Brevet FR2606576A1 — publié le 19880513

- 1 - DISPOSITIF POUR TRANSMETTRE DES IMAGES DE TELEVISION HAUTE DE- FINITION DANS DES CANAUX A BANDE ETROITE. La présente invention concerne un dispositif pour transmettre des images de télévision haute définition dans des canaux à bande étroite, dispositif comportant d'une part une partie émission formée d'un organe pour fournir des informa- tions numériques d'images, d'une batterie de filtres anti-re- pliement pour filtrer lesdites informations d'images, d'un analyseur de mouvement d'image pour fournir à partir des in- formations d'images une grandeur représentant le mouvement dans celles-ci, d'un organe de sortie des filtres anti-replie- ment commandé à partir de la grandeur représentant le mouve- ment pour relier l'entrée d'un circuit de sous-échantillonnage aux sorties des filtres et d'un circuit émetteur pour trans- mettre sur un canal de transmission les informations du cir- cuit de sous-échantillonnage et d'autre part, une partie ré- ception formée d'un circuit récepteur pour recevoir les infor- mations transmises, d'une batterie de filtres d'interpolation pour suréchantillonner l'information reçue, d'un organe récep- teur d'estimation de mouvement, d'un organe de sortie de fil- tres d'interpolation pour fournir les informations utiles. Un tel dispositif trouve d'importantes applications pour la transmission d'image de télévision à haute défini- tion. Le problème d'une telle transmission est que l'on s'im- pose d'utiliser des canaux de transmission présentant une ban- de passante étroite. Cette bande passante ne permet pas de transmettre toutes les informations de l'image captée au ni- veau des studios. Il faut donc trier ces informations et ne transmettre que celles qui permettront au côté réception d'établir une image de la meilleure qualité possible. Dans un article de Yuichi Ninomiya et al. intitulé NA Single Channel HDTV Broadcast System-The Muse' paru dans - 2 - NHK Laboratories, note série 304 de septembre 1984, on décrit un dispositif du genre mentionné qui fournit une solution pour résoudre ce problème. La batterie de filtres anti-repliement se compose alors de deux filtres dont un est affecté aux ima- ges fixes et l'autre aux images mobiles. L'inconvénient de ce dispositif connu réside dans la disparité de la définition des images transmises dans le cas o celles-ci comportent des scènes fixes et dans le cas o celles-ci comportent des scènes mobiles. En effet, cette défi- nition varie du simple au double dans les deux cas, ce qui est particulièrement visible lorsque les mouvements sont de faible ampleur et concernent une grande partie de l'image. La présente invention propose un dispositif du gen- re précité qui surmonte dans une large mesure cet inconvé- nient. Pour cela, un dispositif pour transmettre des ima- ges de télévision, est remarquable en ce qu'il est prévu d'une part dans la partie émission une batterie de filtres compor- tant n' filtres anti-repliement, un organe à seuils pour agir sur l'organe de sortie des filtres anti-repliement en fonction de l'information fournie par l'analyseur de mouvement et un multiplexeur d'informations pour fournir au circuit émetteur outre l'information du circuit de sous-échantillonnage, l'in- formation de sortie de l'organe à seuils et d'autre part dans la partie réception une batterie de "n" filtres d'interpola- tion en correspondance avec la batterie de filtres anti-re- pliement, un circuit démultiplexeur pour appliquer d'une part les échantillons reçus au banc de filtres d'interpolation et d'autre part l'information provenant de l'organe à seuils à la commande de l'organe de sortie de filtres d'interpolation. La description suivante en regard des dessins anne- xés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut ètre réalisée. La figure 1 représente le dispositif pour transmet- tre des images conformes à l'invention. - 3 - La figure 2 montre la structure générale des fil- tres utilisés par l'invention. La figure 3 montre les caractéristiques de trans- fert des filtres utilisés dans un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 4 montre, selon un mode de réalisation préféré, un circuit de sous-échantillonnage. La figure 5 est destinée à l'explication du sous-échantillonnage. Le dispositif de l'invention montré à la figure 1 se compose de deux parties: une partie émission portant la référence 10 et une partie réception 