Brevet FR2618970A1 — publié le 19890203

La présente invention concerne un dispositif pour Le codage d'un signal vidéo composite numérique. Dans le schéma de codage C4:2:2) selon le standard CCIR601, une bande de fréquences de 6,75 MHz est attribuée à la composante de luminance, sur une largeur de bande totalede 13,5MHz, et la largeur de bande restante, correspondant à deux fois 3,375MHz, est attribuée à parts égales aux composantes de chrominance. Afin de réduire de moitié la largeur de bande totale, on a proposé de réduire de moitié les largeurs de bande attribuées à chacune des composantes de luminance et de chrominance. Alors que la composante de chrominance ainsi réduite en largeur de bande permet encore d'obte- nir une qualité adéquate, la composante de luminance est affectée par la restriction de la largeur de bande à la valeurmaximale de 3,375MHz. Pour obtenir une reproduction de bonne qualité, il lui faudrait une bande de fréquences de 5 MHz au moins. La présente invention vise à procurer un dispositif pour coder un signal vidéo composite numérique, qui soit capable de réduire la largeur de bande de transmission de moitié et puisse néanmoins assurer une largeur de bande suffisante au signal de luminance. A cet effet, l'invention procure un dispositif, pour le codage d'un signal vidéo composite numérique, contenant un signal de luminance et un premier et un second signal de composante de chromi- nance modulés par un signal porteur de fréquence supérieure à la gamme du spectre de fréquences du signal de luminance, dans lequel le pre- mier signal de composante de chrominance a une séquence à quatre trames, de telle sorte que sa phase est inversée à chaque intervalle de lignes, et le second signal de composante de chrominance a une séquence à deux trames, de telle sorte que sa phase est inversée à chaque intervalle de trames. Le signal de la composante de luminance et les signaux modulés de la composante de chrominance sont agencés selon une rela- tion à entrelacement de fréquences. Pour cette raison, ces signaux peuvent être séparés par un filtre en peigne. Quand le signal porteur pour la composante de chrominance possède une fréquence située en dehors de la gamme correspondant à la largeur de bande du signal de 2618 9 7 0 luminance, la séparation de la composante de luminance et des compo- santes de chrominance est très facile. Les deux composantes de chrominance peuvent être séparées dans le temps. Les première et seconde composantes de différence de couleur ont toutes deux une relation d'entrelacement avec la compo- sante de luminance. De plus, du fait que la première composante de différence de couleur et la seconde composante de différence de cou- leur diffèrent quant aux phases de modulation, en ce sens que l'une a une séquence à quatre trames et l'autre a une séquence à deuy trames, ces composantes peuvent également être séparées au moyen d'un filtre en peigne. En tant que filtres en peigne, on peut utiliser deux types de filtres: l'un employant la corrélation à la fois dans le sens des trames et dans le sens des lignes et l'autre employant la corrélation dans le sens des lignes. Il est donc possible de passer sélectivement d'un type de filtres à l'autre en réponse à de brusques changements de couleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un diagramme de spectres de fréquences montrant la largeur de bande nécessaire pour la composante de lumi- nance et la composante de chrominance d'un signal vidéo composite; - la figure 2 est un diagramme de spectres de fréquences d'un signal composite dans lequel la composante de luminance et la composante de chrominance sont combinées; - la figure 3 montre le schéma synoptique d'un codeur selon un exemple de réalisation de la présente invention; - lesfigures4A et 4B montrent schématiquement des phases de modulation de composantes de chrominance; - Les figures 5A et 5B sont respectivement une représerr- tation schématique tridimensionnelle d'un signal vidéo numérique et la représentation schématique de ses trois projections; - la figure 6 est une projection v-t montrant les posi- tions de chacune des composantes dans un signal vidéo numérique après le codage; 2618 9 70 - Les figures 7A, 7B et 7C montrent schématiquement les réponses fréquentielles et les facteurs de filtrage de filtres en peigne servant à séparer les différentes composantes; - les figures 8A et 8B représentent schématiquement les réponses fréquentielles de filtres en peigne pour séparer deux composantes de différence de couleur; - la figure 9 est le schéma synoptique d'un décodeur adaptatif; - la figure 10 est le schéma synoptique d'un filtre sélecteur utilisable dans un tel décodeur adaptatif; - la figure 11 est une représentation schématique ser- vant à expliquer le fonctionnement d'un filtre sélecteur; et - les figures 12A et 12B représentent schématiquement la réponse fréquentielle du filtre sélecteur. