Brevet FR2513838A1 — publié le 19830401

FILTRE EN MODE ECHANTILLONNE DE PREACCENTUATION D'UNE SOUS-PORTEUSE DE CHROMINANCE ET CODEUR ET CAMERA DE TELEVISION COMPORTANT UN TEL FILTRE. L'invention est relative à un filtre de préaccentuation du signal de chrominance pour Permission de signaux de télévision, notamment par le procédé SECAM, ainsi qu'à un codeur et une caméra de télévision comportant un tel filtre. Dans le procédé SECAM les signaux de chrominance sont transmis par modulation de fréquence, la fréquence porteuse, qui est appelée sous-porteuse de chrominance, ayant pour valeur f0 = 4,286 MHz. Dans une telle transmission l'influence des signaux parasites, c'est-à-dire le bruit, étant d'autant plus élevee qu'est grand récart de la fréquence du signal par rapport à celle de la porteuse, une protection contre le bruit est assure par un filtre, généralement appelé "anticloche", dont la courbe de réponse amplitude/fréquence présente un minimum pour la fréquence f0 = 4,286 MHz. Un tel filtre accentue ainsi les signaux les plus éloignés en fréquence de la porteuse, ce qui permet d'uniformiser le rapport signal/bruit. Les filtres anticloches connus jusqu'à présent sont du type analogique. Mais le besoin se fait sentir de filtres du type en mode échantillonné numérique réalisés à l'aide de circuits intégrés afin d'une part de permettre la réalisation d'une caméra de télévision en couleurs dont le codeur a un poids et un encombrement réduits et dont le coût de fabrication est faible et d'autre part de profiter des avanta es inhérents au codage numérique à savoir l'insensibilité au bruit et la reproductibilité. Connaissant la fonction de transfert d'un filtre analogique, on sait, après calcul de la fonction de transfert en z, réaliser le filtre numérique de même transmittance à l'aide de bascules, d'additionneurs, de soustracteurs et éventuellement de portes. On a constaté que l'application telle quelle au filtre anticloche de ce procédé de synthèse de filtres numériques aboutissait à un résultat difficile à mettre en oeuvre en pratique en raison, notamment, de son grand nombre d'éléments et du grand nombre de bits sur lequel doit être codé le signal. Le filtre selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Il est caractérisé en ce que sa fonction de transfert en z est de la forme: G(z) = a + bz'l + cz2 (1) Dans cette formule a, b et c sont des constantes. Un filtre ayant cette fonction de transfert peut être réalisé de façon particulièrement simple et ne nécessite qu'un signal codé sur "n nombre limité de bits, par exemple 8 bits. En outre le filtre n'étant pas récursif il n'introduit aucune instabilité. Comme on le verra plus loin l'invention est basée sur la constatation que la fonction de transfert en du filtre analogique correspondant peut être simplifiée. Dans une réalisation la fonction de transfert en z du filtre numérique anticloche est, à un facteur près: H(z) = 1,25 - 0,125 -1 + 1,125 -2 (2) Etant donné que: on conçoit que les coefficients peuvent être obtenus par la technique dite du décalage de bits qui est une simple modification de connexions n'introduisant aucun retard. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: - la figure 1 est un diagramme de courbes de réponse de filtres, - la figure 2 est un schéma de filtre selon l'invention, - les figures 3 et 4 sont des schémas de parties du filtre de la figure 2, - la figure 5 est un autre diagramme de courbes de réponse de filtre, - la figure 6 est un schéma d'un codeur SECAM du type numérique faisant appel au filtre selon l'invention, et - la figure 7 est un schéma de filtre numérique anticloche selon un autre mode de réalisation. La fonction de transfert d'un filtre anticloche du type analo gique est : w\ 1 + jQ ( w o F(w) = w 1 + jet {ccr Dans cette formule: w = 2 n f est la pulsation, # 0 f0 = 2# = 4,286 MHz (sous-porteuse de chrominance SECAM), Q= 16 et Q' = 1,26. Pour obtenir la fonction de transfert en z d'un filtre numérique ayant la même courbe de réponse que ce filtre analogique on remplace dans cette formule la variable j w par la variable z - 1 z+ 1 (cette transformation s'appelle transformation en z du type homographique) et on modifie les termes constants to 0, Q et Q' en fonction de cette transformation; on obtient alors la fonction de transfert en z suivante: I 2 1 AZ-1 + BZ-2 1 - Cz + Dz avec: K = 8,3034 ; A = 0,09982 ; B = 0,90945 ; C = 0,06525 ; D = 0,24820 (6) On décrira plus loin en relation avec la figure 7 un filtre numérique présentant cette fonction de transfert en z.Mais ce filtre est d'une trop grande complexité pour la plupart des applications, notamment pour une caméra de télévision à grande diffusion c'est-à-dire qui doit être fabriquée en grande série et à bas prix. Un filtre numérique anticloche du type de celui représenté sur la figure 2, qui sera décrit ci-après, est l'aboutissement des considérations suivantes: On a tout d'abord constaté, par le calcul, que sur la plage de fréquences concernées : 3,9 à 4,75 MHz l'influence du facteur Q' sur le coefficient de qualité du filtre dont la fonction de transfert est définie par la formule (4) ci-dessus est négligeable, c'est-à-dire que, dans cette formule, on peut ne conserver que le numérateur sans que le fonctionnement du filtre en soit affecté. Cette constatation est confirmée par la figure 1 sur laquelle on a porté en abscisses la fréquence f en KHz et en ordonnées la transmittance T en décibels (dB) de filtres anticloches. Z;a courbe 10 en trait plein correspond à la réponse d'un filtre dont la fonction de transfert est définie par la formule (4) tandis que la courbe 11 en traits mixtes correspond à la réponse d'un filtre dont la fonction de transfert est le numérateur de la formule (4). I1 est clair qu'entre 3,9 et 4,75 MHz les deux courbes 10 et 11 sont pratiquement confondues. Pour réaliser un filtre numérique ayant la même réponse dans la gamme de fréquences concernées, 3,9 à 4,75 MHz, on part donc de la fonction de transfert suivante: w N(p)= +p Q + Q p p Dans cette formule p = jw Et on calcule la transformée en z de l'inverse de N (p), c'est-à- dire la transformée de: F(p)= N1 (p) = , 1 = p l+p S Qp0 gQ + p + Q(ss o w p soitF(p)= 0 (p +È0Q ) 2 +Çw02 - w) si on pose ( "o si on pose t a=)Q N W0, on obtient: : 4Q w 2 = p+a - a I2 F(P)= Q t Q t" 2 w 2 w 2+w1 (p+a) + I (p+a) La fonction de transfert en z du filtre numérique équivalent est la transformée en z de la réponse impulsionnelle du filtre analogique (synthèse par la méthode de l'invariance impulsionnelle). La transformée en z de cette fonction est alors, en se servant des tables de transformées en z, par exemple celles que l'on trouve dans l'ouvrage "Les Filtres Numériques" de R. BOITE et H. LEICH éd. MASSON, page 19, 1980: Dans cette formule T e est la période du signal d'échantillonnage. Dans l'exemple la fréquence d'échantillonnage est le quadruple de la fréquence de la sous-porteuse de chrominance pour le système PAL afin que le filtre puisse être utilisé dans un codeur numérique de caméra de télévision en couleurs utilisable dans les systèmes PAL et SECAM. On sait en effet qu'avec une telle fréquence d'échantillonnage le codeur de couleurs PAL peut avoir une structure très simple si les instants d'échantillonnage correspondent aux passages par zéro des deux sous-porteuses en quadrature car, dans ce cas, chaque échantillon correspond alors à une seule sous-porteuse ce qui simplifie le mélange de ces sous-porteuses. Ainsi: Fe = 4 x 4,43361875 MHz = 17,734475 MHz 1 #s soit Te = 17,734475 (10) F(z) a alors pour valeur: 1 - 0,0796 z-1 F(z) = 1,6831 x 1 - 0,0998 z-1 + 0,90945 z-2 (11) La transformée en z de N(p) est alors 1 0,5941(1 - 0,0998 z-1 + 0,90945 Z-2 ) N(z) = F(z) = 1 - 0,0796 z-1 (12) Dans cette dernière formule le dénominateur est peu différent de 1 car: z -I = 1 et 0,0796 est petit devant 1. Dans ces conditions: G(z) = 1 - 0,0998 z - + 0,90945 z -2 (14) Cette fonction de transfert est celle d'un filtre numérique non récursif qui présente l'avantage d'être assurément stable. Cette fonction de transfert peut encore s'écrire: 1 -1 -2 G(z) = 1,25 - 0,124775 z + 1,1368125 z) (15) Le coefficient de z est peu différent de 0,125 et le coefficient de z-2 est proche de 1,125. Ces coefficients ainsi que le terme constant 1,25 peuvent donc être réalisés par des décalages de bits en raison des relations (3) mentionnées ci-dessus. Pour que ces décalages soient vers les bits de poids forts, le coefficient le plus faible devant ainsi être égal à 1, on choisit une fonction de transfert en z définie par la relation ci-dessous: H(z) = 10 - - + 9 -2 (16) Cette fonction de transfert correspond, à un facteur près, à la fonction G(z) dans laquelle les coefficients ont des valeurs données par les relations (3). Les coefficients de la fonction H(z) sont réalisés aisément car: 10 = 2 + 2 (17) 9 = 2 + 1 = 2 + 2 - 1 Pour obtenir la structure du filtre numérique, on part de la relation suivante dans laquelle S(z) est le signal de sortie et E(z) est le signal d'entrée: S(z) = H(z) E(z) = (23 + 21) E(z) - z~l E(z) + (23 + 21 - 1) z2 E(z), soit S(z) = 2(22 + 1) [E(z) + z'2 E(z)] - [z-î E(z) + z~2 E(Z)0 (18) Le filtre a ainsi la structure représentée sur les figures 2, 3 et 4. Le signal d'entrée E(z) est appliqué à l'entrée d'un ensemble 15 de bascules bistables de type D sur les entrées d'horloge de chacune desquelles est appliqué un signal à la fréquence F e d'échantillonnage. Un tel ensemble 15 réalise la fonction z-1 et constitue un élément de retard. Le signal E(z) est également appliqué à la première entrée 16 d'un additionneur 17 présentant une seconde entrée 18 reliée à la sortie de l'élément 15 par l'intermédiaire d'un élément identique 19 sur l'entrée d'horloge duquel est appliqué le signal d'échantillonnage. La sortie de l'élément 15 est également connectée à la première entrée 20 d'iln second additionneur 21 dont la seconde entrée 22 est reliée à la sortie de l'élément 19. La sortie 17a du premier additionneur 17 est reliée directement à la première entrée 23 d'un troisième additionneur 24 dont la seconde entrée 25 est également connectée à la sortie 17a mais par l'intermédiaire d'une connexion 26 - représentée sur la figure 3 - à décalage de 2 bits vers les poids forts, c'est-à-dire effectuant une multiplication par 4. La sortie 24a de l'additionneur 24 est reliée à l'entrée positive (a) 27 d'un soustracteur 28 par l'intermédiaire d'une connexion 29 effectuant un décalage de 1 bit vers les poids forts c'est-à-dire une multiplication par 2. L'entrée négative (b) 30 du soustracteur 28 est reliée directement à la sortie de l'additionneur 21. Sur la sortie du soustracteur 28 on obtient le signal de sortie S(z). Dans l'exemple représenté sur la figure 3 les sorties parallèles 17a de l'additionneur 17 sont à quatre bits tandis que les entrées parallèles 25 de l'additionneur 24 sont à 6 bits. La connexion 26 consiste : à relier le premier bit, de poids le plus faible, des sorties 17a au troisième bit, représentant le nombre 22, des entrées 25; à connecter les deuxième, troisième et quatrième bits des entrées 17a, respectivement aux quatrième, cinquième et sixième bits des entrées 25 de poids le plus fort. Avec une telle connexion le signal sur les