Brevet FR2206639A1 — publié le 19740607

La présente invention concerne un système de codage et de compression d'images par sous-échantillonnage entrelacé trame à trame avec interpolation, particulièrement pour visiophone. Les vidéosignaux de transmission d'images animées, fournis par les émetteurs de télévision ou de visiophonie, ont des largeurs de bande très importantes0 C'est ainsi qu'une voie de visiophone à 267 lignes par image équivaut à la capacité nécessaire à la trans- mission d'environ 300 voies téléphoniques et une voie de télévision à 625 lignes par image à celle d'environ 1500 voies téléphoniques. On doit donc nécessairement avoir recours à des moyens de compression et de codage d'images pour aboutir à des réseaux de transmission dtimages économiques. La rentabilité des systèmes de codage est fonction de ta longueur de la voie de transmission. Pour la transmission de signaux visiophoniques, les systèmes simples (8 Mbits/s) se justifient économiquement pour les moyennes et courtes distances et les systèmes plus élaborés (2 Mbits/s) pour les longues distances supé retires à quelques centaines de kilomètres. En télévision, on se sert actuellement du codage pour les transmissions par satellites et on y songe pour la télédistribution La presque totalité des systèmes de télévision et de visiophonie utilisent un balayage à deux trames entrelacées pour optimiser la définition verticale de l'image, Cet entrelacement consiste à analyser avec une trame la moitié d'une image en prenant seulement une ligne sur deux.La deuxième trame analyse ensuite l'autre moitié de l'image en balayant les lignes qui se trouvent entre les lignes déjà analysées par la première trame. Le codage consiste à échantillonner les vidéosignaux et à coder linéairement les échantillons analogiques ainsi obtenus en mots PCM ou tSC. On a donc après l'échantillonnage un nombre fini de points dtimage qui sont numérisés avec un nombre suffisant de bits pour représenter les différents niveaux analogiques possibles de la luminance de l'image. Les images blanc-noir avec demi-teintes sont normalement codées en mots de 6 ou 7 bits. En se référant par avance à la Fig. 1, on a représenté sur la ligne a un vidéosignal analogique et sur la ligne b ce même vidéo signal échantillonné à la fréquence fe. Les instants d'échantillon e nage sont dénommés k, 8 r, n, o, p dans une trame, (k + r), (#+#), (m +t), (n + r), (o + t), (p + r) dans la trame suivante (t, durée de la trame) et les amplitudes des échantillons correspondants sont dénommés K, L, N, N, 0, P et KI, L1, Mt, N', O, P. Le sous-échantillonnage classique consiste à ne coder qu'un échantillon sur deux et à transmettre une seule fois cet échantillon codé qui est répété deux fois à la réception. On transmet aux instants k et t échantillon K - - m-n M ~ ~ o e - - (k+#) et (#+#) - K' - - (m+#) - (n+#) - M' - - (o+#) - (p+#) - O' Cette opération a pour conséquence de dégrader la qualité de l'image en réduisant la définition horizontale et se traduit surtout par la restitution des contours de l'image sous forme de marches d'escalier. Le sous-échantillonnage entrelacé trame à trame utilisé seul consiste à ne coder qu'un échantillon sur deux, ces échantillons étant entrelacés sur deux lignes adjacentes appartenant à des trames différentes. On transmet t aux instants k et j l'échantillon K - - m-n M ~ ~ o o - - (k+#) et (#+#) - - - (m + t) - (n +#) N1 - - (c+#) - (p+#) - P' Les échantillons transmis sont répétés deux fois à la réceptin. La dégradation est nettement plus faible que dans le cas d'un sous-échantillonnage classique. Les contours sont légèrement frangés mais ce défaut est moins gênant que la forme en marches d'escalier et il est peu perceptible à cause de 'absence d'une gigue (jitter). Le sous-échantillonnage entrelacé trame à trame avec interpolation consiste à transmettre les signaux