Brevet FR2498400A1 — publié le 19820723

La présente invention se rapporte à la transmis- sion de signaux composés de télévision en couleur, o les composantes du signal de couleur sont désaccentuées ou atténuées par rapport aux signaux de luminance. Les signaux standardisés et monochromes de télévision sont des signaux ayant une amplitude qui est représentative de la luminosité dans la scène réelle qui est télévisée. Avec la venue de la télévision en couleur compatible, les standards de couleurs comprennent une sous-porteuse couleur à haute fréquence qui est modulée par l'information de couleur qui est superposée sur le signal analogique de luminance. L ' information couleur est modulée sur la sous-porteuse couleur d'une façon bien connue ou, en l'absence d'un signal de couleur (par exemple pour une région du blanc de l'image), la sous- porteuse couleur est supprimée, et seul le signal de luminance existe. Quand l'image contient une information de couleur, l'amplitude du signal modulé augmente avec l'augmentation de la saturation et augmente également avec l'augmentation de la luminosité de l'image. En conséquence, l'amplitude maximum du signal représentatif de la couleur se présente quand la luminosité ou la com- posante de luminance est également au maximum. La grandeur ou l'amplitude du signal représentatif de la chrominance est ainsi déterminée par la saturation de la couleur qui est représentée et par la grandeur du signal de luminance. Un rapport prédéterminé d'amplitude a été établi pour chaque couleur, qui représente le rapport maximum d'ampli- tude. Par exemple, pour un rouge totalement saturé, l'am- plitude du signal de chrominance est égaleà 2,1 fois la grandeur du signal de luminance et pour le jauneLe rapport est de 0,5 fois la luminance. Les rapports prédéterminés ont été dablis en se basant sur des conditions de compatibilité monochrome, la réponse de couleur caractéristique de l'oeil et les caractéristiques de bruit des systèmes analogiques de transmission. Les systèmes analogiques de transmission comprennent généralement une composant "triangulaire" de bruit qui, dans une largeur de bande donnée, augmente en amplitude avec l'augmentation de la fréquence. En conséquence, les composantes du signal à haute fréquence sont sujettes à plus de bruit que ne le sont les compo- santes du signal à basse fréquence. Ainsi, les systèmes de transmission de signaux analogiques contiennent un moyen pour " préaccentuer", par lequel2e amplitudes des composantes à haute fréquence du signal sont accrues par rapport aux amplitudes des composantes à basse fréquence avant passage des signaux à travers le système de trans- mission. Une désaccentuation correspondante à l'extrémité de réception du système de transmission restaure la répon- se amplitude-fréquence d'origine et en même temps atténue le bruit à haute fréqeence introduit par le système de transmission. Une telle préaccentuation et désaccentua- tion est décrite par exemple aux pages 306 et 307 du texte " Information Transmission, Modulation and Noise", de Mischa Schwartz publié par Mc Graw Hill Book Company en 1959. Les systèmes numériques de transmission sont essentiellement exempts de bruit parce que la régénération des impulsions transmises peut être accomplie pour toutes les conditions de transmission à l'exception des pires. Si l'information de base qui est transmise est analogique, elle doit être mise sous forme numérique avant de pouvoir passer à travers le système numérique. La quantificationou mise sous forme numérique produit une erreur qui donne lieu à un bruit sur bande large. On sait réduire les effets de l'erreur de quantification sur un signal audio par préaccentuation du signal avant quantification et par désaccentuation avant le décodage qui suit, comme cela est décrit à la page 269 de "Digitals in Broadcasting"t de Harold E. Ennis publié en 1977, Howard. W. Sams And Company. On sait que la présence d'un signal de couleur dans le signal composé de télévision qui est mis sous forme numérique sert de tremblement qui a tendance à subjective- ment améliorer l'image de télévision, comme cela est décrit dans l'article "PCM Encoded NTSC Color Television Subjective Tests", de A.A. Goldberg qui commence à la page 21 du livre " Digital Video " publié-en Mars 1977 par le S.M.P.T.E. Le tremblement réduit l'effet apparent des erreurs de quantification sur le signal. Le décodage de l'information de couleur nécessite une information dérivée d'au moins un cycle complet de sous-porteuse.Oipeqedecbsous-porteuse est habituellement représenté par deux mots numériques ou plus, selon la fréquence d'échantillonnage. En