Brevet FR2475833A1 — publié le 19810814

La présente invention se rapporte à des systèmes video numériques, et plus particulièrement à des systèmes pour réduire 3a fréquence requise de données sans sacrifier à la qualité de l'image. Dans des systèmes numériques de diffusion, l'usage effectif de la fréquence des données a une impor tance primordiale. Une réduction de la fréquence de données réduit à la fois l'usage de la bande vidéo et la largeur de bande nécessaire de transmission; cependant, cela doit être accompli tout en maintenant la qualité des images à la diffusion. Un procédé de réduction de données qui est actuellement considéré est le procédé d'échantillonnage "sub-ỳquist", tel qu'il est révélé dans l'article "Sub Nyquist Encoded PCM. NTSC Color Television" de John P. Rossi dans le livre "Digital Video", une revue d'articles SMPTE et dans l'article de Leonard S. Golding "Frequency Interleaved Sampling of a color Television Signal", IEEE Transactions on communication Technology, volume COM-19, page 972, Décembre 1971.Ces systèmes du type sub-Nyquist ont des échantillons qui se trouvent le long de diagonales, la distance entre les diagonales étant supérieure à la distance horizontale entre les échantillons. Comme plus la distance entre les échantillons est petite plus la résolution est forte, ces systèmes peuvent augmenter la résolution horizontale qui est disponible à une fréquence des données, mais au dépe@@ de la résolution en diagonale. Il est par conséquent souhaitable d'avoir un agencement de réduction de la fréquence des données pour des signaux numériques de télévision ne sacrifiant pas à la qualité de l'image. Selon les princie de l'invention, la réduction de la fréquence des données consiste à diviser un signal en première et seconde par@@@@ dans le temps, à transmettre la première partie et à transmettre un signal de contrôle pouvant contrôler la reconstruC::ion de la seconde partie à tartir de la première parte transmise, L'invention sera mieux comprise , et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparartront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 illustre une trame produite par balayage vertical et horizontal simultans d'un faisceau d'électrons , où se trouvent des points d'échantillonnage; - la figure 2 illustre une version souséchantillonnée de la même trame;; - la figure 3 donne un schéma-bloc d1un codeur pour le codage d'échantillons d'un signal vidéo et de signaux de contrôle selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 donne un schéma-bloc d'un décodeur pour décoder l'information codée par le dispositif de la figure 3; - la figure 5 donne un schéma-bloc d'un circuit logique d'erreur minimum utilisé dans la figure 3; - les figures 6, 7, 8 et 9 donnent des schémasblocs de filtres utilisés dans les figures 3 et 4; et - la figure 10 donne un schéma-bloc d'une ligne à retard numérique utilisée sur les figures 6, 7, 8 et 9. La figure I montre une' trame vidéo 10 contenant un certain nombre de lignes horizontales de balayage 12. Chaque lettre "X" représente un point d'échantillonnage qui est typiquement un octet ou 8 bits échantillonné sur un total de 236 niveaux du gris. Ces points d'échantillonnage se présentent dans un mode de réalisation préféré à 14,32 z çjuî est quatre fois la fréquence de sousporteuse couleur NTSC. Cette fréquence d'échantillonnage a pour résultat des échantillons horizontalement adjacents se présentant à des intervalles d'environ 70 nanosecondes La figure 2 est une vue semblable où des éléments correspondants ont reçu des repères correspondants. Dans chaque cas, chaque "X" entouré d'un cercle représente des échantillons qui ne seront ni transmis ni enregistrés. Pour chaque échantillon qui n'est ni transmis ni enregistré, diverses combinaisons des échantillons l'entourant dans l'espace sont calculées et comparées à 11 échantillon qui n'est pas transmis. Par exemple, le point 14 est comparé à la moyenne des points échantillonnés au-dessus et endessous de lui, c'est-à-dire les points 16 et 18. il est également comparé à la moyenne des points à sa gauche et à sa droite, c'est-à-dire les points 20 et 22. Le point 14 représentant l'échantillon est également comparé à la moyenne des points transmis 24 et 26 qui sont en relation de diagonale avec lui et également à la moyenne des points transmis 28 et 30 qui sont en relation d'une autre diagonale avec