Brevet FR2474797A1 — publié le 19810731

La présente invention concerne le traitement de l'infor- mation numérique et, plus particulièrement, elle concerne un appareil de traitement de signaux se présentant sous forme de mots numériques, notamment pour filtrage des signaux et contrôle de filtrage, l'appa- reil de l'invention s'appliquant en particulier au traitement de signaux vidéo numériques dans les systèmes de télévision. La technique antérieure propose un certain nombre d'appareils numériques de traitement de signaux de télévision et, parmi ceux-ci, elle propose des magnétoscopes et des équipements de transmission numériques permettant d'émettre et, ou bien, de recevoir des signaux vidéo numériques. On produit ordinairement des signaux numériques en échantillonnant un signal analogique à une fréquence prédéterminée pour mettre ces échantillons sous forme numérique par positionne- ment de chacun d'eux sur un niveau particulier. Le nombre de niveaux est l'un des facteurs dete-riiminant la précision du processus, de même que le nombre de bits du mot numérique représentant chaque échantillon. Un autre facteur est le nombre d'échantillons prélevé en un laps de temps donné, c'est-à-dire la fréquence d'échantillonnage. Il est clair que plus la fréquence d'échantillonnage est élevée, plus la pré- cision sur le potentiel est élevée. Ainsi, il est normal de choisir la fréquence d'échantillonnage la plus haute possible, et c'est bien ce qui se passe en pratique, mais une difficulté liée au choix d'une fréquence d'échantillonnage élevée est que, en certains points d'un système de télévision numérique, par exemple pour l'enregistrement sur magnétoscope, il est nécessaire de réduire le nombre des échan- tillons, par exemple à cause de considérations de largeur de bande. Il a été proposé de réduire le nombre d'échantillons, à savoir le débit de mots, au moyen d'un circuit de division numé- rique agissant sur les mots numériques après passage de ceux-ci dans un filtre d'entrée numérique. Un tel processus est satisfaisant et permet par exemple d'enregistrer le signal. A la reproduction, on peut reconstituer le nombre initial de mots au moyen d'un filtre d'interpolation de sortie. Un tel couple d'opérations peut être appelé "génération". En pratique, il y a bien souvent un certain nombre de "générations" avant que l'image de télévision finale ne soit produite, par exemple lorsqu'on utilise des techniques de "manipulation de chroma". Si un filtrage à l'entrée et à la sortie est effectué pour chaque "génération", il s'ensuit à chaque "géné- ration" une perte de résolution qui est due à la caractéristique de pente du filtre. Ceci constitue un sérieux inconvénient qui tend à être proportionnellement plus sérieux encore pour les signaux de chrominance. Un but de l'invention est de proposer un dispositif permettant de contrôler un signal numérique afin de déterminer s'il a été précédemment filtré et de commander la suite des opérations selon qu'un filtrage a ou non été effectué. De manière avantageuse, il est possible d'utiliser comme filtre d'entrée une catégorie spéciale de filtres et, de façon encore plus avantageuse, les appareils de vérification et de filtrage, sont combinés en un unique appareil de sorte que certains éléments peuvent être utilisés en commun. La description suivant, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses - caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 montre sous forme simplifiée un dispositif de base permettant de réduire le nombre de mots numériques dans un signal numérique et de reconstituer le aombre initial de mots, la figure 2 montre un filtre d'entrée destiné à être utilisé dans l'appareil de la figure 1; la figure 3 montre d'autres parties de l'appareil de la figure 1; la figure 4 montre une autre partie de l'appareil de la figure 1; la figure 5 présente un mode de réalisation d'un filtre à une dimension selon l'invention; et la figure 6 présente un mode de réalisation d'un filtre à deux dimensions selon l'invention. Sur la figure 1, sont représentés, sous forme de blocs, les éléments de base d'un système vidéo numérique destiné à réaliser une "génération". On supposera que le signal d'entrée du système de la figure l se trouve déjà sous forme numérique, c'est-à-dire qu'il est constitué d'une série de mots numériques comprenant chacun plu- sieurs bits, par exemple huit bits. Les mots numériques d'entrée a., ai,... an traversent à une vitesse de n mots par seconde un filtre numérique 1 qui produit des