Brevet FR2667753A1 — publié le 19920410

iDISPOSITIF DE CODAGE DE SIGNAUX NUMERIQUES CORRESPONDANT A DES IMAGES DE TELEVISIONW La présente invention concerne un dispositif de codage de signaux numériques correspondant à des images de télévision subdivisées en blocs, comprenant (A) un étage de codage à longueur variable (B) un étage de reconstruction connecté en parallèle dans l'étage de codage et prévu pour exécuter, sur les signaux présents à son point de raccordement avec ledit étage de codage, une première série d'opérations inverses de celles déjà exécutées en ce point de raccordement sur les signaux d'entrée dudit étage de codage, ledit étage de reconstruction comprenant à cet effet une première voie de reconstruction d'image à haute définition (C) un étage d'estimation de mouvement entre images, délivrant des informations de mouvement correspondant respectivement aux blocs (D) un étage de prédiction à partir des signaux de sortie desdits étages de reconstruction et d'estimation de mouvement (E) un étage de sélection, à partir des signaux d'entrée du dispositif de codage et des signaux de sortie dudit étage de prédiction, des signaux à coder dans ledit étage de codage. Cette invention trouve une application avantageuse dans le cadre du codage numérique d'images de télévision selon deux niveaux de définition, par exemple pour coder des images à haute définition et assurer leur restitution avec une excellente qualité d'image, tout en permettant aux récepteurs de télévision classiques, de définition plus faible, de recevoir quand même ces programmes à haute définition. La distribution d'images numériques de télévision à haute définition constitue à l'heure actuelle un axe de recherche très actif. Il est cependant très vite apparu aux industriels concernés que ce nouveau service n'aurait de succès que si les programmes à haute définition pouvaient être reçus non seulement par les récepteurs de télévision à haute définition, mais aussi par les récepteurs classiques. Une telle distribution, dite compatible", est effectivement assurée si une fraction du flot des données qui correspondent au programme à haute définition peut facilement être prélevée et traitée par le récepteur classique pour que celui-ci délivre les images de télévision normales (dites compatibles : 625 lignes, 50 Hz, 2:1, rapport 16/9). Cette solution technique permet de distribuer simultanément des programmes de télévision classiques et des programmes de télévision à haute définition, avec une économie certaine en matière de débit d'informations (le débit ainsi économisé est pratiquement celui qui correspondrait à la distribution des images TV seules). La séparation du flot des données à haute définition en deux parties, correspondant d'une part aux seules données dites compatibles (qu'on appellera par la suite les informations TV) et d'autre part aux données complémentaires dites additionnelles (concernant les images à haute définition et qu'on appellera par la suite les informations HD), constitue bien entendu une contrainte au niveau du codeur à haute définition (ou codeur HD) présent à l'émission, puisque les données doivent contenir les informations permettant la reconstruction des images compatibles. La mise en place de ces informations peut, en particulier, conduire à une dégradation de la qualité des images à haute définition. La solution qui semble actuellement la meilleure pour assurer cette distribution compatible repose sur l'emploi d'un codeur utilisant une transformation orthogonale telle qu'une transformation cosinus discrète (notée DCT), qui opère sur chaque image divisée en blocs. La reconstruction des images compatibles à partir des données à haute définition est obtenue à l'aide d'un découpage dans le domaine fréquentiel pour chaque bloc d'image à haute définition sur lequel est réalisée la tranformation DCT, on ne transmet au décodeur d'images compatibles (ou décodeur TV), parmi les coefficients résultant de cette transformation, que ceux correspondant aux fréquences les plus faibles.Les coefficients ainsi sélectionnés deviennent les coefficients constitutifs de nouveaux blocs d'image de dimensions ici deux fois plus faibles que celles des précédents dans chaque direction horizontale ou verticale. Les images compatibles ainsi obtenues restent de bonne qualité tant que les décodeurs TV n'incorporent pas de dispositifs de compensation de mouvement. Lorsque de tels dispositifs sont prévus, une prédiction préalable du mouvement est nécessaire, et celle-ci doit être effectuée avec la résolution de la haute définition pour maintenir la qualité d'image lors du décodage des images à haute définition. On constate cependant une certaine discordance entre le contenu des blocs ainsi prédits lors du codage et du décodage à haute définition et celui des blocs prédits dans le cas du décodage des images compatibles. Des effets de dégradation de la qualité des images compatibles se produisent alors, et qui sont, en outre, cumulatifs, du fait de la récursivité du dispositif. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de codage de signaux numériques correspondant à des images de télévision, grâce auquel il est possible de remédier à l'inconvénient cité, et de reconstituer ultérieurement à la fois des images TV et des images HD de bonne qualité. L'invention concerne à cet effet un dispositif de codage caractérisé en ce que l'étage de reconstruction comprend également, en plus de ladite première voie (a) une deuxième voie de reconstruction d'image à définition réduite prévue pour exécuter, sur une fraction des signaux présents après conversion de balayage inverse, une deuxième série d'opérations inverses de celles déjà exécutées audit point de raccordement avec l'étage de codage et complétées par une compensation du mouvement estimé (b) un sous-ensemble de mémorisation hybride, prévu pour délivrer avant prédiction une image résultant d'un mélange pondéré entre lesdites images à haute définition et à définition réduite présentes en sortie desdites première et deuxième voies. Le document "Coding television signals at 320 and 64 kbits/s", G.Kummerfeldt et al., Proceedings of the SPIE, décembre 1985, Cannes (France), volume 594, Image Coding, pages 119-128, décrit, notamment sur sa figure 2, un dispositif de codage à longueur variable faisant appel à une reconstruction d'image et à une prédiction des signaux à coder à partir de ladite reconstruction. Un tel dispositif ignore cependant complètement le problème qui consiste, dans le cas d'une distribution d'images à deux niveaux de définition, à délivrer les informations simultanément nécessaires pour la transmission et la reconstitution, côté réception, d'images de télévision à haute définition et d'images de télévision compatibles. La structure ici proposée constitue au contraire une solution technique satisfaisante à ce problème. Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus précise dans la description qui suit et sur les figures annexées, données à titre d'exemple non limitatif et dans lesquelles - la figure 1 montre un exemple de réalisation d'un dispositif de codage selon l'invention - les figures 2a et 2b montrent un balayage de coefficients de type traditionnel et un balayage dit en zig-zag modifié. Le dispositif de codage représenté sur la figure 1 comprend tout d'abord un étage de sélection des signaux à coder (des images HDTV, 1250 lignes, 1:1, 50 Hz), qui est ici un circuit 100 dit de décision inter/intra. Ce circuit 100 comprend d'une part un premier circuit de calcul d'énergies 11, qui effectue tout d'abord, sur les signaux d'entrée du dispositif, le calcul de l'énergie contenue par bloc d'image dans les composantes autres que la composante continue, la référence B désignant le bloc courant. Le circuit 100 comprend également un soustracteur 12 qui reçoit d'une part les échantillons correspondant à un bloc B courant et d'autre part les échantillons correspondant au bloc B' prédit délivré par un étage de prédiction 400 décrit plus loin.La soustraction B-B' étant opérée, le circuit il de calcul d'énergies détermine cette fois l'énergie contenue dans ce bloc d'échantillons constitué en sortie du soustracteur 102 (toujours hors composante continue), puis, selon le résultat d'une comparaison des deux énergies ainsi calculées, sélectionne l'un ou l'autre de deux modes de codage dits codage inter-image (B-B' est codé) et codage intra-image (B est codé) et appelés codages inter et intra par abréviation. Une information additionnelle Mc précisant ce mode de codage est alors émise par le circuit 100, car elle sera nécessaire, notamment à la réception,pour permettre la reconstruction des images. L'étage de sélection est suivi d'un étage 200 de codage à longueur variable constituant la chaîne de codage proprement dite. Cette chaîne de codage comprend ici un circuit 21 de transformation cosinus discrète (sur des blocs de 8 x 8 coefficients, et donc notée DCT 8 x 8), un circuit 22 de conversion de balayage, un circuit 23 de quantification, un circuit 24 de codage à longueur variable, un circuit 25 de mémorisation, et un circuit 26 de régulation de débit délivrant une information de normalisation renvoyée vers le circuit 23. Le balayage -c'est-à-dire l'ordre de lecture- des coefficients délivrés par le circuit 21 de transformation orthogonale est ici un balayage dit en zig-zag modifié. La figure 2a montre l'ordre de lecture des coefficients dans le cas d'un balayage en zig-zag traditionnel, et la figure 2b l'ordre de lecture adopté dans le cas présent du balayage en zig-zag modifié. Les signaux présents en sortie du circuit de quantification 23 sont fournis à un étage de reconstruction 300 constitué de la façon suivante. Cet étage 300 comprend un circuit 31 de quantification inverse, puis, en sortie de celuici, une première voie de reconstruction d'une image à haute définition comprenant elle-même un circuit 32 de conversion de balayage inverse, un circuit 34a de transformation cosinus discrète inverse (effectuée sur des blocs de 8 x 8 coefficients, et notée DCT 8 x 8 inverse), et un circuit 35a de reconstruction du signal à haute définition tel qu'il serait décodé, aux erreurs de transmission près (ce circuit 35a recevant, pour permettre ladite reconstruction, les signaux B' et Mc).L'étage 300 comprend également, en sortie du circuit 32 de conversion de balayage inverse, une deuxième voie de reconstruction d'une image à définition réduite -ici l'image TV compatible- comprenant elle-même un circuit de troncature 33 permettant de sélectionner une fraction des coefficients du bloc, ici les seize premiers dans l'ordre