Brevet FR2515900A1 — publié le 19830506

La présente invention concerne de façon générale un procédé et un appareil de codage et de décodage de signal d'information et, en particulier, s'applique à un procédé et à un appareil de codage de mots de données binaires en un code numérique binaire de même longueur, ainsi que de décodage. Une indication générale du contenu en courant continu d'un signal d'information numérique est donnée par la varia- tion de somme numérique (VSN) qui est la valeur instantanée de l'intégration du signal d'information numérique En particulier, plus la VSN est proche de zéro, moins il existe de composantes de courant continu dans le signal. Pour réduire la VSN et, par conséquent, la teneur en courant continu d'un signal d'information numérique de 8 bits, divers systèmes de codage par blocs ont été proposés, comme par exemple un système de conversion de code 8-9, un système de conversion de code 8-10 et divers autres systèmes de codage, par exemple le codage M 2 (codage de Miller modifié), etc Toutefois, avec les systèmes de codage ci-dessus mentionnés, le débit binaire d'enre- gistrement devient supérieur au débit binaire source, c'est-à-dire que, par augmentation de la longueur de chaque mot de donnée de 8 bits à 9 bits, 10 bits, 16 bits, etc, on minimise la VSN du signal d'information numérique à enregistrer au prix d'une augmejnta- tion du débit binaire d'enregistrement Il faut noter que ceci va dans le sens contraire du souhait de rendre le débit binaire d'enre- gistrement aussi faible que possible pour augmenter la quantité d'information pouvant être enregistrée sur le support d'enregistre- ment A cet égard, puisque l'on veut augmenter la quantité d'infor- mation dans un signal d'information numérique, on peut 6 tre amené à accroître le débit binaire source, auquel cas il n'est pratiquement pas possible d'augmenter le débit binaire d'enregistrement Il est donc souhaitable de réduire la V 51 I du signal d'information numérique à enregistrer tout en maintenant le débit binaire source du signal d'information numérique codé à enregistrer. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de codage d'un signal numérique binaire comprenant plusieurs premiers mots de N bits possédant une valeur absolue et une variation 15900 de somme numérique dans le but de produire un signal numérique binaire codé, le procédé comprenant les opérations suivantes: transformer chaque premier mot de N bits en un deuxième mot de N bits possédant une valeur absolue et une variation de somme numérique qui sont telles que, par rapport à des groupes prédéterminés de premiers mots de N bits corrélés, les deuxièmes mots de N bits correspondant aux premiers mots de N bits dans chaque groupe respectif possèdent la même variation de somme numérique; et inverser tous les m deuxièmes mots alternés de N bits, o m = 1, 2, 3, etc. Selon un autre aspect de l'invention, un appareil permettant de coder un signal numérique binaire constitué de plusieurs premiers mots de N bits possédant une valeur absolue et une varia- tion de somme numérique dans le but de produire un signal numérique binaire codé comprend: un moyen qui transforme chaque premier mot de N bits en un deuxième mot de N bits possédant une valeur absolue et une variation de somme numérique qui sont telles que, par rapport à des groupes prédéterminés de premiers mots de N bits corrélés, les deuxièmes mots de N bits correspondant aux premiers mots de N bits dans chaque groupe respectif possèdent la même variation de somme numérique; et un moyen permettant d'inverser tous les m deuxièmes mots alternés de N bits, o m = 1, 2, 3, etc. La description suivante, conçue à titre d'illustra- tion 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 est un schéma de principe d'un appareil d'enregistrement et, ou bien, de reproduction de signal d'information numérique selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est un tableau de mots de données binaires choisis de-8 bits utilisé pour illustrer un problème d'enregistrement de signal d'information numérique binaire; la figure 3 est un tableau présentant diverses caractéristiques d'un signal d'information