mots filtrés bon b, . b destinés à être ensuite traités dans un circuit de sélection 2 dans lequel des mots prédéterminés sont éliminés de façon à réduire le nombre total de mots sur lesquels doivent agir les éléments suivants de l'appareil, qui est par exemple un magnétoscope (non représenté). Dans l'exemple considéré, on retire des mots de façon alternée afin de retenir la moitié du nombre total..DTD: de mots, si bien que la vitesse résultante est de n/2 mots par seconde. Si l'on désire reconstituer le signal après traitement, par exemple dans le magnétoscope, il est nécessaire d'envoyer les signaux numériques traités dans un circuit 3 qui remplace un mot sur deux par un zéro, puis d'envoyer le signal résultant c0, cl,.. cn dans un filtre d'interpolation 4 qui est, de préférence, bien que cela ne soit pas absolument nécessaire, identique au filtre d'entrée 1. Alors, le signal de sortie do, di,... dn du filtre 4 présente la vitesse de n mots par seconde. Il est clair que, si, à chaque fois qu'une "génération" a lieu, il apparaît dans le signal de sortie du filtre d'interpolation 4 une dégradation, celle-ci devient de plus en plus importante au fur et à mesure qu'augmente le nombre des "générations". La figure 2 présente un type de filtre selon l'inven- tion pouvant être utilisé à la manière du filtre d'entrée 1. Il com- prend deux circuits 10 et il de verrouillage de mots connectés en série et cadences par un signal d'horloge possédant la fréquence des mots. Des quantités proportionnelles à trois mots d'entrée sont ajoutés ensemble de façon à produire un mot de sortie au moyen de circuits multiplicateurs 13, 14 et 15, effectuant par exemple la multiplication par 14, 1/2 et 1/4, et d'un circuit d'addition 16. Si l'on pose que les mots numériques d'entrée consi- dérés sont a0, al, a2' a,, alors les mots de sortie du circuit d'addition 16 seront une série de mots b0, b1, b2 présentant la forme suivante: 2474797. bo =a_ /4 + /2 + a 1/4, b = a /4 + a /2 +a94 b = a /4 a /2 + a3 /4-= Ces mots b sont ensuite envoyés au circuit 2, lequel est schématiquement représenté dans la partie gauche de la figure 3, et qui comprend, comme cela est montré, un circuit 21 de verrouillage de mots d'entrée excité par le signal d'horloge ayant la fréquence des mots, et un autre circuit de verrouillage 22 excité à une fré- quence moitié de la fréquence de mots,- laquelle est obtenue d'un circuit 23 de division par deux (signal 'f2' On voit qu'un autre circuit de verrouillage 24 est excité par la phase opposée (signal) du circuit 23, mais celui-ci n'est normalement pas présent. Le signal de sortie est pris à la sortie du circuit de verrouillage 22 et est constitué d'une série de mots numériques, cette série étant constituée d'un mot sur deux de la série de mots b fournie au circuit de ver- rouillage 21. Le signal de sortie du circuit de verrouillage 22 peut alors être enregistré ou transmis, mais, si l'on souhaite reconstruire le signal initial formé des mots a, il est nécessaire de ramener le nombre de mots à sa valeur initiale supérieure en insérant un zéro, ou mot nul, entre les mots qui ont été par exemple enregistrés ou transmis. Ceci peut être réalisé au moyen du circuit présenté sur la partie droite de la figure 3. Ce circuit comprend un commutateur3O de sélection de données qui est excité à la moitié de la fréquence de mots par un circuit 33 de division par deux et dont le signal de sortie comprend un mot b ou bien un mot nul, puisqu'un zéro a été délivré à l'autre entrée du commutateur de sélection. Le signal de sortie du sélecteur de données est alors verrouillé à la fréquence de mots par un circuit 31 de verrouillage de mots de façon à produire une série de mots c qui peut par exemple être constituée de la manière suivante C-1 O, CO bc) a_1/'4 t ao/2 a,/l., c1 =0 O, c2 b2 =a /4 - a2/2 - a/4, c3 0, etc. Les mots c sont alors envoyés au filtre d'interpola- tion 4, qui est représenté de façon plus détaillée sur la figure 4. On voit qu'il a une structure identique au filtre d'entrée 1, à savoir qu'il comprend des circuits de verrouillage 40 et 41, des circuits multiplicateurs 43, 44 et 45 (respectivement par 1/4, 1/2, 1/4) et un circuit d'addition 46, si bien qu'il ne sera pas décrit plus en détail; il suffit de dire que le signal de sortie de ce filtre est formé d'une série de mots d qui peut être par exemple de la forme suivante: dO = a 1/8 + a o/4 + al/8, di = a_1/16 + ao/8 + al/8 + a2/8 + a3/16, d2 = a1/8 + a2/4 + a3/8, d3 = al/16 + a2/8 + a3/8 + a4/8 + a5/16. etc. Les mots d sont alors multiplies par 2 dans le circuit 47 afin de produire des mots e, si bien que: eO = 2do0 el = 2dl, etc. Lorsque de tels dispositifs sont mis en cascades, le signal de sortie en d'un dispositif devient le signal d'entrée a d'un autre, Lorsque les éléments de l'équipement peuvent être ou non mis en cascades et que l'on souhaite que la réponse en fréquence ne dépende pas de ce que le signalsoit ou non passé dans l'un ou plusieurs de ces dispositifs, il est possible d'obtenir ce résultat dans la mesure o les filtres ont une forme telle qu'il n'existe qu'un seul coefficient multiplicateur non nul dans le groupe de coefficients spatialement séparé par un nombre de mots égalau rapport du débit de mots le plus élevé au débit de mots le plus bas. Pour une réduction de deux à un du débit de mots, les filtres suivants per- mettent de satisfaire cette condition. (1) Filtres à une dimension, c'est-à-dire filtres de ligne: cas particulier O O O O 1/4 1/2 1/4 0 0 0 0 k0 k1 0 k3 0 5 cas général k 0 k 0 k _3.1 2474797. (2) Filtres à deux dimensions cas particulier n 1 C C cas particulier n 2 0 0 0 0 -I 0 -1/64 Q Q r 0 0 0 -1/64 O 0 -1 0 O o 0 >0 ) 1/8 )0 o o 1/64 o S/32 o 1/64 o cas générai k0 k(-3,-2) (-2,-3) 0 0 k(-l,-2) k(0,-3) o o k(1,-2) (2,-3) 0 o k(3,2) o k(-2,-1) k(O, -1) k (2,-l) k(-3,0) o k(-1, O) k (0,0) k(lO) o k(3,0) Pour ces cas à deux séquence régulière de poser qu'il existe un plus, on estime qu'il mots omis d'u nombre initia faut un nombi o k(-2, 1) o k(o, 1) k(2,1) o dimensions [ne ligne à L1 impair d re impair d k(-3,2) 0 0 k(-2, 3) (-1, 1) 0 o k(0,3) (1,2) k(2,3) (3,2) s destinés à traiter une l'autre, il faut sup- le mots par ligne. De de termes non nuls pour un taux de réduction de débit de mots qui soit entier et pair. Dans le cas initial, si n est pair, on obtient en résultat de l'opération de filtrage: en1 = (en-2 ± en)/2 et en+l = (2 + en+2)/2. Si, a l'entrée d'un filtre quelconque, on a anl1 ( n-2 - an)/2 et an+l (an + an+2)/2, o o o 0 0 1/8 0 1/2 1/8 1/8 0 O O o o /32 1/2 /32 o o o -1/64 o /32 o -1/64 o o o -1/64 o -1/64 o o o o o o o o 2474797. ceci n'a pu être obtenu que si le signal d déjà été filtré, ou bien alors s'il a la caractéristique d'un signal filtré. A titre d'exemple, ce dernier cas se produit dans un champ uniforme o tous les signaux sont les mtres. Lorsque ceci se produit, la valeur de a peut être n directement utilisée à la place de bn. Ceci suffit pour assurer que les valeurs de b dans le premier codeur et tous les codeurs sui- n vantssoient identiques et ceci empêche le filtrage excessif de toutes les parties de l'image qui ont déja été filtrées. Il faut rappeler que, dans un dispositif à effets spéciaux, l'avant-plan peut ne pas avoir été filtré alors que l'arrière-plan a été filtré, ou inverse- ment. De façon plus générale, si n est pair et si le filtre est du type k o3 0, kl, 1 ok+î>, +3, et s'il est des termes tels que k a +k a.-ka + -ka =0. (1) k-3an-4 - kln-2 + Iln + 3an+2 0 n-l et k a k2 a + kla klan+2 + k3an+4 Kan+.......... alors le signal doit être traité comme s'il avait été filtré et doit emprunter un trajet de dérivation du filtre. La figure 5 présente un mode de réalisation combinant un filtre d'entrée et un appareil destiné à contr6ler le signal d'entrée pour déterminer s'il a précédenmment 4té filtré. Cette com- binaison n'est pas nécessaire, mais elle se révèle avantageuse car elle effectue le contrôle mot par mot, ce qui est presque essentiel pour les techniques du type "manipulation de chroma" par exemple. La partie filtre du circuit est identique à celle présentée sur la figure 2. Des mots d'entrée a sont envoyés à un circuit de verrouillage 51, puis à un autre circuit de verrouillage 52 en série avec le circuit 51, ces deux circuits étant commandés par un signal d'horloge présentant la fréquence des mots. Un circuit d'addi- tion 53 ajoute ensemble le mot d'entréed'ordre n+il et le signal de sortie du circuit de verrouillage 52 qui a reçu en entrde le mot d'ordre n-l, et le signal d'addition résultant est envoyé via un circuit de multiplication 54, a un circuit 55 d'addition-soustrac- tion dans lequel le signal de sortie du circuit de verrouillage 51 représentant le mot d'entrée d'ordre n est, apres multiplication dans le circuit multiplicatedr 56, ajcuté à celui-ci ou soustrait de celui-ci. Le signal de sortie du circuit de verrouillage 51 est également envoyé à un autre circuit de verrouillage 57, dont le signal de sortie est envoyé à une entrée d'un