Brevet FR2618969A1 — publié le 19890203

La présente invention concerne un système de modulation par impulsions codées différentielle (DPCM) agencé pour condenser la quantité d'informations de transmission d'un signal vidéo numérique. Dans l'enregistrement d'un signal vidéo couleur numérique sur une bande magnétique, la quantité d'informations à enregistrer s'élève à une grande valeur. Dans un cas exemplaire de données vidéo de composante couleur dans un mode 4:2:2, il devient néces- saire de traiter les données à environ 216 mégabits par seconde. Quand cette quantité énorme d'informations doit être enregistrée sur un suDcort d'enregistrement compact tel Qu'une bande de cassette, le temps d'enregistrement est rendu extrêmement court en raison de la vitesse élevée de la bande. Dans un essai pour résoudre ce pro- blème, on peut concevoir une technique decondensation de bande (appelée également un codage à haut rendement) pour réduire la quan- tité d'informations à enregistrer, en prolongeant ainsi le temps d'enregistrement. Le système de modulation par impulsions codées différentielle (DPCM), qui condense la différence entre les échantillons antérieurs et postérieurs par quantification non linéaire, est considéré comme étant un moyen de condensation de bande efficace pour des signaux d'image ayant une continuité et une corrélation mutuelles. Dans le système DPCM, on obtient une différence entre l'échan- tillon décodé précédent et un échantillon d'entrée et on la traite ensuite par quantification non linéaire. En conséquence, dans le cas o une erreur est présente dans l'échantillon décodé, il se pose le problème que cette erreur parvient à être propagée. En conséquence, un but de la présente invention est de four- nir un système DPCM qui puisse supprimer la propagation d'une erreur spécifique au système DPCM. Un autre but de la présente invention est de fournir le sys- tème DPCM perfectionné qui convienne pour la transmission du signal vidéo numérique composant. Selon la présente invention, on forme un groupe hors de cha- que nombre prédéterminé (par exemple neuf) d'échantillons d'un signal numérique d'entrée, et l'échantillon central situé sensiblement au centre de ce groupe est transmis tout en lui con- servant son nombre initial de bits, et les autres échantillons voisins de l'échantillon central sont transmis après avoir été traités séquentiellement par le système DPCM, la propagation d'er- reurs étant ainsi réduite au minimum. D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven- -tion seront mis en évidence dans la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est un schéma fonctionnel d'un exemple de réa- lisation de la présente invention; les figures2A à 2G représentent un diagramme des temps servant à expliquer l'opération exécutée dans l'exemple de réalisation de la Figure 1; la Figure 3 est un schéma fonctionnel d'un codeur de signaux composants; la Figure 4 est un diagramme schématique servant à expliquer le signal de sortie du codeur représenté sur la Figure 3; les Figures 5, 6 et 7 sont des représentations schématiques servant à expliquer l'application de la présente invention au signal de sortie du codeur représenté sur la Figure 3; la Figure 8 est une représentation schématique servant à ex- pliquer le traitement du début,et de la fin des données vidéo effec- tives; la Figure 9 est un schéma fonctionnel d'une unité d'enregis- trement incluse dans un magnétoscope VTR numérique auquel est appli- cable la présente invention; la Figure 10 est un schéma fonctionnel d'une unité de repro- duction incluse dans le magnétoscope VTR numérique; la Figure 11 représente schématiquement une opération d'im- brication; et la Figure 12 est une représentation schématique indiquant la composition d'un code de produit utilisé dans un exemple de réalisa- tion de la présente invention. On va décrire en détail dans la suite un exemple de réalisa- tion préféré de la