du balayage en zig-zag modifié, un circuit 34b de transformation cosinus discrète inverse (notée DCT 4 x 4 inverse puisque le nouveau bloc ainsi constitué ne contient plus que 4 x 4 coefficients), un circuit 35b de reconstitution de signal de télévision compatible tel qu'il serait décodé aux erreurs de transmission près, une mémoire 36b de stockage du signal ainsi reconstitué, un circuit 37b de compensation de mouvement, et un circuit 38b de rééchantillonnage et de remise en phase.L'étage 300 comprend enfin, en sortie des première et deuxième voies de reconstruction, un sous-ensemble 39 de mémorisation hybride, comprenant lui-même un multiplieur 39a et un multiplieur 39b des sorties desdites voies par un coefficient et par un coefficient (1La) respectivement (a étant compris entre O et 1), ainsi qu'un additionneur 39c des sorties desdits multiplieurs et une mémoire hybride 39d stockant la sortie dudit additionneur. Le circuit 38b est prévu pour réaligner le nombre de points d'image constituant les images qui se présentent à l'entrée des multiplieurs, ainsi que pour la remise en phase de ces images (en raison du déphasage dû à la transformation DCT 4 x 4 inverse). La sortie de la mémoire 39d est fournie à l'étage d'estimation de mouvement 500 et à l'étage de prédiction 400. Cet étage de prédiction 400, destiné comme précédemment à délivrer les blocs B' prédits, est ici1 en fait, un circuit d'adressage de la mémoire 39d, cet adressage étant effectué en fonction de vecteurs de mouvement fourni par un étage 500 d'estimation de mouvement. Ledit étage 500 comprend, de façon classique, un corrélateur par blocs entre l'image courante présente à l'entrée du dispositif et l'image reconstituée présente en sortie de la mémoire 39d. REVENDICATIONS 1. Dispositif de codage de signaux numériques correspondant à des images de télévision subdivisées en blocs, comprenant (A) un étage de codage à longueur variable (B) un étage de reconstruction connecté en parallèle dans l'étage de codage et prévu pour exécuter sur les signaux présents à son point de raccordement avec ledit étage de codage, une première série d'opérations inverses de celles déjà exécutées en ce point de raccordement sur les signaux d'entrée dudit étage de codage, ledit étage de reconstruction comprenant à cet effet une première voie de reconstruction d'image à haute définition (C) un étage d'estimation de mouvement entre images, délivrant des informations de mouvement correspondant respectivement aux blocs (D) un étage de prédiction à partir des signaux de sortie desdits étages de reconstruction et d'estimation de mouvement (E) un étage de sélection, à partir des signaux d'entrée du dispositif de codage et des signaux de sortie dudit étage de prédiction, des signaux à coder dans ledit étage de codage ledit dispositif de codage étant caractérisé en ce que l'étage de reconstruction comprend également, en plus de ladite première voie (a) une deuxième voie de reconstruction d'image à définition réduite prévue pour exécuter, sur une fraction des signaux présents après conversion de balayage inverse, une deuxième série d'opérations inverses de celles déjà exécutées audit point de raccordement avec l'étage de codage et complétées par une compensation du mouvement estimé (b) un sous-ensemble de mémorisation hybride, prévu pour délivrer avant prédiction une image résultant d'un mélange pondéré entre lesdites images à haute définition et à définition réduite présentes en sortie desdites première et deuxième voies. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première voie de reconstruction d'image à haute définition comprend (a) un circuit de quantification inverse (b) un circuit de conversion de balayage inverse (c) un circuit de transformation orthogonale inverse (d) un circuit de reconstruction du signal tel qu'il serait décodé après transmission, aux erreurs de transmission près caractérisé en ce que, dans ledit étage de reconstruction (1) la deuxième voie de reconstruction d'image à définition réduite comprend (a) ledit circuit de quantification inverse (b) ledit circuit de conversion de balayage inverse (c) un circuit de troncature pour prélever une fraction des coefficients présents en sortie dudit circuit de conversion de balayage inverse (d) un circuit de transformation orthogonale inverse (e) un circuit de reconstruction du signal à définition réduite tel qu'il serait décodé après transmission, aux erreurs de transmission près (f) une mémoire de stockage dudit signal reconstruit (g) entre ladite mémoire et ledit circuit de reconstruction, un circuit de compensation de mouvement (2) ledit sous-ensemble de mémorisation hybride comprend (a) un multiplieur1 par un coefficient a compris entre 0 et ?, de la sortie de la première voie de reconstruction d'image à haute définition (b) un multiplieur, par le coefficient (la), de la sortie de la deuxième voie de reconstruction d'image à définition réduite, un circuit de rééchantillonnage et de remise en phase étant inséré entre ladite sortie de la deuxième voie et l'entrée correspondante du multiplieur associé (c) un additionneur des sorties desdits multiplieurs (d) une mémoire de stockage de la sortie dudit additionneur, la sortie de ladite mémoire étant fournie à l'étage de prédiction ainsi que lesdites informations de mouvement.