ВИДЕОКАМЕРА Российский патент 2002 года по МПК H04N5/225 H04N5/04 H04N7/26 H04L7/00 G11B20/10 H04B7/185 

Область применения
Изобретение относится к видеотехнике и касается конструкции профессиональных видеокамер, относящихся к типу камкодеров, особенностью которых является использование компрессии изображения и цифровой записи в память получаемых звуковых и видеоданных и их хранение в памяти в сжатом виде.

Предшествующий уровень техники
Известна видеокамера, содержащая блок приема оптической видеоинформации, выход которого связан с входом блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выход которого через общую шину связан с входом блока оперативной памяти временного хранения данных, с которым связан процессорный блок обработки цифровых сигналов, имеющий устройства ввода-вывода данных, съемный блок постоянной памяти хранения данных, связанный с процессорным блоком и блоком оперативной памяти временного хранения данных, видеоконтрольный блок, а также блок компрессии цифрового видеосигнала (US 5016107, H 04 N 5/225, 5/30, 358-209, опубл. 14.05.91).

Недостатком данной видеокамеры является то, что она работает в одном протоколе обработки данных. Однако особенностью такого протокола является режим прямой передачи информации без ее сжатия. Каждая картинка или блок картинок по размеру занимает(ют) достаточно большой объем, а емкость базы хранения в постоянной или съемной памяти видеокамеры ограничена, что приводит к необходимости либо постоянно перекачивать данные из памяти, например, в компьютер, либо часто менять сменные блоки памяти. Такая видеокамера не может рассматриваться в качестве профессиональной, так как не позволяет производить длительные по времени съемки при отсутствии условий очистки памяти и выгрузки из нее хранимых данных. Кроме того, фотосъемка отдельных кадров существенно отличается от киносъемки по объему получаемой и подвергаемой обработке информации.

Недостаток объема памяти в видеокамере не позволяет эффективно ее использовать. Для профессиональных видеокамер, предназначенных для видеосъемки, первым основным требованием должно быть наличие достаточно большого объема памяти при минимальных размерах самой памяти как блока видеокамеры. При этом вторым основным требованием можно рассматривать приспособленность видеокамеры для работы с практически любым аппаратом обработки отснятой информации или для передачи этой информации через традиционно используемые средства связи. Последнее позволяет оперативно передавать информацию с места события в центр ее обработки независимо от места его расположения.

Известна видеокамера, содержащая блок приема оптической видеоинформации, выход которого связан с входом блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выход которого через общую шину связан с входом блока оперативной памяти временного хранения данных, с которым связан процессорный блок обработки цифровых сигналов, имеющий устройства ввода-вывода данных, съемный блок памяти хранения данных, связанный с процессорным блоком и блоком оперативной памяти временного хранения данных, видеоконтрольный блок, а также блок компрессии цифровых аудио- и видеосигналов, контроллер управления видеокамерой, программное обеспечение обработки видеоинформации, выводимой на видеоконтрольный блок, выполненный в виде смонтированного на корпусе камеры монитора (ЕР 0422447, H 04 N 5/225, опубл. 17.04.91).

Недостатком данной видеокамеры является ее недостаточная функциональность в части оперативной передачи информации по любому каналу имеющейся связи и недостаточный объем памяти для хранения информации при использовании современных средств накопления.

Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по повышению сжатия цифровых данных, созданию набора контроллеров для обеспечения хранения цифровых данных в компрессионном виде и обеспечению возможности передачи их на интерфейсы различных устройств, которые аппаратно и программно способны получить эту информацию и обработать ее. Достигаемый при этом технический результат заключается в расширении функциональных возможностей видеокамеры и улучшении эксплуатационных параметров за счет увеличения подлежащего хранению объема данных при сохранении штатной емкости базы хранения данных.