entrées 25 est le quadruple du signal sur les sorties 17a. La connexion 29 qui est un décalage de 1 bit (figure 4) vers les poids forts consiste à relier: le premier bit, de poids le plus faible, des sorties 24a de l'additionneur 24 au second bit des entrées 27 du soustracteur 28, et les deuxième, troisième, quatrième, cinquième et sixième bits des sorties 24a respectivement aux troisième, quatrième, cinquième, sixième et septième bits des entrées 27 à sept bits. Un tel décalage assure une multiplication par le facteur 2. Le calcul a montré qu'un filtre numérique du type de celui représenté sur la figure 2 et ayant donc la fonction de transfert en z correspondant à la formule (16) ci-dessus a, entre 3,9 et 4,75 MHz, une réponse pratiquement identique à celle du filtre analogique dont la fonction de transfert est représentée par la formule (4) ci-dessus. En effet on constate sur la figure 5, sur laquelle la fréquence f en KHz a été portée en abscisses et le coefficient d'atténuation A en ordonnées, que la courbe 35 correspondant à la réponse du filtre analogique s'écarte très peu de la courbe 36 calculée à partir de la formule (16). Cette constatation a également été confirmée par l'expé- rience. La figure 6 montre un codeur SECAM numérique utilisant le filtre anticloche numérique 40 selon l'invention. Dans ce codeur les signaux numériques R - Y et B - Y (R = signal de rouge, B = signal de bleu et Y = signal de luminance) multiplexés sont appliqués à l'entrée 41 d'un modulateur de fréquence de type numérique tel que celui décrit dans la demande de brevet français 81 13981 du 17 juillet 1981 pour "Générateur à fréquence variable de type numérique" au nom de la demanderesse. Un tel générateur à fréquence variable comporte un intégrateur numérique fournissant sur sa sortie un signal représentant la fonction primitive du signal d'entrée et revenant à une valeur seuil quand il atteint une valeur limite, le signal de sortie de l'intégrateur représentant ainsi la phase du signal périodique désirée, le signal désiré étant alors appliqué à l'entrée d'un moyen de conversion phaselsignal périodique par exemple à mémoire morte. Le signal de sortie 42 du modulateur 43 est appliqué à l'entrée du filtre 40 dont la sortie est connectée à la première entrée 44 d'un additionneur numérique 45. La seconde entrée 46 de cet additionneur reçoit le signal Y de luminance numérique. La sortie de l'additionneur 45 est connectée à la sortie 47 du codeur par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogique 48. La figure 7 est un schéma d'un filtre numérique dont la fonction de transfert en z est celle définie par la formule (5) cidessus. Le signal d'entrée E(z) est appliqué sur la première entrée d'un additionneur 50 dont la sortie est reliée à l'entrée positive (a) d'un soustracteur 51 ayant sa sortie connectee à l'entrée d'un premier élément de retard 52 réalisant la fonction -1 et synchronisé à la fréquence d'échantillonnage. La sortie du soustracteur 51 est également reliée à l'entrée positive (a) d'un second soustracteur 53 dont la sortie est elle-même connectée à l'entrée positive (a) d'un troisième soustracteur 54. La sortie du soustracteur 54 est reliée à la première entrée d'un additionneur 55 dont la sortie est reliée à l'entrée positive (a) d'un autre soustracteur 56. La sortie du soustracteur 56 est reliée à la première entrée d'un additionneur 57 de sortie. La sortie de l'élément de retard 52 est reliée à la seconde entrée de l'additionneur 55 par l'intermédiaire d'un autre élément de retard 58 ainsi qu'à l'entrée négative (b) du soustracteur 53 par l'intermédiaire de connexions 59 effectuant un décalage de - 4 bits. Cette sortie des connexions 59 est reliée à l'entrée négative (b) du soustracteur 