de vidéo sous forme de mots correspondant à des échantillons entrelacés sur deux lignes adjacentes appartenant à des trames différentes et, au lieu de répéter les échantillons à la réception,d'interpoler des échantillons égaux à la demi-somme des échantillons transmis. Les échantillons transmis étant K, M, 0, pour la première trame, L', N1, P' pour la seconde trame on reconstitue à la réception les mots d'échantillon treme paire K (K+M)/2 M (M+O)/2 O treme impaire (J'+L')/2 L' (L'+N')/2 N' (N'+P')/2 L'invention va être maintenant décrite en détail en relation avec les dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 est un schéma de forme d'onde de signaux qui a été expliqué dans l'entrée en matière; - la Fig. 2 représente l'émetteur du système de transmission d'images de l'invention avec sous-échantillonnage entrelacé trame à trame et interpolation; et - la Fige 3 représente le récepteur correspondant. En se référant maintenant à la Fig. 2, la caméra du visiophone 10 fournit un signal de visiophone et un signal pilote à la fréquencé de 2,o'48 MHz qui est un multiple (x 256) de la fréquence de ligne, 8kHz. Ce signal pilote est appliqué à un oscillateur commandé par tension 11 (VCO) associé à un comparateur de phase 110 et à des diviseurs de fréquence 111 à 113 qui fournit un signal de rythme du canal de transmission à la fréquence de 8,448 MHz et un signal ayant une fréquence de 2,816 MHz égale à deux fois la fréquence d'échantillonnage f = 1,408 MHz. e Le signal de visiophone composite (vidéo signal + signal de synchronisation) fourni par la caméra 10 est appliqué à un circuit extracteur de la synchronisation 12. Le vidéosignal est appliqué à un convertisseur analogique-numérique 13 et le signal de synchro- nisation est appliqué à un circuit de décalage d'échantillonnage 14 qui opère au rythme de trames et à un codeur de signaux de synchro nidation 20. Le convertisseur analogique-numérique 13 échantillone, aux instants fournis par le circuit de décalage d'échantillonnage et qui sont déphases de 1800 selon que la trame est paire ou impaire le vidéosignal et code les échantillons en mots de six bits. Ces échantillons sont appliqués en parallèle au registre 15 et, de ce registre, au multiplexeur t6 qui multiplexe dans le temps les mots relatifs au vidéosignal et les mots relatifs aux signaux de synchronisation. Du multiplexeur 16, les mots parallèle sont appliqués au registre 17 commandé à la fréquence d'échantillonnage et, du registre 17, ils sont appliqués au convertisseur parallèle-série 18 coni,tandé à la fréquence du canal de transmission qui envoie les bits en série dans le canal de transmission 19. Le signal de synchronisation est appliqué au codeur de signaux de synchronisation 20 qui les code en mots de six bits, ces mots sont appliqués au multiplexeur 16 qui les insère dans la séquence de mots résultant du codage du signal à vidéofréquence. Le signal de synchronisation est également appliqué au circuit de détection de trames 141 qui fournit sur deux sorties des signaux marquant respectivement les trames paires et les trames impaires. Ces signaux sont appliqués C un basculeur bistable 142 qui est dans l'état zéro ou dans l'état un selon que la caméra 10 fournit le signal vidéo d'une trame paire ou d'une trame impaire. Un second basculeur bistable 143 est commandé par le signal à deux fois la fréquence d'échantillonnage et fournit sur ses deux sorties deux signaux carrés en opposition de phase. Deux portes ET 144 et 145 reçoivent respectivement à leurs entrées les deux signaux carrés en opposition de phase et les signaux de trame paires et de trames impaires. Les sorties des deux portes ET 144 et 145 sont reliées à une porte OU 146 dont la sortie fournit au convertisseur analogique 13 et au registre 15 le signal d'échantillonnage entrelacé.Le signal d'échantillonnage non entrelacé prélévé