Указанный технический результат достигается тем, что видеокамера, содержащая блок приема оптической видеоинформации, выход которого связан с входом блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выход которого через общую шину связан с входом блока оперативной памяти временного хранения данных, с которым связан процессорный блок обработки цифровых сигналов, имеющий устройства ввода-вывода данных, съемный блок постоянной памяти хранения данных, связанный с процессорным блоком и блоком оперативной памяти временного хранения данных, видеоконтрольный блок, а также блок компрессии цифрового видеосигнала, снабжена подключенными к общей шине блоком компрессии звукового и видеосигнала с сжатием по технологии MPEG-2, контроллером управления видеокамерой, декодером цифровых звукового и видеосигналов с декомпрессией по технологии, например MPEG-2, контроллером подключения дополнительной съемной памяти оперативного хранения данных, контроллером интерфейсов для подключения к компьютерным устройствам обработки данных или устройствам хранения данных и стационарному монитору, и связанным через общую шину с процессорным блоком и контроллером управления видеокамерой программно-запоминающим устройством с программным обеспечением обработки видеоинформации, выводимой на видеоконтрольный блок, выполненный в виде поворотно закрепленного на корпусе камеры монитора, при этом блок преобразования аналогового видеосигнала в цифровой выполнен на ПЗС матрицах высокого разрешения с преобразованием поступающего сигнала в цифровой поток данных по протоколу SDTV, блок компрессии цифрового видеосигнала, поступающего с блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выполнен в виде кодера со сжатием цифровых данных, например, по технологии MPEG-2, при этом вход кодера подключен к соответствующему выходу блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой.

При этом блок компрессии цифрового видеосигнала, поступающего с блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выполнен в виде кодера со сжатием цифровых данных по технологии, например, MPEG-2 с функцией компрессии цифровых данных, поступающих по протоколам HDTV, SDTV и DV.

Для обеспечения передачи данных по спутниковой связи видеокамера может быть оснащена блоком преобразования цифровых звукового и видеосигналов в модулированный сигнал связи для передачи данных на спутниковый интерфейс.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого результата.

На чертеже представлена блок-схема видеокамеры.

Лучший вариант осуществления изобретения
Согласно изобретению видеокамера содержит блок приема оптической видеоинформации, выход которого связан с входом блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выход которого через общую шину связан с входом блока оперативной памяти временного хранения данных, с которым связан процессорный блок обработки цифровых сигналов, имеющий устройства ввода-вывода данных, съемный блок постоянной памяти хранения данных, связанный с процессорным блоком и блоком оперативной памяти временного хранения данных, видеоконтрольный блок, а также блок компрессии цифрового видеосигнала.

Видеокамера также снабжена подключенными к общей шине блоками компрессии звукового и видеосигнала с сжатием по технологии, например MPEG-2, контроллером управления видеокамерой, декодером цифровых звукового и видеосигналов с декомпрессией по технологии, например MPEG-2, контроллером подключения дополнительной съемной памяти оперативного хранения данных, контроллером интерфейсов для подключения к компьютерным устройствам обработки данных или устройствам хранения данных и стационарному монитору, и связанным через общую шину с процессорным блоком и контроллером управления видеокамерой программно-запоминающим устройством с программным обеспечением обработки видеоинформации, выводимой на видеоконтрольный блок, выполненный в виде поворотно закрепленного на корпусе камеры монитора.

При этом блок преобразования аналогового видеосигнала в цифровой выполнен на матрицах высокого разрешения с преобразованием поступающего сигнала в цифровой поток данных по протоколу SDTV, HDTV или DV. Блок компрессии цифрового видеосигнала, поступающего с блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выполнен в виде кодера со сжатием цифровых данных по технологии MPEG-2, при этом вход кодера подключен к соответствующему выходу блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой.

Ниже приводится пример конкретного исполнения профессиональной видеокамеры.

Профессиональная видеокамера, позволяющая записывать изображение в любом формате Pal/NTSC и разрешениях HDTV/SDTV с кодированием (сжатием) видеоинформации по методу компрессии, например, MPEG-2 и записью материала на твердотельное запоминающее устройство, содержит корпус заданной формы с блоком 1 приема оптической видеоинформации и блоком 2 приема звуковой информации.

