(57)【要約】【課題】圧縮により生成した可変長符号化コードの状態（フリーズの有無）をユーザーが簡単に目視確認できるエンコーダ、およびデコーダを提供する。【解決手段】入力HD-SDIストリームをリアルタイムで圧縮／伸張処理するエンコーダ、デコーダにおいて、エンコーダには従来のインターフェースであるDVB-ASIストリームとは別に多重部から供給されるトランスポートストリームを汎用業務用モニタに表示可能なSD-SDIストリームに変換するためのインターフェース変換部１５を新たに設け、DVB-ASIストリームあるいは、SD-SDIストリームを選択的に切替えて送出する手段を設ける。一方、デコーダは、従来のDVB-ASIストリームに加え、上記エンコーダからのSD-SDIストリームの受信も可能とするインターフェース変換部３２を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力HD-SDIストリームをリアルタイムに圧縮処理してトランスポートストリームを生成する映像符号化装置において、該トランスポートストリームをSD-SDIフォーマットにおける有効映像期間にカプセル化し、SD-SDI信号として出力する映像符号化装置。
【請求項２】
請求項１記載の映像符号化装置において、該映像符号化装置は、入力HD-SDIストリームをHDのまま圧縮処理するものであり、水平・垂直同期タイミング信号を付加するインターフェース変換部を有して前記カプセル化を行い、更に伝送路へ出力する伝送ストリームとしてDVB-ASI形式の前記トランスポートストリームと前記SD-SDストリームとを選択するセレクタを備えたことを特徴とする映像符号化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、符号化した映像をＤＶＢ−ＡＳＩ（Digital Video Broadcasting-Asynchronous Serial Interface）から出力可能な映像符号化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤ（High Definition）映像の圧縮方式として、MPEG-2やH.264符号化方式が一般に採用されている。
テレビ放送業務においても、取材力メラから中継局への素材伝送や、中継局間の素材伝送では、映像符号化装置を用いて、伝送路が許容する伝送ビットレートまで圧縮して送っているのが普通である。
【０００３】
図４は従来の画像符号化装置（エンコーダ）、図５は従来の画像復号化装置（デコーダ）の機能ブロック図である。
図４において、エンコーダの入力端子（Ａ）には、力メラで撮像されたHD-SDI映像信号が入力される。
【０００４】
前処理部１は入力信号のシリアルーパラレル処理、フィルタリング処理、ゲイン補正等の前処理を行なうとともに、ブランキング期間を除いた実映像期間の映像データを、輝度信号成分Ｙと２種類の色差信号成分Ｃｂ、Ｃｒの映像データに分離して、後段の符号部２に出力する。
符号部２は、前処理部１から供給される輝度信号成分Ｙと色差信号成分Ｃｂ、Ｃｒの映像データを入力されると、符号部２内部の口一力ルなループ処理を繰り返しながら、H.264符号化処理を行い、可変長符号化コードを連続的に出力する。
【０００５】
多重部３は、例えばISO/IEC 13818-1:2007及びARIB TR-B22に従いＴＳ多重化を行うものであり、符号化部２からの可変長符号化コードの他に、音声信号（端子Ｂ）、プライベート信号（端子Ｃ）を入力とし、識別可能なフラグを含む４バイトのＴＳヘッダを188 バイト毎に各信号に付加し、時間多重したトランスポートストリームＴＳを生成する。そして、この生成したＴＳと、ストリームの有効期間を示すイネーブルTS_ENとを、DVB-ASIフォーマッタ４に出力する。
DVB-ASIフォーマッタ４は、多重部３からのイネーブルTS_ENが真になるタイミングに応じてＴＳを取り込み、パラレルーシリアル変換や８Ｂ／１０Ｂ符号化を行い、得られたDVB-ASIストリームを出力端子（BNC1）から伝送路へ出力する。
【０００６】
