Brevet FR2565055A1 — publié le 19851129

CHAI NE DE DIFFUSION DE SIX'AUX DE TELEVISION EN COULEURS DE TYPE SECAM La présente invention concerne une chaine de diffusion de signaux de télévision en couleurs de type SECAM comprenant un système d'émission de ces signaux, un canal de transmission et un système de réception des signaux transmis. Lorsqu' un signal est échantillonné, une fréquence d'échantillonnage minimale est généralement requise pour qu'aucune information contenue dans le signal ne soit perdue. La fréquence d'échantillonnage minimale, appelée fréquence de Nyquist, est égale à deux fois la fréquence la plus élevée contenue dans le spectre du signal. Toute fréquence fp du signal de départ donnera en effet, après échantillonnage à la fréquence f5, une fréquence f5 - fp. Lorsque la fréquence f5 est au moins égale à deux fois la fréquence la plus élevée fy du signal de départ, toutes les fréquences f5 - fp sont plus élevées que la fréquence fy et peuvent être éliminées par filtrage.Par contre, lorsque la fréquence f5 devient inférieure à deux fois la fréquence f, certaines des fréquences fs f P tombent dans le spectre du signal et forment ce que l'on appelle communément "un recouvrement de fréquences". Lorsqu'on considère des signaux de télévision, la fréquence maximale fy du spectre est au moins égale à 6 MHz et la fréquence de Nyquist est donc supérieure à 12 MHz. L'échantillonnage de ces signaux à une fréquence supérieure à celle de Nyquist et la quantification sur 8 éléments binaires conduisent donc à des débits supérieures à 100 M bits/S. Pour réduire ce:débit, il a été proposé de tenir compte de la présence de minima et de maxima d'énergie dans le spectre des signaux de télévision afin de pouvoir échantillonner ceux-ci à des fréquences inférieures à la fréquence de Nyquist. La fréquence d'échantillonnage utilisée est égale à un multiple impair de la demi-fréquence ligne et un filtre spécial est utilisé lors de la reconversion du signal sous forme analogique.Ce filtre permet d'éliminer toutes les fréquences supérieures à la fréquence fys de passer toutes les fréquences inférieures à la fréquence f5 - fy, et d'agir comme un filtre en peigne sur les fréquences comprises entre f5 - fy et fys c'est-à-dire, dans ce domaine de fréquences, d'éliminer (uoir la figure 1) les fréquences concentrées autour des multiples impairs de la demi-fréquence ligne. Une telle méthode, depuis longtemps utilisée pour les signaux monochromes, a été appliquée également, moyennant certaines modifications, aux signaux de type PAL. La présente invention a pour but d'envisager une extension de la méthode au standard SECAM. Selon ce standard SECAM, les signaux de chrominance modulés en fréquence avec des porteuses différentes de fréquences fSE1 et fSC2 sont transmis alternativement toutes les deux lignes. La valeur de la phase de référence du modulateur de fréquence subit des inversions périodiques de ligne à ligne, fixées par la séquence ternaire OOs et de trame à trame selon la séquence binaire Os (voir le tableau I de la page suivante). La figure 2a montre le spectre des signaux de chrominance lorsque la phase de référence du modulateur suit cette séquence du SECAM. On montre alors, par exemple en modélisant les composantes de chrominance par des processus de Gauss-Markov, que le spectre du signal est quasi-continu vers les fréquences élevées. En effet, bien que la modulation de fréquence ne détruise pas la périodicité selon la demifréquence ligne existant dans les signaux de chrominance, les inversions périodiques de phase ont pour effet de translater le spectre autour des multiples entiers du sixième de la fréquence ligne et, par suite, de rendre ce spectre quasiment continu. En l'absence d'inversions de phase, c'est-à-dire pour une phase de la porteuse identique à chaque ligne, on retrouve donc un spectre ayant successivement des minima et des maxima d'énergie avec une périodicité égale à la demi-fréquence ligne. La figure 2b montre le spectre des signaux de chrominance dans ce cas. Dans le cadre de l'invention, on montre qu'on peut obtenir un signal composite dans lequel la phase initiale de la porteuse est identique à chaque ligne. Sous l'hypothèse (vérifiée pour la plupart des images naturelles) que le spectre de luminance comprend peu de fréquences élevées, un filtrage passe-haut du signal permet d'obtenir les composantes de chrominance.Le sous-échantillonnage de ces composantes avec une structure quinconce et à une fréquence voisine de la TABLEAU I c F S C C= c n C b n C I= C~ I 1 I n TRAME LIGNE 1 2 3 4 5 6 > - I I I I lr - m rrr o: n R-Y C B-Y O l= O O te ~ . ~S I n + 1 a: n R-Y O Ts c o L= O L= C= C + 2 B-Y O > > > > > > n + 3 R-Y m ~ : m z o F 0 0~ 0 0 1 ~ n + s R-Y n B-Y O R-Y O B-Y n | m wr C [r m n m rr n + 5 B-Y o R-Y r B-Y r C W m > > > > > > . cs m a: m a: m o o 7 R-Y o B-Y O R-Y n B-Y o n + B R-Y > > > > > I I 1 I m a: ~ rr m~ rr m n + 9 O F C n m 10 B-Y n m M m . ~ ~ ~ ~ C uo sr n B-Y n R-Y m o: n + 12 R-Y O B-Y O R-Y n B-Y O R-Y O B-Y n R-Y n o r r o sr > > > > > > tr m z m = ~m o o o t o o m m n: m a: m n: m t= O, E= r O r CQ > - > > > > > m cs m a: m o o W o o t= o ~ g m a: m t m Ld / / H H Cs /s C C C C C C C c c C c C C somme des fréquences des deux sous-porteuoes (voir la figure 3) va produire un repliement dans les endroits de faible énergie ; il sera donc possible d'éliminer ce repliement par simple filtrage. L'échantillonnage de la luminance (obtenue par filtrage passe-bas complémentaire) à une fréquence identique et avec une structure orthogonale en quinconce (figure 3) respecte le théorème de Nyquist et ne produit donc pas de repliement. Si les fréquences de chrominance sont toutes inférieures à la fréquence 5 - fML (où ML est la fréquence maximale du spectre de luminance), on peut combiner ces signaux et obtenir un signal numérique dont le débit est inférieur à celui qui résulterait d'un échantillonnage direct du signal SECAM à une fréquence respectant strictement Nyquist. La figure 4 montre le spectre du signal à la suite de cette combinaison, les raies originales étant représentées en trait continu et les raies repliées en trait interrompu. Plus précisément, le but de l'invention est donc de proposer, dans une chaîne de diffusion de signaux de télévision en couleur de type SECAM, un dispositif permettant de transmettre ces signaux à débit réduit après les avoir numérisés, puis de les reconvertir sous forme analogique. L'invention concerne à cet effet un dispositif composé (A) dans le système d'émission, d'un circuit dit de numérisation du signal vidéo comprenant lui-même (I) des première et deuxième voies de traitement de la luminance et de la chrominance, en parallèle l'une sur l'autre et composées en série :: (a) pour la voie de traitement de la composante de luminance du signal vidéo, d'un premier filtre analogique dit basse fréquence, d'un circuit à retard, et d'un circuit de conversion analogi que-numérique dont la sortie est reliée à une première entrée d'un pre mier additionneur ;; s (b) pour la voie de traitement de la composante de chrominance du signal vidéo, d'un premier filtre analogique dit haute frequence complémentaire du premier filtre, d'un circuit de déphasage de O ou de fl de la chrominance, et d'un circuit de conversion analogique-numérique et d'alignement dont la sortie est reliée à une deuxième entrée du premier additionneur, la sortie de cet additionneur étant ellemême destinée à être envoyée vers le canal de transmission (2) une troisième voie en parallèle sur les deux précédentes et comprenant un circuit de détermination des changements de phase subis par chaque porteuse entre deux lignes voisines correspondant à la même porteuse, ce circuit recevant d'une part ledit signal vidéo également fourni à l'entrée des premier et deuxième filtres et d'autre part la sortie du deuxième filtre, et la sortie de ce circuit de détermination étant fournie au circuit de déphasage (B) dans ie système de réception, un circuit dit de reconversion sous forme analogique comprenant lui-même (3) des quatrième et cinquième voies de traitement de la luminance et de la chrominance, en parallèle l'une sur l'autre et composées en série (c) pour la voie de traitement de la luminance, d'un deuxième filtre numérique dit basse fréquence, d'un circuit d'interpolation et de reconversion et d'un circuit de retard dont la sortie est reliée à une première entrée d'un deuxième additionneur destiné lui-même à délivrer le signal analogique reconstitué de type SECAM (d) pour la voie de traitement de la chrominance, d'un deuxième filtre numérique dit haute fréquence, d'un circuit d'interpolation et de reconversion et d'un-circuit de déphasage de la chrominance dont la sortie est reliée à une deuxième entrée du deuxième additionneur (4) en parallèle sur ces quatrième et cinquième voies, un circuit d'indication de déphasage dont la sortie est reliée au circuit de déphasage de la chrominance et qui permet de faire subir à celle-ci un déphasage donnant à la porteuse les phases d'un signal SECAM. Un perfectionnement est apporté à cette structure si la chaîne comporte en outre, à la sortie du système de numérisation, un multiplexeur permettant l'insertin à chaque ligne, dans l'information disponible en sortie des voies de luminance et de chrominance, d'une information donnant le déphasage