Блок 1 приема оптической видеоинформации выходом связан с входом блока 3 преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выход которого через общую шину 4 связан с входом блока 5 оперативной памяти временного хранения данных, с которым связан процессорный блок обработки цифровых сигналов, имеющий устройства ввода-вывода данных. Видеокамера также имеет съемный блок 6 постоянной памяти хранения данных, связанный с процессорным блоком и блоком 5 оперативной памяти временного хранения данных.

Она снабжена подключенными к общей шине 4 блоком 7 компрессии звукового сигнала и блоком 8 компрессии цифрового видеосигнала, каждый из которых выполнен с функцией сжатия цифровых данных по технологии, например, MPEG-2. Блок 8 компрессии цифрового видеосигнала, поступающего с блока 3 преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выполнен в виде кодера со сжатием цифровых данных по технологии MPEG-2, при этом вход кодера подключен к соответствующему выходу блока 3 преобразования аналогового видеосигнала в цифровой. А блок 3 преобразования аналогового видеосигнала в цифровой выполнен на ПЗС матрицах высокого разрешения с преобразованием поступающего сигнала в цифровой поток данных по протоколу SDTV.

Видеокамера может быть снабжена дополнительным блоком 9 компрессии цифрового видеосигнала, поступающего с блока 3 преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выполненным с функцией сжатия по протоколу DV обработки данных.

Видеокамера может быть снабжена дополнительным блоком 10 компрессии цифрового видеосигнала, поступающего с блока 3 преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выполненным в виде кодера со сжатием цифровых данных по технологии, например, MPEG-2 с функцией компрессии цифровых данных, поступающих по протоколам HDTV. В общем случае блок 10 может представлять собой комбинацию, переключаемую автоматически или вручную кодеров, выполненных на общей базе с функцией выборочного кодирования по технологии, например, MPEG-2, поступающих по протоколам HDTV и SDTV цифровых данных.

На чертеже представлен пример исполнения, согласно которому видеокамера оснащена тремя блоками компрессии 8, 9, 10 в виде кодеров сигналов с функцией сжатия данных, поступающих соответственно через блок 8 по протоколу SDTV, через блок 9 по протоколу DV, через блок 10 по протоколу HDTV. Выбор каждой функции определяется переключателем на панели управления видеокамеры. В качестве примера можно рассмотреть вариант исполнения, когда все три кодера выполняются в виде единого кодера на общей элементной базе с функцией как ручного, так и автоматического перехода с одного вида протокола поступающих данных на другой.

Видеокамера снабжена блоком 11 преобразования цифровых звукового и видеосигналов в модулированный сигнал связи с спутниковым интерфейсом 12 телефонной станции. Оснащение видеокамеры функцией преобразования сжатых по технологии MPEG-2 видео- и аудиосигналов в модулированный радиосигнал дает возможность передачи имеющихся в памяти видеокамеры данных по спутниковой связи.

Видеокамера также выполнена с контроллером 12 управления видеокамерой, связанным с декодером 13 цифровых звукового и видеосигналов с декомпрессией по технологии, например MPEG-2, контроллером 14 подключения съемной памяти оперативного хранения данных, контроллером 15 интерфейсов для подключения к компьютерным устройствам 16 обработки данных или устройствам 17 хранения данных и стационарному монитору 18.

Видеокамера снабжена связанным через общую шину с процессорным блоком и контроллером 12 управления видеокамерой программно-запоминающим устройством с программным обеспечением обработки видеоинформации, выводимой на видеоконтрольный блок, выполненный в виде поворотно закрепленного на корпусе камеры монитора.

При этом блок 3 преобразования аналогового видеосигнала в цифровой выполнен на ПЗС матрицах высокого разрешения с преобразованием поступающего сигнала в цифровой поток данных по протоколу SDTV, HDTV или DV в зависимости от выбора задействованного кодера.