一方デコーダは、図５に示すように、入力端子（BNC2）で受信したDVB-ASIストリームを、DVB-ASIフォーマッタ２０によりシリアルーパラレル変換し、エンコーダ装置の多重部で付加した4 バイトのＴＳヘッダをもとに分離部２１で可変長符号化コード、音声信号（端子Ｇ) 、プライべート信号（端子Ｈ）に分離する。さらに可変長符号化コードについては、伸張部２２により符号化前のストリームに伸張され、後処理部２３によりHD-SDIストリームにフォーマットされ出力端子（Ｆ）から出力される。
【０００７】
このように、従来の映像符号化装置では、HD-SDIストリームの水平／垂直ブランキング期間を除いた実映像期間の映像信号に対し圧縮処理を行っている。そして、圧縮により生成した可変長符号化コードは、ブランキング期間の概念を含まないDVB-ASI等のストリームフォーマットに変換され映像復号化装置へ伝送される。
【０００８】
この他、本発明に関連する技術として、MPEG-2 TSファイルの構造解析とエラーチェックを行うソフトウェアにおいて、バイナリダンプを行うものが知られる（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】“ＴＳアラナイザ  NT1A1 (V1.4.0.0対応版)製品説明書”、[online]、平成２２年６月、株式会社ニコンシステム、[平成２２年６月２８日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nikon-sys.co.jp/products/pdf/NT1A1.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の映像符号化装置及び映像復号化装置は、互いに離れた場所に夫々設置されるため、映像符号化装置の出力がフリーズしていないかどうかというような簡単なチェックさえも、出力ストリームをキャプチャし、ファイルべースで解析できる特別な解析装置が必要であった。
【００１１】
例えば、フィールド試験環境下で限られた測定器しかない状況において、何らかの問題によりデコーダの出力映像がフリーズしてしまった場合、原因がエンコーダであるのか、伝送路なのか、それともデコーダにあるのか場所を特定するのは難しい。一般的には、受信側デコーダにエラートラップ回路を組み込み受信ストリームの異常を検知し、エンコーダの問題かデコーダの問題か切りわけを行なうが、運用上、エンコーダとデコーダがそばに設置されることはまれであるため、送信元であるエンコーダ側で、エンコーダ自体の出力ストリームに問題があるのか判断するには、出力ストリームをキャプチャし、ファイルべースでストリームへッダ情報や、特定コードの発生周期等の確認が必要である。このため、エンコーダ側では、エンコーダの出力ストリームがフリーズしているかどうかさえ容易に判断することは難しい。
【００１２】
本発明は、圧縮により生成した可変長符号化コードの状態（フリーズの有無）を汎用的な業務用モニタにリアルタイム表示でき、ユーザーが簡単に出力異常を目視確認できる映像符号化装置及び映像復号化装置を提供することを目的とする。。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、入力HD-SDIストリームをリアルタイムに圧縮処理してトランスポートストリームを生成する映像符号化装置において、該トランスポートストリームをSD（Standard Definition）-SDIフォーマットにおける有効映像期間にカプセル化し、SD-SDIストリームとして出力することで達成される。
また、該映像符号化装置は、入力HD-SDIストリームをHDのまま圧縮処理するものであり、水平・垂直同期タイミング信号を付加するインターフェース変換部を有して前記カプセル化を行い、更に伝送路へ出力する伝送ストリームとしてDVB-ASI形式の前記トランスポートストリームと前記SD-SDIストリームとを選択するセレクタを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の映像符号化装置によれば、出力（映像復号化装置とのインターフェース）をDVB-ASIストリームまたはSD-SDIストリームに任意に切替えられるインターフェース変換部を備えたことで、不具合発生時には出力をSD-SDIストリームに切替え、映像復号化装置や特殊な解析器を用いずにモニタ画面の目視確認だけで、出力されたストリームの異常（フリーズ等）を容易に判断することができる。