présente invention. Cet exemple de réalisation représente l'application de l'invention à un cas exemplaire de 2618 9 6 9 codage de signal vidéo de composante couleur. La Figure 3 est un schéma fonctionnel d'un-codeur pour con- denser la largeur de bande de ce signal vidéo couleur numérique. Dans ce schéma, un signal de luminance Y est envoyé à une borne d'entrée 21, un signal de différence de couleur rouge R-Y est en- voyé à une borne d'entrée 22, et un signal de différence de couleur bleu B-Y est envoyé à une autre borne d'entrée 23. Ces signaux de composantes analogiques sont envoyés à des convertisseurs analogi- que-numérique A/N 24, 25 et 26, respectivement, de sorte que des signaux de composantes numériques, par exemple, de mode 4:2:2 sont formés. Les signaux de composantes ainsi obtenus sont ensuite envoyés à des circuits démultiplicateurs 27,28 et 29 dans lesquels une démultiplication est exécutée. Le signal de luminance Y provenant du circuit démultiplica- teur 27 est envoyé à un additionneur 30. Pendant ce temps-là, le signal de sortie CR du circuit démultiplicateur 28 est envoyé à une porte OU-exclusif 31, et le signal de sortie CB du circuit démulti- plicateur 29 est envoyé à une porte OU-exclusif 32. Ensuite, les signaux de sortie des portes OU-exclusif 31 et 32 sont envoyés à l'additionneur 30. Les portes OU-exclusif 31 et 32 constituent des circuits de modulation numériques dans lesquels les signaux CR et CB sont modulés par des signaux indicateurs introduits par les bor- nes 33 et 34. Les signaux indicateurs sont inversés à chaque échan- tillon conformément à un numéro de trame et à un numéro de ligne. Le signal de sortie de l'additionneur 30 est obtenu par une borne de sortie 33 comme signal codé (4:0:0). La Figure 4 représente ce signal de sortie codé exprimé par des signes, o (++) représente (Y+CR+CB), (+_) représente (Y+CR-CB), (-+) représente (Y-CR+CB), et () représente (Y-CR-CB),respecti- vement. Comme on le remarquera d'après la représentation de la Figure 4, les. codes des échantillons voisins entre eux sont diffé- rents les uns par rapport aux autres, mais ceux des autres échan- tillons espacés d'un échantillon sont les mêmes. En mettant en oeuvre le système DPCM des signaux codés ci- dessus, on peut réduire n'importe quelle erreur de OPCM en appli- quant le système DPCM à une série d'échantillons pour réduire au 2618 9 6 9 minimum la différence entre les échantillons antérieurs et posté- rieurs, comme le représente la Figure 5. En outre, on forme un groupe en regroupant plusieurs échan- tillons A à G comme le représente la Figure 6, et l'échantillon central D de ce groupe est transmis sans être condensé. On peut supprimer l'effet de propagation d'erreurs en étalant la branche du système DPCM séquentiellement à partir de l'échantillon central O vers les deux côtés simplement à l'intérieur du groupe. C'est-à- dire, en mettant en oeuvre une fonction de quantification non li- néaire f(x) pour une condensation sur la Figure 6, cn transmet l'échantillon D sans condensation alors que les autres échantillons sont transmis dans la séquence de rkC= f(C-D), AE= f (E-D), AB= f(B-C'), AA= f(A-B'), F= f(F-E'), LG= f(G-F')3. Dans ce qui précède, LC'= D+ àC, B'= C'+AB, E' = D+ àE, F = E'+F]. La Figure 7 représente un exemple d'application de la présen- te invention à un signal vidéo couleur numérique qui est codé comme l'indique la Figure 4. Puisque le nombre d'échantillons effectifs par ligne est égal à 720, ces échantillons sont divisés en 80 grou- pes constitués chacun de 9 échantillons. Comme l'indique la Figure 7, les données de 8 bits introduites par des impulsions d'horloge de 13,5 MHz sont groupées de telle manière que 9 autres données sont constituées en un groupe. Hors de ces 9 échantillons, l'échantillon central (O et A) est laissé inchangé sous la forme de sa chaîne de 8 bits initiale, alors que les 8 autres échantillons (à et &) sont traités