numérique binaire et du même signal d'information numérique binaire codé selon l'invention; les figures 4 A à 4 C sont des tables de correspondance utilisées pour illustrer le procédé de codage selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 5 est une table utilisée pour comparer les valeurs des sommes numériques des mots codes pour des groupements de mots d'information numériques binaires et des mêmes-mots d'informa- tion numériques binaires codés selon l'invention; la figure 6 est un graphe illustrant la variation de somme numérique courante de tous les mots d'information numériques de 8 bits binaires possibles se succédant; et la figure 7 est un graphe illustrant la variation de somme numérique courante de tous les mots d'information numériques de 8 bits binaires possibles utilisés sur la figure 6 et codés selon l'invention. Pour faciliter la compréhension de l'invention, on va d'abord décrire les conditions permettant de réduire le contenu en courant continu d'un signal d'information numérique binaire Sur la figure 2, sont représentés des mots codes binaires naturels de 8 bits correspondant aux nombres 124 à 131, à savoir à des nombres possédant des valeurs décimales absolues (ci-après également désignées comme étant les valeurs initiales) de 124 à 131 Par exemple, le mot code binaire naturel de 8 bits représentant le nombre 124 est exprimé-par l 01111100) La somme numérique du mot code (SNC) destinée à un mot 4 ' code binaire de 8 bits représente la valeur de la VSN de ce mot code et est une indication de son contenu en courant continu La VSN, comme cela a précédemment été indiqué, est la valeur instantanée de l'intégration du signal d'information numérique binaire codé. Puisque l'intégration d'une impulsion de niveau haut ou " 1 " est une rampe positive et que-l'intégration d'une impulsion de niveau bas ou " O " est une rampe négative, on peut calculer la VSN en fixant une valeur + 1 aux bits de niveau logique " 1 " et une valeur -1 aux bits de niveau logique " O " Ainsi, par exemple, pour le nombre 124, la SNC a une valeur + 2 puisqu'il existe cinq bits " 1 " ayant une valeur + 1 et trois bits " O " ayant une valeur -1 Par conséquent, si l'on ajoute ensemble les valeurs de la SNC de chaque mot d'un signal d'information numérique binaire, on peut obtenir la VSN du 15900 signal Il faut noter que la VSN est une indication du contenu en courant continu du signal d'information numérique binaire En parti- culier, lorsque la VSN est proche de -zéro, le contenu en courant continu est petit L'invention vise à minimiser la VSN sans augmenter le débit binaire d'enregistrement du signal d'information numérique binaire. Il faut noter que la valeur absolue d'un mot de 8 bits du signal d'information numérique binaire naturel ne diffère pas d'une grande quantité par rapport à la valeur absolue d'un mot de 8 bits adjacent du signal d'information numérique En d'autres termes, les mots de 8 bits adjacents du signal d'information numérique sont corrélés, c'est-à-dire qu'ils ont des valeurs absolues proches les unes des autres En fait, des groupes de mots de 8 bits successifs ou voisins du signal d'information numérique peuvent être considérés comme corrélés, c'est-à-dire qu'ils possèdent des valeurs absolues proches Toutefois, ces mots de 8 bits corrélés du signal d'informa- tion numérique de chaque groupe peuvent présenter des valeurs de SNC qui varient fortement Par exemple, comme le montre la figure 2, les mots de 8 bits corrélés qui correspondent aux nombres 127 et 128 ont des valeurs de SNC respectives de + 6 et -6 Ceci peut être vu pour des groupes de mots corrélés sur la figure 5, o les groupes de mots corrélés sont choisis pour des nombres présentant des valeurs absolues de 1-8, 9-36, etc. Selon l'invention, des premiers mots codes binaires de 8 bits, ou mots codes binaires de 8 bits naturels, correspondant aux nombres de chaque groupe sont mis en correspondance avec des deuxièmes mots codes binaires de 8 bits, c'est-à-dire transformés en ceux-ci (qui seront ci-après désignés comme étant des mots codes binaires de commande et de codage de variation de somme numérique, soit des mots codes binaires CCVSN), de