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, un signal vidéo composite de type numérique et ayant la forme (4:2:2) est transformé en un signal composite ayant la forme (4:0:0). En tant que signal porteur pour la modulation des signaux de composante de chrominance, on utilise un signal dont la fréquence est située en dehors de la gamme correspondant à la largeur de bande de la compo- sante de luminance. Le diagramme de la figure 1 montre schématiquement les largeurs de bande nécessaires pour le signal de la composante lumi- nance et pour les signaux de composante chrominance dans un signal vidéo composite. La composante luminance Y demande une largeur de bande avec une fréquence limite supérieure de 6,75 MHz, tandis que les composantes chrominance C demandent une largeur de bande avec une fréquence limite supérieure de 3,375 MHz. La figure 2 montre le spectre de fréquences d'un signal composite obtenu par la combinaison de la composante luminance Y et des composantes chrominance C mentionnées ci-dessus. Les deux compo- santes de chrominance sont modulées avec un signal porteur ayant une fréquence d'environ 6,75 MHz. Les constituants spectraux de la com- posante luminance et des composantes modulées de chrominance sont agencés selon une relation d'entrelacement ou d'imbrication, de manière que Les interférences indésirées soient réduites à un mini- 2618 9 7 0 mum. Cette relation d'entrelacement est semblable à celle employée dans le système NTSC. Une différence fondamentale entre Le schéma de codage représenté sur la figure 2 et celui du système PAL ou NTSC est que te signal porteur pour les composantes de chrominance se trouve en dehors de la gamme correspondant à la largeur de bande de la compo- sante luminance. Ainsi, il est facile de séparer la composante luminance des composantes de chrominance. La figure 3 est le schéma synoptique d'un codeur selon un mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure, une borne d'entrée 1 reçoit une composante luminance Y, une borne d'entrée 2 reçoit une composante de différence de couleur CB, ou signal de diffé- rence bleue (B - Y), et une borne d'entrée 3 reçoit une composante de différence de couleur C, ou signal de différence rouge (R - Y). La composante luminance Y est appliquée à travers un cir- cuit de mise à l'échelle 4 à un circuit additionneur 5. La composante de différence de couleur CB est envoyée à travers un circuit 6 de mise à l'échelle et de modulation à un circuit additionneur 8. La composante de différence de couleur CR est envoyée à travers un circuit 7 de mise à l'échelle et de modulation au circuit additionneur 8. Le signal de sortie de ce dernier est envoyé au circuit additionneur 5, lui-même relié à une borne de sortie 11. Les circuits de mise à l'échelle sont utiliséspour supprimer l'augmentation d'amplitude du signal de sortie par suite du processus d'addition. Le circuit 6 de mise à l'échelle et de modulation est alimenté depuis une borne 9 avec un signal por- teur dont la phase est inversée d'une trame à l'autre et qui possède une séquence d'inversions de phase à deux trames. De façon analogue, le circuit 7 de mise à l'échelle et de modulation est alimenté depuis une borne 10 avec un signal porteur dont la phase n'est pas changée, de sorte que le signal porteur modulé présente une séquence d'inver- sions de phase à quatre trames. Les composantes de différence de couleur CB et CR modulent ces signaux porteurs, de manière que les polarités des composantes de différence de couleur modulées, par rapport au signal de luminance, deviennent comme représentées sur les figures 4A et 4B. Sur celles-ci, le signe + indique (Y + C) et le signe - indique (Y - C). 