conséquence, les effets du bruit de quantification sur le signal de chrominance sont réduits par un effet de formation de la moyenne. Ainsi, lerapport signal/bruit subjectif (S/N) du signal de couleur est meilleur que ce à quoi on pourrait s'attendre en se basant sur la seule considération de la grandeur de l'étape de quantification. Il est souhaitable d'améliorer le rapport signal/bruit apparent à la sortie d'un système numérique. Un agencement perfectionné pour mettre sous forme numérique des signaux d'une source de signaux vidéo composés analogiques rprésentent une image en couleurs, comprend un moyen de mise sous forme numérique pour mettre les signaux composés analogiques sous forme numérique en un nombre prédéterminé de bits. Les signaux composés ana- logiques sont composés d'une composante de luminance qui a, dans le cas din signal représentatif du blanc, un niveau prédéterminé. Une composante de chrominance modulée sur une sous-porteuse est superposée sur la composante de luminance. La chrominance modulée surla sous-porteuse a une valeur ou amplitude pour certaines couleurs, telle que le signal composé dépasse le niveau prédéterminé. L'opération de mise sous forme numérique introduit un bruit de quantification sur bande large, qui dépend partiellement de l'amplitude du signal qui est mis sous forme numérique. Quand l'amplitude du signal composé est choisie pour utiliser tous les niveaux disponibles de quantification, l'amplitude de la composante de luminance représentative du blanc est représentée par moins que le nombre prédéterminé de bits est par conséquent sujette à un bruit accru sur bande large. Selon l'amélioration, les signaux composés sont couplés au moyen de mise sous forme numérique par un atténuateur pour atténuer la composante de chrominance par rapport à la composante de luminance afin de diminuer le bruit sur bande large qui affecte la composante de luminance. L'invention sera.mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront 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 donne des diagrammes de la tension en fonction du temps de signaux composés représentant une image couleur; - la figure 2 donne un schéma-bloc d'un codeur pour un système de transmission numérique selon l'invention; - la figure 3 donne un schéma-bloc représentant un décodeur qui peut être utilisé avec chacun des codeurs des figures 2 ou 4;et - la figure 4 donne un schéma-bloc d'un codeur pour signaux vidéo composés compatibles avec le système NTSC selon l'invention. La figure la montre un diagramme tension-temps d'un signal à plusieurs salves choisi pour produire des gradins ou échelons d'une valeur de luminance successive- ment décroissante. La valeur de luminance du signal dans le cas de la figure la est un signal en escalier ayant une amplitude de crête de 1,0 pour un signal représentatif du blanc et s'étendant en succession jusqu'à une valeur de 0,11 pour un signal représentatif du bleu. A la gauche de la figure lala composante de luminance a une valeur maximum de 1,0, ce qui représente 100 unités IRE. Cette partie du signal représente le signal blanc le plus lumineux possible. La partie adjacente suivante contient une composante de luminance de 0,89 (89 unités IRE) o est superposée une composante de chrominance représenta- tive du jaune ayant une amplitude de crête de 0,44. Afin de simplifier la figure 1, seule l'enveloppe du signal de chrominance à haute fréquence est illustrée. La valeur de crête du signal composé est supérieure de 1/3 à la valeur de crête du signal de luminance représentatif du blanc. En conséquence, la valeur de crête du signal com- posé dans le cas d'un signal jaune à la saturation maximum s'étend jusqu'à 1,33. De même, pour le cas d'un signal cyan à la saturation complète, la composante de luminance ou de luminosité a une grandeur de 0, 7 et la composante de chrominance a une valeur crHtb àcze de 0, 63 ainsi la valeur de crête du signal composé est de 1,33 comme dans le cas du signal jaune. Un signal représenta- tif du vert, comme cela est illustré, a une composante de luminance de 0, 59 et les excursions-de crête de la composante de chrominance qui s'étendent jusqu'à 1,18. Ainsi, le signal représentatif du vert a une valeur de crête qui estde 1E6 supérieure à la valeur de crête d'un signal représentatif du blanc. Le magenta est également de 18% supérieur mais l'excursion de crête est en direction opposée. Pour les signaux représentatifs du rouge et du bleu, le signal composé a des valeurs de crête s'étendant jusqu'à - 0,33, et ainsi la valeur de crêteestdel/3 plus grande que la valeur d'un signal représentatif du bleu. Quand