façon que les mots codes binaires CCVSN de chaque groupe aient la même valeur de SNC Par exemple, le groupe de mots codes binaires naturels possédant les valeurs absolues 1-8 est transformé en mots codes binaires CCVSN possédant des valeurs absolues (ci-après également désignées comme étant des valeurs de remplacement) de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 et 128, comme cela apparatt sur la figure 4 A, tous ces mots CCVSN ayant des valeurs de SNC de -6 Les valeurs de remplacement et les valeurs de. SNC des mots CCVSN de chaque groupe sont présentées sur les figures 4 A à 4 C De cette manière, les mots CCVSN correspondant aux mots codes binaires naturels ou initiaux de chaque groupe ont la même valeur de SNC. Selon l'invention, on inverse un sur deux des mots codes binaires CCVSN de 8 bits Par exemple, un mot code binaire naturel ayant une valeur initiale de 53 est transformé en un mot code CCVSN ayant une valeur de remplacement de 49 Le mot code CCVSN est repré- senté par l 00110001 l et possède une valeur de SNC de -2 Le mot code CCVSN inversé est donc représenté par l 11001110 l correspondant à une valeur décimale absolue (valeur de remplacement) de 206 et possédant une valeur de SNC de + 2 Il faut noter que ce dernier mot code CCVSN inversé correspond à un mot code binaire naturel ayant une valeur décimale absolue (valeur initiale) de 202 Il faut également se rappeler que les mots codes CCVSN de chaque groupe correspondant à des mots codes binaires naturels corrélés ont la même valeur -6 de SNC De cette manière, un sur deux des mots codes CCVSN qui sont inversés ont des valeurs de SNC présentant des ampli- tudes égales mais des signes opposées Par exemple, si un signal d'information numérique comporte des mots corrélés successifs ayant des valeurs absolues de 1 à 8, les mots codes CCVSN correspondant à chacun de ces mots corrélés ont une valeur de SNC de -6 Si l'on inverse un sur deux des mots codes CCVSN, c'est-à-dire les mots codes correspondant aux nombres 2, 4, 6 et 8 par exemple, les valeurs de SNC se liront successivement telles que ci-après: -6, + 6, -6, + 6, -6, + 6, -6 et + 6, respectivement Par combinaison des valeurs de SNC, la VSN totale sera égale à zéro et, par conséquent, ne-fournira aucune composante de courant continu, ou des composantes sensiblement réduites, pour le signal d'information numérique à enregistrer ou à transmettre. Sur la figure 6, il est présenté un graphe de la VSN de mots de 8 bits naturels ou initiaux ayant les valeurs absolues successives de 0-à 255, ce diagramme étant obtenu par addition cumulée des valeurs de SNC successives correspondant à ces mots de 8 bits initiaux Il faut comprendre, sur la base du graphe de la figure 6, que la valeur de la VSN courante est non uniforme, ou -n'est pas constante, pour des groupes de nombres successifs Ainsi, puisque les valeurs de SNC de mots corrélés peuvent varier d'une importante quantité, la simple inversion d'un sur deux des mots codes binaires naturels ou initiaux ne produit pas le même résultat de réduction de la VSN totale que cela n'est possible avec l'inven- tion Par exemple, pour les nombres 127 et 128, si l'on inverse le mot code binaire naturel correspondant à 128, la valeur de SNC de ce mot inversé devient + 6 Si l'on ajoute alors la valeur de SNC du nombre 127 à la valeur de SNC du mot code binaire naturel inversé correspondant au nombre 128, la VSN totale des deux mots codes binaires devient + 12, ce qui produit une augmentation de la valeur de VSN, plutôt qu'une diminution D'autre part, comme le montre la figure 7, les mots codes binaires naturels corrèlés sont groupés de façon que les mots codes CCVSN correspondant aux mots codes binaires naturels corrélés de chaque groupe aient la même valeur de SNC. Ainsi, par exemple, le mot code binaire naturel ayant une valeur absolue de 127 est transformé en un mot code CCVSN ayant une valeur de remplacement de 120 et une valeur de SNC de zéro, et le nombre 128 est transformé en un mot code CCVSN ayant une valeur de rempla- cement de 135 et une valeur de SNC de zéro Si l'on inverse le mot code CCVSN correspondant au nombre initial 128, la VSN totale