2618 9 70 Ainsi qu'il ressort des figures 4A et 4B, le signal por- teur pour la composante de chrominance CB est un signal d'uneséquence à deux trames, inversé à chaque intervaLLe de trames, tandis que le signal porteur pour la composante de chrominance CR est un signal d'une séquence à quatre trames, inversé à chaque intervallede lignes. La façon la plus générale pour montrer les relations mutuelles des trois composantes Y, CB et CR consiste en une représen- tation tridimensionnelle de la limite de Nyquist d'un signal vidéo numérique, comme montrée par la figure 5A, et en une représentation de ses trois projections, comme montrée par La figure 5B. Les trois axes sont: l'axe vertical (v), L'axe horizontal (h) et l'axe des temps (t). Les ligres en tiretes fc coïncident pratiquetent avec les positions des sous-porteuses de couleur dans le système NTSC. Pour ce qui concerne le schéma de codage vidéo décrit ci-dessus, la région de largeur de bande entre +fc et -fc comporte-seule-ent La composante luminance Y et les régions entre +fc et la fréquence de Nyqu- st horizontale +fN, ainsi qu'entre -fc et -fN, comportent les trois composantes. La figure 6 est une projection dans le plan v-t montrant les positions de la composante luminance et des composantes de chro- minance du signal vidéo numérique à proximité des fréquences de Nyquist. La composante luminance Y se concentre autour de l'origine 0, la composante chrominance CB converge sur des régions d'angles, tandis que la composante chrominance CR converge sur des régions intermédiaires des lignes obliques. La séparation des composantes Y, CB et CR représentées sur la figure 6 est réalisée au moyen de filtres en peigne. La fi- gure 7 montre des exemples de réponses fréquentielles et de facteurs de filtrage simples des filtres en peigne séparant les différentes composantes. La figure 7A montre la réponse fréquentielle et le fac- teur de filtrage du filtre en peigne servant à séparer ou extraire la composante luminance Y. Lorsqu'un signal vidéo composite ayant les relations de phase des signaux porteurs représentéessur les figures 4A et 4B est appliqué à un filtre en peigne avec un facteur de fil- trage comme celui visible sur la figure 7A, les composantes de diffé- 2618 9 70 rence de couleur CB et CR sont éliminées et la seule composante luminance Y est extraite du signal composite. La figure 7B repré- sente la réponse fréquentielle et le facteur de filtrage du filtre en peigne pour l'extraction de la composante de difference de cou- leur CB. Ce filtre élimine la composante luminance Y et la composante de différence de couleur CR, de sorte qu'on obtient seulement la composante de différence de couleur CB. La figure 7C représente la réponse fréquentielle et le facteur de filtrage du filtre en peigne pour extraire la composante de différence de couleur CR. Il est possible aussi de séparer les deux composantes de différence de couleur en exploitant le fait que le signal porteur pour la composante de différence de couleur CB n'est pas inversé à chaque intervalle de lignes, alors que le signal porteur pour la composante de différence de couleur CR est inversé à chaque inter- valle de lignes. Les figures 8A et 8B montrent des filtres en peigne pour la seule direction verticale (filtres en peigne de lignes). La figure 8A représente la réponse fréquentielle du filtre en peigne pour extraire la composante de différence de couleur CB, tandis que la figure 8B représente la réponse fréquentielle du filtre en peigne pour extraire la composante de différence de couleur CR. Les parties ombrées sur les figures 7 et 8 indiquent les régions fournissant de grands signaux de sortie (régions passantes). Les filtres de la fi- gure 8 peuvent occasionner un certain degré de diaphonie luminance/ chrominance en raison de la composante haute fréquence du signal de luminance. Cependant, à la différence des filtres de la figure 7, ils ont l'avantage qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser de l'infor- mation d'autres trames. Lorsqu'on dispose des deux types de filtres en peigne décrits dans ce qui précède, on peut envisager l'emploi d'un décodeur à configuration adaptative, qui utilisera les filtres selon la figure 7 (A, B et C) au cas o il y a corrélation de trames ou d'images, et qui utilisera les filtres selon la figure 8 (A et B) au cas o il n'y a pas de corrélation de trames ou d'images. La figure 9 montre un exemple de la configuration que pourrait avoir un tel décodeur adaptatif. Sur cette figure, une borne d'entrée désignée par 21 reçoitun signal vidéo numérique codé qui, 2618 9 7 0 par exemple, est lu ou reproduit d'une bande magnétique et qui a subi, à la reproduction, des traitements tels qu'une correction d'erreurs ou un masquage d'erreurs. Ce signal codé entrant est appliqué à un filtre passebas numérique (LPF) 22 et à un