Brevet FR2538659A1 — publié le 19840629

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CODAGE D'UN SIGNAL VIDEO POUR TRANSMISSION A BANDE PASSANTE REDUITE La présente invention se rapporte à un procédé, et à un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé, de codage d'un signal vidéo pour transmission à bande réduite, en vue de garder la meilleure image possible malgré la limitation de la bande passante du signal. La transmission, directe ou par l'intermédiaire d'un enregistrement qui est ensuite relu, d'un signal entraîne le plus souvent une limitation de sa bande passante et l'addition de signaux indésirables en raison du filtrage et du bruit des dispositifs utilisés pour la transmission. Les effets sur le signal restitué peuvent être plus ou moins sensibles. Dans le cas d'un signal vidéo de- télévision, on sait que quel que soit le standard il représente une succession d'images dans le temps. Chaque image est constituée d'une succession dans le temps de lignes horizontales. Chaque ligne est elle-même représentée par une succession dans le temps de signaux électriques qui représentent les points (connus sous le nom de pixels) constituant la ligne. La largeur de bande du signal vidéo est grossièrement égale au produit du nombre d'images par seconde par le nombre de lignes d'une image et par le nombre de pixels d'une ligne. Il est d'usage de donner à la définition de l'image un caractère isotrope, ctest-à- dire que sur l'écran la distance entre deux lignes adjacentes est la même que la distance entre deux pixels adjacents. Cette exigence se traduit notamment par une valeur minimale de la largeur de bande du signal vidéo, et la bande passante nécessaire est généralement respectée dans les moyens de transmission classiques. Des moyens de transmission plus récents ne permettent par contre pas de disposer de la bande passante nécessaire. C'est en particulier le cas des magnétoscopes grand public. On constate alors une dégradation anisotrope de l'image, qui se traduit par un flou horizontal alors que dans le sens vertical la résolution reste intacte. En effet la réduction de bande passante est due à une limitation en haute fréquence (filtrage passe-bas) qui affecte en premier lieu la vi-tesse de succession des pixels le long de la ligne, sans affecter la succession des lignes au long de l'image ni à fortiori la succession des images dans le temps. C'est ainsi que si l'on réduit dans un rapport 2 la bande passante d'un signal vidéo représentant une image dont la définition est isotrope, on réduit par deux le nombre de pixels par ligne alors que bien évidemment le nombre de lignes, et donc la résolution verticale, reste constant. Or la même largeur de bande permettrait d'avoir une image ayant une résolution réduite seulement dans un rapport V2 selon chacun des deux axes si l'on analysait cette image selon un standard respectant l'isotropie. La perte de définition est encore plus grande dans les magnétoscopes grand public où la perte de bande passante est très importante. Le but de l'invention est de rééquilibrer l'isotropie de l'image en répartissant les effets de la perte de bande passante tant dans le sens vertical- que dans le sens horizontal. Pour cela, dans le procédé selon l'invention, on filtre le signal vidéo original en éliminant les fréquences supérieures à deux fois la bande passante du canal de transmission utilisé, soit 2F. On traite ensuite le signal restant pour le séparer en une première partie contenant les fréquences basses de 0 à F, et une deuxième partie contenant les fréquences hautes de F à 2F. La deuxième partie est transposée en fréquences basses et est transmise en alternance avec la première, au rythme de la fréquence ligne. A la réception on restitue un signal vidéo dont la largeur de bande est deux fois supérieure à celle du canal de transmission en utilisant un processus inverse et en répétant les parties transmises pour remplacer les parties non transmises. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description ci-après présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent: - la figure 1, le schéma d'un système analogique de codage et de décodage selon l'invention; - la figure 2, le chronogramme de codage et de décodage du procédé selon l'invention; - la figure 3, les spectres des signaux pendant le codage; - la figure 4, les spectres des signaux pendant le décodage. L'image d'un standard de télévision couramment utilisé est d'un format 4/3 et est analysée sur 625 lignes à 25 images par seconde. Compte tenu- des pertes, ceci correspond à 576 lignes utiles de 766 pixels utiles. Les 766 pixels sont analysés en 52 microsecondes, ce qui correspond à une bande passante de 7,36 MHz. Lorsque l'on enregistre directement le signal vidéo représentant une telle image sur un magnétoscope grand public, la définition horizontale tombe à 200 pixels, soit une perte d'un rapport 3,83 presque égale à 4, alors que la définition verticale reste constante. Malheureusement le spectateur est essentiellement sensible à l'aspect le plus dégradé, et l'aspect subjectif de l'image ne serait pas sensiblement pire si l'image comportait quatre fois moins de lignes, mais alors la bande passante du magnétoscope serait surabondante. Dans le schéma de la figure 1 un signal vidéo normal VE est appliqué à un codeur qui délivre ce signal codé à un magnétoscope 200. Après enregistrement puis lecteur le magnétoscope délivre le signal codé à un décodeur qui restitue un signal vidéo à bande passante réduite VS. Le signal VE est appliqué à un séparateur 101 qui permet de séparer le signal de chrominance dont la largeur de bande est suffisamment faible pour permettre un enregistrement direct. La transmission de la totalité de ce signal est nécessaire dans les standards du type SECAM pour éviter la perte de la couleur. Le spectre du signal de luminance en sortie du séparateur 101 est représenté en figure 3a. Dans cet exemple on a supposé pour la simplicité que la largeur de bande du signal vidéo original, soit 0-2F, était le double de celle du canal de transmission utilisé. C'est le cas lorsque l'on utilise un magnétoscope semi-professionnel du type par exemple "U-Matic" (Marque déposée). Dans le cas contraire on procède à un filtrage préliminaire passe-bas à la fréquence 2F. Ce spectre peut donc être divisé en deux parties de largeurs égales, une première partie A contenant les fréquences basses de 0 à F, et une deuxième partie C contenant les fréquences hautes de F à 2F. Dans une première voie, le signal de luminance est filtré passe-bas à la fréquence F dans un filtre 102. On obtient ainsi la première partie A dont le spectre est représenté en figure 3b. Ce, signal pourrait être enregistré directement pour toutes les lignes de l'image. Dans une deuxième voie, on module tout d'abord le signal de luminance par une porteuse à fréquence 2F, délivrée par un oscillateur 104, dans un modulateur 103.- Le spectre du signal obtenu est représenté en figure 3c où l'on voit, de manière connue, la porteuse 2F entourée par une bande supérieure A+C identique au signal vidéo translaté à partir de la fréquence 2F, et une bande supérieure C+A identique au signal vidéo retourné. Ce retournement du spectre est illustré par les flèches qui vont dans le sens croissant des fréquences croissantes du signal original. Le signal ainsi modulé est filtré passe-bas à la fréquence F dans un filtre 105 identique aù filtre 102. On obtient ainsi la deuxième partie C dont le spectre est représenté en figure 3d. Ce signal pourrait lui aussi être enregistré directement, mais il ne pourrait donner d'images. Pour pouvoir identifier la partie C, on divise par 2 la porteuse 2F dans un diviseur 106 pour obtenir une porteuse à la fréquence F cohérente de 2F, puis on ajoute cette porteuse au signal en sortie du filtre 105, dans un sommateur 107, ce qui donne le signal dont le spectre est représenté en figure 3e. Dans un premier mode de réalisation, la partie A, en sortie du filtre 102, est retardée d'une durée d'une ligne dans une ligne à retard 108, ce qui permet de disposer successivement pendant la durée de deux lignes qui se succèdent à la fréquence ligne FL de la partie C et de la partie A du signal vidéo représentant la même ligne, en sorties de 107 et 108. Ces deux parties sont sélectionnées successivement par un commutateur 109 qui bascule à la fréquence FL/2. Le signal codé ainsi obtenu en sortie du commutateur contient donc toute l'information d'une ligne sur deux de l'image, l'information des autres lignes étant perdue pendant la transmission des parties C du signal. On rajoute finalement le signal de chrominance, provenant du séparateur 101, dans un additionneur 110 qui délivre en sortie du codeur un signal propre à être enregistré sur le magnétoscope 200, dont la bande passante est limitée à F. Dans un deuxième mode de réalisation, la ligne à retard 109 est supprimée et l'on a une liaison directe entre le filtre 102 et le commu tateur 109, représentée par la ligne pointillée. On a alors une partie A de l'information de la moitié des lignes, et une-partie C de l'information des autres lignes. En lecture, le