lui.La relation qui donne la plus proche correspondance est indiquée par des bits de contrôle ou de "direction". Ces bits de contrôle sont transmis sous forme de bits supplémentaires en même temps que les échantillons qui représentent les points non entourés sur la figure 2, et avec ces échantillons, ils sont utilisés par un décodeur pour reconstruire une image de très bonne résolution à partir de l'information à la fréquence réduite de données. La figure 3 illustre un codeur pour obtenir la transmission ci-dessus décrite. Une entrée 32 reçoit le signal vidéo numérique ayant des échantillons se produisant, dans un mode de réalisation particulier, à 14,32 MHz avec 8 bits par échantillon. Les 8 bits de chaque échantillon sont appliqués à une ligne à retard 41 et à des filtres 34, 36, 38 et 40. Ces filtres sont utilisés pour produire la moyenne des échantillons environnants. Par "moyenne on indique l'addition de deux signaux puis la division de la somme résultante par deux. Comme on peut le déterminer en considérant la figure 2, les points 28 et 30 sont espacés dans le temps de deux lignes horizontales et de quatre intervalles d'échantillonnage. Cela correspond à environ 127 microsecondes , dans le système NTSC, plus 280 nanosecondes.La figure 6 illustre les détails du filtre 34 qui comprend une ligne à retard numérique 600 ayant un retard de 127 microsecondes plus 280 nanosecondes et qui est reliée entre la borne d'entrée 32 et une borne d'entrée d'un additionneur numérique 602. Les signaux non retardés à la borne 32 sont également appliqués à une seconde borne d'entrée de l'additionneur 602 .La somme numérique de ces signaux, correspondant aux signaux vidéo aux points 28 et 30, est obtenue à la borne de sortie de l'additionneur 602 et est appliquée à une borne d'entrée d'un diviseur numérique 604. Le diviseur 604 divise ce signal additionné par deux pour produire, à sa borne de sortie, un signal à 8 bits en parallèle représentant le signal moyen des points 28 et 30 Ce signal moyen est appliqué à une borne d'entrée d'un comparateur 42 sur la figure 3.La ligne à retard 41 comprend également une ligne à retard numérique à 8 bits et a un retard de l'ordre de 63,5 microsecondes plus 140 nanosecondes. Ce temps est égal à la moitié du retard total de la ligne 600 du filtre 34, et retarde le signal vidéo aux point d'échantillonnage 14 de la figure 2 qui ne doit pas etre transmis afin qu'il soit en coincidence , dans le temps, avec le signal dont la moyenne est faite, à la sortie du filtre 34 afin que les deux signaux puissent être comparés par le comparateur 42. Ainsi, la ligne à retard 41 retarde le point échantillonné 14 pour le ramener au point 28 et la ligne 600 retarde le point 30 pour le ramener au point 28. Le filtre 36 fournit la moyenne des points 20 et 2LT(une moyenne "horizontale"). Il se compose d'une ligne à retard numérique de 8 bits de large 702 sur la figure 7 ayant un retard de l'ordre de 140 nanosecondes. La moyenne des signaux d'entrée (non retardé) et de sortie (retardé) de cette ligne à retard est effectuée par un additionneur 704 et un diviseur 706. Un retard supplémentaire d'équilibrage d'une ligne plus 70 nanosecondes pour compenser la ligne à retard 41 est produit par la ligne à retard 700 dans le filtre 36 Le signal du filtre 36 à la sortie du diviseur 706 est appliqué à un comparateur 44 sur la figure j. Le filtre 38 fournit la moyenne des point en diagonale 24 et 26 (une moyenne de "seconde diagonal . Il se compose d'une ligne à retard numérique à 3 bits 802 sur la figure 8 ayant un retard de deux lignes horizontales moins 280 nanosecondes.La moyenne des signaux retardé et non retardé est effectuée par l'additionneur 304 et le diviseur 06 tandis que le signal numérique à l'entrée 32 est d'abord équilibré en retard par une ligne à retard 00 de 280 nanosecondes. Le signal à la sortie du diviseur 806 est appliqué à un comparateur 46 sur la figure 3. Enfin, le filtre 40 fournit la moyenne des points 16 et 18 (une moyenne "verticale"). il comprend une ligne à retard numérique à 8 bits 902 sur la figure 9, ayant un retard de deux lignes horizontales . La moyenne des signaux retardé et non retardé est effectuée par l'additionneur 904 et le diviseur 906 tandis que le signal numérique à l'entrée 32 est d'abord équilibré en retard par une ligne à retard 90C de 140 nanosecondes. Le signal à la sortie du diviseur 