circuit de retard (DL) 23. Le retard produit par ce dernier est égal à celui produit dans le filtre passe-bas 22.A la sortie du filtre 22, on obtient le signal de luminance. Les signaux de sortie du filtre passe-bas 22 et du circuit de retard 23 sont appliqués à un circuit soustracteur 24. La sortie de ce circuit délivre une composante 19 passe-haut. Le signal de sortie du filtre passe-bas 22 est appliqué aussi à travers un circuit de retard 25 à un circuit additionneur 26. La borne de sortie du circuit soustracteur 24 est reliée à un montage en cascade de circuits de retard 27, 28, 29, 30, 31 et 32. Le retard produit par les circuits 27, 29,-30 et 32 correspond à 1 H (une période horizontale). Le retard produit par les circuits 28 et 31 correspond à 261H (dans un système de 525 lignes) ou à 311 H (dans un système de 625 lignes). La borne de sortie du circuit soustracteur 24 et la borne de sortie des circuits de retard 27, 28, 29, 30, 31 et 32 sont connectées sélectivement à des filtres en pei- gne 40, 41, 42, 43 et 44, de la manière représentée sur la figure P. Le filtre en peigne 40 sert à extraire la composante luminance Y ayant la caractéristique représentée sur la figure 7A. Le filtre en peigne 41 sert à extraire la composante de différence de couleur CB sur la figure 7B. Le filtre en peigne 42 est le filtre de lignes servant à extraire la composante de différence de couleur CB ayant la caractéristique représentée sur la figure 8A. Le filtre en peigne 43 sert à extraire la composante de différence de couleur CR ayant la caractéristique représentée sur la figure 7C. Le filtre en peigne 44 sert à extraire la composante de différence de couleur CR ayant la caractéristique représentée sur la figure 8B. Les signaux de sortie de ces filtres 40, 41, 42, 43 et 44 sont appliqués, respec- tivement, à des mémoires mortes programmables PROM désignées par 50, 51, 52, 53 et 54. Le signal de sortie de la mémoire 50 (la composante à haute fréquence de la composante luminance Y) est appliqué à un cir- cuit additionneur 26 pour être additionné dans ce circuit à la com- 2618 9 70 posante luminance basse fréquence, transmise à travers le circuit de retard de compensation 25. Le signal de sortie du circuit addition- neur 26 est obtenu en tant que composante luminance Y codée sur la borne de sortie 61. Les signaux de sortie des mémoires 51 et 52 sont appli- qués à un circuit additionneur 55 et les signaux de sortie des mémoi- res 53 et 54 sont appliqués à un circuit additionneur 56. Les mémoires 54sont prévues pour fournir des caractéristiques de commutation désirées lorsque les cinq filtres en peigne 40 - 44 sont changés en réponse à la corrélation de trames. L'une des caractéristiques de commutation est une simple caractéristique de passage d'un système à l'autre, tandis qu'une autre constitue une caractéristique de com- mutation plus compliquée, relative au mélange continu par exemple. Pour contrôler les caractéristiques de commutationdes mémoires50-54, on a prévu un filtre sélecteur 45, décrit par la suite. Le signal de sortie du circuit additionneur 55 est fourni à un circuit 57 de mise à l'échelle et de démodulation. Ce circuit reçoit un signal porteur pour la démodulation d'une borne 58. Sur une borne de sortie 62, on obtient la composante de différence de couleur CB décodée. Le signal de sortie du circuit additionneur 56 est déli- vré à un circuit 59 de mise à l'échelle et de démodulation. Ce circuit reçoit un signal porteur pour la démodulation d'une borne 60. La com- posante de différence de couleur CR décodée est obtenue sur la borne de sortie 63. La figure 10 montre un exemple du filtre sélecteur 45. La borne d'entrée, désignée par 71 sur cette figure, est reliée à un montage en cascade de circuits de retard 72, 73, 74 et 75. Le retard produit par les circuits 72 et 75 correspond à 1 H et le retard pro- duit par les circuits 73 et 74 est de 262 H (dans un système à 525 lignes) ou de 312 H (dans un système de 625 lignes). Le signal de sortie du circuit de retard 72 et le signal de sortie du circuit de retard 74 sont appliqués à un circuit soustracteur 76. Le signal de sortie de ce dernier est le signal de sortie d'un filtre 1. le signal de sortie du circuit de retard 75 et le signal d'entrée sont appli- qués à un circuit soustracteur 77. Le signal de sortie de ce dernier est le signal de sortie d'un filtre 2. 