20. Ces deux parties sont reliées par un canal de transmission 30. Les images à trans- mettre sont captées par une caméra de télévision à haute défi- nition 35 qui analyse la scène par un balayage de 1250 lignes à un rythme de 50 images par seconde. La caméra fournit trois signaux: le signal de luminance Y et les signaux de différen- ce de couleur U et V. Pour simplifier les explications on ne s'intéresse qu'au signal de luminance, étant entendu que les traitements qui vont être explicités ci-dessous s'appliquent aussi aux signaux U et V. Ce signal Y de sortie de cette camé- ra est ensuite échantillonné. Les échantillons sont alors pro- duits à une cadence de 108 MHz. Comme la transmission ne tolè- re qu'un débit de 13,5 MHz on doit donc effectuer un sous- échantillonnage au moyen d'un sous-échantillonneur 40. Avant de subir ce traitement, les échantillons issus de la caméra doivent subir l'opération de filtrage anti-repliement prati- quée par une batterie de filtres 45. Un organe de sortie de filtres 46 permet de transmettre les signaux de sortie du banc 45 vers le souséchantillonneur 40. Cet organe de sortie est commandé à partir d'une grandeur de commande élaborée par un analyseur de mouvement 48. Après le sous-échantillonnage les échantillons sont encore traités par un circuit émetteur 50 pour les adapter au canal de transmission 30. -4- Ces échantillons sont ensuite reçus par la partie réception 20; ils sont restitués sous leur forme initiale par un circuit récepteur 60. Ces échantillons restitués doivent subir l'opération de suréchantillonnage apportée par une bat- terie de filtres d'interpolation 65. Les informations utiles fournies par cette batterie de filtres sont appliquées à l'or- gane d'utilisation 72 par l'intermédiaire d'un organe de sor- tie 75. Conformément à l'invention, il est prévu dans la partie émission 10, un banc de filtres comportant "n filtres anti-repliement F1, F2, F3,..., Fn, un organe à seuils 80 pour fournir une information ki et pour agir ainsi sur l'organe de sortie 46 en fonction de l'information de sortie de l'ana- lyseur de mouvement 48 et un multiplexeur d'information 85 pour fournir au circuit émetteur 50 outre les échantillons de sortie du circuit de sous-échantillonnage 40 l'information de sortie du circuit à seuils 80. Il est prévu aussi dans la par- tie réception 20 une batterie de filtres d'interpolation I1, I2, I3,..., In en correspondance avec les filtres F1, F2, F3,..., Fn, un circuit démultiplexeur 82 pour appliquer d'une part les échantillons reçus Y'i au banc de filtres 65 et d'autre part l'information k'i provenant de l'organe à seuils à la commande de l'organe de sortie 72. La structure des filtres anti-repliement F1, F2, 25..., Fn et des filtres interpolateurs I1, I2,..., In est re- présentée d'une manière générale à la figure 2. Ces structures sont celles de filtres numériques linéaires. On rappelle à la figure 2 d'une manière générale la structure de tels filtres. Cette structure comporte tout d'abord une succes- sion de mémoires de trames 100(1), 100(2),..., amenant chacu- ne un retard égal à la durée d'une trame; l'entrée de la mé- moire 100(1) reçoit le signal numérique E(t) à traiter. A ces mémoires on associe des organes de sous-filtrage 110(1), 110(2), 110(3)...,. L'entrée de l'organe 110(1) est branchée à l'entrée de la mémoire 100(1), l'entrée de l'organe 110(2) à -5 sa sortie et l'entrée de l'organe 110(3) à la sortie de la mémoire 100(2). Seule est montrée en détail la constitution de l'organe 110(1). Celui-ci se compose d'une succession de mé- moires de ligne 120(1), 120(2),..., chacune amenant un retard égal à la durée d'une ligne. Puis il est prévu à l'entrée de la mémoire 120(1) une première succession de mémoires de points d'images 130(1), 130(2),..., amenant chacune un retard égal à la durée d'un élément d'image; une deuxième succession de mémoires de points d'images 140(1), 140(2) est reliée à la sortie de la mémoire 120(1)... etc, ainsi que pour toutes les mémoires de lignes prévues. Des multiplicateurs 150(1), (2), 150(3) sont associés aux mémoires 130(1) et 130(2) pour effectuer le produit du signal d'entrée de la mémoire (1), du signal de sortie de cette même mémoire 130(1) et du signal de sortie de la mémoire 130(2) avec respectivement des coefficients de filtrage al, a2, a3,... D'une manière sembla- ble, des multiplicateurs 160(1), 160(2), 160(3) effectuent le