du mot code CCVSN correspondant au nombre 127 et du mot code CCVSN inversé correspondant au nombre 128 est zéro, au lieu de + 12 Ainsi, la VSN totale du signal d'information numérique codé a été sensi- blement réduite, ce qui minimise sa teneur en courant continu Il faut noter que, avec un signal d'information de donnée pouvant avoir des valeurs absolues comprises entre O et 255, les niveaux de donnée compris entre 16 et 240 sont les plus couramment utilisés et que la probabilité qu'une donnée est une valeur absolue égale à 128, ou voisine de cette valeur, est extrêmement haute Il faut noter que les mots codes CCVSN ayant des valeurs absolues de 128, ou voisines de 128, ont des valeurs de SNC valant zéro Les valeurs de SNC des groupes respectifs augmentent au fur et à mesure que les groupes s'écartent de la valeur de probabilité centrale ou élevée valant 128, comme on peut le voir sur les figures 4 A à 4 C 15900 et sur la figure 7 Ainsi, du fait de ces groupements, l'invention réduit fortement la VSN totale du signal d'information numérique. Les avantages de l'invention sont présentés de manière plus frappante sur le tableau de la figure 3 Comme le montre la figure 3, pour un signal d'information numérique aléatoire, sous forme de code binaire naturel, et enregistré sur une piste unique d'un magnétoscope, la valeur finale de la VSN est -21 358 Lorsque l'on inverse un sur deux des mots du code binaire naturel, la valeur finale de la VSN est -810 D'autre part, avec l'invention, lorsque l'on transforme les mots codes binaires naturels en des mots codes CCVSN selon la table des figures 4 A à 4 C, la valeur finale de la VSN est -46 864 Lorsque l'on inverse un sur deux des mots codes CCVSN du signal d'information numérique, la valeur finale de la VSN est -28 En d'autres termes, lorsque l'on utilise le processus d'inversion avec les mots codes CCVSN, on peut obtenir une valeur finale de la VSN qui est plus proche de zéro qu'avec les mots codes binaires naturels, même lorsqu'un sur deux de ces derniers est inversé. A cet égard, puisque la valeur-finale de la VSN selon l'invention vaut approximativement le trentième de la valeur finale de la VSN qui peut être obtenue avec le code naturellement binaire lorsque ce dernier utilise un processus d'inversion, le contenu en courant continu du signal d'information numérique subit une réduction sen- sible De plus, la valeur maximale de la VSN du signal d'information numérique utilisant le code binaire naturel est 21 358, et elle est ramenée à 944 lorsque l'on inverse un sur deux des mots codes binaires naturels Dlautre part, bien que la valeur maximale de la VSN des mots codes CCVSN soit 46 864, lorsque l'on inverse un sur deux des mots codes CCVSN, on ramène la valeur maximale de la VSN sensiblement à 104 De la même façon, la valeur moyenne de la SNC pour chaque mot code diminue en passant d'une valeur de -0,02, pour le code binaire naturel utilisant le processus d'inversion, à une valeur'de -0,0007 pour les mots codes CCVSN lorsqu'il est fait appel à l'inversion d'un sur deux de ces mots codes CCVSN. Il faut noter qu'il existe un procédé de décodage qui est complémentaire du procédé ci-dessus décrit de codage selon l'invention, ainsi que cela sera examiné plus complètement en rela- tion avec l'appareil de codage selon l'invention. L'appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention est présenté sur la figure 1, et il comporte un convertisseur analogiquenumérique (A-N) 12 qui transforme un signal d'information analogique, par exemple un signal vidéo en couleur, fourni par une borne d'entrée 10, en un signal mis sous forme numérique En particulier, le convertisseur analogique-numérique 12 échantillonne le signal vidéo analogique à une fréquence d'échantil- lonnage f S = 4 f SP' o f SP est la fréquence de sous-porteuse de couleur du signal vidéo en couleur Le convertisseur analogique- numérique 12 transforme alors le signal vidéo en couleur échantil- lonné en un code binaire naturel de 8 bits qu'il délivre en paral- lèle à un circuit 14 de commande et de codage de variation de somme numérique (CCVSN) 14 dans lequel chaque mot code binaire de 8 bits est transformé