Brevet FR2513056A1 — publié le 19830318

Procédé de traitement d'images vidéo permettant une réduction de l'information et une transmission en temps variable. La présente invention se rapporte au traitement de lfi- mage vidéo, et elle concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un procddé de traitement de l'image pour sa transmission en temps variable sur un support de communication. Dans un système de transmission de signaux vidéo sur un canal de communication, il est souvent nécessaire de réduire le nombre d'images transmises afin de limiter la largeur de la bande nécessaire à la transmission, à celle du canal de communication. L'application la plus frequen- te de la transmission de signaux vidéo avec réduction de la bande passante est la transmission d'images vidéo sur une ligne téléphonique autocommutée. La largeur de la bande passante d'un tel canal de communication étant de l'ordre de 3 kilohertz, il est nécessaire de réaliser une compression en frequence dans un rapport voisin de 2.000. I1 n'est donc plus possible de transmettre 25 images par seconde définies sur 625 lignes, comme en vidéo normale, mais 12 images complètes par minute définies par I28 points par ligne sur I28 lignes, ou 3 images complèo tes par minute définies par 256 points par ligne sur 256 lignes, avec une transmission point par point. Les images sont mémorisées à des instants bien déterminés, et sans relation avec les variations de celles-ci. Des techniques de corrélation, des procédés de codage permettent de ne pas transmettre la totalité des points d'une image, mais les diffèrences succéssives entre échantillons voisins; ou bien un codage intertrame par lequel on ne transmet que celles des parties de l'image qui changent d'une trame à la trame suivante (soir introduction au brevet n-2.28I.023), et ainsi réduire le débit information d'une image transmise, donc aussi son temps de transmission. Une autre application est celle de la mise en mémoire de séquences d'images vidéo. Dans les exemples précités, On a la possibilité d'enregistrer sur un support audio de bande passante de 3 kilohertz ( par exemple: une bande magnétique ), la sortie du modulateur de l'émetteur. La lecture de ce support à l'entrée du démodulateur du récepteur permettra de relire la séquence d'images vidéo com- pressée à 3 kilohertz. Les brevets n'2.315.813 et n-2.386.2I3 font état de problèmes de temps de transmission de signaux vidéo sur un canal de communication. Le présent procédé objet de l'invention permet de réduire l'information d'une séquence d'images vidéo ainsi que la capacité des systèmes de mémorisation de cette séquence. I1 permet aussi de réduire le temps de transmis -sion de signaux vidéo sur un support de communication de bande passante réduite par rapport à celle du signal vidéo normal. L'image vidéo est structurée en zendes élémentaires, chaque zone représentant un ensemble quelconque de points appartenant à l'image. Le choix de la structure de ces zones n'est pas limi- tatif et ne saurait de ce fait limiter la proprièté industrielle de l'invention. On pourra structurer par exemple l'image vidéo soit en barres verticales ou horizontales, soiten réctangles de différentes dimensions (planche 1/3 fig.1). Le traitement consiste à mémoriser l'image vidéo initiale de la séquence considérée, puis de la comparer aux images suivantes de cette séquence. La comparaison des deux images se fait entre zones correspondantes qui doivent garder une mdme structure. Dans le cas ou la comparaison ne révèle aucune variation de zone, l'image initialement mémorisée le reste, et la comparaison continue avec les images suivantes. Dans le cas contraire, les zones modifiées se substituent aux correspondantes dans la mémoire et ainsi, l'image est réactualisée dans ces régions considérées. La comparaison continue entre l'image mémorisée réactualisée et les images suivantes. La capacité de l'information d'une image de la séquence vidéo peut varier entre zéro, dans le cas dtinvariance de l'image par rapport à la précedente mémorisée, et la capacité totale de l'image, ni cette dernière a varié sur toutes les zones. Soit par exemple une séquence de quatre images telles que: la seconde est identique à la première; la troisième diffère de la deuxième, de la moitié; la quatrième diffère de la