制信号PTC。多路传输/接收单元34从MMI33接收这个控制信号PTC，然后再通过ISDN线40传输到传输侧装置20。
此外，传输侧装置20的多路传输/接收单元25接收上述控制信号PTC，并将控制信号PTC提供给遥摄云台控制接口24。遥摄云台23根据控制信号PTC来控制摄像机21，以进行诸如遥摄、俯仰的摄像机操作。因此，监视者根据人机接口33的操作来改变摄像机21的拍摄方向。
在根据由监视者对人机接口33的操作已经改变摄像机21的拍摄方向的状态下，画面变化很大时，则控制视频信号压缩器22的数据压缩比增大。因此，当视频信号压缩器22进行帧间编码时，限制压缩视频数据DV的量的增大。因此，即使ISDN线40以低数据传送率运行时，压缩视频数据DV平稳地传输到接收侧装置30，从而避免产生时延。这样，在显示于监视器32上的图像中也不出现时延。所以，监视者操作人机接口33，从而实现对遥摄云台23的控制，以使摄像机21摄取对应于目标的监控对象。
顺便说一下，前述实施例表示的是拍摄范围改变装置为用于改变摄像机21的拍摄方向的遥摄云台23的情况。但是，本发明不限于此。拍摄范围改变装置同样适用于用于改变摄像机21的变焦倍数的变焦机构。顺便说一下，当变焦倍数处于变化的状态中时，摄像机21的拍摄范围(或视场角)变化，并且画面运动增加。
在前述实施例中，视频信号压缩器根据ITU-TH.261标准构成。但是，本发明一般适用于这样的应用场合，即当摄像机的拍摄范围变化时，采用构成的数据压缩装置来增加压缩视频数据的量。
根据上述的图像传输装置，当根据诸如遥摄、俯仰等摄像机操作改变摄像机的拍摄范围时，数据压缩装置的压缩视频数据的压缩比增大，以限制压缩视频数据的增量。可防止在通过低数据传送率线路传输到接收侧的压缩视频数据中出现时延。因此，即使是在显示装置上显示的图像上也不出现时延。例如，监视者对控制装置的操作可容易地控制遥摄云台等，以便使摄像机捕捉对应于目标的监控目标。
在不背离本发明实质和基本特征的前提下，本发明也可采用其他特定形式实现。因此，应从所有方面将上述实施例认作是示意性的，而不是对某个方面的解释。本发明将覆盖由所附权利要求(而非上述描述)限定的本发明范围以及各权利要求等效物的含义和范围。
权利要求
1．一种图像传送装置包括摄像机；拍摄范围改变装置，用于改变所述摄像机的拍摄范围；数据压缩装置，用于对从所述摄像机输出的拍摄视频信号进行数据压缩处理，以获得压缩视频数据；数据传输装置，用于将压缩视频数据传输到线路上；以及压缩比控制装置，用于控制所述数据压缩装置的数据压缩比，当所述拍摄范围改变装置改变所述摄像机的拍摄范围时，该比率增大。
2．如权利要求1所述的图像传输装置，其中所述拍摄范围改变装置是用于改变所述摄像机的拍摄方向的遥摄云台。
3．如权利要求1所述的图像传输装置，其中所述数据压缩装置包括量化器，并且所述压缩比控制装置控制所述量化器的量化系数，以增大所述数据压缩装置的数据压缩比。
4．一种图像传输系统，包括传输侧装置；以及接收侧装置，所述传输侧装置和所述接收侧装置通过预定线路彼此相连；其中所述传输侧装置包括摄像机；数据压缩装置，用于对从所述摄像机输出的拍摄视频信号进行数据压缩处理，以获得压缩视频数据；数据传输装置，用于将压缩视频数据通过该线路传输到所述接收侧装置；控制信号接收装置，用于接收用于改变摄像机的拍摄范围的拍摄范围控制信号，所述控制信号是通过该线路从所述接收侧装置传输的；拍摄范围改变装置，用于根据拍摄范围控制信号来改变所述摄像机的拍摄范围；以及压缩比控制装置，用于控制所述数据压缩装置的数据压缩比，当所述拍摄范围改变装置改变所述摄像机的拍摄范围时，该比率增大；以及其中所述接收侧装置包括数据接收装置，用于接收通过该线路从所述传输侧装置传输的压缩视频数据；数据扩展装置，用于对压缩视频数据进行数据扩展处理，进而获得接收视频信号；图像显示装置，用于显示基于接收视频信号的图像；操作装置，用于获得用于改变所述摄像机的拍摄范围的拍摄范围控制信号；以及控制信号传输装置，用于通过该线路将拍摄范围控制信号传输到所述传输侧装置。
5．如权利要求4所述的图像传输系统，其中所述拍摄范围改变装置是用于改变所述摄像机的拍摄方向的遥摄云台，并且从所述操作装置获得的所述拍摄范围控制信号是用于控制遥摄云台的信号。
全文摘要
一种图像传输装置。传输侧的摄像机21拍摄监控对象,压缩器22从该摄像机接收信号SVi以产生压缩视频数据DV,DV经线路40传输到接收侧。在接收侧,扩展器31接收DV以获得视频信号SVr,监控器32显示基于SVr的图像。监视者在接收侧操作MMI33时,获得遥摄云台23的控制信号PTC。信号PTC经线路40传输到传输侧。当摄像机21的拍摄方向变化时,增大压缩器22的数据压缩比以限制数据量。因此防止传输到接收侧的压缩视频数据的时延。
文档编号H04N7/50GK1230851SQ9910220
公开日1999年10月6日 申请日期1999年2月12日 优先权日1998年2月23日
发明者须贺良一, 安居宏之, 藤森健史, 外村昌司 申请人:索尼公司