また、映像符号化装置のインターフェース変換部と対応するインターフェース変換部を映像復号化装置に組込み込むことにより、映像符号化装置がどちらのストリームに切替えても、復号を行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施例について図１〜図３を用いて説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施形態におけるエンコーダの機能ブ口ック図である。
本例のエンコーダ装置は、前処理部１、符号部２、多重部３、DVB-ASIフォーマッタ4 、インターフェース変換部１５、及びセレクタ１６を備える。図３と同じものには同じ符号が付けられている。
【００１７】
インターフェース変換部１５は、多重部３から出力されるＴＳとTS_EN信号に対し、モニタ表示に必要な水平／垂直ブランキング期間を挿入するなどして、ＴＳをSMPTE 259M等に従いSD-SDIフォーマット化するものであり、ビットシフト部５、バッファ６、パリティビット付加部７、同期ワード付加部８、SD-SDIフォーマッタ９、および関連タイミング生成部（イネーブル生成部１０ 、バッファ監視部１１、リードタイミング生成部１２、同期ワード検出部１３、同期ワード再生成部１４）を有する。
【００１８】
セレクタ（SEL）１６は、端子Ｄから入力されるユーザ設定を反映させる切替信号に応じて、出力ストリームをDVB-ASIストリームかモニタ表示可能なSD-SDIフォーマットに切替えて、伝送可能とするものである。
【００１９】
本例では、エンコーダにおいてＴＳストリームをSD-SDIフォーマットに変換するインターフエース変換部1 を具備することにより、不具合発生時には出力インターフェースをSD-SDIストリームに切替え、デコーダを必要とせずにモニタ画面の目視確認だけで、エンコーダの出力ストリームがフリーズしていないか判断できる。
【００２０】
つまり、エンコーダが正常動作中は、相関関係の全く無い符号化ストリームが画素として表示されるため、モニタ画面には、一面が均一にジャラジャラとしたランダムノイズ的な画像が表示される。一方、エンコーダの内部にあるバッファが破綻している場合や、静電ノイズ等の外的要因により動作がフリーズしてしまった場合には、前のデータが保持されて出力されることになるため、モニタ画面の全体あるいは、一部の表示がジャラジャラともせず静止した表示になり、エンコーダ側の不具合であると容易に判断することができる。
【００２１】
次に、図１を参照して、本例のエンコーダのインターフェース変換部１５内部ブ口ックを説明する。
インターフェース変換部１における各内部ブ口ックは、入力のHD-SDIと出力のSD-SDI信号のフレーム位相を管理する（一定に保つ）必要がある。
同期ワード検出部１３は、端子ＡへのHD-SDI入力信号を前処理部１を通して取得し、ＴＲＳ（Timing Reference Signal）等の同期ワードを検出して得られるフレーム周期に基づいてフレームパルス信号を生成する。
同期ワード再生成部１４は、同期ワード検出部１３からのパルスもとにSD-SDI出力信号（BNC1）の水平／垂直同期ワードを含む同期ワードを再生成し、各内部ブ口ックに基準タイミング信号F-rstとして渡している。
【００２２】
一方、ビットシフト部５は、多重部３から８ビットのトランスポートストリームＴＳとイネーブル信号TS_ENを受け取り、画質向上させるため、1 ワードあたり8 ビットのＴＳを9 ビットデータに８ｂ／９ｂ変換する。
具体的にはTS_EN信号にしたがってバースト的に供給される1 ワードあたり8 ビットのＴＳをレジスタに逐次格納し、９ワード連結し７２ビットバスのデータとなったら９ビットずつアライメントを区切りなおし、９ビット／ワードのデータとして後段のバッファ６に逐次書込む処理を繰り返す。
ここで、例えば、伝送路に出力するSD-SDI信号のフォーマットが480i@59.94フォーマットの場合には、有効映像領域の画素数とブランキング期間を含むトータルの画素数の比率から、多重部３から転送可能なＴＳデータの最大ビットレートは、次の換算式（＝（有効映像領域の画素数／トータルの画素数）×27 MHz×9ビット）より、約188Ｍbpsとなる。
