Brevet FR2673014A1 — publié le 19920821

DISPOSITIF DE CODAGE DE SIGNAL D'IMAGE La présente invention concerne un dispositif qui code des signaux d'image au moyen d'un traitement d'image, et elle porte plus particulièrement sur un dispositif de 5 codage de signal d'image qui commande de façon appropriée la taille de pas de quantification conformément à des nom- bres d'images sautées entre des images émises consécutives, ou à des quantités de données qui sont générées. Dans des dispositifs qui codent et émettent des signaux d'image, la quantité d'information codée qui est générée varie fortement en fonction du degré de mouvement des images considérées D'autre part, du fait que la capa- cité de la voie de transmission est prédéterminée, on utilise une mémoire tampon dans le but de lisser les fluc-15 tuations des données qui sont générées En outre, on con- nait un procédé pour commander de façon appropriée la taille de pas de quantification conformément à la quantité de données générées, et pour commander ainsi la valeur de la résolution spatiale Par exemple, la première publica-20 tion de demande de brevet du Japon no SHO 63-3586, décrit un dispositif qui commande de façon appropriée un seuil de quantification, au moyen d'un circuit de commande, sur la base de la quantité d'information qui est accumulée dans une mémoire tampon.25 Dans l'art antérieur décrit ci-dessus, la taille de pas de quantification est commandée directement en fonc- tion de la quantité d'information qui est accumulée dans 2 une mémoire tampon d'émission, ou en fonction de données de vecteur de mouvement, et on ne peut pas effectuer une com- mande précisede la taille de pas de quantification confor- mément au niveau d'utilisation de la mémoire tampon ou à 5 des variations de la quantité de données émises, ce qui fait apparaître un problème consistant en une insuffisance de l'amélioration de la qualité d'image. Un but de la présente invention est donc de procurer, dans un système de codage de signal d'image qui est capable de fonctionner avec une cadence d'image variable, un dispositif de codage de signal d'image qui est capable d'effectuer une commande de la taille de pas de quantifi- cation qui prédit des variations du niveau d'utilisation d'une mémoire tampon, et qui est capable de réaliser une15 transmission d'image de haute qualité, conformément aux exigences de l'utilisateur, au moyen de l'indication exter- ne d'une valeur de base consistant en un seuil d'actualisa- tion de la taille de pas de quantification. Pour atteindre le but ci- dessus, la taille de pas de quantification est commandée à l'aide de moyens de calcul de correction de tampon qui calculent une valeur de correction pour la quantité d'information contenue dans le tampon, indiquant l'excédent de capacité du tampon d'émis- sion précité, sur la base du nombre d'images sautées et25 d'une vitesse de transmission fournie précédemment, et à l'aide de moyens de calcul de taille de pas, qui présentent en sortie une taille de pas de quantification qui devient plus faible au fur et à mesure que la valeur de correction pour la quantité d'information dans le tampon augmente, ce30 qui indique un excédent de capacité du tampon d'émission. En outre, lorsque la taille de pas de quantification est émise par les moyens de calcul de taille de pas décrits ci- dessus, la quantification est accomplie au moyen de la taille de pas émise précitée, seulement lorsque la diffé-35 rence entre la taille de pas émise et la taille de pas qui 3 a été utilisée au moment immédiatement précédent dépasse une valeur spécifiée qui est fournie de façon externe. Dans des dispositifs de codage ayant des cadences d'images variables, plus le nombre d'images sautées entre des images transmises consécutives est grand, ou plus la vitesse de transmission est grande, plus la capacité de tampon que l'on peut utiliser devient grande Par consé- quent, la capacité de tampon excédentaire que l'on peut utiliser peut être prédite à partir du nombre d'images10 sautées et de la vitesse de transmission, et si on effectue une commande telle que lorsque la capacité excédentaire devient grande, le pas de quantification devient faible, il est possible d'effectuer la quantification au moyen de la plus petite taille de pas dans une plage telle que le15 tampon d'émission ne déborde pas, et il est possible de réaliser une transmission avec une bonne qualité d'image. En outre, lorsque la différence entre la taille de pas qui est ainsi déterminée et la valeur immédiatement précédente est inférieure à une valeur spécifiée, la taille de pas20 n'est pas actualisée, et par conséquent il est possible de limiter les données d'actualisation. Avec la présente invention, dans le cas o on saute des images entre des images consécutives transmises, l'introduction d'une valeur de correction pour la quantité25 d'information accumulée dans le tampon, qui prédit l'aug- mentation ou la diminution de la quantité d'information accumulée dans le tampon, permet d'effectuer une commande plus précise de la taille de pas de quantification, et donc de transmettre des images de haute qualité.30 D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels:35 La figure 1 est un schéma synoptique montrant un 4 mode de réalisation préféré du dispositif de codage de signal d'image de l'invention. La figure 2 est un schéma synoptique montrant un exemple concret de la structure du dispositif de commande de taille de pas. La figure 3 est un schéma synoptique montrant un autre exemple concret de la structure du dispositif de com- mande de taille de pas. La figure 4 montre des états d'utilisation du tampon du dispositif de l'invention et d'un dispositif classique. La figure 1 montre un mode de réalisation préféré de l'invention qui est utilisé dans un système de télécom- munication qui est capable de transmettre des quantités15 limitées de données Le dispositif de codage de signal d'image