Brevet FR2501950A1 — publié le 19820917

GENERATEUR NUMERIQUE DE SIGNAUX DE CHROMINANCE CODES SECAM. La présente invention concerne, d'une manière générale, un générateur numérique comprenant des moyens de mémorisation des échantillons numériques d'un signal périodique, des moyens d'adressage pour lire les échantillons à la fréquence d'échantillonnage et des moyens pour convertir analogiquement les échantillons numériques lus. Elle a trait, plus particulièrement, à la génération numérique de signaux analogiques vidéo couleurs. Dans l'état de la technique actuel, les signaux de référence à insérer dans des lignes spécifiques du signal vidéo composite sont générés soit classiquement par un générateur purement analogique, soit au moyen d'un générateur numérique délivrant les trois signaux de couleurs primaires, rouge R, verte V et bleue B, à un codeur pour le système de télévision en couleurs SECAM, ou bien par un générateur numéri- que conforme aux normes américaines du système de télévision en couleurs NTSC. L'avantage d'un générateur numérique ne faisant appel à aucun traitement analogique par rapport à un générateur analogique est de conférer notamment une très bonne stabilité des caractéristiques des signaux délivrés, grâce à la présence d'un minimum de réglage. Le seul paramètre "analogique" susceptible d'influencer les caractéristiques du traitement numérique du générateur est la fréquence d'horloge, qui est généralement asservie par un signal de synchronisation externe pouvant être extrait d'un signal vidéo incident dans lequel doivent être insérés les signaux générés. Il s'avère donc qu'au choix près d'une part, du pas de quantification - qui fixe le niveau théorique du bruit de quantification - et, d'autre part, des moyens de conversion numérique-analogique - de la qualité ils dépendent le niveau final du bruit de quantification et celui du bruit de distorsion qui peut apparaftre du fait de la non linéarité des moyens de conversion -, les caractéristiques de la forme d'onde des signaux délivrés dépendent pratiquement de la valeur des échantillons enregistrés dans les mémoires. Les échantillons pourraient, bien sar, être prélevés en sortie d'un générateur analogique classique. Cependant, cette procédure contribuerait à ajouter les défauts spécifiques à ce générateur analogique, tels que ceux issus de limitations physiques ou de mauvais réglages des composants analogiques La présente invention a pour but de fournir un générateur numérique de signaux spécifiques au système de télévision en couleurs SECAM dans lequel les échantillons de chaque signal crt été procal culés à l'aide de moyens informatiques. A cette fin, un générateur numérique du type de celui défini dans l'entrée en matière est caractérisé en ce que le signal périodique est un signal à inclure dans un intervalle prédétermin d'une ou plusieurs lignes du système de télévis ion en couleurs SECAM, constitué de premier et second signaux de chrominance à inclure cMcuri alternativement une ligne sur deux, en ce que les moyens de mémorisation comprennent des premiers moyens de mémorisation des échantillons du premier signal de chrominance et des seconds moyens de mémorisation des échantillons du second signal de chrominance et en ce que les moyens logiques d'adressage comprennent des moyens pour adresser s6- lectivement une ligne sur deux chacun des premiers et seconds moyens de mémorisation et des moyens pour autoriser la lecture des échantillons pendant l'intervalle prédéterminé de ladite ou desdites lignes. De préférence, le générateur numérique selon l'invention comprend une pluralité de moyens de mémorisation qui mémorisent respectivement les échantillons de différents signaux de référence codés SECAM, tels que le signal de mire de barres, les signaux d'identifi- cation en trame ou des signaux d'essai. Dans la suite, cn notera que les échantillons mémorisés ne sont pas ceux d'un signal de différence de couleur DR ou DB mais sont, de préférence, ceux d'un signal de sous-porteuse de chrominance modulé par un signal de différence de couleur DR ou DB préalablement préaccentué en basse-fréquence, limité, puis filtré passe-bas. Ce signal de sous-porteuse