Brevet FR2588143A1 — publié le 19870403

La présente invention se rapporte à un montage formant filtre récursif pour améliorer le rapport signal/ bruit de signaux vidéo. On sait bien, dans la technique du traitement des signaux vidéo, que le rapport signal/bruit des signaux vidéo peut être amélioré par filtrage récursif. Le filtrage récursif est le processus d'intégration d'une partie du signal vidéo courant avec une partie complé- mentaire de signaux vidéo de trames précédentes des signaux vidéo. Un filtre récursif typique comprend un élément de stockage pour retarder sensiblement une trame des signaux vidéo, un soustracteur, un cadreur et un additionneur. Le signal-vidéo courant, et le signal vidéo retardé de l'élément de stockage sont appliqués aux orifices respectifs d'entrée-du soustracteur. Les diffé- rences à la sortie du soustracteur sont appliquées au cadreur qui pondère les différences par un coefficient, dont la valeur dépend du contenu entre-scènes. Les différences pondérées et le signal vidéo retardé à la sortie de l'élément de stockage sont combinés dans l'additionneur pour produire un signal vidéo dont le bruit est réduit, qui est appliqué à l'orifice d'entrée de l'élément de stockage. Le filtrage récursif peut être accompli sur des signaux vidéo composantsou sur des signaux vidéo composites. Si le processus est accompli sur des signaux vidéo composants, c'est-à-dire séparément sur le signal de luminance et les signaux de chrominance, en utilisant des filtres récursifs connus, il faut un montage de stockage considérablement plus important que si le processus est accompli sur des signaux vidéo composites. Par ailleurs, si le processus est accompli sur des signaux vidéo composites, la phase du signal de chromi- nance du signal composite courant ou retardé doit être inversée avant que les signaux courant et retardé ne soient combinés. Dans ce dernier mode, un seul circuit de graduation est employé pour pondérer les différences de signaux composites avec pour résultat une intégration identique des composantes de luminance et de chrominance du signal composite. P.C. Michael et autres, dans le brevet US N04,240,106, ont reconnu qu'il était avantageux de traiter de manière récursive les composantes de luminance et de chrominance par des facteurs différents de pondération parce que la sensibilité du spectateur au bruit diffère pour le bruit dans différentes bandes du spectre des fréquences du signal vidéo. La présente invention a pour objet un filtre récur- sif qui traite séparément les composantes de luminance et de chrominance d'un signal vidéo composite mais qui nécessite un élément de stockage qui n'est pas plus __________ _ _grand que les éléments de stockage requis pour le filtrage récursif des signaux vidéo composites. La présente invention comprend une borne d'entrée pour appliquer un signal vidéo et un premier séparateur de signaux couplé à ladite borne d'entrée pour produire des sorties à un certain nombre de bornes respectives de sortie. Un certain nombre de circuits de graduation/ combinaison sont prévus ayant des premières bornes d'entrée respectives qui sont respectivement couplées aux bornes de sortie du premier séparateur et ayant des secondes bornes d'entrée respectives. Un montage d'addi- tion est couplé aux sorties desdits circuits de gradua- tion/combinaison pour produire un signal vidéo combiné. Un élément retardateur est couplé audit montage d'addi- tion pour retarder le signal combiné au moins sensi- blement de l'intervalle d'une trame. Et un second sépa- rateur de signaux à son entrée couplée à la sortie dudit élément retardateur, avec des première et seconde bornes de sortie qui sont respectivement couplées aux secondes bornes d'entrée des circuits de graduation/ combinaison. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure i donne un schéma bloc d'un filtre récursif selon l'invention; - les figures 2 et 3 donnent des schémas blocs des circuits de séparation Y/C qui peuvent être utilisés dans le montage de la figure i; et - la figure 4 donne un schéma bloc d'un autre mode de réalisation du filtre récursif de la figure 1. Sur les diverses figures, des éléments désignés par les mêmes chiffres correspondent à des circuits identiques ou fonctionnellement semblables. L'invention peut être mise en pratique soit sur des signaux analo- giques ou des représentations numériques des signaux analogiques avec le choix approprié des éléments de circuit. Telle quelle, l'invention sera décrite en termes d'éléments fonctionnels généraux de circuit. En se référant à la figure 1, un signal vidéo composite à traiter pour la réduction du bruit et l'amé- lioration du rapport signal /bruit est appliqué à la borne 10. Le signal composite est appliqué à un séparateur 12 de chrominance/luminance