Поступающая оптическая видеоинформация преобразовывается на ПЗС матрицах высокого разрешения в цифровой поток HDTV или в SDTV, сжимается на кодере MPEG-2/DV и записывается в запоминающее устройство оперативной и постоянной памяти видеокамеры. Записанный сюжет можно декодировать, просмотреть и отредактировать на встроенном видеомониторе, переписать на другой носитель по видеовыходу или через интерфейсы Firewire (IEE1394), SCSI, Fiber channel, USB и другие компьютерные интерфейсы. В предлагаемой камере полностью отсутствуют механические части для записи и хранения информации, что позволяет существенно упростить и удешевить конструкцию.

Использование в качестве внутреннего стандарта хранения видеоинформации стандарта, например, MPEG-2 позволяет существенно снизить объем записываемой информации и унифицировать формат данных с различными монтажными видеосистемами, видеосерверами и системами спутниковой передачи информации.

Вся поступающая информация записывается на устройства хранения данных на основе микросхем памяти (типа PC-card) с автономным питанием для транспортировки или перезаписываемое постоянное запоминающее устройство типа FLASH RAM. Параллельно производится запись информации во внутренний буфер, построенный на стандартных микросхемах памяти.

Для повышения удобства работы в камере предусматривается использование различных компьютерных интерфейсов для связи с компьютерными системами обработки видеоизображения. Использование подобных интерфейсов позволит переписывать информацию с камеры в компьютерную систему с более высокой скоростью, чем по видеовыходу (быстрее в 100 раз реального времени видео).

Контроллер управления позволяет настраивать все параметры видеокамеры, просматривать и редактировать записанные сюжеты и использовать монитор для просмотра записываемого материала.

В качестве дополнительных устройств возможна установка различных компьютерных устройств хранения данных, таких как стриммеры, съемные диски и т. д. Использование подобных устройств позволит существенно увеличить объем записываемой информации и упростить обмен данными с компьютерными системами монтажа.

Использование встроенного мультиплексора, например, MPEG-2 и интерфейса DVB позволяет подключать камеру непосредственно к модулятору спутникового передатчика, что исключает использование отдельного, например, MPEG-2 кодера и дополнительных преобразований видеосигнала.

Технология, например, MPEG-2 (Moving Picture Experts Group standard 2) представляет собой разработанный и введенный в эксплуатацию с 1991 года усовершенствованный процесс сжатия аудио- и видеоинформации, позволяющий обеспечить компрессию цифровых данных на уровне 1:50. MPEG-2 приведен к стандарту ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, начиная с 1991 года (информацию по данному стандарту на сентябрь 1998 года можно получить по http://drogo.cselt.stet. it/mpeg/about_ mpeg. htm). Например, технология MPEG-2 позволяет при использовании стандартной видеокассеты для записи информации объем передавать в секунду объем информации равный 2 MB с получением разрешения на экране 1900•786 точек на дюйм (сравнение: для VHS - 400 КВ/с при разрешении 320•256 точек на дюйм). Соответственно, при сжатии информации в соотношении 1:50 на стандартную кассету можно записать существенно больше информации, что позволяет увеличить время съемок или использования кассеты.

Международные стандарты протоколов SDTV, HDTV или DV относятся к протоколам передачи телевизионных сигналов соответственно: SDTV - стандартное разрешение, HDTV - разрешение повышенной четкости и DV -цифровой видеосигнал.

При реализации блока приема оптической видеоинформации, выход которого связан с входом блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выход которого через общую шину связан с входом блока оперативной памяти временного хранения данных, с которым связан процессорный блок обработки цифровых сигналов, имеющий устройства ввода-вывода данных, съемного блока постоянной памяти хранения данных, связанного с процессорным блоком и блоком оперативной памяти временного хранения данных, видеоконтрольного блока и блока компрессии цифрового видеосигнала, можно использовать известное техническое решение, описанное в прототипе, где на элементной базе, используемой для создания компьютерных устройств, показано построение цифровой видеокамеры.