modulé ensuite subi un filtrage de préaccentuation haute-fréquence et un filtrage de précorrection de maintien.Ces traitements analogiques, qui dégradent le signal dans les générateurs analogiques, notamment à cause de l'instabilité en température et de distorsions diverses, sont précisément éliminés, selon la présente invention, en effectuant préalablement à l'aide d'un ordinateur le calcul des valeurs des échantillons à mémoriser, en particulier au moyen de filtres numériques, et en effectuant ensuite le déphasage de la sous-porteuse, selon les séquences SECAM 0-180 -180 ou 1800 -0 -0 à l'aide de moyens numériques. D'autres avantages de la présente invention apparaftront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réa- lisation préféré du générateur numérique de signaux de référence codés SECAM selon l'invention et a l'examen de la figure unique correspondante montrant le bloc-diagramme de ce générateur. Le générateur numérique est organisé autour d'un circuit de mémorisation 1 qui peut comprendre une paire ou M paires de mémoi- resprogrammables PROM 111 - 121 à 11M - 12M. Les deux paires 111 - 121 et 11M - 12M sont seulement représentées dans la figure. Chaque paire de mémoires est assignée a un type de signal de cnromi- nance. Celui-ci peut être par exemple l'un des signaux de référence suivant : le signal de mire de barres à insérer dans une ou plusieurs lignes utiles du signal vidéo composite, les signaux d'identification en trame occupant les 9lignes du signal de suppression et de synchronisation de trame, un signal d'essai à insérer dans des lignes spécifiques de chaque trame, comme les lignes No. 17, 18, 330 et 331 du système de télévision SECAM a 625 lignes, ou bien encorde, un signal de chrominance modulé par un escalier de fréquence, par exemplec60,4 à 1,6 MHz, permettant le réglage de la bande passante d'un décodeur SECAM. Dans la suite, on se référera au système de télévision en cou leurs SECAM L dont les caractéristiques fondamentales ainsi que celles de certains des signaux de référence précités sont indiquées par exemple dans le rapport 624 (1974) et les avis A 473-2 (1970) et A 569 (tu78) publiés par le Comité Consultatif International des Radiocommunications (CCIR). Dans une ligne, un signal de référence codé SECAM occupe un intervalle prédéterminé IT égal a la somme de la période de l'image utile TU et de l'intervalle T occupé par la sous-porteuse de chro o minance de référence, appellégalement salve, à la fin du palier arrière du signal de suppression de ligne, soit: IT=TU +T0 =52+4,9=6QSs Par rapport au front avant descendant du signal de synchronisa tion de ligne OH qui définit le début de la période nominale T d'une L ligne égale à 64tirs, l'intervaie I T est précédé d'un intervalle de 5, 6 fis contenant un signal de synchronisation de ligne ayant une largeur de 4, 7 )rus. Les deux mémoires 11. et 12 contiennent les mots d'échantillon a N = 8 bits d'un signal de référence qui ont été précalculés au moyen d'un ordinateur. Conjointement à l'exigence d'une fréquence d'6chan- tillonnage supérieure å deux fois la fréquence de coupure haute du spectre des signaux a échantillonner, soit 2 x 6 = 12 MHz pour une bande de fréquence du signal vidéo composite ou bande de fréquence du signal de luminance égale à 6 MHz, viennent s'adjoindre deux critères pratiques pour le choix de la fréquence d'échantillonnage FE. Le premier critère est relatif au temps d'accès, ici de lecture, et å la capacité des mémoires disponibles dans le commerce. Ce temps d'accès étant supérieur à (t/12)10-6s = 80 ns, il est donc nécessaire de partager le circuit de Mémorisation assigné à un signal de référence en deux mémoires 11 et 12 qui sont lues alternativement à une fréquence qui est la moitié de la fréquence d'échantillonnage. La première mémoire Il contient les echantillons de rangs impairs 1, 3, 5, ... et la seconde mémoire 12 contient les échantillons de rangs pairs 2, 4, 6, ... Les mémoires li et 12 reçoivent respectivement par deux bus 13 et 14 la même adresse pendant deux périodes d'a=hantil- lonnage successives, adresse qui désigne une cellule de la mémoire t 1 contenant l'échantillon impair et