troisième, par un quart. Pour une mémorisation normale de ces quatres images, chacune occupera le quart de la capacité totale de la mémoire. La seconde image occupera un quart d'informations redondantes à la mémoire; la troisième image en occupera I/Se; et la quatrième 3/I6e. Il y aura pour cette séquence 9/I6e de la capacité totale de la mémoire utilisée de façon redondante. Selon le procédé objet de l'invention; pour une capacité mémoire totale identique à celle précitée; l'allocation se fera: 1/4 de la capacité pour la première image; aucune capacité pour la deuxième image; I/Se de la capacité pour la troisième image et 1/I6e de la capacité pour la quatrième image. La séquence de ces quatres images mémorisées représente les 7/fie de la capacité totale utilisée précédemment. La réduction de l'information d'une séquence d'images selon le procédé objet de l'invention permet aussi de réduire le temps de transmission de signaux vidéo sur un support de communication. Pour une capacité définie d'un support de communication, le temps de transmission d'un ensemble-de données est proportionnel au nombre de ces données. De la réduction du nombre des données, résulte une diminution du temps pour la transmission. Le procédé objet de l'invention permet de mémoriser l'image représentative du sujet ou de l'objet qui a provoqué une modification d'image de la séquence. Exemple d'un dispositif ne limitant pas la proprièté industrièlle de l'invention: Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention est un système de transmission d'images vidéo sur lignes téléphoniques autocommutées réalisant le traitement de comparai -son de l'image à transmettre au niveau de l'émetteur, et la réactualisation de l'image, dont les zones modifiées ont seules été transmises, au niveau du récepteur. Un tel système se compose: (planche 1/3 fig.2). - D'un émetteur - D'un récepteur (R) assurant la démodulation du signal transmis, la restructuration de l'image et la conversion de celle-ci, en signal vidéo standard pour la reproduction par exemple sur un moniteur vidéo (2). La figure n'3 de la planche 2/3 représente la synoptique de la partie émettrice du système. Il est constitué: - En 1: D'un convertisseur analogique-numérique rapide (I5 MHz.) 5 bits. -) En 2: Un échantillonnage en temps de la sortie du convertisseur 1. (Période d'échantillonnage de lwordre de 200 nanosecondes). - En 3: Un extracteur de synchros ligne et trame du signal vidéo aux fins de synchronisation de la mé moire. - En 4: Une mémoire M.O.S. R.A.M. dynamique avec temps de cycle inférieur à 200 nanosecondes. - En 5: Une unité de traitement basée sur un micropro- cesseur et ses éléments périphériques. - En 6: Un interface d'adaptation de la ligne autocom mutée. - En 7: Le système de comparaison fonctionnant suivant un mode du procedé objet de l'invention. - En 8: Un système d'autorisation de la comparaison comprenant: - Un réglage de sensibilité de la com paraison. - Une sélection des zones à sensibiliser pour la comparaison. - Des accumulateurs pour les informations des comparaisons. - En 9: Un interface de gestion de la mémoire et de son rafraichissement, et t'horloge d'échantillonnage. Les voies: (a) Représente la sortie des signaux vidéo numériques mémorisés. (b) Represente la sortie des signaux vidéo numériques échantillonnés. (c) Represente la commande de mémorisation de l'image échantillonnée. L'émetteur a pour rdle: (planche 2/3 fig.3). - La réalisation de la conversion analogigue-numéri que à grande vitesse (1) sur 5 bits du signal vidéo présent à son entrée; chaque mots de 5 bits repré sentant une eraduation de gris parmi 32 niveaux. - D'éffectuer un échantillonnage en temps (2) de l'in- formation numérique précedente, avec une période de l'ordre de 200 nanosecondes afin de déterminer 256 points par ligne vidéo. - La possibilité de mémoriser pendant la durée d'une trame une image de 256 lignes dans une mémoire rapi de de type R.A.M. dynamique ayant nn temps de cycle inférieur à la période d'échantillonnage précedantee Cette mémorisation se fait sur ordre de l'unité de traitement (5). Pour un enregistremnt correct de l'image dans la mémoire, les adresses de cette der nière sont générées à partir de l'horloge d'échantîlw lonnage (incluse dans 9) et des synchros extraites du signal vidéo (3). - La