qui produit des composantes de chrominance C et des composantes de luminance Y. Les composantes de chrominance et de luminance sont appliquées aux circuits 13 et 19 respectivement de graduation/ combinaison. Les composantes retardées de chrominance et de luminance à la sortie du séparateur 32 sont appli- quées aux secondes connexions d'entrée des circuits 13 et 19 respectivement de graduation/combinaison. Les circuits 13 et 19 de graduation/combinaison combinent efficacement les composantes retardées et non retardées à des propor- tions prédéterminées pour produire des composantes dont le bruit est réduit Csor et Ysor' Les signaux dont le bruit est réduit sont appliqués à un circuit additionneur 28 qui produit des signaux composites dont le bruit et réduit qui sont appliqués à la connexion d'entrée d'un élément retardateur 30. L'élément 30 retarde le signal composite appliqué à sa connexion d'entrée, d'un inter- valle correspondant sensiblement à une période d'une trame ou à un nombre entier de périodes de trame. Le signal composite retardé à la sortie de l'élément 30 est appliqué au séparateur 32 de chrominance/luminance qui pro- duit les composantes retardées de chrominance et de luminance. Si la figure 1 est configurée en tant que filtre récursif de trame double, le retard du signal produit par l'élément à retard 30 est conçu de façon que les composantes retardées et non retardées appliquées à l'additionneur 14 et au soustracteur 20 correspondent aux mêmes éléments d'image dans des trames doublesvidéo successives. De plus, les composantes retardées respec- tives et les signaux gradués à la sortie des circuits de graduation 16 et 24 appliqués au soustracteur 18 et à l'additionneur 26 correspondent à des éléments iden- tiques d'image pour des trames doublesvidéo successives. Afin de satisfaire les deux conditions, des éléments à retard de compensation peuvent devoir être insérés entre le séparateur de chrominance/luminance 32 et le soustracteur 18 et l'additionneur 26 respectivement. Toute personne compétente en la matière du traitement de signaux reconnaîtra facilement ces conditions et saura produire cette compensation. Si le circuit de la figure 1 est configuré en tant que filtre récursif de trame simple, l'élément à retard 30 est conçu de manière que les signaux retardés et non retardés correspondent à des éléments d'image sensible- ment identiques de trames successives. Un exemple de montage pour accomplir un filtrage récursif de trames simples d'un signal composite est décrit en détail dans la demande de brevet US NO 793,734 déposée le ler Novembre 1985 et intitulée "Apparatus For Noise Reducing Composite VidéoSignal. Les circuits de graduation/combinaison 13 et 19 sont des exemples des nombreux circuits que l'on peut mettre en oeuvre pour accomplir l'algorithme de récursion. En bref, le montage 19 fonctionne comme suit. La luminance retardée YD est soustraite de la luminance reçue Y dans le soustracteur 20. Les différences de luminance sont appliquées au circuit de graduation 24 qui pondère les différences par un coefficient de pondération Ky. La luminance retardée YD est alors ajoutée aux diffé- rences pondérées de luminance dans l'additionneur 26 pour produire une luminance de sortie Y0 dont le bruit est réduit. La luminance de sortie Y0 est décrite par l'équation: Y0 = KyY+(1-Ky)YD (1) La valeur de Y est égale à la valeur de Y0 produite à un intervalle d'une trame double plus tot et peut être décrite en notation de transformation de Z: YD = Y0Z- = (KYY+(1-Ky)YO)Z (2) En développant l'équation (1) par substitution, en succession, de YD de l'équation (2) dans l'équation (1), on obtient: YO = KyY+KyY(1-Ky)Z -+KyY(1-KY)2Z-2-+KyY(1-Ky3Z-3" (3) s'il n'y a pas de mouvement d'image entre trames,l'équa- tion (3) converge pour: YO = Ky(1/(1-(1-Ky)) = Y (4) Ainsi, le signal de luminance de sortie est égal au signal de luminance d'entrée. Les composantes de bruit qui se produisent dans le signal de luminance ne s'ajoutent cependant pas linéairement mais au contraire s'additionnement selon les carrés des valeurs efficaces (RMS) de bruit. On peut montrer que la sortie de bruit en valeur efficace NO0 en rapport avec la sortie de luminance est réduite par le facteur de Ufy/ (2-Ky), c'est-à-dire No = NRMS KY2-Ky) (5) Le circuit 13 de graduation/combinaison est semblable au circuit 19 à l'exception qu'il y a échange de l'addi- tionneur et du soustracteur. Cet échange tient compte du changement de phase de 180 de la composante de chromi- nance d'une trame double à l'autre. Avec la différence de phase de chrominance de 180 , l'additionneur 14 fonctionne comme un soustracteur et le soustraction fonctionne comme un additionneur. Typiquement, il n'est pas souhaitable d'utiliser la récursion des signaux lorsqu'il