sélecteur de données 58. Le signal de sortie du circuit sélecteur de données 58 est envoyé à un circuit de verrouillage 59. L'autre entrée du circuit sélecteur de données 58 est alimentée au moyen d'un sur deux des signaux de sortie venant du circuit d'addition-soustraction 55 via un circuit de verrouillage 60. On note à titre d'exemple que le multiplicateur 54 possède un facteur de 1/4 et le multiplicateur 56 un facteur de 1/2, et que n est ajouté lorsqu'il est pair et soustrait lorsqu'il est impair. On note aussi que le circuit de verrouillage 57 possède une entrée D d'adaptation de retard. Le signal de sortie du circuit de verrouillage 60 est identique à celui du circuit de verrouillage 22 de la figure 3 et, ainsi, si le circuit sélecteur de donndes 58 est excité de facon à recevoir des données en provenance du circuit de verrouillage 60, le signal de sortie du circuit de verrouillage 59 est un circuit numériquement filtré. La fonction du reste du circuit de la figure 5 est de commander la marche du. circuit sélecteur de données 58 par un contrôle du signal d'entrée appliqué à ce circuit visant à déter- miner si le signal d'entrée a déjà été filtré et à commuter le cir- cuit sélecteur de données 58 de façon qu'il reçoive des signaux en provenance du circuit de verrouillage 57, lesquels, comme on le remarquera, n'ont pas été soumis au filtrage par le circuit de la figure 5. Ainsi, dans ce cas, le signal de sortie du circuit de verrouillage 59 est tout simplement identique au signal d'entrée du circuit de la figure 5, sauf qu'un mot sur deux a été omis. Pour que la fonction de contrôle soit effectuée, on envoie le signal de sortie du circuit d'addition-soustraction 55 à 2474797i un autre circuit de verrouillage 61, ce circuit étant cadencé à la même fré- quence que le circuit de verrouillage 60, mais en opposition de phase avec lui, après quoi le signal de sortie du circuit de verrouillage 61 est comparé, dans un circuit comparateur 62, avec un nombre ou un intervalle de référence, par exemple O ou l'intervalle de +1 à -1. Le signal de sortie du comparateur 62 est un chiffre binaire qui indique si le signal d'entrée a ou non été filtré. A titre d'exemple, on note que le circuit de verrouillage 60 peut être associé aux valeurs paires de n et le circuit de verrouillage 61 à ses valeurs impaires. Il est prévu un circuit de verrouillage 63 de 1 bit à des fins de synchronisation, et le signal d'entrée P et le signal de sortie Q du circuit de verrouillage 63 sont envoyés en entrée à un circuit porte 64 servant à commander la commutation du circuit sélecteur de données 58. Comme pour le mode de réalisation de la figure 2, un circuit 50' de division par deux délivre un signal d'horloge de fré- quence moitié aux circuits 55, 61, 63 par une de ses sorties et, par son autre sortie, aux circuits 57, 59 et 60. Ce circuit 50' peut être remis à zéro par une entrée R. Le mode de réalisation décrit ci-dessus réduit le débit de mots d'un facteur 2. On peut faire appel a d'autres facteurs de réduction, par exemple 4, en modifiant de façon appropriée le circuit décrit ci-dessus. Comme cela a été établi précédemment, la partie de filtrage de la figure 5 peut être parfaitement séparée de la partie de contrôle, auquel cas le filtre peut être identique présenté sur la figure 2. Un avantage du mode de réalisation préféré de l'inven- tion est qu'il est alors seulement nécessaire de remplacer les filtres existants sur les appareils existants. La figure 6 présente un mode de réalisation de filtre à deux dimensions selon le cas particulier n' 1 indiqué ci-dessus, ce mode de réalisation ayant pour fonction de diviser par deux le nombre d'échantillons afin de le ramener de 455 à 277,5. La partie inférieure du schéma de la figure 6 a un fonctionnement identique à celui de la partie inférieure de la figure 5, et la partie supérieure a un fonctionnement analogue à la partie supérieure de la figure 5. 