906 est appliqué à un comparateur 48 sur la figure 3. La figure 10 montre une ligne à retard de 8 bits de large pour une utilisation dans les filtres 34, 36, 38 et 40 et le retard 41. Elle comprend 8 registres à décalage 1002, 1004, 1006, 1008, 1010, 1012, 1014 et 1016, dont chacun reçoit un bit des 8 bits simultanément présents à l'entrée 1000. Les bits sont décalés dans les registres sous le contrôle d'un signal d'horloge d'une horloge 1038 pour décaler les entrées 1018, 1020, 1022, 1024, 1026 , 1028, 1030 et 1034. Le nombre d'étages des registres à décalage est choisi pour obtenir le retard souhaité.Les sorties des registres à décalage sont appliquées à une sortie parallèle à 8 bits 1036 Les comparateurs 42, 4E et !, comprennent chacun un moyen de soustraction à 3 Dits a' reçoit également les échantillons d'origine à 8 bits par la ligne à retard 41 en plus des sorties des filtres 34, 36, 38 et 40 respectivement, Les deux signaux respectifs dans chaque comparateur sont soustraits et ensuite la valeur absolue est prise de la différence résultante. Les comparateurs appliquent les signaux en valeur absolue à un circuit logique d'erreur minimum 50. Comme on peut le voir sur la figure 5, le circuit logique d'erreur minimum 50 comprend six comparateurs de grandeur 82, 84, 86, 88, 90 et 92, dont chacun reçoit deux nombres à 8 bits de paires différentes de signaux de sortie des comparateurs 42, 44, 46 et 48 et applique à sa sortie respective une indication de niveau logique à 1 bit pour indiquer lequel des deux nombres respectifs reçus est plus petit. il faut noter qu'il nty a que six combinaisons possibles de quatre nombres pris par paires, ce qui donne lieu à six comparateurs de grandeur. il est seulement nécessaire de regarder trois sorties des comparateurs de grandeur pour déterminer si une entrée spécifique d1un comparateur de grandeur est la plus faible.Ainsi, des portes NON-OU 94, 96 et 98 sont utilisées pour détecter si le signal à la sortie des comparateurs 42, 44 et 46 respectivement est le plus faible. Si aucun n'est le plus faible, le signal de sortie du comparateur 48 est supposé etre le plus faible ce qui sera vrai, ou bien aucun ne sera le plus faible c'est-à-dire qu'ils seront tous égaux auquel cas le signal de sortie de n1 importe quel comparateur sera valable.Les signaux de sortie des portes 94, 96 et 98 sont codés par des portes OU 100 et 102 en signal de contrôle à 2 bits sur la barre bus 104 selon la table de vérité qui suit Ligne N0 Signal le plus bas 42 44 46 48 -- 104a 1 0 1 O 104b 0 1 1 0 La sortie du circuit logique 50 se compose de 2 bits selon la table ci-de z sus qui indique laquelle des paires d'échantillon de points adjacents est à la correspondance la plus proche, c'est-à-dire représente quelle direction a le plus faible changement du signal vidéo autour du point 14.Ce signal à 2 bits forme le signal de contrôle indiquant lequel des signaux d'échan- tillon vidéo transmis représente le plus précisêment le signal vidéo non transmis afin de pouvoir obtenir, lors du décodage, une information vidéo complète. Les deux bits centraux sont appliqués à un commutateur 52 sur la figure 3, qui est un commutateur à 2 bits fonctionnant en synchronisme avec un commutateur à 8 bits 54 sur la figure 3 à une fréquence de commutation de 7,16 MHz. La fréquence de commutation, comme elle est de 14,32 MHz divisé par 2, force le commutateur 54 à ne faire passer ou ne transmettre qu'un échantillon à 8 bits sur 2. Les deux bits de contrôle à la sortie du circuit logique 50, qui indsquLlesquels des échantillons adjacents doivent etre utilisés pour reconstruire les points non transmis, passent par le commutateur 52 et avec les 8 bits passant simultanément par le commutateur 54 représentant un point transmis, forment un mot à 10 bits en parallèle à une sortie 55. La figure 4 montre le décodeur à utiliser dans la présente invention . Le signal à 10 bits en parallèle est reçu à entrée 60. Les 8 bits représentant un échantillon dlun point d'image sont appliqués par une barre bus à 8 bits 61 à des filtres 62, 64, 66 et 68, dont la construction interne est la même que celle des filtres 34, 36, 38 et 40, respectivement. Les mêmes 8 bits sont également appliqués au contact 69a d'un commutateur à 8 bits 70 par la ligne à retard 106 qui a le meme retard que la ligne 41 et qui compense le retard à travers les filtres 62, 64, 66 et 68. Les