un signal composé - de couleur doit être mis sous forme numérique, le signal est appli- qué à un convertisseur analogique-numérique. Dans ce convertisseur, le signal composé appliqué est périodique- ment comparé à un nombre prédéterminé de tensions de référence représentant les niveaux de quantification et un mot numérique est produit représentant le niveau de quantification s'approchant le plus près du signal appliqué. Il sera clair que si la valeur de crête du sagel q7pliqué est trop faible, une partie des niveaux prédéter- minés de quantification ne sera jamais utiliséecomme mots numériques. De même, si les crêtes du signal composé appliqué dépassent la valeur du niveau de quantification le plus élevé, le mot numérique représentant ce niveau de quantification le plus élevé sera nécessairement utilisé pour représenter toutes les valeurs supérieures des signaux appliqués. Cela a pour résultat une déforma- tion grossière, tandis que si l'on n'utilise pas tous les niveaux disponibles de quantification, cela a pour résultat des niveaux accrus de bruit de quantification. La valeur crête à crête du signal sur la figure la est de 1,66. Si l'on utilise un nombre prédéterminé de niveaux de quantification (par exemple 256 niveaux représentant une. quantification à 8 bits) et que le signal est ajusté à la main ou automatiquement pour remplir juste le nombre disponible de niveaux de quantification, alors la composante de luminance du signal sera représentée par environ 154 niveaux de quantification plutôt que par 256 niveaux de quantification. En conséquence, la compo- sante de luminance du signal est représentée par moins d'étapes ou échelons de quantification et est sujette à un bruit sur bande large. Ce bruit sur bande large donne lieu à un aspect grenu de l'image et dans des cas sévères peut avoir pour résultat un "contourage". La figure lb représente un signal composé de couleur semblable à celui de la figure la o l'ampli- tude de la composante de chrominance a été réduite à 1/4 de son amplitude précédente. Le signal de luminance représentatif du blanc reste inchangé à un amplitude de 1,0. Le signal de chrominance représentatif du jaune a cependant son excursion réduite de 0,44 à 0,44/4, ce qui est égal à 0,11. En conséquence, l'excursion de crête du signal composé représentatif du jaune est la composante de luminancedeO,89plts l'excursion de crête de 0, 11 de la composante de chrominance pour une valeur totale de 1,0. D'une façon semblable, 1' excursion de crête de la composante de chrominance pour les diverses couleurs illustrées sur la figure lb ne dépasse pas la valeur de crête de la composante représentative de la luminance. En conséquence, afin de mettre le signal de la figure lb sous forme numérique, on dispose des mêmes 256 niveaux de quantification que ceux dont on disposait pour le signal de la figure la, mais la grandeur du signal est plus petite. Naturellement tout le signal de la figure lb peut être augmenté en grandeur avant d'être mis sous forme numérique afin d'avoir la même valeur crête à crête que pour le signal de la figure la. La figure lc représente le signal de la figure lb augmenté en amplitude de 1,66:1 afin que sa valeur crête à crête soit égale à cele du signal de la figure la. Quand elle est mise sous forme numérique, la partie représentative du blanc de la figure lc peut être mise sous forme numérique par tout le nombre prédéterminé de niveaux de quantification dont on dispose qui dans une quantification à 8 bits de l'exemple est de 256 niveaux. En conséquence, le bruit de quantification sur bande large affectant la composante de luminance à plus basse fréquence du signal composé est réduit. On comprendra que le bruit pour les composantes de luminance des signaux représentatifs de la couleur est également réduit. Le bruit de quantification affectant la composante de chrominance aux fréquences supérieures est accrue. Ainsi, le changement ou la nouvelle répartition des amplitudes a pour effet un décalage du spectre du bruit effectif afin de réduire le bruit à basse fréquence et d' augmenter le bruit à haute fréquence. Dans un contexte de télévision. c'est un compromis souhai- table parce que, comme on l'a mentionné, le bruit à haute fréquence est moins apparent. Sur la figure 2, une caméra de télévision en couleur illustrée en 210 produit des signaux séparés du rouge (R), du vert (G) et du bleu (B) qui sont appliqués à une matrice 212. Comme on le sait, la matrice 212 produit un signal (Y) de luminance sur bande large selon l'équa- tion: Ey = 030 ER + 0,59 EG + 0,11 EB. La matrice 212 produit également des signaux I et Q à partir des signaux