【００２３】
イネーブル生成部１０は、基準タイミング信号F-rst（或いはライン開始タイミング）で初期化され、TS_EN信号を９回受け取る都度、ビットシフト部５のリードイネーブル及びバッファ６へのライトイネーブル（以下、単にイネーブル信号と呼ぶ）を発生させる。イネーブル生成部１０で生成されるイネーブル信号をトリガとして、ライト開始からの時間をバッファ監視部１１で力ウントし、19.5 ラインに相当する時間が経過したら、リード開始のトリガ信号となるGO をリードタイミング生成部１２と、同期ワード付加部８へ送る。
【００２４】
バッファ６は、前述の９ビットＴＳデータに対して、モニタ表示の際に必要となる水平／垂直ブランキング期間を設けるためのレート変換用バッファである。バッファ６のリード制御はSD-SDIフォーマットにおける有効映像期間および、ブランキング期間の時間管理をつかさどるリードタイミング生成部１２からのタイミング制御にしたがって行なわれる。
具体的には、前述のSD-SDIフォーマットでは、Field 1 、Field 2 の垂直ブランキング期間が、それぞれ、２０ライン、１９ラインであることから、ライトの開始に対し、19.5ライン（１ライン＝約63.5μｓ）時間経過後にリードを開始させればバッファの破綻（アンダーフロー）は発生しない。バッファ６は少なくとも４０ライン程度の容量を有するものとする。
【００２５】
バッファ監視部１１は、イネーブル生成部１０で生成されたイネーブル信号をトリガとして、ライト開始からの時間を力ウントし、19.5 ラインに相当する時間が経過したら、リード開始のトリガ信号となるGOをリードタイミング生成部１２と、同期ワード付加部８へ出力する。
リードタイミング生成部１２は、このGOとF-rstに基づきSD-SDIフォーマットにおける有効映像期間にバッファ６のリード制御をしている。
【００２６】
パリティビット付加部７は、バッファ６から読み出された９ビットデータに対して、MSB ビットを反転したパリティビットを10 ビット目に結合する処理をし、同期ワード付加部８へ出力する。
【００２７】
同期ワード付加部８では、同期ワード付加部８からの１０ビットのパラレルデータに、ラインごとに有効映像領域の始まりや終わりを示すＳＡＶ（Start Active Video）、ＥＡＶ（End Ative Video）といった同期ワードを所定のタイミングで挿入し、後段のSD-SDIフォーマッタ９に出力する。
【００２８】
SD-SDIフォーマッタ９は、１０ビットのパラレルデータにスクランブルをかけ、シリアルーパラレル変換を行い、SD-SDI規格に準拠したストリームを出力する。なおＡＮＣ(ANCyillary data)には、適当な値をスタッフィングする。
【００２９】
ここで、図３を参照して、本例のエンコーダの符号部２の内部ブ口ックを説明する。本例の符号部２は、一般的なH.264符号化器である。
入力端子１０１が、図１の前処理部1 から供給される信号の入力端子に相当する。
ＭＢ分割部１０３は、16×16 画素ブ口ックの輝度信号Y と、8×8 画素ブ口ックの色差信号Ｃｂ、Ｃｒをそれぞれ、ＭＢ（マク口ブ口ック）単位の符号化対象信号ＭＢＳに変換する。
【００３０】
減算部１０４は、符号化対象信号MBSから後述する予測画像信号ＰＶをＭＢ単位で減算し、得られた差分を予測差分画像信号PDV1として直交変換部１０５に供給する。なお、符号化対象信号ＭＢＳは、輝度信号Ｙでは16×16 画素、色差信号Ｃｂ、Ｃｒでは8×8 画素ブ口ックで扱われるが、以下では説明を簡単にするために輝度信号Ｙのみを符号化対象として説明する。
直交変換部１０５は、水平、垂直方向の画像輝度データを水平方向、垂直方向の周波数スペクトルに変換する。
【００３１】
量子化部１０６は、空間周波数スペクトルに変換された映像データに対し、人の視覚特性が高周波成分に鈍感であるという特性を利用し、高周波成分側と低周波成分側とで荒さを変えて量子化し、変換係数として出力する。
可変長符号化部１０７は、量子化部１０６からの変換係数を符号化することで画像データの圧縮を行い、出力端子１０２から次段の多重部３へ出力する。
【００３２】