opéré sur la composante de chrominance et si cette information est utilisée, à la réception, pour restituer les phases du système SECAM. Une autre variante du système consiste à échantillonner le signal de départ à une fréquence double (par exemple 2fSCl+2f5C2l7,3OMHz) et à réaliser l'ensemble des dispositifs en numérique. Les avantages et particularités de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus précise dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels : - la figure 1 représente l'action d'un filtre en peigne sur un signal dont le spectre a une structure de raies et qui a été sous-échantillonné ; - les figures 2a et 2b donnent les spectres des signaux de chrominance respectivement lorsque la phase de référence du modulateur suit la séquence du SECAM et lorsqu'elle est constante ;; - les figures 3a et 3b montrent les structures d'échantillonnage utilisées, selon les lignes, pour la luminance et pour la chrominance respectivement - la figure 4 montre le spectre du signal lorsque les fréquences de chrominance sont toutes inférieures à la fréquence 9 ~ fil' où fML est la fréquence maximale du spectre de luminance et que ces signaux sont combinés pour obtenir le signal numérique de débit inférieur tel que cité ci-dessus ; - la figure 5 montre l'ensemble du dispositif selon l'invention, dans un exemple particulier de mode de réalisation ; - les figures 6a et 6b représentent respectivement une ligne du signal SECAM et l'information correspondante de chrominance obtenue après filtrage haute fréquence ; ; - les figures 7a, 7b, 7c montrent respectivement le circuit de détermination des changements de phase pour chaque porteuse du signal de chrominance, et des signaux A, B, C, D en divers points de circuits selon qu'il y a ou non changement de phase ; - la figure 8 représente le circuit de déphasage commandé par le circuit de détermination de la figure 6a pour permettre l'application d'un déphasage de O ou de ir au signal de chrominance ; - les figures 9a et 9b montrent le signal de chrominance juste avant et juste après application de ce déphasage de Tr - la figure 10 montre le circuit qui, à la réception, permet l'extraction de l'information donnant le déphasage opéré sur la chrominance - la figure 11 montre un circuit d'interpolation et de reconversion numérique-analogique, par exemple celui qui concerne la chrominance. Lv dispositif selon l'irlvention, représenté dans un e: Conformément à l'invention, la structure du circuit de numérisation 10 est la suivante : il comprend en parallèle trois voies 11, 12, 13 dont les deux premières assurent le traitement des composantes de luminance et de chrominance respectivement et dont la troisième assure la détermination des changements de phase subis par chaque porteuse entre deux lignes voisines correspondant à cette porteuse puis assure le multiplexage de l'information ainsi obtenue avec l'information de sortie des deux premières voies. La première voie 11 de traitement de la luminance comprend un filtre analogique 110 basse fréquence, un circuit à retard 111 et un circuit 112 de conversion analogique-numérique dont la sortie est reliée à une entrée d'un additionneur 220. La deuxième voie 12 de traitement de la chrominance comprend un filtre analogique 120 haute fréquence, un circuit 121 de déphasage de O ou de fl de la chrominance et un circuit 122 de conversion analogique-numérique et d'alignement dont la sortie est également reliée à une entrée de l'additionneur 220. La troisième voie 13 comprend, on l'a vu, un circuit de détermination 130, recevant également la sortie du filtre 120 et commandant le circuit 121, et suivi d'un multiplexeur 230 dont la sortie est envoyée vers le canal de transmission TC. De même, la structure du circuit 20 de reconversion sous forme analogique est, conformément à l'invention, la suivante : il comprend en parallèle deux voies 14 et 15 qui reçoivent le signal en provenance du canal de transmission TC et assurent à la réception le traitement de la luminance et de la chrominance respectivement, ainsi qu'un circuit 160 qui permet de restituer l'information indiquant le déphasage opéré sur la chrominance.Les voies 14 et 15 comprennent respectivement, pour l'une un filtre analogique 140 basse fréquence, un circuit 141 d'interpolation et de reconversion et un circuit de retard 142 servant à reset- tre en phase les signaux des deux voies, et, pour l'autre. un filtre analogique 150 haute fréquence, un circuit 151 d'interpolation et de reconversion et un circuit 152 de déphasage de la chrominance commandé par le circuit 160, les sorties des circuits 142 et 152 étant reliées aux deux entrées d'un additionneur 