Возможность реализации подключения к общей шине различного вида контроллеров описана в GB 2204755, опубл. 16.11.88, H 04 N 5/262. В US 5511000, опубл. 23.04.96, G 06 F 19/00 представлено построение системной части видеаппарата, построенного на базе компьютера и обеспечивающего прием и обработку поступающих в виде аналогового или цифрового видео- и аудиосигналов. Выполнение контроллеров для преобразования цифрового сигнала в модулированный в настоящее время представляет собой хорошо отработанную технологию.

Промышленная применимость
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как его реализация базируется на использовании стандартного компьютерного и видеооборудования и не требует разработки специальной технологии и специального оборудования, кроме тех, что применяются при создании компьютерных станций и цифровых фото- и видеокамер.

Изобретение относится к видеотехнике, в частности, к конструкции профессиональных видеокамер, относящихся к типу камкодеров, особенностью которых является использование компрессии изображения и цифровой записи в память получаемых звуковых и видеоданных и их хранение в памяти в сжатом виде. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей видеокамеры и улучшение эксплуатационных параметров за счет увеличения подлежащего хранению объема данных при сохранении штатной емкости базы хранения данных. Технический результат достигается тем, что дополнительно введены подключенные к общей шине блоки компрессии и декомпрессии звукового и видеосигнала с сжатием и декомпрессией по технологии MPEG-2, набор контроллеров для обеспечения хранения цифровых данных в компрессионном виде для возможности передачи их на интерфейсы различных устройств, которые аппаратно и программно способны получить эту информацию и обработать ее. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Видеокамера, содержащая блок приема оптической видеоинформации, выход которого связан с входом преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выход которого через общую шину связан с входом блока оперативной памяти временного хранения данных, с которым связан процессорный блок обработки цифровых сигналов, имеющий устройства ввода-вывода данных, съемный блок постоянной памяти хранения данных, связанный с процессорным блоком обработки цифровых сигналов и блоком оперативной памяти временного хранения данных, видеоконтрольный блок, а также блок компрессии цифрового видеосигнала, отличающаяся тем, что она снабжена подключенными к общей шине блоком компрессии звукового сигнала и блоком компрессии видеосигнала, каждый из которых выполнен с функцией сжатия цифровых данных по технологии MPEG-2, контроллером управления видеокамерой, декодером цифровых звукового и видеосигналов с декомпрессией по технологии MPEG-2, контроллером подключения дополнительной съемной памяти оперативного хранения данных, контроллером интерфейсов для подключения к компьютерным устройствам обработки данных или устройствам хранения данных и стационарному монитору, и связанным через общую шину с процессорным блоком обработки цифровых сигналов и контроллером управления видеокамерой программно-запоминающим устройством с программным обеспечением обработки видеоинформации, выводимой на видеоконтрольный блок, выполненный в виде поворотно закрепленного на корпусе видеокамеры монитора, при этом блок преобразования аналогового видеосигнала в цифровой выполнен на матрицах высокого разрешения с преобразованием поступающего сигнала в цифровой поток данных по протоколу SDTV, блок компрессии цифрового видеосигнала, поступающего с блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выполнен в виде кодера со сжатием цифровых данных по технологии MPEG-2, при этом вход кодера подключен к соответствующему выходу блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой. 2. Видеокамера по п.1, отличающаяся тем, что блок компрессии цифрового видеосигнала, поступающего с блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, дополнительно выполнен с функцией сжатия по протоколу DV обработки данных. 3. Видеокамера по п.1, отличающаяся тем, что блок компрессии цифрового видеосигнала, поступающего с блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выполнен в виде кодера со сжатием цифровых данных по технологии MPEG-2, с функцией компрессии цифровых данных, поступающих по протоколам HDTV и SDTV. 4. Видеокамера по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена блоком преобразования цифровых звукового и видеосигналов в модулированный сигнал связи со спутниковым интерфейсом телефонной станции.