2618 9 70 Le signal de sortie du circuit soustracteur 76 est appli- qué à un circuit 78 de la valeur absolue et le signal de sortie de ce circuit est appliqué à un circuit additionneur 80. De façon analogue, le signal de sortie du circuit soustracteur 77 est fourni à un cir- cuit 79 de la valeur absolue dont le signal de sortie est également appliqué au circuit additionneur 80. Celui-ci est relié à une borne de sortie 81. La figure 11 montre les informations traitées par le filtre 1 et par le filtre 2 en tant qu'objets du traitement. Le fil- tre 1 et le filtre 2 servent chacun à fournir une différence entre les informations contenues à la même phase de modulation dans chacune des trames précédant et suivant la trame pour laquelle le décodage est effectué. Les signaux de sortie de ces filtres 1 et 2 indiquent si oui ou non un brusque changement de couleur est produit, par suite du mouvement d'un objet par exempLe. La survenue d'un brusque change- ment de couleur provoque l'augmentation de l'amplitude des signaux de sortie des fiLtres 1 et 2. En pareil cas, les signaux de sortie des filtres en peigne 42, 44 sont préférés à cdeux des filtres en peigne 41, 43, de sorte que le filtre sélecteur 45 engendre un signal de com- mande en vue de l'utilisation des signaux mentionnés en premier. Les figures 12A et 12B montrent respectivement la réponse fréquentielle du filtre 1 et du filtre 2. Sur ces figures, les régions hachurées correspondent à des régions o des signaux de sortie de haut niveau sont produits. Il n'est pas nécessaire d'utiliser à la fois le filtre 1 et le filtre 2, il suffit de l'un d'eux. En fait, seul le filtre 1 est employé dans le décodeur adaptatifde lafigure 9. Conformément à la présente invention, par le codage d'un signal vidéo composite de type numérique sous la forme d'un signal vidéo composite, la largeur de bande nécessaire à la transmission peut être réduite de moitié. De plus, la conception adéquate des sys- tèmes de modulation pour la première composante de différence de couleur et la seconde composante de différence de couleur, permet de séparer ces deux composantes par l'emploi de deux types de filtres en peigne, l'un utilisant à la fois la corrélation entre lignes et la corrélation entre trames et l'autre type employant seulement la corrélation entre lignes, et de structurer un décodeur adaptatif sur la base de tels filtres. 2618 9 7 0 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le codage d'un signal vidéo compo- site de type numérique, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier moyen (6) pour moduler un premier signal porteur (9) par l'un des signaux de composante de chrominance CB, ce premier signal porteur ayant une séquence à quatre trames, de telle sorte que la phase de ce premier signal porteur est inversée à chaque intervalle de lignes; un second moyen (7) pour moduler un second signal porteur (10) par l'autre des signaux de composante de chrominance CR, ce second signal porteur ayant une séquence à deux trames, de telle sorte que la phase du second signal porteur est inversée à chaque intervalle de trames; et un moyen (5) pour combiner un signal de luminance Y avec les signaux de chrominance modulés (6, 7) afin de réduire ainsi la largeur de bande du signal vidéo composite obtenu par la combi- naison. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la fréquence du premier (9) et du second signal porteur (10) est plus élevée que la gamme correspondant aux spectres de fréquences du signal de luminance Y. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le premier signal de composante de chrominance mentionné CB est le signal de différence bleue (B - Y). 4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ledit autre signal de composante de chrominance CR est le signal de différence rouge (R - Y). 5. Procédé pour le codage d'un signal vidéo composite de type numérique, caractérisé en ce qu'il comprend: la modulation d'un premier signal porteur (9) par un signal de composante de chrominance CB, ce premier signal porteur ayant une séquence à quatre trames, de telle sorte que la phase du premier signal porteur est inversée à chaque intervalle de lignes; la modulation d'un second signal porteur (10) par l'autre signal de composante de chrominance CR, ce second signal porteur ayant une séquence à deux trames, de telle sorte que La phase du second signal porteur est inversée à chaque intervaLLe de trames; et la combinaison d'un signal de Luminance Y avec les signaux de chrominance CB, CR modulés de manière à réduire la lar- geur de bande du signal vidéo composite.