produit du signal d'entrée de la mémoire 140(1), du signal de sortie de cette même mémoire et du signal de sortie de la mé- moire suivante 140(2) avec respectivement des coefficients de filtrage bJ, b2 et b3,... Un organe de sommation 250 fournit le signal de sortie S(t) en faisant la somme de tous les si- gnaux provenant des multiplicateurs de tous les organes de sous-filtrage 110(1), 110(2), 110(3),... Dans ce qui suit, toujours à titre d'exemple non limitatif, on décrit avec plus de détails un mode de réalisa- tion préféré de l'invention relatif aux paramètres précités. Selon ce mode de réalisation le banc de filtres anti-repliement 46 se compose de trois filtres F1, F2 et F3, et en correspondance, le banc de filtres d'interpolation se compose de trois filtres I1, I2 et I3. Les caractéristiques en fréquence de ces filtres sont représentées à la figure 3 en trois dimensions, selon trois axes Fx, fy et Ft. -6- L'axe Fx est relatif à la définition horizontale de l'image et est gradué en fréquence (MHz). L'axe Fy est relatif à la définition verticale de l'image et est gradué en cycle par hauteur (Cph). L'axe Ft est relatif au temps et se mesure en Hz. Les filtres F1 et I1 sont représentés en a à la fi- gure 3. Ces filtres ont la forme de parallélépipèdes rectan- gles; dans l'exemple de réalisation préféré ce parallélépipè- de est caractérisé par: Fxo = 54 MHz Fyo = 288 Fto = 6,25 Hz Les filtres F2 et I2 montrés en b à la figure 3 se présentent avec un palier dans le plan Fy, Fx entre O et 13,5 MHz puis une région descendante jusqu'à 54 MHz et, dans le plan Fy, Ft se présentent avec un échelon de O à 6,25 Hz d'amplitude nominale 216 cph, puis un autre échelon d'amplitu- de 72 cph. Les filtres F3, I3 montrés en c à la figure 3 pré- sentent un palier dans le plan Fy, Fx d'amplitude 144 allant de O à 27 MHz puis une pente descendante jusqu'à 54 MHz. L'analyseur de mouvement 48 qui détermine le filtre à utiliser parmi les filtres F1, F2 et F3 est par exemple d'un type décrit dans l'article "A Motion Vector Detector for MUSE Encoder' de Yuichi Ninomiya, paru dans IEEE 1986 INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS, 1986, TORONTO (CANADA), 22 au juin 1986, vol.2, pages 1280-1284. Ainsi, à des blocs de points d'image est affectée une valeur de déplacement. L'organe à seuil fournit sur deux éléments bi- naires kl et k2 l'indication de ce mouvement: - mouvement pratiquement nul, c'est le filtre F1 qui est choi- si, - mouvement de faible ampleur, c'est le filtre F2, - mouvement de forte ampleur, c'est le filtre F3. Ces éléments binaires kl et k2 sont transmis sur le canal de transmission 30 par le circuit émetteur 50. Pour ce- - 7 - la on a prévu un multiplexeur d'information 85 pour insérer ces éléments binaires. La figure 4 montre en détail l'organe de sous- échantillonnage 40. Les échantillons de luminance Yi se présentent à l'entrée d'un démultiplexeur 499 en vue d'être emmagasinées dans l'une des deux mémoires 500 et 501. Cet emmagasinage a lieu tour à tour dans ces deux mémoires, de sorte que lors- qu'une mémoire est en écriture, l'autre mémoire est en lectu- re. Un multiplexeur 505 permet d'appliquer les informations de l'une des mémoires 500 et 501 à l'entrée du circuit émetteur , via le multiplexeur 85. La position des démultiplexeur 499 et multiplexeur 505 est fixée respectivement par des signaux complémentaires KM et KMB indiquant ainsi que lorsque les in- formations Yi se trouvent à l'accès de données de la mémoire 500, l'accès de données de la mémoire 501 se trouve en rela- tion avec l'entrée du circuit émetteur 50 et que lorsque l'ac- cès de données de la mémoire 500 est à l'entrée du circuit 50, les informations Yi sont aux accès de données de la mémoire 501. L'adressage en écriture de ces mémoires 500 et 501 est effectué au moyen d'un compteur 509 auquel est associé un circuit de transcodage 510, ceci afin d'effectuer un adressage sélectif dans les mémoires 500 et 501 selon des critères qui seront exposés plus loin. Le compteur 509 progresse au rythme de l'échantillonnage fixé par un signal FE issu par exemple de l'organe 35. Outre le code d'adresse d'écriture pour les mé- moires 500 et 501, le signal W est dérivé pour valider l'écri- ture de ces mémoires; ce signal est appliqué à la commande d'écriture WM des mémoires 500 et 501 par l'intermédiaire de multiplexeurs 530 et 531 à deux positions, commandés respecti- vement par les signaux KMB et KM. Les signaux KM et KMB pro- viennent d'une bascule 540 connectée en bout du compteur 509; comme la capacité de ce compteur correspond au nombre de points d'une image de haute définition, les signaux KM et KMB changent de valeur à chaque nouvelle image. 