R, G et B selon les équations EI = 0,60 ER - 0,28 EGO 0,32 EB et EQ = 0,21 ER 0,52 EG+ 0,31 %B. Le signal I est appliqué à un filtre passe-bas 214 pour limiter la largeur de bande à 1,5 MHz, et le signal Q est appliqué à un filtre passe- bas 216 pour limiter sa largeur de bande à 0,5 MHz. Les signaux I et Q à bande limitée sont appliqués aux entrées de modulateurs 218 et 220, respectivemeft. Aux modulateurs 218 et 220 sont également appliqués les signaux d'un générateur de sous- porteuse- 222. Les signaux des modulateurs 218 et 220 sont additionnés dans un circuit d'addition 224,pour produire un signal représenté par EI 2osto t + 330) + EQ sin (Wût + 330). Ce signal est appliqué par une résistance 226 à un autre circuit d'addition 228. Le signal Y est appliqué par un circuit à retard représenté par un bloc 234, et par une résistance 232 à une autre entrée du circuit d'addition 228. Le circuit à retard 234 est choisi pour retarder le signal Y d'une quantité égale au retard subi par les signaux de chrominance, lequel est principalement provoqué par les filtres passebas 214 et 216. Dans l'art antérieur, les résistances 226 et 232 ont des valeurs choisies pour produire un signal composé EC selon l'équation: EC = Ey + %Eîcos (ct + 330) + EQ sin (ct + 33c)] pour produire un signal proportionné comme le montre la figure la. Cependant, selon l'invention, la valeur de la résistance 226 est accrue d'un facteur de quatre afin de réduire la grandeur des composantes du signal de chromi- nance qui sont additionnées à la composante de luminance pour produire un signal proportionné commele montre la figure lb. Le signal composé de chrominance produit dans le circuit d'addition 228 est appliqué à un convertisseur analogique-numérique 230 afin de produire un signal vidéo sous forme numérique qui peut passer par un circuit numérique tel qu'un canal à simple multiplexage sous forme d'un certain nombre de canaux parallèles ou simultanés ( par exemple 8). La figure 3 illustre un décodeur que l'on peut utiliser avec le codeur de la figure 2. Le signal vidéo numérique à la sortie d'un codeur est appliqué au conver- tisseur numérique-analogique 310 qui convertit le signal numérique en un signal analogique composé. Le signal analogique composé est appliqué à un filtre en peigne 312 d'un type connu pour séparer l'information de chrominance et l'information de luminance. L'information de luminance est appliquée par un conducteur 314 à un circuit d'additica 316. L'inforbation de chrominance, avec certaines compo- santes résiduelles de l'information de luminance, apparaît au conducteur 318. L'information de chrominance passe par un filtre passe-haut 320 et une résistance 322 vers une entrée d'un circuit d' addition 324. Les composantes à basse fréquence du résidu de luminance passent par un filtre passe-bas 326 et sont additionnées dans le circuit d'addition 316 au signal de luminance au conduc- teur 314 pour produire un signal amélioré de luminance qui est appliqué paune résistance 328, au circuit d'addi- tion 324. L'amplitude du signal de chrominance à la sortie du filtre passe-haut 320 en comparaison à l'amplitude du signal de luminance à la sortie du circuit d'addition 316 est de 12 db plus faible que l'amplitude de la chromJnanoe à la sortie du circuit d'addition 324 en comparaison à l'amplitude de la luminance à la sortie du circuit à retard 234 de la figure 2. En d'autres termes, les signaux de chrominance et de luminance appliqués aux résistances322 et 328 sont proportionnés comme le montroerles figure lb et Ic tandis que les signaux de chrominance et de luminance appliqués aux résistances 226 et 232, respectivement, de la figure 2, sont proportionnés comme sur la figure la. La résistance 328 de la figure 3, cependant, a une valeur qui est égale à quatre fois celle de la résistance 322 et par suite, le signal vidéo analogique produit à la sortie du circuit d'addition 324 a une luminance atténuée par rapport à la chrominance, d'un facteur de quatre. Cela restaure les amplitudes relatives de la luminance et de la chromi- nance à celles de la figure la. Ainsi, l'agencement du codeur de la figure 2 et du décodeur de la figure 3 couplés aux extrémités du trajet de transmission numéri- que ( non représenté) permet la transmission de signaux composés représentatifs de la couleur sur un trajet de signaux numériques ayant un nombre prédéterminé de niveaux de quantification avec visibilité réduite du bruit. La visibilité réduite du bruit résulte de la redistribution du spectre du bruit qui a son tour résulte du choix du rapport des amplitudes de la chrominance et de la luminance afin de ne