deux bits de contrôle sont extraits par la barre bus 71 à 2 bits et appliqués au décodeur de contrôle 72 pour le contrôle des commutateurs 74, 76, 78 et 80. Ce décodeur se compose d'un décodeur de un sur quatre , comme le circuit intégré NO SN 74S139 fabriqué par Texas Instruments, qui prend les 2 bits de contrôle et donne une sortie à 4 bits en parallèle , dont un seul sera à l'état haut. Les 4 bits parallèles sont appliqués acommutateuzs74, 76, 76, 78 et 80 respectivement. Comme une seule des sorties du décodeur de contrôle 72 sera à l'état haut, seul un des commutateurs 74, 76, 78 et 80 sera fermé en tout moment à une fréquence de 7,16 MHz. Cela applique le signal de-celui des filtres 62, 64, 66 et 68 qui représente l'approximation la plus proche pour un échantillon manauant au contact 69b du commutateur 70.Le commutateur 70 est commuté à une fréquence de 14,32 MHz entre ses deux entrées 69a et 69b, et ainsi applique alternativement un point d'échantillon de l'image d'origine et un signal reconstruit à 8 bits à sa sortie 69c. Comme chacun des signaux se présente à une fréquence de 7,16 MHz, le signal résultant à la sortie 69c du commutateur 70 est à 14,32 MHz. On notera que la présente invention ci-dessus décrite- peut également être mise en oeuvre sous forme d'un système analogique d'échantillonnage. Par ailleurs, une seule ligne à retard à prises peut être utilisée au lieu des lignes séparées des filtres 34, 36, 38 et 40. Ces filtres comprendront alors juste des moyens pour faire la moyenne. -La même construction s'applique pour les filtres 62, 64, 66 et 68. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si cellesci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée; REVENDICATIONS 1.- Procédé pour transmettre des signaux comprenant des première et seconde parties dans le temps , caractérisé en ce qu'on transmet ladite première partie (X) et en ce que L'on transmet un signal de contrôle (sortie de 50) pouvant contrôler la reconstruction de ladite seconde partie ( ,) à partir de la première partie transmise. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde parties comprennent des signaux vidéo. .- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les signaux précités comprennent des signaux numériques. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie précitée comprend un certain nombre d'échantillons et en ce que le signal de contrôle précité indique lequel desdits échantillons est à la plus proche correspondance avec la seconde partie précitée. 5.- Procédé pour transmettre des données selon la revendication 3, chaque partie cor.lnrenant un certain nombre d'octets, caractérisé en ce qu'on transmet la première partie (N), on compare au moins un octet (14) Cie la seconde partie restante et non transmise ( C ) à un certain nombre de combinaisons choisies (16, 18; 20, 22; 24, 20; 28, 30) octets de ladite première partie, on détermine laquelle desdites c mbinaisons choisies d'octets de ladite première partie est à la plus proche correspondance avec ledit octet de ladite seconde partie et on transmet un octet de contrôle indiquant ladite correspon avance la plus proche. 6.- Procédé selon la -evendication 5, caractérisé en ce que les octets précités représentent des échantillons d'un signal vidéo, en ce que l. première partie précitée représente Ces échantillons se ,présentant de façon alternée de lignes de balayage (12), les échantillons de la première partie de lignes adjacentes étant horizontalement en quinconce les uns par rapport aux autres et en ce que l'étape précitée de comparaison consiste à comparer les échantillons de la seconde partie aux échantillons de la première partie qui sont immédiatement adjacents à l'échantillon respectif de la seconde partie. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les combinaisons précitées comprennent la moyenne des échantillons représentant des points immédiatement au-dessus (16) et en-dessous (18) de l'octet précité et la moyenne des échantillons représentant des points immédiatement à la gauche (20) et à la droite (22) dudit octet. 8.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque octet de données précité se compose de 8 bits et en ce que l'octet de contrôle précité se compose de 2 bits (104a, 104b). 9.- Procédé pour recevoir des signaux transmis selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'on reçoit la première partie et le signal de contrôle et on reconstruit la seconde partie à partir de ladite première partie en utilisant ledit signal de contrôle. 