séquentiellement par le système DPCM de telle sorte que la différence entre les échantillons voisins reliés par une flèche devient égale à 5 bits par exemple. En conséquence, la quantité d'informations par groupe est condensée de (8 bits x 9 = 72 bits) du signal d'entréeen (8 bits+ 5 bits X 8= 48 bits). Le taux de con- densation est égal dans ce cas à 2/3. L'effet de propagation d'erreurs a au maximum 17 longueurs d'échantillon (dans 9 échantillons) si l'échantillon central com- porte une erreur. L'effet de propagation d'erreurs est exprimé comme suit en supposant que les probabilités d'erreur dans chaque échantillon sont égales. 2618 9 69 17x (1/9) + 7 x (1/9) + 7 x (1/9) + 5 x (1/9) + 5 x (1/9) + 3 x (1/9) + 3 x (1/9) + 1 x (1/9) + 1 x (1/9) = 5,4 (longueur d'échantillon) 9 x (1/9) + 4 x (1/9) + 4 x (1/9) + 3 x (1/9) + 3 x (1/9) + 2 x (1/9) +2 x (1/9) + 1 x (1/9) + 1 x (1/9) = 3,2 (échantillons). Ainsi, on peut réduire au minimum la propagation d'une erreur à environ 3 échantillons en moyenne. Au début d'un signal vidéo effectif dans l'intervalle hori- zontal, tel qu'indiqué sur la Figure 8, les données à gauche de l'échantillon central sont hors de la marge effective. Pendant ce tempslà, à la fin de ce signal vidéo effectif, les données à droite inclusives de l'échantillon central sont rendues incorrectes. Par conséquent, comme on l'a représenté oar un carré en traits interrom- pus sur la Figure 8, une valeur de niveau de noir (30 en notation hexadécimale) est utilisée comme donnée d'échantillon central pro- visoire. En outre, chaque groupe est constitué au total de 9 échantil- lons comprenant 5 échantillons (DO,D2,D4,D6,DB) au début et de 4 échantillons (D718,0D716,D714,D712) à la fin. La Figure 1 représente un schéma de circuit d'un exemple de réalisation conçu pour mettre en oeuvre la présente invention, et la Figure 2 est un diagramme des temps représentant le fonctionne- ment du circuit. Sur la Figure 1, un signal vidéo numérique de la Figure 2A est envoyé à une borne d'entrée 1. Ce signal vidéo numéri- que est constitué de 4:0:0 signaux composants par le codeur repré- senté sur la Figure 3. Le signal vidéo numérique d'entrée est envoyé à un circuit de brassage 2, dans lequel le signal d'entrée est brassé de telle manière que l'échantillon central est positionné en haut par rapport aux 9 autres échantillons o la polarité d'addition des signaux de différence de couleur CR et CB au signal de luminance Y est la même. Par exemple, les 9 échantillons de (BO-B8) sont redisposés selon la suite (B4,B3,B5,B2,B6,Bl,B7,BO,B8) par le circuit de brassage 2 comme le montre la Figure 2B. Le signal de sortie du circuit de brassage 2 est envoyé à un registre 3 tout en étant envoyé également à l'une de trois bornes d'entrée d'un sélecteur 4. Le registre 3 introduit un retard d'un 2618 9 69 temps d'échantillon et produit un signal de sortie représenté sur la Figure 2C. Le signal de sortie du registre 3 est envoyé à un codeur DPCM 6. Pendant ce temps-là, le signal de sortie du sélec- teur 4 est envoyé à un registre 5. Le signal de sortie du registre 5 est renvoyé à une borne d'entrée du sélecteur 4 tout en étant envoyé également au codeur DPCM 6. Et le signal de sortie d'un addi- tionneur 9 est envoyé aux autres bornes d'entrée du sélecteur 4. Dans le codeur DPCM 6, le contenu (Figure 2D) du registre 5 est soustrait du contenu (Figure 2C) du registre 3, et la valeur différentielle obtenue comme résultat de cette soustraction est envoyée à une mémoire ROM pour une quantification non linéaire. Le signal de sortie de 5 bits du codeur DPCM 6 est envoyé par l'inter- médiaire d'un registre 10 à uq multiplexeur 11. Pendant ce temps-là, le signal de sortie du registre 5 est envoyé comme autre signal d'entrée au multiplexeur 11 par l'intermédiaire d'un registre 8. Le signal de sortie du multiplexeur 11 est obtenu par une borne de sortie 12. Par exemple, la valeur différentielle (B2 - B3') est