2474797; On suppose dans ce cas que 455 échantillons sont pris par ligne de signal vidéo. Eu égard aux ressemblances des figures 5 et 6, les éléments identiques ont été identifiés par de mêmes numéros de référence, pour lesquels une description détaillée ne sera pas donnée. Toutefois, pour constituer un filtre à deux dimensions, un circuit d'addition est nécessaire, et celui-ci va maintenant être décrit. Fondamentalement, pour un filtre à deux dimensions tel que celui associé au cas particulier no 1, il est nécessaire de prévoir un circuit de retard d'une ligne et un circuit de retard de deux lignes. Sur la figure 6, le circuit de retard d'une ligne est le circuit 70 de retard de 455 mots et le circuit de retard de deux lignes est le circuit 71 de retard de 911 mots. Le signal de sortie du circuit 70 est envoyé au circuit de verrouillage de mots 51, tandis que le signal de sortie du circuit 71 est envoyé a un circuit additionneur 72 dans lequel il est ajouté au signal de sortie d'un autre circuit de verrouillage de mots 73. Le signal de sortie du circuit additionneur 72 est envoyé à un autre circuit additionneur 74, dans lequel il est ajouté au signal de sortie du circuit additionneur 53 avant d'être envoyé au circuit multiplicateur 54. On note que les mots a sont envoyés aux circuits 70, 71 et 73, et que le signal d'horloge H à la fréquence des mots est administré (sans division) aux circuits 51 et 52, comme précédemment, et aux circuits 70, 71 et 73. - Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'ima- giner, à partir des appareils dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Appareil destiné au traitement de signau: sous forme de mots numériques, caractérisé on ce qu'il comprcnd dles moyens (51, 52) recevant séquentiellement des mots numériques d'entrée, des moyens (53à55) qui filtrent les mots numériques d'encrée afin de produire une séquence de mots filtrés, des moyenrs (50' 60, 61) quei réduisent le nombre de mots en omettant des mots prédéterminés, et des moyens exerçant leur action sur le nombre réduit de mots, et en ce que sont prévus des moyens (60 R 64) de contrôle des mots numériques d'entrée, et des moyens de dérivation (57, 58) qui font que les mots numériques d'entrée ne passent pas par les moyens de filtrage si les moyens de contrôle déterminent que les mots numré- riques d'entrée ont une caractéristique identique à celle de mots filtrés. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contrôle comprennent des moyens (51 à 54, 56) pro- duisant des signaux numériques de sortie qui sont fonction de mots numériques, des moyens (55) combinant des signau:: num: iques de sor- tie, et des moyens (61) comparant des signaux choisis parmi lesdits signaux numériques de sortie combinés avec un signai de référence de manière à déterminer si les mots numériques d'entrée ont une caractéristique identique à celle de mots filtrés. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de dérivation comprennent un circuit (58) sélecteur de données conçu pour recevoir comme signaux d'entrée à la fois des mots numériques d'entrée (via 57) et des mots filtrés (via 60) et pour délivrer en sortie une forme de ces deux ferme; d' signnux d'entrée sous commande des moyens de contrrie. 4. Appareil selon la revendication 1, earectérns- eou ce que les moyens de filtrage ont une caractJristique telle qu'il n'existe qu'un seul coefficient multiplicateur non nul dans Le groupe de coefficients spatialement séparé par un nombre de mots égal au rapport du nombre initial de mots par unité (ie temps au nombre réduit de mots par unité de temps. 5. Appareil selon la revendication 4, cLaractérisé en ce que les moyens de rèduction sont conçus pour réduire de moitié le nombre des mots, les moyens de contrôle étant conçus pour exercer leureffetsurlesmots qui ne sont pas envoyés aux moyens destinés à agir sur le nombre réduit de mots. 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de filtrage comprennent des moyens (51 à 54, 56) pro- duisant des signaux de sortie numériques qui sont fonctlci de mots numériques d'entrée, et des moyens (55) combinant lesdits'signaux de sortie numériques de façon à produire lesdits mots filtrés. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de commande utilisent les moyens de production de signaux numériques de sortie et les moyens de combinaison appartenant auxdits moyens de filtrage et utilisent en outre des moyens (61) qui comparent les signaux numériques de sortie combinés avec un signal de référence afin de déterminer si les mots numériques d'entrée ont une caractéristique identique à celle de mots filtrés. 8. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé potlr enregistrer des signaux vidéo de télévision, les moyens de filtrage étant constitués d'un filtre à une dimension. 9. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour enregistrer des signaux vidéo de télévision, les moyens de filtrage étant constitués d'un filtre à deux dimensions. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il existe un nombre impair de termes nuls dans les moyens de filtrage.