一方で、逆量子化部１０８は、量子化部１０６からの輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ、Ｃｒの変換係数それぞれ対し、逆量子化処理を行なう。
逆直行変換部１０９は、逆量子化部１０８の逆量子化結果を逆直行変換し、再生予測差分信号PDV2を復元して、加算部１１０に出力する。
【００３３】
加算部１１０では、この再生予測信号PDV2と後述する予測画像信号PVとを加算することで復号画像信号ＲＶを再生する。
デブ口ッキングフィルタ部１１１は、後述の動き補償を行なうために、復号画像信号RVからブ口ックひずみを除去する。
記憶部１１２は、ひずみを除去された復号画像信号RVを、参照ピクチャとして保持し、動き補償予測部１１３、動き検出部１１６に供給する。
【００３４】
イントラ予測部１１４は、ＭＢ分割部１０３からの符号化対象信号ＭＢＳを、その直前或いは１ライン前に符号化対象信号とされ加算部１１０から供給される符号画像信号ＲＶを用いて予測し、予測画像の候補として選択部に出力する。
【００３５】
動き検出部１１６は、符号化対象信号ＭＢＳを動き検索の対象とする16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8、4×4画素ブ口ックに分割し、各々のブ口ックに対し探索を行なう。例えば、16×16の符号化対象信号ＭＢＳは8×8 画素ブ口ックの4 個のブ口ックに分割され、その4 個のブ口ックについて参照画像と比較され一致あるいは類似するブ口ックの探索を行なう。探索により、最小の輝度の差分値が算出され、これを動き補償予測部１１３および選択部１１５に出力する。
動き補償予測部１１３は、上記ブ口ック探索の算出結果に基づいて最適予測画像を選択する。
【００３６】
選択部１１５では、動き検出部１１６の動きべクトル探索での差分値が前もって実験的に設定していた閾値よりも大きければ、探索範囲内に対象とする符号化対象信号ＭＢＳと一致あるいは類似するブ口ックはないと判断し、動き検出部１１６からの出力信号の代わりにイントラ予測部１１４の出力を選択し、減算部１０４および加算部１１０に供給する。
一方、動き検出部１１６の動きべクトル探索で最も差分値の小さい分割ブ口ツクが選択された場合には、選択部１１５は動き補償予測部１１３の出力を選択する。なお、上記説明では、輝度信号Ｙについてのみ説明したが、色差信号については、4×4の固定画素に分割する場合を除き、輝度信号と同様の処理を行なっているので詳細な説明は省略する。
【００３７】
次に、図２を参照して、本例のデコーダについて説明する。
本例のデコーダは、DVB-ASIフォーマッタ２０、分離部２１、伸張部２２、後処理部２３、インターフェース変換部３２、セレクタ３３を備える。図５と同じものには同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
本例のデコーダは、外部より切替信号（SEL）を適切に与えることで、入力端子(BNC2)から入力されるDVB-ASIストリームをDVB-ASIデフォーマッタ２０で受け、SD-SDI信号をSD-SDIデフォーマッタ２４で受け、それらをリアルタイムで伸張処理して、HD或いはSD-SDI信号として出力する。DVB-ASIデフォーマッタ２０で受けたときの動作は従来と同じである。
【００３９】
インターフェース変換部３２は、基本的にはインターフェース変換部１５の反対の処理を行うものである。
SD-SDIデフォーマッタ２４は、デスクランブル処理を行なうとともに、シリアルデータを１０ビットのパラレルデータにシリアルーパラレル変換を行い、同期ワード検出部２５に渡す。
【００４０】
同期ワード検出部２５は、フレームの先頭を示す同期ワードを検出し、起動トリガ信号（F_rst）として出力するとともに、10ビットのパラレルデータをそのまま出力する。出力するパラレルデータが実有効データであるときはイネーブル信号EDも出力する。
パリティビット分離部２６は、同期ワード検出部25 を通過した10ビットのパラレルデータに対して、最上位ビットに位置するパリティビットを削除し、9 ビットとなったデータをビットシフト部２７に出力する。
【００４１】