quanti- fiée de façon non linéaire, et le signal de ccde de 5 bits et la quantité différentielle décodée AB2 correspondant à ces 5 bits sont obtenus du codeur DPCM 6. Le multiplexeur 11 sélectionne la donnée centrale au temps de synchronisation de la fourniture de la donnée centrale, ou sélectionne le signal de code de 5 bits à tout autre temps de synchronisation. En conséquence, le signal de sortie du multiplexeur 11 est un mélange de données de 8 bits et de données de 5 bits comme l'indique la Figure 2G. Dans l'additionneur 9, la quantité différentielle décodée est additionnée avec le signal de sortie du registre 8, et le signal de sortie de l'additionneur 9 est ensuite renvoyé comme données de réaction décodées de la Figu- re 2F au sélecteur 4. Par exemple, B3' est [L(B3-B4) + B4 =,hB3+B4] et [B2' =,(B2-B3') + B3' = eB2 + B3']. La Figure 9 est un schéma fonctionnel d'une unité d'enregis- trement à laquelle est appliqué le codeur DPCM selon l'invention. Dans l'unité d'enregistrement, les données vidéo de composantes couleur Y, CR et CB sont fournies respectivement à des bornes d'en- trée 41a, 41b et 41c. Ces données vidéo de composantes couleur sont 2618 9 6 9 7 - ensuite envoyées à un codeur de condensation de bande 42, o les signaux de différence de couleur rouge et bleu numériques modulés sont superposés à un signal de luminance dans un rapport de phase prédéterminé pour condenser la largeur de bande. Le codeur de condensation de bande 42 engendre en sortie un signal vidéo numérique converti du mode 4:2:2 en mode 4:0:0, et ce signal vidéo est envoyé à un codeur DPCM 43, selon l'invention, qui a été expliqué jusqu'ici en référence à la Figure 1. Le signal de sortie du codeur DPCM 43 est envoyé à un circuit d'imbrication 44, dont le signal de sortie est ensuite envoyé à un codeur de code extérieur 45. Ensuite, le signal de sortie du codeur de code extérieur 45 est envoyé à un circuit de brassage 46, dont le signal de sortie est envoyé à un codeur de code intérieur 47. Chacun du circuit d'imbrication 44 et du circuit de brassage 46 comporte une mémoire pour redisposer la suite des données comme on le mentionnera dans la suite. Le codeur de code extérieur 45 code des données de 60 multiplets par le code de Reed-Solomon pour pro- duire un code de contrôle de 4 multiplets ayant une capacité de correction par 4 effacements. Pendant ce temps-là, le codeur de code intérieur 47 code des données de 126 multiplets par un code de Reed- Solomon pour produire un code de contrôle de 8 multiplets ayant une capacité de correction d'erreur de 3 multiplets. Le signal de sortie du codeur de code intérieur 47 est envoyé à un additionneur de signaux de synchronisation et d'identification ID A8, dans lequel sont additionnés un signal de synchronisation de bloc et des signaux ID. Les signaux ID comprennent un signal pour identifier une trame, un signal pour identifier une image complète, et un autre signal ID pour identifier une tête. En plus dans l'addi- tionneur de signaux de synchro-ID 48 est additionné un signal d'adresse avec le bloc de code intérieur respectif. Le signal de sortie de l'additionneur de signaux de synchro-ID 48 est envoyé à un convertisseur parallèle-série 49 dans lequel les données en paral- lèle du signal de sortie sont converties en données en série de celui-ci. Le signal de sortie du convertisseur parallèle-série 49 est obtenu à une borne de sortie 50. Bien qu'on ne l'ait pas repré- sentée, une tête magnétique est connecté à cette borne de sortie 50 2618 9 6 9 par l'intermédiaire d'un amplificateur de reproduction et d'un transformateur rotatif, les données étant ainsi enregistrées sur une bande magnétique. Les données reproduites à partir de la bande magnétique sont fournies à une borne d'entrée 51 indiquée sur la Figure 10. Les données reproduites obtenues par la borne d'entrée 51 sont envoyées à un convertisseur série-parallèle 53 pour sortir un multiplet