520. Le fonctionnement du dispositif ainsi représenté sur la figure 5 est le suivant. L'application du signal SECAM YC, dont une ligne est représentée sur la figure 6a, à l'entrée du filtre passe-haut 120 donne en sortie de ce filtre un signal de chrominance CH (figure 6b) comportant en chaque début de ligne une salve de référence correspondant à la présence d'une porteuse pure de chrominance. c'est la séquence suivie par la phase initiale de cette porteuse qui étale le spectre en SECAM, comme on peut le constater sur les figures 2a et 2b où l'on a représenté les spectres du signal respectivement pour une phase qui suit la séquence du SECAM et pour une phase constante. Conformément à l'invention, le circuit 130, représenté plus en détail sur la figure 7a, permet la détermination des changements de phase suivis par chaque porteuse du signal de chrominance et commande le circuit de déphasage 121 (détaillé sur la figure 8) qui tient compte de cette information pour redonner à ladite porteuse une phase initiale constante nécessaire à l'application d'une technique de sous-échantillonnage. Le circuit 130 de la figure 7a agit de la manière suivante il opère une multiplication du signal CH de la ligne courante par le signal CH disponible à la sortie de deux lignes à retard 1050 et 1060 apportant un retard global égal à deux lignes vidéo soit 128 microsecondes. A la sortie du filtre passe-bas 1080 qui suit le multiplieur 1070, le changement de phase est directement disponible sous la forme d'une tension positive ou négative au niveau de la salve de référence. Les figures 7b et 7c montrent l'ivolution de cette salve en divers points A B C D du circuit 130, lors d'une variation ou non de cette phase. Dans le dispositif 1090, la tension disponible au niveau de la salve est convertie en un niveau logique maintenu pendant toute la durée d'une ligne vidéo, puis mis en mémoire à l'aide d'une bascule ; il servira deux lignes plus tard à la commande du circuit de déphasage 121 (tableau II). Le maintien et la mise en mémoire de ce niveau nécessitent l'extraction préalable de la synchronisation S dans le séparateur 1010 et la génération d'une horloge de prise en compte calée au centre de la salve et obtenue par exemple à l'aide d'un compteur dans le circuit d'horloge 1020. TABLEAU TI Ligne Signal de Phase de la Information Commande concernée chrominance sous-porteuse extraite du transmis en D déphasage (Fig.6a) n R-Y O n+l B-Y O -l n+2 R-Y n -l \ 1 n+3 B-Y û +1 \ -l 5+4 R-Y O -1 1 -l 5+5 B-Y n -l +1 n+S R-Y O i +1 -1 n+7 B-Y O -1 \ -1 5+8 R-Y n -1 \ 1 5+9 B-Y O +1 -l ., ~ &verbar;; Le circuit de déphasage 121 commandé par ce circuit 130 est représenté plus en détail sur la figure 8 il permet de laisser passer, à l'aide du commutateur 1130 l'un des deux signaux CH ou CH obtenus respectivement en sortie des amplificateurs direct 1110 ou inverseur 1120 et dont l'allure est représentée sur les figures 9a et 9b. Le signal de luminance, obtenu après traversée du filtre passe-bas 110 et de la ligne à retard 111 (servant à le mettre en phase avec le signal de chrominance présent en sortie du circuit de déphasage 121) et le signal de chrominance sont alors numérisés dns les circuits 112 et 122 de conversion analogique-numérique, par exemcle selon les structures orthogonales et quinconce représentées sur 1 figure 3. Les échantillons obtenus sur les deux voies 11 et 12 sont alignés puis additionnés dans l'additionneur 220 et produisent un train numérique dont le débit est ici, par exemple, de 9 x 8 : 72 M bits/S.L'information du changement de phase subi par le signal de chrominance, disponible en sortie du circuit 130, est insérée sur le côté de la salve de référence par l'intermédiaire du multiplexeur 230 relié à la sortie du circuit 130 et dont la sortie est envoyée vers le canal de transmission TC. A la réception, dans le circuit 160 d'extraction de l'informa- tion de déphasage représenté en détail sur la figure 10, le signal d'hor- loge généré en sortie du circuit 1210 permet l'extraction, dans le circuit 1220, de cette information, destinée ensuite à faire subir au signal de chrominance, dans le circuit 152 de déphasage de la chrominance, un déphasage identique à celui effectué à 1 'émission dans le circuit 121 ainsi sera-t-on ramené à une porteuse dont la phase de référence subit les inversions périodiques du système SECAM. La reconversion des signaux numériques en des signaux analogiques se fait dans les voies 14 et 15, dans les circuits 141 et 151 qui suivent respectivement les filtres passebas 140 et passe-haut 150 de filtrage de la luminance et de la chrominance.Chacun de ces circuits 141 et 151 se compose, comme