ビットシフト部２７は、入力された９ビットデータをDVB-ASIデフォーマッタ２０が出力するバスと同じ８ビットにデータ変換するためのブ口ックで、ビットシフト部５とミラーの関係にあたる9b／8b変換を行う。
具体的には同期ワード検出部２５からのイネーブル信号EDに従い、１ワードあたり9 ビットのデータDb_9をレジスタに格納して８ワード連結し、72 ビットバスのデータとなったら８ビットずつアライメントを区切りなおし、８ビット／ワードのデータDb_8を逐次後段のバッファ２８に書込む処理を繰り返す。
【００４２】
バッファ２８は、前述の8ビットデータDb_8から、エンコーダで挿入された水平／垂直ブランキング期間を取り除き、均一出力となるようにするためのレート変換用バッファである。バッファ２８のリード制御は、エンコーダの多重部から送出されるＴＳレートと一致したＴＳレート（約188Ｍbps）でかつ、水平／垂直ブランキング期間を含むフレーム期間内でデータのリードを平準化して行えばバッファ2 は破綻することがない。
【００４３】
従って、ここでは、イネーブル生成部２９により書込みが開始してから最低1ライン相当以上の時間をタイマー部３０にて力ウントし、該当時間が経過したら、ＴＳタイミング生成部３１に起動がかかるようにする。この結果、エンコーダのインターフェース変換部1 に入力されるＴＳと全く同じレートに戻ったトランスポートストリームが２８のバッファ２から出力にされることになり、後段の分離部２１に供給される。
【００４４】
以上説明したように、本例のエンコーダとデコーダを対に用いると、SD-HDI信号にHDのＴＳをカプセル化して伝送することになり、伝送路中にSD-HDI信号しか扱えない映像機器であっても、ＨＤ映像、音声及び素材伝送補助データ等をデコーダ側で再生等することができる。
なおＴＳをSD-HDIフォーマットにカプセル化するものに限らず、HD-HDIにカプセル化できるようにしても良いが、ＳＤであれば（ＨＤモニタも含め）ほとんどの業務用モニタで表示可能であり、通常はＳＤのみで足りる。
またエンコーダの入力及びデコーダの出力はHD-SDIとして説明したが、これに限らず、3G-SDI（SMPTE 424M）その他のデジタル映像信号インタフェースでも良い。
また同期ワード検出部１３は、前処理部１に入力されるHD-SDI信号から同期ワードを検出するものとして説明したが、これに限らず、多重部３から同等の信号を取得してもよい。
またセレクタ１６、３２は、外部からの切替信号に即座に従うものに限らず、フレーム先頭に対応する起動トリガ信号（F_rst）を待って切り替えるようにしてもよく、特にセレクタ３３は、同期ワード検出部２５やパリティビット分離部２６の処理の成否に応じて自動で切り替わるようにしても良い。
またエンコーダはSD-SDI信号を出力する専用の出力端子をBNC1とは別に備えても良く、その際セレクタ１６は無くてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態におけるエンコーダの機能ブ口ック図
【図２】実施形態におけるデコーダの機能ブ口ック図
【図３】図１のエンコーダにおける符号部２の内部ブ口ック
【図４】従来の画像符号化装置（エンコーダ）の機能ブ口ック図
【図５】従来の画像復号化装置（デコーダ）の機能ブ口ック図
【符号の説明】
【００４６】
１…前処理部、２…符号部、３…多重部、４…DVB-ASIフォーマッタ、
５…ビットシフト部、  ６…バッファ、７…パリティビット付加部、
８…同期ワード付加部、９…SD-SDIフォーマッタ、１０…イネーブル生成部、
１１…バッファ監視部、１２…リードタイミング生成部、
１３…同期ワード検出部、１４…同期ワード再生成部、
１５…インターフェース変換部、１６，３３…セレクタ（SEL）、
２０…DVB-ASIフォーマッタ、２１…分離部、２２…伸張部、２３…後処理部、
２４…SD-SDIデフォーマッタ、２５…同期ワード検出部、
２６…パリティビット分離部、２７…ビットシフト部、２８…バッファ、
２９…イネーブル生成部、３０…タイマー部、３１…ＴＳタイミング生成部、
３２…インターフェース変換部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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