en un deuxième mot code binaire de 8 bits, c'est-à- dire un mot CCVSN, qui est classé d'après sa valeur de SNC, et en fonction de la table des figures 4 A à 4 C Par exemple, le codeur CCVSN 14 peut comporter une mémoire à accès direct dans laquelle les mots codes CCVSN sont mémorisés en des adresses désignées par les mots codes binaires naturels Les mots codes CCVSN venant du codeur 14 sont ensuite délivrés à un processeur d'inversion 16 qui inverse un sur deux des mots codes CCVSN successifs, selon l'inven- tion Puisque le signal vidéo en couleur d'entrée est fortement corrélé, la VSN du signal d'information numérique venant du proces- seur d'inversion 16 tend à converger vers zéro de façon à réduire sa teneur en courant continu, sans augmentation du débit binaire d'enregistrement du signal Le signal d'information numérique venant du processeur d'inversion 16, qui est sous forme parallèle, est ensuite transformé sous forme série, dans un convertisseur parallèle- série 18, puis est enregistré sur une bande magnétique par un magnétoscope 20, dans lequel la donnée correspondant à une trame du signal vidéo en couleur est enregistrée sur une piste inclinée de la bande Pendant la reproduction, la donnée reproduite par le magnétoscope 20 est délivrée à un convertisseur série-parallèle 22 qui ramène à la forme parallèle la donnée se trouvant sous forme série La donnée reproduite parallèle est alors délivrée à un décodeur d'inversion 24, qui inverse identiquement un sur deux des mots codes CCVSN qui ont été précédemment inversés par le processeur d'inversion 16, de manière à reproduire les mots codes CCVSN initiaux. Le signal de sortie du décodeur d'inversion 24 est ensuite envoyé à un décodeur CCVSN 26 qui transforme les mots codes CCVSN en les mots codes binaires naturels, d'une manière complémentaire à celle dont fonctionne le codeur 14 Comme le codeur 14, le décodeur 26 peut comporter une mémoire à accès direct dans laquelle les mots codes binaires naturels sont mémorisés en des emplacements d'adresses indiqués par les mots codes CCVSN Le code binaire naturel est alors délivré à un convertisseur numérique-analogique (N-A) 28, qui trans- forme le signal vidéo en couleur de façon à le mettre sous forme analogique et le délivre à une borne de sortie 30. On notera que diverses modifications peuvent être apportées à l'invention par l'homme de l'art Par exemple, la table de conversion des figures 4 A à 4 C n'est donnée qu'à simple titre d'exemple illustratif d'une opération de mise en correspondance pouvant être utilisée avec l'invention, l'invention ne se limitant pas à cette forme particulière de mise en correspondance De plus, alors qu'il est affirmé que l'inversion a lieu pour un sur deux des mots codes CCVSN, elle peut être effectuée alternativement pour une plu- ralité de mots codes CCVSN Par exemple, pour les nombres initiaux 1 à 8, il est possible d'inverser les mots codes CCVSN correspondant aux nombres 1 à 4, tandis que les mots codes CCVSN correspondant aux nombres initiaux 5 à 8 restent non inversés, ou bien, selon un autre exemple, les mots codes CCVSN appartenant à des lignes horizontales alternées du signal vidéo en couleur peuvent être inversés L'inven- tion n'est pas non plus limitée aux signaux vidéo en couleur, dans la mesure o le signal d'information est corrèlé L'invention ne se limite pas non plus à l 'enregistrement du signal d'information numérique par un magnétoscope, mais peut être également utilisée pour sa transmission. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé et de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. R E V E N D i C A T I O N S 1 Procédé de codage d'un signal numérique binaire constitué de plusieurs premiers mots de N bits possédant une valeur absolue et une variation de somme numérique visant à produire un signal numérique binaire codé, caractérisé par les opérations suivantes: transformer chaque premier mot de N bits en un deuxième mot de N bits possédant une valeur absolue et une variation de somme numérique telles que,par rapport à des groupes prédéterminés de premiers mots corrélês de N bits, les deuxièmes mots de N bits cor- respondant aux premiers mots de N bits dans chaque groupe respectif possèdent la même variation de somme numérique; et inverser tous les m deuxièmes mots alternés de N bits, o m = 1, 2, 3, etc. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que m = 1. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que chacun desdits groupes prédéterminés comporte plusieurs premiers mots de N bits possédant des valeurs entières absolues successives. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce qu'au moins un premier mot de N bits ( 0-2, 253-255) non inclus dans l'un quelconque desdits groupes prédéterminés est transformé en au moins un deuxième mot correspondant de N bits qui est identique audit premier mot de N bits respectif. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal numérique binaire est un signal vidéo mis sous forme numérique constitué de plusieurs lignes horizontales, chaque ligne horizontale étant formée de m premiers mots de N bits, 6 Procédé de décodage d'un signal numérique binaire codé constitué de plusieurs mots de N bits formés par transformation de chacun de plusieurs premiers mots de N bits possédant une valeur absolue et une variation de somme numérique en un deuxième mot res- pectif de N bits possédant une valeur absolue et une variation de somme numérique telles que, par rapport à des groupes prédéterminés 15900 de premiers mots corrélés de N bits, lesdits deuxièmes mots de n bits correspondant auxdits premiers mots de N bits dans chaque groupe respectif possèdent la même variation de somme numérique et par inversion de tous les m deuxièmes mots alternés de N bits, o m = 1, 2, 3, etc, caractérisé par les opérations suivantes: inverser tous les m mots alternés de N bits dudit signal numérique binaire codé de façon à former un signal numérique binaire codé non inversé constitué desdits deuxièmes mots de N bits; et transformer chacun desdits deuxièmes mots de N bits pour le ramener à l'un respectif desdits premiers mots de N bits afin de former un signal numérique binaire initial. 7 Appareil de codage d'un signal numérique binaire cons- titué de plusieurs premiers mots de N bits possédant une valeur absolue et une variation de somme numérique visant à produire un signal numérique binaire codé, caractérisé par un circuit ( 14) servant à transformer chaque premier mot de N bits en un deuxième mot de N bits possédant une valeur absolue et une variation de somme numérique telles que, par rapport à des groupes prédéterminés de premiers mots corrélés de N bits, les deuxièmes mots de N bits cor- respondant auxdits premiers mots de N bits dans chaque groupe res- pectif possèdent la même variation de somme numérique; et par un circuit ( 16) servant à inverser tous les m deuxièmes mots alternés de N bits, o m = l, 2, 3, etc. 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en outre en ce que m = 1. 9 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en outre en ce que ledit signal numérique binaire est un signal vidéo mis sous forme numérique constitué de plusieurs lignes horizontales, chaque ligne horizontale étant formée de m mots de N bits. 1 o Appareil de décodage d'un signal numérique binaire codé constitué de plusieurs mots de N bits formés par transformation de chacun de plusieurs premiers mots de N bits possédant une valeur absolue et une variation de somme numérique en un deuxième mot respectif de N bits possédant une valeur absolue et une variation de somme numérique telles que, par rapport à des groupes prédéter- minés de premiers mots corrélés de N bits, lesdits deuxièmes mots de N bits correspondant auxdits premiers mots de N bits dans chaque groupe respectif possèdent la même variation de somme numérique, et par inversion de tous les m, deuxièmes mots alternés de N bits, o m = 1, 2, 3, etc, caractérisé par un circuit ( 24) permettant d'inverser tous les m mots alternés de N bits dudit signal numérique binaire codé de façon à former un signal binaire codé non inversé constitué desdits deuxièmes mots de N bits; et un circuit ( 26) servant à transformer chacun desdits deuxièmes mots de n bits en l'un respectif desdits premiers mots de N bits afin de former un signal numérique binaire initial.