cor- respondant de données en parallèle. Ces données en parallèle sont envoyées à un séparateur de signaux de synchro-ID 54 qui détecte le signal de synchronisation et les signaux ID. Ensuite toute erreur de données de code intérieur est corrigée par un décodeur de code intérieur 55 dans l'étage suivant. Les données dont les erreurs sont corrigées qui sont obtenues du décodeur de code intérieur 55 et un indicateur représentant la présence ou l'absence d'erreur sont envoyés à un circuit de débras- sage 56 dont le fonctionnement est inverse de celui du circuit de brassage 46 inclus dans l'unité d'enregistrement. Le signal de sortie du circuit de débrassage 56 est envoyé à un décocear de code exté- rieur 57 qui exécute une correction par effacement du code de Reed- Solomon. Ensuite, le signal de sortie du décodeur de code extérieur 57 est envoyé à un circuit de désimbrication 58 dont le fonctionne- ment est inverse de celui du circuit d'imbrication 44 inclus dans l'unité d'enregistrement. Le signal de sortie du circuit de désimbrication 58 est en- voyé à un décodeur DPCM1 59, o le signal DPCM est décodé pour que le groupe de 6 multiplets soit rétabli en groupe de 9 multiplets an- térieur. Le signal de sortie du décodeur DPCM 59 est envoyé à un circuit de modification d'erreur 60, o les données d'échantillon non corrigées par les codes intérieur et extérieur font l'objet d'une interpolation par les données ayant une corrélation proche des don- nées d'échantillon. Le signal de sortie du circuit de modification d'erreur 60 est envoyé à un décodeur decondensation de bande 61, dans lequel un signal de luminance est séparé en un signal de diffé- rence de couleur rouge et en un signal de différence de couleur bleu par un filtre à lignes en forme de peigne, et qui génère des don- nées vidéo de composantes 4:2:2 respectivement aux bornes de sortie 62a, 62b et 62c. Dans cet exemple de réalisation, une opération d'imbrication de 3 lignes est exécutée comme l'indique la Figure 11 par le cir- cuit d'imbrication 44 situé dans l'étage précédant le codeur de code extérieur 45. Dans une ligne sont incluses des données DPCM de 480 multi- plets. Ces données de 480 multiplets sont formées en groupes DPCM constitués chacun de 6 multiplets. L'opération d'imbrication est un procédé pour collecter les données placées à un intervalle de 24 multiplets. Sur la Figure 11, par exemple, des données de 60 multi- ième ième ième iene plets placées à l'emplacement des 0 ime, 24i me 48i, me...,456ime multiplets dans les 3 lignes et qui sont indiquées par des lignes hachurées sont collectées comme bloc de code extérieur dans le codeur de code extérieur 45, qui code alors les données d'entrée par le code de Reed-Solomon (64-60). Dans cet exemple, 126 blocs de code extérieur constitués chacun de données de 60 multiplets et de codes de contrôle de 4 mul- tiplets sont disposés comme l'indique la Figure 12 et sont brassés dans le circuit de brassage 46. Ensuite, dans le codeur de code intérieur 47, les 126 échantillons alignés verticalement dans les blocs de code extérieur sont codés par le code intérieur. L'opéra- tion de brassage est ainsi exécutée de manière à maintenir la rela- tion par laquelle les groupes DPCM dans 6 lignes successives sont inclus dans le même bloc de code intérieur. C'est-à-dire que l'opé- ration de brassage est exécutée selon les groupes DPCM. Dans le codeur de code intérieur 47, 21 groupes DPCM (126 multiplets) sont codés par le code de Reed-Solomon, et un code de contrôle de 8 mul- tiplets est généré. Quand les données codées sont enregistrées sur une bande magnétique, un signal de synchronisation, des signaux ID et un signal d'adresse de 6 multiplets sont additionnés pour cons- tituer des données de bloc de code intérieur de 140 multiplets. 