Brevet FR2660137A1 — publié le 19910927

Procédé de diffusion flexible de séquences d'images vers des mobiles, et récepteur correspondant. Le domaine de l'invention est celui de la diffusion de séquences d'images numériques, et en particulier de signaux de télévision, vers des mobiles. L'invention s'applique notamment à la transmission d'images numériques d'une part vers des mobiles se déplaçant à faible vitesse, exigeant une qualité d'image reçue élevée, et d'autre part vers des mobiles se déplaçant rapidement. Par mobiles, on entend tout type de récepteurs susceptibles d'être déplacés, du récepteur domestique portable au récepteur embarqué dans un véhicule. Une autre application de l'invention est l'adaptation du signal reçu au type de récepteurs, et plus précisément à la largeur d'écran de ces récepteurs. On connaît déjà de nombreux systèmes de diffusion de données numéri- ques, susceptibles d'être appliqués à la télévision numérique. Comme il n'existe pas de canal de transmission permettant d'assurer un débit compatible avec celui nécessaire pour des séquences d'images transmises en temps réel, ces systèmes comprennent des moyens de réduction de débit du signal à transmettre, notamment en exploitant les redondances existant dans les séquences d'images. Ces systèmes permettent d'assurer la réception d'images de bonne qualité dans des récepteurs fixes En revanche, ils ne peuvent pas garantir une réception fiable dans des décodeurs mobiles En effet, les récepteurs mobiles sont soumis à de nombreuses contraintes, d'une part à cause de l'effet Doppler introduit pas le déplacement, et d'autre part en raison des problèmes de multipropagation, engendrant des phénomènes d'évanouissement, et des parasites et brouilleurs, qui existent en particulier en milieu urbain Il est donc nécessaire d'utiliser des techniques de codage plus robustes, ce qui se traduit évidemment par une perte de débit Dans les conditions actuelles, les débits envisageables sont insuffisants pour assurer de façon satisfaisante la diffusion d'images numériques en temps réel vers des mobiles. a L'invention a pour objectif de pallier cet inconvénient. Plus précisément, l'invention a pour objectif de fournir un procédé de diffusion de signaux d'images numériques, permettant une réception optimale dans des mobiles, quelle que soit leur vitesse de déplacement. D'autre part, il est vraisemblable que l'utilisation de récepteurs de télévision mobiles s'effectuera dans une grande diversité de conditions de visualisation Plus précisément, on imagine très bien que les récepteurs mobiles pourront présenter une taille d'écran allant de la montre-bracelet au micro- ordinateur portable Le spectateur pourra, suivant les cas, se trouver à distance lointaine ou très rapprochée de l'écran Le récepteur pourra posséder des modules de traitement plus ou moins sophistiqués La vitesse de déplacement du récepteur s'échelonnera entre celle de la marche à pieds et celle des engins balistiques de transport intercontinental En conséquence, le coeur de l'invention se trouve également dans l'idée de concevoir un procédé de transmission de signaux de données d'images transmettant plusieurs niveaux de qualité d'image sélectivement "récupérables" et utilisables par le récepteur en fonction des conditions de réception et de visualisation. Le cas échéant, la capacité du récepteur mobile à utiliser telle ou telle portion des données transmises est soit prédéterminée définitivement dans la constitution de l'appareil, soit adaptative en fonction des configurations de réception. L'invention a également pour objectif de fournir des dispositifs d'enregis- trement d'images numériques dans des mobiles sous au moins deux niveaux de qualité, en fonction de la vitesse de déplacement. Ces caractéristiques ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteintes selon l'invention à l'aide d'un procédé de diffusion de séquences d'images numériques vers des mobiles, caractérisé en ce que les éléments de données constitutifs desdites séquences d'images sont répartis en au moins deux jeux d'éléments de données complémentaires, chacun desdits jeux étant émis de façon indépendante, un premier desdits jeux de données permettant de reconstruire, dans des premiers récepteurs, par exemple du type récepteur à écran de petite taille, des images de qualité standard, et au moins un second desdits jeux permettant de reconstruire, en combinaison avec au moins ledit premier jeu, dans des seconds récepteurs, par exemple du type récepteur à écran de taille plus importante, des images de qualité supérieure. De cette façon, la discrimination au sein des données de plusieurs jeux de données permet une exploitation sélective d'un seul ou de plusieurs de ces jeux de données au récepteur, en fonction des conditions de réception et de visualisation. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, le procédé assure l'émission des données dans l'espace temps t fréquence f sous forme de symboles constitués chacun d'un multiplex de N porteuses orthogonales modulées par N éléments numériques et diffusées simultanément, chacun desdits jeux de données résultant de ladite opération de répartition étant associé à un jeu distinct de fréquences porteuses sélectionnées dans ledit multiplex. Selon cette autre caractéristique le l'invention, on utilise ainsi avantageuse- ment la robustesse de ce type de transmission par multiplex de porteuses orthogonales (technique dite COFDM), dont on constate qu'elle est compatible avec le principe de discriminer plusieurs jeux de données dans le signal d'origine, en raison de l'indépendance des porteuses constituant le multiplex. Avantageusement, la répartition desdits éléments de données d'image en jeux de données distincts est effectuée selon un critère d'importance psychovisuelle. D'autre part, dans un mode de réalisation préférentiel des récepteurs, ceux-ci comportent des moyens de prise en compte sélective d'un ou plusieurs desdits jeux de données en fonction d'au moins un des critères appartenant au groupe comprenant la taille et/ou la définition de l'écran du récepteur, et la capacité et/ou la vitesse de traitement des données au récepteur. Par ailleurs, dans certains modes de réalisation, il est avantageux que les récepteurs comprennent des moyens de sélection adaptative des jeux d'éléments de données utilisés pour reconstruire les images, notamment en fonction de la vitesse de déplacement du mobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un synoptique d'un émetteur selon le procédé de l'invention, dans le cas d'une répartition des éléments de données à transmettre en deux jeux distincts; la figure 2 présente le synoptique d'un récepteur d'images numériques diffusés par l'émetteur de la figure 1, n'utilisant qu'un seul jeu d'éléments de données; la figure 3 est le synoptique d'un récepteur d'images numériques diffusées par l'émetteur de la figure 1, et utilisant l'ensemble des données transmises. Partant du double constat que, d'une part, la taille des écrans de récepteurs de télévision mobiles couvre une très large gamme, ne nécessitant pas des définitions d'images identiques, et que, d'autre part, les conditions de réception dans lesquelles sont utilisés ces récepteurs sont très variables, notamment en terme de vitesse de déplacement, l'invention propose un procédé visant à permettre une réception adaptée aux différents cas de figures pouvant se présenter. Pour cela, on répartit les données à transmettre en au moins deux jeux de données distincts La figure 1 présente un synoptique général d'un émetteur selon le procédé de l'invention, dans le cas d'une répartition entre deux jeux de données Jl et J 2 Toutefois, il est clair que l'invention ne se limite pas à ce cas, et qu'il est possible de traiter de la même façon un nombre plus important de jeux de données. Les données d'images 10 sont soumises à un module 11 de codage de l'image, dont l'objectif est de réduire le débit des données à transmettre Ce module 11 réalise notamment un compactage de l'information, par exemple en utilisant les redondances existant dans l'image ou la séquence d'images, une quantification des données compactées, et l'attribution à chaque valeur quantifiée d'un mot de code. Ces opérations sont classiques du codage d'images On connaît de nombreuses façons de les mettre en oeuvre. Les éléments de données 12 issus du module 11 de codage sont ensuite répartis en deux jeux de données Jl et J 2, par un module 13 de répartition. Avantageusement, cette répartition est assurée selon un critère psychovi- suel Dans ce cas, le jeu de données Jl comprend essentiellement des données de base, permettant de reconstruire une image de qualité acceptable, et le second jeu J 2 des données complémentaires, permettant d'affiner l'image reconstruite à partir du seul jeu Jl. Les deux jeux de données Jl et J 2 sont ensuite multiplexés et émis, par un codeur du type COFDM Il est également possible de multiplexer et d'émettre ces deux jeux de données de toute autre façon connue, notamment par l'intermédiaire d'une seule fréquence porteuse. Le codage COFDM (Coding Orthogonal Frequency Division Multiplex (Multiplexage de Fréquences Orthogonales Codées)), tel que décrit dans les demandes de brevets françaises 86 09622 du 2 juillet 1986, et 86 13271 du 23 septembre 1986 au nom de l'Etat Français et de Télédiffusion de France, a déjà été utilisé pour la radiodiffusion sonore numérique vers des mobiles. Ce système de diffusion numérique est basé sur l'utilisation conjointe d'un dispositif de codage de canal et d'un procédé de modulation par multiplexage de fréquences orthogonales. Le procédé de modulation proprement dit de ce système connu permet de s'affranchir des problèmes liés à la sélectivité en fréquence du canal Il consiste à assurer la répartition d'éléments numériques constitutifs du signal de données dans l'espace fréquence f temps t et à émettre simultanément des jeux d'éléments numériques sur N voies de diffusion parallèles au moyen d'un multiplex de fréquences utilisant des porteuses orthogonales En particulier, ce type de modulation permet d'éviter que deux éléments successifs du train de données soient émis à la même fréquence. Le processus de codage connu vise dans son ensemble à permettre le traitement des échantillons issus du démodulateur pour absorber l'effet des variations d'amplitude du signal reçu, dues au processus de Rayleigh Le codage est avantageusement un codage convolutif, éventuellement concaténé à un codage du type Reed-Solomon Le décodage peut être avantageusement un décodage de Viterbi à décision douce. De façon connue, les éléments numériques codés sont de plus entrelacés, en temps et en fréquence, de façon à maximiser l'indépendance statistique des échantillons vis-à-vis du processus de Rayleigh et du caractère sélectif du canal. Ce système permet donc la diffusion de signaux numériques dans des canaux affectés de trajets multiples dont les caractéristiques varient dans le temps. Notamment, il permet de recevoir dans de bonnes conditions