se produit un mouvement de l'image entre tramesdoubles.Par conséquent, des détecteurs de mouvement sont incorporés dans le montage de récursion pour faire varier les coefficiments de pondération lorsqu'un mouvement se produit. Sur la figure 1, un seul détecteur de mouvement 22, répondant au signal de différence de luminance entre tramesdoublesà la sortie du soustracteur 20, produit les coefficients de pondéra- tion KC et Ky pour les circuits de graduation de chromi- nance et de luminance respectivement. Dans un autre mode de réalisation, un montage séparé de détection du 7 2588143 mouvement et générateur du facteur de graduation peut être prévu pour les signaux séparés. Cela est indiqué par le détecteur de mouvement 15 dessiné en tracé fantôme. Des exemples de détecteurs de mouvement peuvent être trouvés dans le brevet US NO 4,275,418. Le montage pour la séparation des composantes de luminance et de chrominance du signal vidéo composite est illustré sur les figures 2 et 3. Le montage de la figure 2 est préférable lorsque la composante de lumi- nance peut ne pas occuper toute la largeur de bande standard de luminance comme cela se produit pour le signal composite récupéré de nombreux enregistreurs sur bande vidéo. Le montage de la figure 3 produira une pleine bande de luminance mais nécessite un montage plus total. Sur la figure 2, le signal vidéo composite est appliqué à un filtre 40 qui atténue les signaux dans la bande des fréquences qui est normalementoccupée par la composante de chrominance et produit des signaux de luminance, Y, se produisant dans la bande des fréquences en dessous de la bande de chrominance. Les signaux vidéo composites sont également appliqués à une entrée d'un soustracteur 44, par un élément à retard 42 qui compense le retard de groupe du filtre 40. Les signaux filtrés de luminance sont appliqués à une seconde entrée du soustracteur 44 o la composante de luminance est soustraite du signal vidéo composite pour produire la composante de chrominance C. Le séparateur de chrominance/luminance 12" de la figure 3 est un filtre en peigne en ligne. Sur la figure 3, le signal vidéo composite est appliqué à l'entrée d'un élément à retard 46 d'une ligne horizontale et aux entrées respectives d'un additionneur 48 et d'un sous- tracteur 50. Le signal,vidéo composite retardé à la sortie de l'élément à retard 46 est appliqué aux secondes bornes d'entrée respectives de l'additionneur 48 et du soustracteur 50. Dans l'additionneur 48, les composantes du signal en phase, c'est-à-dire la luminance, s'addi- tionnent de manière constructive et les composantes en opposition de phase, c'est-à-dire la chrominance, s'annulent pour produire le signal de luminance Y. Dans le soustracteur 50, les composantes du signal en phase s'annulent et les composantes en opposition de phase s'additionnent de manière constructive pour produire la composante de chrominance C. On notera que soit les signaux appliqués à l'additionneur 48 et au soustracteur ou les signaux à la sortie de l'additionneur 48 et du soustracteur 50 seront divisés en deux pour normaliser les signaux Y et C. La figure 4 illustre un autre mode de réalisation d'un filtre récursif des signaux composites. Le circuit de la figure 4 est semblable à celui de la figure 1 à l'exception du montage de graduation/combinaison. Les montagesde graduation/combinaison 13' et 19'accomplissent un algorithme semblable aux montages 13 et 19 de la figure 1. Sur la figure 4, le signal de luminance du séparateur de chrominance/luminance 12 est appliqué au circuit de--graduation 60 o il est pondéré par le coefficient de graduation de luminance Ky. Le signal retardé de luminance à la sortie du séparateur de chrominance/luminance 32 est appliqué au circuit de graduation 62 o il est pondéré par le facteur (1-Ky). Les signaux gradué de luminance et retardé et gradué de luminance à la sortie des circuits de graduation 60 et 62 sont appliqués aux bornes respectives d'entrée de l'additionneur 58, qui produit le signal de luminance dont le bruit est réduit. Le signal de luminance, YO, produit par l'additionneur 58, est décrit par l'équation: YO = KYY+(1.