comparaison des mots de 5 bits issues de l'échan- tillonnage de l'image vidéo numérique actuelle avec ceux de la lecture de la mémoire synchronisée avec l'échantillonnage (7). L'état d'un signal logique en sortie du comparateur défini l'égalité ou l'ind- galité des deux mots comparés.Un système (8) de validation de la comparaison et de mémorisation des états de la sortie du comparateur permet de définir la structure des zones de l'image, éventuellement d'autoriser la comparaison que sur certaines zones sensibles de l'image, de l'accumulation des données de la sortie du comparateur dans différent registres correspondant chacun à une zone définie, et de pou voir sensibiliser la variation par prise en compte de tous les points de la zone, ou que d'un certain nombre significatif de ces points. - La détermination des zones ayant varié à la fin de la comparaison entre les deux images. Cela est réa lisé dans l'unité de traitement (5) qui lit les registres correspoçdants aux différentes zones de l'image, ét décide que telle zone a dépassé un seuil de variation, cette zone est réactualisée dans la mémoire dés l'arrivée de l'image suivante à l'émet teur et la procédure de transmission de cette zone commence par l'émission de l'adresse de l'emplace ment dans la mémoire de cette zone, puis par trans mission série de ces points la constituant issus de la lecture lente de la partie concernée de la mémoire et conversion de ces données en signaux adaptés au gabarit de la ligne de communication. La mémoire est en lecture quasi permanent entrecoupée d'enregistrements brefs pour la réactualisation de l'image après une détection de variation de zone. - D'adapter l'émission des données à la ligne de com munication (6). La figure n04 de la planche 3/3 représente le synoptique de la partie réceptrice du système. I1 est constitué: - En 1: Un interface téléphonique assurant l'adaptation et le maintien de la ligne. - En 2: Une unité de traitement basée sur un micropro cesseur et ses éléments périphériques. En 3: Une mémoire M.O.S. R.A.M. dynamique, avec temps de cycle inférieur à 200 nanosecondes. - En 4: Un générateur de synchros vidéo piloté par quartz. - En 5: Un interface de gestion de la mémoire et de son rafraîchissement. - En 6: Un convertisseur numérique-vidéo rapide. Le récepteur a pour rôle: (planche 3/3 fig.4). - La réception des données par un interface ligne(l), - Le décodage dans l'unité de traitement (2 de l'adres se de l'emplacement de la zone écrite, et ainsi la sélection bn enregistrement de la partie concernée de la mémoire (3). (gestion de cette dernière par 5). - Lcenregistrement dans la mémoire des données issues de la ligne, converties dans l'unité de traitement (2) de façon synchrone avec l'arrivée de ces derniè res. -4Le fonctionnement de la mémoire en lecture rapide quasi permanent, et la conversion de la sortie numé rique de celle-ci en signal analogique auquel est ajouté la synchronisation (4) pour la réalisation du signal vidéo standard. (La conversion s'éffectue en 6) Unité de traitement de l'émetteur dn récepteur est programmable car réalisé autour d'un micropro cesseur, et permet plusieurs versions de fonction nement de la détection et de la ttansmîssion. Caractéristiques du système: - L'imagé est définie par 256 points par ligne sur 256 lignes, sur 32 niveaux de gris (signal codé sur 5 bits). - Transmission de l'image complète en 19 secondes. -Image structurée en I6 zones verticales de même dimension. - Transmission d'une zone en I,2 seconde. - Transmission d'une image d'une séquence variable entre 1,2 et I9 secondes. A la mise en sevice, l'émetteur transmet une image complète vers le récepteur, puise réalise la comparaison zone à zone de l'image lui arrivant, avec celle mémorisée. S'il ne trouve pas de variation, il reste en comparaison permanent sur les images successives avec celle enregistrée et n'émet rien sur la ligne. Le récepteur ayant reçu une image et rien d'autre après, la conserve dans sa mémoire. Dés que l'émetteur à détecté une variation d'une zone image, il réactualise de suite sa mémoire et transmet la variation au récepteur, qui procède au remplacement de la zone considérée. A ce moment là, émetteur et récepteur ont la mOrne image mémorisée, et le cycle de comparaison recommence au niveau de l'émetteur. Le procédé objet