2618 9 6 9 REVENDICATIONS i. Procédé pour transmettre un signal vidéo numérique qui est modulé par modulation par impulsions codées différentielle, consistant à: grouper un nombre prédéterminé d'échantillons du signal vidéo numérique; moduler de façon différentielle les autres échantillons voi- sins d'un échantillon central dans le groupe d'échantillons en ré- férence à l'échantillon central; et à transmettre les autres échantillons modulés de façon diffé- rentielle et l'échantillon central comportant un nombre initial de bits comme un groupe d'échantillons. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le groupe d'échantillons comprend des échantillons à toutes les deuxièmes po- sitions d'échantillons. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le groupe d'échantillons comprend N échantillons o N est un entier impaire et l'échantillon central comprend des échantillons à toutes les Ni mes positions d'échantillons. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'opération de transmission comprend une opération d'imbrication des échantil- lons d'un groupe avec les échantillons de l'autre groupe. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le signal vidéo numérique comprend des données vidéo composantes qui sont condensées en fréquence en combinant le signal de luminance Y avec les signaux de différence de couleur CR et CB avec la séquence de phasesprédéterminée, et dans lequel le groupe d'échantillons sont formés par les données vidéo composantes condensées en fréquence ayant le même rapport de phases. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les signaux de différence de couleur CR et CB sont combinés avec le signal de luminance Y avec le même rapport de phases à tous lesdeuxièmes échan- tillons, et le groupe d'échantillons comprend N données vidéo com- posantes condensées en fréquence qui sont positionnéesà tous les deuxièmes échantillons. 2 618 9 6 9 7. Dispositif pour transmettre un signal vidéo numérique qui est modulé par modulation par impulsions codées différentielle, comprenant: un moyen (2;42) pour grouper un nombre prédéterminé d'échan- tillons du signal vidéo numérique; un moyen (6,4,3,11;43) pour moduler de façon différentielle les autres échantillons voisins d'un échantillon central dans le groupe d'échantillons en référence à l'échantillon central; un moyen (44) pour transmettre l'échantillon central compor- tant un nombre initial de bits et les autres échantillons modulés de façon différentielle comme un groupe d'échantillons. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le signal vidéo numérique comprend des données vidéo composantes qui sont - condensées en fréquence en combinant le signal de luminance Y avec les signaux de différence de couleur CR et CB avec la séquence de phases prédéterminée, et dans lequel le groupe d'échantillons sont formés par les données vidéo- composantes condensées en fré- quence ayant le même rapport de phases; le moyen de groupement (2) comprenant un moyen pour brasser le groupe d'échantillons de manière à avoir une série de l'échantillon central et des échantillons voi- sins suivants. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le moyen de modulation différentielle (6,3,4,11;43) comprend un codeur (6;43) pour moduler de façon différentielle le groupe d'échantillons pro- venant du moyen de brassage (2) avec un ensemble d'échantillons retardé de façon correspondante qui est formé par le groupe d'échan- tillons et les échantillons de sortie du moyen codeur. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le moyen de modulation différentielle comprend en outre un sélecteur (4) pour fournir sélectivement le groupe d'échantillons et les échantillons de sortie au moyen codeur (6) de sorte que les échantillons retar- oés de façon correspondante comportent une série des échantillons centraux pour les échantillons voisins et les échantillons voisins pour les échantillons voisins suivants et un multiplexeur (11) pour fournir sélectivement l'échantillon central et les échantillons de sortie comme signal de sortie codé.