8- L'adressage en lecture des mémoires 500 et 501 est effectué directement au moyen d'un compteur 545 progressant au rythme des signaux provenant d'un diviseur de fréquence 550 divisant par huit le signal FE. Pour appliquer le code de lecture ou d'écriture on utilise deux multiplexeurs 588 et 589 rattachés respectivement aux mémoires 500 et 501. Il est facile d'établir pour l'homme de l'art le circuit de transcodage 522 en programmant une mémoire morte en fonction des considérations suivantes: Tout d'abord, on rappelle que l'image numérisée se présente comme un tableau bidimensionnel constitué de points et de lignes. On va s'aider de la figure 5, qui montre une partie de ce tableau, pour expliquer la manière dont s'effec- tue le sous-échantillonnage. Chaque point de ce tableau est repéré d'une part par un code d'emplacement horizontal H1, H2, H3, H4, H5, H6, et, d'autre part, par un code d'emplacement vertical Vl, V2, V3,..., V7,... Les échantillons Yi arrivent dans l'ordre normal, élément d'image par élément d'image et ligne par ligne, c'est-à-dire qu'ils peuvent être représentés: par H1,V1; H2,Vl; H3,V1;... jusqu'à la fin de la ligne Vl, puis par H1,V2; H2,V2; H3,V2;... jusqu'à la fin de la ligne V2 et ainsi de suite pour toute la ligne. Au moyen de circuits de transcodage, on va d'abord enregistrer les points repérés par A à la figure 5, c'est-à- dire les points correspondant à H1,V1; H3,V1; H5,V1;...; H2,V5; H4,V5 puis les points B: H2,V3; H4,V3;... H1,V7; H3,V7; ensuite les points C H2,V1; H4,V1;...; H1,V5; H3,V5 et enfin les points D H1,V2; H3,V3;... H5,V3;...; H2,V7... On notera que dans ce processus, tous les points situés sur les lignes paires V2, V4,..., sont ignorés. -9- REVENDICATIONS 1 Dispositif pour transmettre des images de télévi- sion haute définition dans des canaux à bande étroite, dispo- sitif comportant d'une part une partie émission formée d'un organe pour fournir des informations d'images à un rythme ra- pide, d'une batterie de filtres anti-repliement pour filtrer lesdites informations d'images, d'un analyseur de mouvement d'image pour fournir à partir des informations d'images une grandeur représentant le mouvement dans celles-ci, d'un organe de sortie de filtre anti-repliement commandé à partir de la grandeur pour relier l'entrée d'un circuit de sous-échantil- lonnage aux sorties des filtres et d'un circuit émetteur pour transmettre sur un canal de transmission les informations du circuit de souséchantillonnage et d'autre part, une partie réception formée d'un circuit récepteur pour recevoir les in- formations transmises, d'une batterie de filtres d'interpola- tion pour suréchantillonner l'information reçue, d'un organe récepteur d'estimation de mouvement, d'un organe de sortie de filtres d'interpolation pour fournir les informations utiles, caractérisé en ce qu'il est prévu d'une part dans la partie émission une batterie de filtres comportant no filtres anti- repliement, un organe à seuils pour agir sur l'organe de sor- tie des filtres anti-repliement en fonction de l'information fournie par l'analyseur de mouvement et un multiplexeur d'in- formations pour fournir au circuit émetteur outre l'informa- tion du circuit de sous-échantillonnage, l'information de sor- tie de l'organe à seuils et d'autre part dans la partie récep- tion, une batterie de 'n' filtres d'interpolation en corres- pondance avec la batterie de filtres anti-repliement, un cir- cuit démultiplexeur pour appliquer d'une part les échantillons reçus au banc de filtres d'interpolation et d'autre part l'in- formation provenant de l'organe à seuils à la commande de l'organe de sortie de filtres d'interpolation. 2. Dispositif pour transmettre des images de télévi- sion selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits filtres sont des filtres numériques linéaires. - 10 - 3. Dispositif pour transmettre des images de télévi- sion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que n = 3. 4. Dispositif pour transmettre des images de télévi- sion selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'information de mouvement est relative à un bloc de points d'images.