pas sensiblement dépasser la valeur de crête de la luminance représentative du blanc ou autre valeur de crête de la luminance seule. La figure 4 montre un codeur pour des signaux d'une source de signaux vidéo composés 410 selon le standard NTSC. Le signal vidéo composé NTSC est propor- tionné comme sur la figure la, avec l'amplitude de crête du signal composé dépassant sensiblement l'ampli- tude de crête de la luminance seule représentative du blanc. Afin de réduire l'amplitude du signal de chrominanoe par rapport au signal de luminance, on utilise, dans le 1 1 codeur de la figure 4, un agencement semblable à celui du décodeur de la figure 3. Le signal vidéo NTSC est appliqué à un filtre en peigne 412 pour séparation en une composante de luminance qui est appliquée par un conducteur 414 à un circuit d'addition 416. La composante de chrominance et un résidu dela luminance apparaissent sur un conducteur 418 etla partie à basse fréquence du résidu est appliquée au circuit d'addition 416 par un filtre passe-bas 426. La partie de chrominance est appliquée par un filtre passe-haut 420 et une résistance 422 à un circuit d'addition 424 o elle est combinée à la luminance appliquée par une résistance 428. Contrai- rement à l'agencement de la figure 3, la résistance 422 a une amplitude qui est égale à quatre fois celle de la résistance 428, ce qui atténue la composante de chro- minance du signal vidéo analogique composé apparaissant sur un conducteur 432 et appliqué au convertisseur analo- gique-numérique 430 pour sa quantification. De cette façon, le signal vidéo NTSC est réarrangé aux proportions indi- quées sur les figures lb et c ? et ainsi le bruit de quantification dusignal sous forme numérique est réduit Il sera apparent à ceux qui sont compétents en la matière que des signaux selon les divers standards PAL peuvent être mis sous forme numérique avec des niveaux réduits de chrominance pour atteindre les mêmes avantages que dans le cas des signaux NTSC. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de production d'un signal numérique représentatif d'un signal composé de télévision en couleur du type consistant à produire une composante de luminance ayant une valeur prédéterminée quand elle repré- sente une image blanche; produire une composant de chrominance; et combiner lesdites composantes de luminance et de chrominance, caractérisé en ce que ledit signal de chrominance a une valeur telle que quand il est combiné à la valeur dudit signal de luminance, la valeur de crête du signal combiné pour toute ligne saturée de l'image ne dépasse pas ladite valeur prédéterminée. 2. Agencement pour mettre, sous forme numérique des signaux d'une source de signaux vidéo analogiques composés représentant une image couleur, lesdits signaux étant composés d'une composante de luminance ayant un niveau maximum prédéterminé dans le cas d'un signal représentatif du blanc, sur laquelle est superposée une composante de chrominance modulée sur une sous-porteuse, ladite sous-porteuse modulée surla chrominance ayant une valeur pour certaines couleurstelle que ledit signal composé dépasse ledit niveau prédéterminé, ledit moyen comprenant: un moyen pour mettre des signaux analogiques sous forme numérique en un nombre prédéterminé de bits; - un moyen de couplage pour coupler lesdit signaux composés de ladite source de signaux composés audit moyen de mise sous forme numérique, caractérisé en ce que ledit signal composé est représenté sensiblement par ledit nombre prédéterminé de bits, et l'amplitude de ladite composante représentative du blanc peut être mise sous forme numérique par un nombre inférieur audit nombre prédéterminé de bits et par conséquent estsujtt à un bruit de quantification sur bande large qui dépend de l'amplitude du signal qui est mis sous forme numérique; et en ce que ledit moyen d'accouplement (412,414,416,418,420, 422,424, 426, 428, 430) comprend un moyen pour atténuer ladite composante de chrominance par rapport à ladite composante de luminance afin de diminuer ledit bruit sur bande large auquel est soumise ladite composante de luminance. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape précitée de combiner consiste à filtrer le signal de chrominance en peigne avec le signal de luminance pour former un signal composé et en ce que la valeur de crête du signal composé ainsi formé pour toute saturation de toute teinte à représenter ne dépasse pas forcément la valeur de crête du signal de luminance. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur de crête du signal composé est sensi- blement égale à la valeur de crête du signal représentatif de la luminance.