de l'invention peut-être appliqué partout ou une réduction de l'information d'une séquence d'images à mémoriser ou à transmettre est nécessaire. I1 peut permettre une augmentation du nombre de voies vidéo multiplexées sur in mOrne support de communication. I1 peut aussi constituer un moyen de ranger plus d'informations, pour des archives, ou des banques de données, ou pour des supports mémoires de grandes diffusions tels que vidéocassettes et vidéodisques dans un but d'économie de capacité mémoire. Le procédé objet de l'invention s'applique aussi à a réduction et à la transmission d'informations appartenant à des technologies diverses qui permettent la mémorisation et la comparaison d'ensemble d'informations constituant des séquences. Exemple ne limitant pas la proprièté industrièlle de de l'invention: - On peut mémoriser un ensemble de paroles sans > aémo- riser les mots répétitifs de cet ensemble; le pro cédé peut donc s'appliquer à un système de synthèse ou de reconnaissance de la parole. - UneVapplication vidéo particulièrement interessante du procédé objet de l'invention, est la télésurveil lance à distance par lignes téléphoniques. - Une réception d'images plus nombreuses dans un temps donné pour suivre une action, permet une meilleure compréhension de celle-ci, et dans le cas d'un local surveillé dans lequel il ne doit pas y avoir de mouvement (par exemple: une chambre forte pendant la nuit), le moindre élément pénétrant dans le champ de la caméra vidéo sera détecté et mémorisé dans l'émetteur. L'émetteur réalise donc une mémorisation de l'image à transmettre en synchronisation avec le mouvement ayant déclanché la comparaison, et peut alors commander une prise de ligne et une émission de cette image au récepteur correspondant. REVENDICATIONS 1. Procedé de traitement des images de séquence vidéo, notamment pour l'enregistrement et/ou la transmission d'une séquence d'images vidéo sur un support de capacité limitée, du type comportant les opérations de structuration et de mémorisation d'images caractérisé en ee qu'il consiste à combiner successivement les opérations suivante - Structurer les images en zones sensibles. - Enregistrer limage en séquence. - Comparer zone par zone, l'image enregistree aux SUi- vantes prises l'une après l'autre, jusqrlsa détection de variations. - Conserver ensuite les zones affectes de variations dans un but de rénovation de l'image mémorisée. - Recommencer le cycle de comparaison avec la nouvelle image mémorisée. 2. Procedé selon la revendication 1, caractérisé par une possibilité de ne sensibiliser que certaines zones pour la comparaison permettant une détection de variation que sur une partie de L'image, 3. Procedé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la partie de l'image rendue sensible peut outre constituée déliements d'image non forcément pro ches ou adjacents. 4, Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la comparaison de zones s'éffectue soit sur l'en- semble des éléments de ces zones, soit seulement sur un ensemble réduit de ces élements. 5. Procedé sela la revendication 1, caractérisé par le fait que la comparaison peut comporter un réglage de seuil permettant de sensibiliser plus ou moins la détection des variations. 6. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il peut s'utiliser pour tout système de mémorisa tion et de transmission d'images. 7. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce que seules les zones affectées d'une variation -au cours de la séquence d'images peuvent être mémorisées ou transmises. 8. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection de variation permet de mémoriser l'iman ge contenant la cause de ces variations. 9. Procedé selon la revendication 1, caractérisé par la possibilité d'utiliser ce traitement à toute technologie permettant la mémorisation et/ou la transmission de séquences soit d'imagés, soit d'informations autres que celles d'images. IO. Dispositif pour la mise en oeuvre du procedé selon la revendication 1, caracterisé par un ensemble émetteurrecepteur connecté sur une ligne téléphonique, dont l'émet- teur réalise le traitement objet de l'invention et transmet les variations de zones successives au recepteur qui réactualise son image mémoire à chaque arrivée d'informations de zones provenant de l'émetteur.