des données numériques dans des mobiles en milieu urbain. Dans ce cas, il est possible d'attribuer un jeu de fréquences-porteuses particulier à chacun des jeux de données Jl et J 2 Ainsi, les décodeurs simples disposent de moyens de décoder les fréquences-porteuses du seul jeu de porteuses correspondant au premier jeu de données Jl En revanche, les décodeurs complets décodent l'ensemble des N fréquences-porteuses. La figure 2 présente le synoptique d'un récepteur simple, c'est-à-dire utilisant le seul jeu de données Jl Ce type concerne essentiellement les récepteurs à écran de petite taille, et/ou à coût de fabrication réduit et/ou destinés à être utilisés à des vitesses élevées et/ou à capacité de traitement limitée. Le signal 20 reçu est démultiplexé et décodé, dans un décodeur COFDM 21 classique, qui ne démodule que les porteuses assignées au jeu de données Jl. Ce jeu de données Jl permet, dans un module 22 de décodage, de reconstruire des images 23, visualisées sur l'écran 24 Ces images seront bien entendu de qualité inférieure à celles émises Toutefois, si la répartition entre les jeux Jl et J 2 est réalisée de façon judicieuse, notamment sur critère psychovisuel, les images 23 seront d'une qualité satisfaisante, en particulier sur un écran de petite taille. La figure 3 présente le synoptique d'un récepteur complet, exploitant les deux jeux de données transmis Jl et J 2. Ce récepteur réalise, à partir du signal 30 reçu, un codage COFDM 31 identique à celui réalisé par le récepteur de la figure 2 Toutefois, ce décodage effectue la démodulation de l'ensemble des porteuses du multiplex, fournissant les deux jeux de données Jl et J 2 à un module 32 de regroupement de l'ensemble des données 33 constituant une image Ces données 33 permettent d'obtenir, après décodage 34, des images 35 de qualité équivalente à celles disponibles à l'émission, sur un écran de visualisation 36. Cette séparation en deux trains binaires permet également de définir de nouveaux moyens de stockage d'images, notamment du type magnétoscope ou disque optique, à deux niveaux de qualité En effet, selon le niveau de qualité requis, il est possible de mémoriser soit le seul premier jeu de données Jl, soit les deux jeux de données Jl et J 2, au prix d'une consommation d'espace mémoire supérieure En d'autres termes, des images dont la qualité n'a que peu d'importance pourront être stockées en ne conservant que l'information essentielle du jeu de données Jl, réduisant ainsi la place occupée sur le support, alors que les images de haute qualité seront mémorisées de façon complète. Il est clair que les données d'images peuvent être réparties en plus de deux jeux, de la même façon, permettant de définir autant de types de récepteurs et de niveaux de qualité d'enregistrement. Une autre caractéristique avantageuse de l'invention est la possibilité de définir des récepteurs dans lesquels il est possible de choisir l'un ou l'autre des types de réception, c'est-à-dire le seul jeu Jl ou l'ensemble des deux jeux Ji et J 2. Cette sélection peut éventuellement être rendue automatique, par exemple en fonction de la vitesse de déplacement. REVENDICATIONS 1 Procédé de diffusion de séquences d'images numériques ( 10) vers des mobiles, caractérisé en ce que les éléments ( 12) de données constitutifs desdites séquences d'images ( 10) sont répartis ( 13) en au moins deux jeux (J 1,J 2) d'éléments de données complémentaires, chacun desdits jeux étant émis de façon indépen- dante, un premier desdits jeux (J 1) de données permettant de reconstruire, dans des premiers récepteurs, par exemple du type récepteur à écran de petite taille, des images ( 23) de qualité standard, et au moins un second desdits jeux (J 2) permettant de reconstruire, en combinaison avec au moins ledit premier jeu (Jl), dans des seconds récepteurs, par exemple du type récepteur à écran de taille plus importante, des images ( 35) de qualité supérieure. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on émet les données dans l'espace temps t fréquence f sous forme de symboles constitués chacun d'un multiplex de N porteuses orthogonales modulées par N éléments numériques et diffusées simultanément, et en ce que chacun desdits jeux (J 1,J 2) d'éléments de données résultant de ladite opération de répartition ( 13) est associé à un jeu distinct de fréquences porteuses sélectionnées dans ledit multiplex. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la répartition ( 13) desdits éléments ( 12) de données d'image en jeux (J 1,J 2) d'éléments de données distincts est effectuée selon un critère d'importance psychovisuelle. 4 Récepteur de séquences d'images numériques diffusées selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de prise en compte sélective d'un ou plusieurs desdits jeux (J 1,J 2) d'éléments de données en fonction d'au moins un des critères appartenant au groupe comprenant la taille et/ou la définition de l'écran du récepteur, et la capacité et/ou la vitesse de traitement des données au récepteur. Récepteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de sélection adaptative des jeux (J 1,J 2) d'éléments de données utilisés pour reconstruire les images, en fonction de la vitesse de déplacement du mobile. 6 Récepteur selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'enregistrement desdites séquences d'images numériques sous au moins deux formes, chacune desdites formes d'enregistrement correspondant à l'enregistrement d'une sélection différente des jeux (J 1,J 2) d'éléments de données.