magnétoscope délivre un signal sensiblement identique au signal de sortie du codeur. Ce signal est appliqué en entrée du décodeur à un séparateur 301 qui sépare le signal. de chrominance. Pour restituer la partie C avec son spectre original, alors qu'il se présente comme sur la figure 4a, le signal de luminance est appliqué à un filtre 303 qui présente une trappe sur la fréquence F, ce qui permet d'éliminer celle-ci. Un filtre 302 passe-bas à la fréquence F permet d'éliminer les résidus éventuels et d'obtenir un signal dont le spectre est représenté en figure 4b, où la ligne pointillée représente l'action de la trappe. Par ailleurs le signal de luminance est appliqué à un filtre 304 passebande très étroit centré sur ia fréquence F, qui permet d'extraire la porteuse contenue dans la partie C. Un doubleur de fréquence 305 permet de reconstituer la porteuse initiale à la fréquence 2F. En modulant cette porteuse reconstituée par le signal de sortie du filtre 302 dans un modulateur 306, on obtient un signal dont le spectre est représenté en figure 4c. Le redressement de ce signal dans un détecteur 307 - permet de retrouver la partie C originale du signal vidéo. Le spectre de cette partie C est représentée en figure 4d. Pour ce qui est de la partie A, on peut constater qu'elle est directement disponible en sortie du filtre 302, quand c'est elle qui est délivrée par le magnétoscope. Les sorties du détecteur 307 et du filtre 302 sont connectées à un commutateur 309 qui bascule à la fréquence FL/2 et qui délivre donc successivement les parties A et C du signal vidéo. Un circuit d'identification 311, tel qu'un démodulateur accordé sur la fréquence F par exemple, permet de savoir si le signal délivré par le séparateur 301 contient une partie A ou une partie C, et de synchroniser en conséquence le commutateur 309. Une ligne à retard 308 permet de retarder d'une durée d'une ligne le signal délivré par le commutateur 309. Ce signal ainsi retardé est additionné au même signal non retardé dans un additionneur 310, ce qui reconstitue le signal de luminance original contenant les parties A et C, dont le spectre est représenté en figure 4f. Dans ce signal chaque ligne est répétée une fois. Cet additionneur 310 permet également de rajouter le signal de chrominance venant du séparateur 301, et Pon obtient ainsi le signal décodé VS. Dans le cas (deuxième mode de réalisation) où l'on n'utilise pas la ligne à retard dans le codeur, le chronogramme du procédé est représenté en figure 2, où sur la première ligne on a les lignes du signal original, sur la seconde ligne les lignes enregistrées puis lues, et sur la troisième ligne les lignes reconstituées. On constate qu'une même ligne contient la partie C d'une ligne impaire, et la partie A de la ligne paire suivante. Ceci permet de limiter l'impression de filtrage vertical due à la suppression totale de l'information dune ligne sur deux obtenue dans le premier mode de réalisation. Un perfectionnement du procédé consiste, par le moyen d'un système de commctation aisé à mettre en oeuvre, à inverser d'une trame à la suivante le rang des lignes échantillonnées. Ainsi sur une première trame on aura les bas de spectre des lignes impaires avec les hauts de spectre des lignes paires, et l'inverse sur la suivante. La perte de résolution verticale est alors pratiquement indécelable. L'invention s'applique comme on l'a déjà dit quelle que soit la largeur de bande du canal de transmission utilisé. L'amélioration de l'image obtenue est très sensible dans le cas des magnétoscopes grandpublic, et dans le cas des magnétoscopes semi-professionnels l'image peut être diffusée sur le réseau de télé-diffusion sans que le spectateur fasse la différence avec les images obtenues à partir d!un magnétoscope professionnel. REVENDîCATIONS 1. Procédé de codage d'un signal vidéo (VE) pour transmettre celui-ci par un canal de diffusion (200) ayant une bande passante de largeur F Hertz réduite par rapport à la largeur de bande du signal vidéo original, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - filtrage (102, 105) du signal vidéo original pour obtenir un premier signal comprenant les composantes basse fréquence comprises entre o et F Hertz, et un deuxième signal comprenant les composantes haute fréquence comprises entre F et 2F Hertz; - transposition (103, 104) en basse fréquence entre 0 et F Hertz du deuxième signal pour obtenir un deuxième signal transpose; - sélection (109) pendant la durée d'une ligne de l'image représentée par le signal vidéo du premier signal, puis pendant la durée de la ligne suivante du deuxième signal transposé;; - après transmission (200), transposition (306, 307) en haute fréquence entre F et 2F Hertz du deuxième signal transposé transmis, pour obtenir un deuxième signal restitué; - addition (316) du premier signal transmis et du deuxième signal restitué pour obtenir un signal vidéo restitué; - synthèse (308) des lignes manquantes par répétition du signal vidéo restitué, ce qui reforme un signal vidéo (VS) représentant une image conforme au standard initial et présentant une définition sensiblement isotrope. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la réduction de bande passante du canal de transmission- (200) est supérieure à un facteur 5 caractérisé en ce que l'on procède en outre à un filtrage préalable du signal vidéo original pour en limiter la largeur de bande à une valeur 2F. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier signal appartient à une ligne de I'image, et que le deuxième signal appartient à la ligne suivante. 4. Procédé -selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier et le deuxième signal appartiennent à une ligne, et qu'aucun signal de la ligne suivante n'est transmis. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que pendant une trame on transmet les premiers signaux des lignes paires et pendant la trame suivante les premiers signaux- des lignes impaires. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on extrait (101) le signal de chrominance avant le codage, qu'on le réintroduit (110) dans le signal codé avant transmission, qu'on l'en extrait (301) après transmission et qu'on le réintroduit (310) dans le signal décodé. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on transpose le deuxième signal en modulant en amplitude (103) une première porteuse à fréquence 2F et en filtrant passe-bas (105) à la fréquence F cette porteuse modulée. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on ajoute (107) au deuxième signal transposé une deuxième porteuse (106) à fréquence F cohérente de la première porteuse, qui permet d'identifier et de restituer au décodage le deuxième signal. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier séparateur (101) pour enlever la chrominance du signal vidéo (VE) original; - un premier filtre passe-bas (102) connecté à la sortie de luminance du premier séparateur (101); - un oscillateur (104) pour délivrer -une première porteuse; - un premier modulateur (103) pour moduler la première porteuse par le signal de luminance; - un deuxième filtre (105) passe-bas connecté à la sortie du premier modulateur; - un diviseur (106) pour diviser par deux la fréquence de la première porteuse et délivrer une deuxième porteuse; - un premier additionrieur (107) connecté en entrée aux sorties du deuxième filtre passe-bas ét du diviseur;; - un premier commutateur (109) pour rassembler les sorties du premier filtre passe-bas et de l'additionneur; - un deuxième additionneur (110) connecté aux sorties du premier commutateur et du premier séparateur, pour délivrer le signal codé à transmettre au canal de transmission (200) - un deuxième séparateur (301) connecté à la sortie du canal de transmission pour enlever la chrominance du signal transmis - un filtre étroit (304) connecté à la sortie de luminance du deuxième séparateur pour extraire la deuxième porteuse; - un doubleur de fréquence (305) connecté à la sortie du filtre étroit pour reconstituer la première porteuse; - un filtre trappe (303) connecté à la sortie de luminance du deuxième séparateur pour éliminer la deuxième porteuse; - un troisième filtre passe-bas (302) connecté à la sortie du filtre trappe;; - un deuxième modulateur (306) connecté en entrée aux sorties du doubleur de fréquence et du troisième filtre passe-bas; - un détecteur (307) connecté à la sortie du deuxième modulateur; - un deuxième commutateur (309) pour rassembler les sorties du troisième filtre passe-bas et du détecteur; - des moyens (311) connectés à la sortie de luminance du deuxième séparateur pour identifier la présence de la deuxième porteuse et synchroniser le deuxième commutateur; - une ligne à retard (308) connectée à la sortie du deuxième commu tateur; - un troisième additionneur (310) connecté en entrée à la sortie du deuxième commutateur, de la ligne à retard, et de chrominance du deuxième séparateur, pour délivrer le signal décodé (VS) représentant une image sensiblement isotrope. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une autre ligne à retard (108) insérée entre le premier filtre passe-bas (102? et le premier commutateur (109).