-Ky)YD (6) qui est identique à l'équation (1). Le montage de graduation/combinaison de chrominance 13' est semblable au montage de graduation/combinaison de luminance 19' à l'exception que la chrominance retardée est pondérée par un facteur négatif -(1-Kc), o Kc est le coefficient de pondération de chrominance. Un facteur négatif de pondération -(1-Kb) est utilisé ici pour tenir compte de la relation en opposition de phase entre les signaux de chrominance courant et retardé. Les facteurs de pondération, Ky. (1-Ky), KC et -(1-KC) peuvent être constants ou bien ils peuvent être variables en réponse à la détection du mouvement de l'image comme dans le mode de réalisation de la figure 1. L'invention peut être également mise en pratique, par exemple, dans un système de caméra vidéo couleur qui développe des signaux vidéo composites. Dans ce cas, les composantes courantes de luminance et de chrominance sont disponibles en tant que signaux séparés et le séparateur 12 de chrominance/luminance n'est pas requis. Les signaux séparés de chrominance et de luminance à la sortie du montage de traitement de caméra sont appliqués directement aux circuits de graduation/ combinaison 13 et 19 respectivement. Le signal vidéo composite produit par la caméra est formé dans l'addi- tionneur 28. REVENDICATIONS 1. Appareil formant filtre récursif pour améliorer le rapport signal/bruit d'un signal vidéo caractérisé par - une borne d'entrée (10) pour appliquer ledit signal vidéo; - un premier moyen formant filtre (12) couplé à ladite borne d'entrée, et ayant un certain nombre de bornes de sortie pour produire, à des sorties respectives, des signaux occupant des parties sensiblement exclusives du spectre des fréquences dudit signal vidéo; - un certain nombre de circuits de graduation/ combinaison (13, 19) ayant des premières bornes respec- tives d'entrée couplées respectivement aux bornes respectives de sortie, et ayant des secondes bornes respectives d'entrée, pour combiner les signaux appliqués auxdites première et seconde bornes d'entrée à des rapports prédéterminés; - un moyen (28) couplé auxdits circuits de gradua- tion/combinaison pour additionner les signaux ainsi produits et produire un signal vidéo filtré combiné de manière récursive; - un élément à retard (30) couplé audit moyen pour additionner, pour retarder le signal vidéo combiné sensiblement d'au moins un intervalle d'une trame - un second moyen formant filtre (32) ayant une entrée couplée audit élément à retard et ayant un certain nombre de bornes de sortie pour produire, à des sorties respectives, des signaux occupant des parties sensiblement exclusives du spectre des fréquences du signal vidéo combiné retardé, les bandes des fréquences occupées par des signaux respectifs produits par ledit second moyen formant filtre correspondant sensiblement aux bandes des fréquences des signaux respectifs produits par ledit premier moyen formant filtre; et - des moyens respectifs (YD, CD) pour coupler les bornes de sortie dudit second moyen formant filtre aux secondes bornes d'entrée respectives deadits moyens de graduation/combinaison o les signaux appliqués aux premières et secondes bornes d'entrée de chacun des circuits de graduation/combinaison occupent sensible- ment des bandes de fréquencessemblables. 2. Appareil selon la revendication 1, pour le filtrage récursif d'un signal vidéo composite,caractérisé en ce que le premier moyen formant filtre (12) précité produit des signaux séparés et reçus de luminance et de chrominance; - les premier (13) et second (19) circuits de graduation/ combinaison ont des premières bornes respectives d'entrée qui sont couplées au moyen produisant les signaux séparés reçus, et ont des secondes bornes respectives d'entrée et des bornes respectives de sortie; - le moyen précité d'addition (28) est couplé aux bornes de sortie desdits premier et second circuits de graduation/combinaison pour ajouter les signaux ainsi produits et produire un signal vidéo composite; - l'élément à retard (30) précité retarde le signal sensiblement d'au moins un intervalle d'une trame, ayant une borne d'entrée couplée au moyen pour additionner et ayant une borne de sortie; - le second moyen formant filtre précité est un séparateur (32) de chrominance/luminance qui est relié à la borne de sortie de l'élément à retard, et il a ses première et seconde bornes de sortie qui sont respectivement couplées aux secondes bornes d'entrée des premier et second moyens de graduation/combinaison, ledit premier moyen de graduation/combinaison recevant les signaux de chrominance dudit moyen produisant les signaux séparés et du séparateur de chrominance/ luminance et ledit second moyen de graduation/combinaison recevant les signaux de luminance dudit moyen pour produire les signaux séparés et dudit séparateur de chrominance/ luminance. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen précité pour produire des signaux séparés comprend: - une source de signaux vidéo composites (10); - un autre séparateur de chrominance/luminance (12) ayant une borne d'entrée couplée à ladite source de signaux vidéo composites et ayant des première et seconde bornes de sortie pour produire respectivement des signaux de chrominance et de luminance. 4, Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premier et second moyens de graduation/ combinaison combinent les signaux reçus et retardés à des proportions prédéterminées.