à l'une des sorties du basculeur 143 est appliqué au registre 17 et au codeur de signaux de synchronisation 20. Le signal de trame paire fourni par le circuit 141 remet à zéro le basculeur 143 à chaque début de trame paire. La Fig. 3 décrit le récepteur du visiophone. Le canal 19 aboutit à un convertisseur série-parallèle 31 qui d'une part fournit les mots de vidéo et de synchro en parallèle et d'autre part la fréquence "bit1 de 8,448 MHz. Cette fréquence est divisée par trois dans le diviseur de fréquence 32 qui fournit des impulsions à la fréquence de 2,816 MHz. Les mots PCM de vidéo et de synchro sont appliqués à un détecteur de synchronisation 33. A l'émission le flanc avant d'une impulsion de synchro est codé par un mot de six uns 111111 suivi d'un mot de six zéros 000000 et le flanc arrière de cette impulsion par un mot de six zéros suivi d'un mot de six uns. Les mots de vidéo et de synchro sont reçus dans les détecteurs de mots 331 et 331 directement dans le premier, après inversion dans l'inverseur 330 dans le second. Ces détecteurs de mots fournissent un signal de sortie quand ils reçoivent six uns suivis de six zéros. Il en résulte que 331 devient actif au début d'une impulsion de synchro et 331' à la fin d'une telle impulsion. Les sorties des détecteurs sont reliées aux entrées remise à zéro et remise à un d'un basculeur 334.Le basculeur 334 reproduit donc les impulsions de synchronisation0 L'une des sorties du basculeur 334 est reliée au circuit de décalage d'échantillonnage 34 qui est semblable au circuit 14 de même fonction dans la Figo 20 Les éléments de mEme fonction sont désignés par des numéros ayant les mimes chiffres de dizaine et d'unité dans les Figs. 2 et 3, seul tant différent le chiffre de centaine. Les mots de vidéo sont appliques à un registre 351 faisant partie d'un circuit d'interpolation 35 comprenant un second registre de transfert 352, un additionneur et diviseur par deux 353 et un registre de totalisation 354. Le registre 351 est commandé à la fréquence de 1,408 MHz par le circuit de décalage d'échantillonnage 34, c'est-à-dire que selon la parité ou l'imparité de la trame, il reçoit les mots correspondant aux échantillons K, M, O ou L1, N', P', Le registre 352 est commandé à la fréquence de 2,816 MHz et les informations d'entrée et de sortie de ce registre sont alors décalées d'un demi-point d1échantjllonnage. L'additionneur ne devant transmettre que la demi-somme des mots d'échantillon, ne transmet pas le bit de plus faible poids du total. Le registre de totalisation 354 reçoit donc des mots tels que (K +M)/2, (M + 0)/2, ... aux instants # n ... et les mots tels que K, M, ... aux instants k, m, Le registre de totalisation 354 est relié au convertisseur numérique-analogique 36 et de dernier est relié au circuit mélangeur de synchronisation 37 qui reçoit la synchronisation du basculeur 334. Le signal de visiophone reconstitue dans le circuit mélangeur 37 est appliqué au récepteur 38 du visiophone. Le registre 351 est maintenu à zéro pendant la durée des si canaux de synchronisation. R E V E N D I C A T I O N Système de codage d'images par sous-échantillonnage entrelacé trame à trame avec interpolation à la réception comprenant à ltémis- sion des moyens d'échantillonner les lignes d'une trame d'une image à raison d'un point de l'image sur deux et de transmettre seulement lesdits échantillons de la moitié des points de l'image codés en mots par modulation par impulsions de code et, à la réception, des moyens de recevoir lesdits mots, caractérisé en ce que, à l'émis- sion, les points de l'image qui sont échantillonnés sur deux lignes adjacentes appartenant à deux trames différentes sont entrelacés et qu'à la réception, chaque point de l'image non échantillonné à ltémission est remplacé par un échantillon égal à la moyenne arithmétique des échantillons des points l'encadrant.