une cellule de la mémoire 12 contenant l'échantillon pair suivant. Les mémoires Il et 12 sont commandées en lecture à la fréquence de FE/2 par deux signaux logiques complémentaires transmis sur des fils 15 et 16 à partir de la base de temps 2 du générateur. Le second critère concerne l'asservissement de l'échantillonnage sur un multiple entier de la fréquence de ligne égale à FL = 15.625 Hz. Ce multiple entier sera pris dans la suite égale à 864, ce qui définit une fréquence d'échantillonnage égale à F E = 864 FL = 13,5 MHz bien que qu'une autre fréquence puisse être choisie telle que 15,75MHz = 1008 FL plus proche du nombre maximal (1024) des cellules que contiennent les mémoires il et 12 utilisées selon ce mode de réalisation. Ainsi, pour une ligne du signal vidéo, chaque mémoire 11, resp. 12 contient 864/2 = 432 échantillons pairs, resp. impairs. Cependant, ne sont à considérer que les échantillons du signal de référence contenu dans l'intervalle déterminé IT = 56, 9 vs . Pendant l'intervalle de 5,61jus précédant l'intervalle IT et l'intervalle de garde de 64 - (5, 6 + 56, 9) = 1, 5 ps les mémoires ne sont pas lues. Seules les 384 (13,5 x 56, 9) /2 cellules - å adresses comprises entre 1 et 384 de chacune des mémoires il et 12 sont remplies par des échantillons pairs et impairs.L'autorisation de lecture de chaque couple de ces mémoires lii 1 121 a 11M - 12M pendant l'intervalle IT est com- mandée par un signal transmis sur un fil 171 å 17M sortant de la base temps 2. En effet, la présence effective à chaque ligne de cette autorisation ayant une durée IT est dépendante de la nature du signal de référence. Par exemple, si les mémoires 11M et 12M sont assignées aux signaux d'identification en trame, l'autorisation de lecture n'a lieu que pour les intervalles IT de neuf lignes du signal de suppression et de synchronisation de trame. Celles-ci sont, pour une image, les lignes Nos. 7 a 15 des trames impaires de l'image, puis les lignes Nos. 320 à 328 des trames paires, comme montré à la Fig. 9 du rapport précité 624 du CCIR. Enfin, toujours au sujet des mémoires, chaque mémoire il, 12 est partagée en deux sous-mémoires 11R et 11 bu 12R et 12B' à 512 cellules chacune. Le partage est dû à l'alternance des signaux de chrominance, DR et DB, propre au système SECAM. On sait que, d'après le principe séquentiel de la modulation de fréquence des signaux de chrominance dans le système SECAM, durant une ligne utile, un signal de chrominance assigné, par exemple, a la couleur primaire rouge R, module une sous-porteuse qui lut est propre, dont la fréquence de repos est f0R = 4,406 MHz. Sur la ligne suivante, l'autre signal de chrominance, assigné a la couleur primaire bleue B, module une autre sous-porteuse qui lut est propre, dont la fréquence de repos est 0B = 4,250 MHz. L'alternance des deux signaux de chrominance se répète ligne a lignes d'une marnière con t inue et le cycle se poursuit sans anomalie également pendant toute la durée des lignes de suppression de trame. Selon l'invention, les premières sous-mémoires 11 et 12 R contiennent dans leurs cellules ayant les adresses 1 a 384 les échantillons impairs et pairs du signal de référence correspondant, affec- tés à la couleur rouge. Les secondes sous-mémoires 11 R et 1 contiennent dans leurs cellules ayant les adresses i- + 512 = 513 A 384 et 512 = 896 les échantillons impairs et pairs du signal de réfé- rence correspondant, affectés à b couleur bleue. Les adresses des cellules des sous-mémoires sont élaborées par un compteur d'adresses 3 qui est constitué classiquement par trois sous-compteurs à 4 bits en série 35, 32 et 33. Ces compteurs sont initialisés, à chaque front avant descendant du signal de synchronisation, par un signal d'horloge a la fréquence de ligne qui est transmis par la base de temps 2 sur le fil 34. Leur comptage est arrêté par un signal délivré par une porte NON-ET 35 en réponse A l'adresse 432 détectée sur le bus de sortie a 9 fils 36 du compteur et correspondant à la fin d'une ligne. Le compteur 3 avance à une fréquence égale à la moitié de la fréquence d'échantillonnage sous la commande du signal d'horloge transmis sur le fil 15. A cette fréquence