indiqué sur la figure 11 qui représente par exemple le circuit 151, d'un interpolateur qui opère un doublement de la fréquence et d'un convertisseur numérique-analogique, respectivement 1335 et 1340 dans le cas du circuit 151. L'interpolateur de la voie de luminance 14 opère une simple répétition du point précédent tandis que celui de la voie de chrominance 15 est un filtre en peigne agissant sur deux ligne successives correspondant à la même porteuse et composé d'un multiplexeur 1310, d'un circuit à retard 1320, la durée du retard étant de deux lignes, et d'un additionneur 1330, le multiplexeur 1310 permettant, préalablement, l'insertion d'échantillons nuls entre les échantillons dont on dispose, afin de permettre ltopé- ration du filtrage en peigne. Ce circuit 151 d'interpolation et de reconversion permet l'élimination.des fréquences repliées que l'application d'un sous-échantillonnage a introduites dans le spectre de chrominance. Le rétablissement, par le circuit 152 de déphasage de la chrominance que commande le circuit 160, des phases de référence de la modulation de fréquence et l'addition des signaux de lumirance et de chrominance dans l'additionneur 520 redonnent alors un signal analogique de type SECAM. Hr\IENDlfATTuNT; ].. Chaîne de diffusion de signaux de télévision en couleurs de tspe SECAM comprenant un système d'émission de ces signaux, un canal de transmission et un système de réception des signaux transmis, caracté rince en ce qu'elle comprend un dispositif pour la numérisation desdits signaux, leur transmission à débit réduit et leur reconversion sous forme analogique, ce dispositif étant composé (A) dans le système d'émission, d'un circuit dit de numérisation du signal vidéo comprenant lui-même (1) des première et deuxième voies de traitement de la luminance et de la chrominance, en parallèle l'une sur l'autre et composées en série (a) pour la voie de traitement de la composante de luminance du signal vidéo, d'un premier filtre analogique dit basse fréquence, d'un circuit à retard, et d'un circuit de conversion analogique-numérique dont la sortie est reliée à une première entrée d'un premier additionneur (b) pour la voie de traitement de la composante de chrominance du signal vidéo, d'un premier filtre analogique dit haute fréquence complémentaire du premier filtre, d'un circuit de déphasage de O ou de n de la chrominance, et d'un circuit de conversion analogiquenumérique et d'alignement dont la sortie est reliée à une deuxième entrée du premier additionneur, la sortie de cet additionneur étant elle-même destinée à être envoyée vers le canal de transmission (2) une troisième voie en parallèle sur les deux précédentes et comprenant un circuit de détermination des changements de phase subis par chaque porteuse entre deux lignes voisines correspondant à la même porteuse, ce circuit recevant d'une part ledit signal vidéo également fourni à l'entrée des premier et deuxième filtres et d'autre part la sortie du deuxième filtre, et la sorti de ce circuit de détermination étant fournie au circuit de déphasage (B) dans le système de réception, d'un ci uit dit de reconversion sous forme analogique comprenant lui-même (3) des quatrième et cinquième voie ie traitement de la luminance et de la chrominance, en parallèle l'une r l'autre et composées en série (c) pour la voie de traitement de la luminance, d'un deuxième filtre numérique dit basse fréquence, d'un circuit d'interpolation et de reconversion et d'un circuit de retard dont la sortie est reliée à une première entrée d'un deuxième additionneur destiné lui-même à délivrer le signal analogique reconstitué de type SECAM (d) pour la voie de traitement de la chrominance, d'un deuxième filtre numérique dit haute fréquence, d'un circuit d'interpolation et de reconversion et d'un circuit de déphasage de la chrominance dont la sortie est reliée à une deuxième entrée du deuxième additionneur ; (4) en parallèle sur ces quatrième et cinquième voies, un circuit d'indication de déphasage dont la sortie est reliée au circuit de déphasage de la chrominance et qui permet de faire subir à celle-ci un déphasage donnant à la porteuse les phases d'un signal SECAM. 2. Chaîne de diffusion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième voie comprend, en série avec le circuit de déter minatian des changements de phase un multiplexeur de la sortie du premier additionneur et de la sortie du circuit de détermination, la sortie de ce multiplexeur, interposé entre le premier additionneur et le canal de transmission, étant envoyée vers ledit canal, et le circuit d'indication de déphasage extrayant l'information qui indique le déphasage opéré à l'émission.