10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les première et seconde parties précitées comprennent des signaux vidéo. 11.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les signaux précités comprennent des signaux numériques. 12.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première partie précitée comprend un certain nombre d'échantillons et en ce que le signal de contrôle précité indique lequel des échantillons est à la plus proche correspondance avec la seconde partie, 13G- Procédé pour recevoir des données transmises selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on extrait les octets de contrôle précités desdites données transmises, on extrait les combinaisons choisies précitées des données transmises, on applique, à une sortie (70), lesdits octets qui sont à la correspondance la plus proche selon lesdits octets de contrôle et on applique alternativement à ladite sortie , la première partie précitée. 14.- Dispositif pour transmettre des signaux selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1, 2 , 3 ou 4, caractérisé par un moyen (41, 54, 55) pour transmettre la première partie précitée, et un moyen (34-50) pour transmettre un signal de contrôle pouvant contrôler la reconstruction de la seconde partie précitée à partir de la première partie transmise 15.- Dispositif pour transmettre des données selon le procédé de la revendication 5, caractérisé par un moyen (41, 54, 55) pour transmettreàlq première partie précitée , un moyen (34-40) pour produire les combinaisons choisies d'octets de ladite première partie , un moyen (42-48) pour comparer au moins un octet de la seconde partie auxdites combinaisons choisies, un moyen (50) pour déterminer laquelle desdites combinaisons choisies est à la correspondance la plus proche avec ledit octet et pour produire un octet de contrôle indiquant ladite correspondance la plus proche, ledit octet de contrôle étant appliqué au moyen de transmissionç 16.- Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les octets précités représentent des échantillons d'un signal vidéo , en ce que la première partie précitée représente les échantillons se présentant de façon alternée de lignes de balayage (1t, leséchantillons de la première partie de lignes adjacentes étant horizontalement en quinconce les uns par rapport aux autres et en ce que l'étape de comparaison précitée consiste à comparer les échantillons de la seconde partie aux échantillons de la première partie qui sont immédiatement adjacents à l'échantillon respectif de la seconde parte. 179- Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que les combinaisons précitées comprennent la moyenne d'échantillons représentant les points immédiatement au-dessus et en-dessous de octet précité et la moyenne des échantillons représentant des points immédiatement à la gauche et à la droite dudit octet. 18.- Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le moyen précité pour produire des combinaisons choisies comprend un banc de filtreS(34-40). 19.- Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le moyen de comparaison précité comprend un certain nombre de comparateurs 20.- Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le moyen de détermination précité comprend un circuit logique d'erreur minimum (50). 21.- Dispositif pour recevoir des signaux selon le procédé de l'une quelconque des revendications 9, 10, Il ou 12, caractérisé par un moyen (60) pour recevoir la première partie précitée et le signal de contrôle précité , et un moyen (62-106) pour reconstruire la seconde partie précitée à partir de ladite première partie en utilisant ledit signal de contrôle. 22.- Dispositif ppur recevoir des données transmises selon le procédé de la revendication 13, caractérisé par un moyen (61, 72) pour décoder les octets de contrôle précités des données transmises , un moyen (62, 68) pour extraire les combinaisons choisies des données transmises , une sortie (82), un moyen (70) pour appliquer à ladite sortie lesdits octets qui sont à la plus proche correspondance selon les octets de contrôle, et appliquer alternativement à ladite sortie ladite première partie. 23.- Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que le moyen d'extraction précité comprend un banc de filtres.