moitié, l'adresse de deux cellules de sousmémoires 11R et 22R ou 11B et 12B sur le bus 36 est enregistrée dans les neuf premiers étages de deux registres tampons 41 et 42 d'un circuit de sélection de mémoire 4. Le dixième étage des registres 41, 42 reçoit le plus signifiant bit sur un fil 43 qui est représentatif de l'adresse de l'une des deux sous-mémoires 11R et il B 12R et 12 B et qui les sélectionne dans la mémoire 11, 12. Celui-ci est délivré par la sortie complémentaire Q d'une bascule bistable 44 dont l'en- trée J reçoit un signal sur un fil 45 sortant de la base de temps 2 et dont l'entrée d'horloge est reliée à la sortie de la porte NON-ET 35.Le signal sur le fil 45 est composé de deux creneaux à la fréquence moitié de ligne, permettant la synchronisation des deux signaux de chrominance du système SECAM et, par suite, la bascule 44, délivre le bit correspondant à l'un de ces signaux de chrominance et à l'adressage des deux sous-mémoires ou 1 1R et 12R, ou et et12 . La transmission des adresses à 10 bits sur les bus 13 et 14 par les registres tampons 41 et 42 est rythmée alternativement par les signaux d'horloge complémentaires à la fréquence FE/2 sur les fils 15 et 16. Cependant, comme déjà dit, cet adressage ne sera opérant pour fournir un mot d'échantillon sur le bus de sortie 18 du circuit de mémorisation i que lorsque la paire de mémoires 11 - 12 considérée est autorisée à être lue par le signal d'autorisation de lecture transmis sur le fil 17. La base de temps 1 ne sera pas détaillée, car elle fait appel à une logique intégrée classique. Celle-ci reçoit le signal de synchronisation de ligne SY pouvant être extrait classiquement du signal vidéo composite incident sur lequel seront insérés les signaux générés. Le signal de synchronisation asservit la fréquence d'échantillonnage F d'une horloge à quartz. L'unité logique de la base de temps permet d'élaborer tous les signaux d'horloge précités transmis sur les fils 15, 16, 17 à 17 34 et 45 ainsi que d'autres nécessaires au fonction 1 M' nement des composants du générateur. Parmi ces derniers, un signal de commande d'inversion au tiers de la fréquence FL est délivré sur un fil 50 et est appliqué à un circuit additionneur ou soustracteur du chiffre un 5 et à un convertisseur numérique-analogique 6, et un signal retardé à la fréquence d'échantillonnage FE est délivré sur un fil 60 et appliqué également au convertisseur 6. Le circuit 5 additionne ou soustrait 1 - selon le niveau de référence choisi, comme on le verra dans la suite - au mot d'échantillon à 8 bits transmis sur le bus 18 qui relie en parallèle les bus de sortie des mémoires 111 - 121 à 11M-12M. Le bus de sortie à 8 fils 51 du circuit 5 est relié au bus c(entrée du convertisseur 6 a travers une interface d'adaptation des logiques aux standards TTL et ECL 7, selon ce mode de réalisation préféré A ue entrée 6t du convertisseur 6 est appliquée une tension permettant le réglage de l'amplitude du signal analogique issu du convertisseur.La sortie 62 du convertisseur 6 transmet finalement le signal analogique de référence à travers un filtre passe-bas 8 ayant une fonction de transfert linéaire jusqu'a 6 MHz qui correspond à la bande de fréquence du signal vidéo et délivre le signal analogique de référence désiré sous une impédance de 75 ohms. Le signal retarde sur le fil 60 rend synchrone l'opération de conversion avec l'échantillon à convertir, suite au retard de son traitement dans le circuit 5. Le signal de commande d'inversion de phase est généralement exigé dans le système SECAM pour améliorer la structure d'interférence entre les signaux de chrominance Chaque période de ce signal est divisée en trois créneaux ayant chacune une durée de 64 vs afin d'effectuer pendant une ligne toutes les trois lignes un changement de phase de 1800, avec adjonction de 1800 d'une trame à l'autre.Ainsi, pendant chaque période de 192 ps du signal sur le fil 50 et pour une trame d'image impaire, le premier créneau est au niveau bas et les deux derniers créneaux sont au niveau haut, ce qui définit la séquence de déphasage 0 - t80 -t80 ; pour une trame d'image paire, le premier créneau est au niveau haut et les