54 par l'intermédiaire d'autres connexions 60 effectuant un décalage de - 1 bit. La sortie de l'élément de retard 52 est également reliée à la seconde entrée de l'additionneur d'entrée 50 par l'intermédiaire de connexions 61 effectuant un décalage de - 4 bits. La sortie du second élément de retard 58 est reliée d'une part à l'entrée négative (b) du soustracteur 51 par l'intermédiaire de connexions 62 effectuant un décalage de - 2 bits et d'autre part à l'entrée négative (b) du soustracteur 56 par l'intermédiaire de connexions 63 effectuant un décalage de - 3 bits. Enfin la sortie des connexions 63 est reliée à la seconde entrée de l'additionneur 57 par l'intermédiaire d'autres connexions 64 effectuant un décalage de - 2 bits. Dans ce filtre les coefficients A, B, C et D de la formule (5) ont les valeurs suivantes: A = 0,09375 = 2 4 + B = 0,90625 = 1 - 2-3 + C = 0,0625 = D = 0,25 = 2 2 (19). REVENDICATIONS 1. Filtre de préaccentuation, du type "anticloche", pour le signal de chrominance d'un codeur SECAM, caractérisé en ce qu'il est à fonctionnement échantillonné, de préférence numérique, avec une fonction de transfert en z de la forme, à un facteur près: -1 -2 G(z) = a + bz + cz a, b et c étant des constantes. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa fonction de transfert en z est, à un facteur près: G(z) = 1 - 0,0998 z-1 + 0,90945 z-2. 3. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa fonction de transfert en z est, à un facteur près: H(z) = 10 - z-l + 9 z-2 4. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence d'échantillonnage est le quadruple de la fréquence de la sous-porteuse de chrominance dans le système PAL de télévision en couleurs. 5. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier élément de retard (15) dont l'entrée est reliée à celle du filtre et dont la sortie est connectée, d'une part, à la première entrée (20) d'un premier additionneur (21) et d'autre part à la première entrée (18) d'un deuxième additionneur (17) par l'intermédiaire d'un deuxième élément de retard (19), la seconde entrée (22) du premier additionneur (21) étant reliée à la sortie du second élément de retard (19) et la seconde entrée (16) du deuxième additionneur (17) étant reliée à l'entrée du filtre; un troisième additionneur (24) dont la première entrée (23) est connectée à la sortie du second additionneur (17) et dont la seconde entrée (25) est reliée à ladite sortie (17a) du second additionneur par l'intermédiaire d'un multiplicateur (26) par quatre; et un soustracteur (28) dont l'entrée positive est reliée à la sortie (24a) du troisième additionneur (24) par l'intermédiaire d'un multiplicateur (29) par deux et dont l'entrée négative (30) est connectée à la sortie du premier additionneur (21), la sortie de ce soustracteur étant connectée à la sortie du filtre. 6. Filtre selon la revendication 3 ou la revendication 5, caractérisé en ce que les coefficients numériques sont réalisés par des connexions (26, 29) à décalage de bits. 7. Codeur SECAM caractérisé en ce qu'il comprend un filtre anticloche (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Codeur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le filtre anticloche (40) est précédé par un modulateur (43) comprenant un générateur à fréquence variable du type numérique présentant une entrée sur laquelle est appliqué un signal numérique représentant la fréquence désirée pour le signal de sortie et qui comporte un intégrateur numérique fournissant sur sa sortie un signal représenté tant la fonction primitive du signal d'entrée et revenant à une valeur seuil quand il a atteint une valeur limite. 9. Caméra de télévision couleurs, caractérisée en ce qu'elle comprend un codeur selon la revendication 7 ou 8.