deux derniers sont au niveau bas, ce qui correspond a une séquence de déphasage t 80 -0 Oc Ces inversions de phase sont accomplies dans le convertisseur numérique analogique 6 par rapport à un niveau de référence dont la valeur analogique est, en pratique, l'amplitude nulle.Chaque mot d'échantillonnage comprend N = 8 bits et, par suite, le signal est quantifié en 28 = 256 niveaux de quantification O à 255. Puisqu'un signal de référence SECAM représente une forme d'onde quasi-symé- trique, il convient de choisir un niveau quantifié de référence qui permette d'utiliser le maximum de l'échelle de quantification. Ceci contribue à optimiser le rapport signal/bruit de quantification. L'un des deux niveaux de référence optimaux médians 2 -t = 127 et 2 = 128 est à sélectionner afin que 127 niveaux soient de part et diautre du niveau de référence. Si le niveau de référence 127 est choisi, les échantillons O à 126 et 128 à 254 sont affectés aux amplitudes négative et positive et le niveau supérieur 255 est abandonné. Si le niveau de référence 128 est choisi, les échantillons 1 à 127 et 129 à 255 sont affectés aux amplitudes négative et positive et le niveau inférieur O est abandonné. Dans les deux cas, en l'absence du circuit 5, l'inversion de signe ou de phase du signal dans le convertisseur 6 introduit une erreur d'un pas de quantification dans le signal analogique 8 la sortie 62 : lorsque le niveau de référence est 127, les échantillons O à 126 et 128 à 254 deviennent après inversion les échantillons 255 à 129 et 127 d i lorsque le niveau de référence est 128, les échantillons i ià 127 et 129 à 255 deviennent après inversion les échantillons 254 à 128 et 126 à 0. La présente Invention prévoit donc d'insérer le circuit 5 avant la conversion numérique-analogique, afin d'ajouter ou de retrancher 1 aux échantillons à inverser sortant des mémoires et, par suite, de rétablir la symétrie dans le signal analogique sortant par rapport au niveau de référence. Si le niveau de référence 127 est choisi, le circuit 5 additionne 1 à tous les échantillons transmis lorsque le signal sur le fil 50 est au niveau haut. Les échantillons mémorisés O a 126 et 128 à 254 deviennent, après addition de 1, 1 à 127 et 129 a 255 puis, lors de l'inversion dans le convertisseur 6 par remplacement de chaque bit par le bit à l'autre état logique, ils deviennent les échantillons 254 à 128 et 126 à o, ce qui conserve la symétrie par rapport au niveau 127. Si le niveau de référence 128 est choisi, le circuit 5 retranche i à tous les échantillons lorsque le signal sur le fil 50 est au niveau haut.Les échantillons mémorisés 1 a 127 et 129 a 255 deviennent, après soustraction de 1, O à 126 et 128 à 254 ; puis, lors de l'inversion dans le convertisseur 6, ils deviennent les échantillons 255 à 129 et 127 à 1, ce qui conserve la symétrie par rapport au niveau 128. Enfin, on notera que le générateur peut contenir une ou plusieurs paires de mémoires d'échantillons 111 - 121 a 11M - 12M qui sont sous la forme de boitiers enfichables et/ou peuvent être commutés par des moyens connus afin de sélectionner un ou plusieurs signaux de référence de chrominance b transmettre. Le tableau ci-dessous indique, selon un exemple préféré de réalisation, les composants principaux inclus dans les blocs t et 3 à 6 de la figure: désignation fabricant mémoire 11, 12 ç 3628 INTEL ou 93 451 Fairchild compteur 31, 32, 33 74 LS 163 Signetics registre 41, 42 2 x 74 LS 174 Texas Instruments additionneur 4 bits 2 x 74 LS 253 Texas Instruments avec retenue 5 convertisseur N/A 6 TDC 1016 J TRW LS I Products R e ve n d i c a t i o n s 1 - Générateur numérique comprenant des moyens (t) de mémorisation des échantillons numériques d'un signal périodique, des moyens logiques d'adressage (2, 3, 4) pour lire les échantillons a la fréquence d'échantillonnage (FE) et des moyens (6) pour convertir analogiquement les échantillons numériques lus, caractérisé en ce que le signal périodique est un signal a inclure dans un intervalle prédetermi- né (IT) d'une ou plusieurs lignes du système de télévision en couleurs SECAM,constitué de premier et second signaux de chrominance (R, B) a inclure chacun alternativement une ligne sur deux, en ce que les moyens de mémorisation (1) comprennent des premiers moyens (11R, 12R) de mémorisation des échantillons du premier signal de chromi nance (R) et des seconds moyens (11 B > 12B) de mémorisation des échantillons du second signal de chrominance (B) et en ce que les moyens logiques d'adressage (2, 3, 4) comprennent des moyens (4) pour adresser sélectivement une ligne sur deux chacun des premiers et seconds moyens de mémorisation (11R, 12R 118 > t 2B) et des moyens (2, 17) pour autoriser la lecture des échantillons pendant l'intervalle prédéterminé (IT) de ladite ou desdites lignes. 2 - Générateur numérique conforme a la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des premiers et seconds moyens de mémorisation est constitué par des première (11R ; 118) et seconde (12R ; 128) sous-mémoires de même capacité qui mémorisent respectivement les échantillons de rangs impairs et pairs du premier, resp. second sigal de chrominance (R, B), les adresses des cellules de sous-mémoires étant égales aux rangs des paires d'échantillons adjacents dans une période de ligne (TL) , et en ce que les moyens logiques d'adressage (2, 3, 4) comprennent des moyens de comptage (3) pour délivrer pendant chaque durée de ligne (TL) les adresses des cellules de sous mémoires à la fréquence moitié de la fréquence d'échantillonnage, des moyens (41, 42, 36) pour mémoriser l'adresse délivrée de cellule de sous-mémoire pendant deux périodes d'échantillonnage, des moyens (44) pour délivrer chacune des adresses des premiers (11R, 12R) et seconds moyens (11B, 12B) de mémorisation pendant une période de ligne sur deux, des moyens (41, 42, 43) pour mémoriser l'adresse délivrée des premiers, resp. seconds moyens de mémorisation pendant une période de ligne sur deux, et des moyens (2, 15, 16) pour lire l'adresse mémorisée de cellule de sous-mémoire et l'adresse mémorisée des premiers, resp. seconds moyens de mémorisation pour la transmettre pendant deux périodes d'échantillonnac: successives res pectivement aux première (11R, 11B) et seconde (12R, 12B) sousmémoires des premiers, resp. seconds moyens de mémorisation. 3 - Générateur numérique conforme à la revendication i ou 2, caractérisé en ce que les moyens logiques d'adressage (2, 3, 4) comprennent des moyens (50) pour commander des inversions de phase dans les moyens de conversion selon une sequence périodique de trois lignes consécutives au cours desquelles les déphasages sont respec tivementO0, 1800 et 180 pendant une trame d'image et 180 , 0 , 0 pendant la trame d'image suivante. 4 - Générateur numérique conforme a la revendication 3, dans lequel les échantillons numériques sont mémorisés sous la forme de mots å N bits, caractérisé en ce que le niveau analogique de référence, de préférence à amplitude nulle, des moyens de conversion (6) corres pond au niveau de quantification 2N-1-1, resp.2N-1 et en ce qu'il comprend, entre la sortie (18) des moyens de memerisation (1) et l'entrée (51) des moyens de conversion (6), des moyens (5) pour additonner, resp. soustraire l'unité à chaque échantillon numérique lu qui doit être inversé pendant les périodes de déphasage de 1800 desdites s équences. 5 - Générateur numérique conforme à l'une des revendications t à 4, caractérisé en ce que la sortie des moyens de conversion (6) est reliée à un filtre passe-bas (8), de préférence à largeur de bande de ltordre de 6 MHz. 6 - Générateur numérique conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérise en ce qu'il comprend une pluralité de moyens de mémorisation (111 - 121 à 11M - 12M) qui mémorisent respective- ment les échantillons de différents signaux codés SECAM, tels que le signal de mire de barres, les signal d'identification en trame, un signal d'essai ou un signal modulé par un escalier de fréquence. 7 - Générateur numérique conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de mémorisation (11 - 12) se présentent chacun sous la forme d'un boîtier enfichable. 8 - Générateur numérique conforme à l'une des revendications i à 7, caractérisé en ce que la fréquence d'échantillonnage est un multiple entier de la fréquence de ligne, tel que 864 ou 1008.