du mode de réalisation préféré présent utilise un codage sur un intervalle d'image, en employant une trans- formation orthogonale et une compensation de mouvement au moyen de vecteurs de mouvement Un signal de télévision 120 est converti en un signal d'image numérique dans un conver- tisseur A/N 100, et il est enregistré dans une mémoire d'image 110 Comme décrit ci-dessus, le signal d'image de régénération de l'image précédente, qui a été décodé localement, est enregistré dans une mémoire d'image à retard25 variable 210, ce signal d'image est appliqué au soustrac- teur 120 par l'intermédiaire du filtre de boucle 200, la différence entre ce signal et l'image présente est calcu- lée, et un signal de différence est appliqué au dispositif de transformation orthogonale 130 Parmi les procédés de30 transformation orthogonale actuels, le procédé de trans- formation en cosinus de type discret est courant, et dans ce procédé l'écran correspondant à une image est divisé en un certain nombre de blocs, et une transformation en cosinus est effectuée sur les données d'image de chacun des35 blocs (correspondant par exemple à 8 sur 8 pixels) Le signal de transformation, qui a été transformé de façon orthogonale, est quantifié dans le quantificateur 140, pour donner des niveaux discrets linéaires ou non linéaires, il est codé en un code à longueur variable correspondant à la 5 fréquence de génération, au moyen du codeur à longueur variable 150, et il est ensuite appliqué au dispositif d'assemblage d'images 160 Dans le dispositif d'assemblage d'images 160, des images qui sont utilisées pour la trans- mission sont assemblées à partir des données d'image10 codées, et de données supplémentaires (vecteurs de mouve- ment 3, modes de codage 4), et cette information est enre- gistrée dans la mémoire tampon d'émission 170, et elle est émise par le circuit de télécommunication sous la forme de données d'émission 2. Ce mode de réalisation de l'invention comprend une boucle de décodage locale Ainsi, le signal de sortie du quantificateur 140 est transformé en un signal d'image de régénération au moyen d'un quantificateur inverse 240 et d'un dispositif de transformation orthogonale inverse 230,20 et les données obtenues sont additionnées aux données de l'image précédente par l'additionneur 220, et elles sont enregistrées dans la mémoire d'image à retard variable 210. Le détecteur de vecteur de mouvement 300, qui est nécessai- re pour la compensation du mouvement, détecte le mouvement25 au moyen d'un traitement de comparaison de configurations entre l'information d'entrée d'image présente et l'informa- tion d'entrée d'image précédente, et les résultats de ce traitement sont appliqués au dispositif d'évaluation de vecteur de mouvement/mode de codage 310, et un vecteur de30 mouvement 300 et un mode de codage 4 sont générés à titre de données supplémentaires Le dispositif de commande de caractéristiques temporelles de codage 500 reçoit le mode de codage 4 et il code un signal de validation de début d'image (FSEN) 5, et il génère et émet un signal de comman-35 de de mémoire d'image 6, un signal de commande de direction 6 de mouvement 7, un signal de commande de mémoire à retard variable 8, un signal de début de codage d'image (FSS) 9, et un signal de synchronisation de bloc de codage (MBS) 10. Un dispositif de commande de cadence d'images 700 commande 5 le dispositif de commande de caractéristiques temporelles de codage 500 et il commande la cadence d'images correspon- dant au traitement d'image de l'ensemble du dispositif de codage Des valeurs de fixation du nombre minimal et du nombre maximal d'images sautées (entre des images consécu-10 tives qui sont transmises) S min et Smax, une valeur limite BL de la quantité d'information accumulée dans le tampon, et un signal de verrouillage d'image (FST) 18 sont appli- qués, sous la forme de signaux fixés de façon externe, au dispositif de commande de cadence d'images 700, et en15 outre, des données de mouvement 3, une quantité d'informa- tion accumulée dans le tampon B, le signal de début de codage d'image 9, le signal de synchronisation de bloc de codage 10 et la taille de pas Qs sont appliqués à titre de signaux internes Sur la base de ces signaux d'entrée, le20 signal de validation de début de codage d'image 5 est géné- ré par un procédé prédéterminé, et l'image qui sera traitée par le dispositif est commandée et sélectionnée. Le fonctionnement décrit ci- dessus est identique à celui d'un dispositif classique; cependant, le dispositif de commande de taille de pas 600 détermine la largeur des niveaux discrets dans le quantificateur 140 (qu'on appelle la taille de pas), et il représente donc une caractéristi- que distinctive de la présente invention Dans ces condi- tions, le signal de synchronisation de bloc de codage 10,30 le nombre total d'images sautées ST, la quantité d'informa- tion accumulée dans le tampon B, la valeur de fixation de vitesse de transmission P qui est un signal fixé de façon externe, la valeur de fixation du nombre minimal d'images sautées Smin et la valeur limite BL de la quantité d'infor-35 mation accumulée dans le tampon, sont appliqués au dispo- 7 sitif de commande de taille de pas 600, et celui-ci présen- te en sortie la taille de pas Qs. La figure 2 montre un exemple de la structure concrète du dispositif de commande de taille de pas 600, qui représente une caractéristique distinctive de la pré- sente invention L'écran est divisé en blocs comprenant 8 par 8 pixels, et 4 blocs voisins représentant le signal de luminance des images, et deux blocs correspondant dans l'espace à des zones de luminance et représentant des10 signaux de chrominance, soit un total de 6 blocs, consti- tuent ce qu'on appelle un macro-bloc (MB) En outre, le traitement de codage est effectué en utilisant comme unité un micro- bloc; une image complète comprend 396 micro-blocs. Si, à ce moment, on considère un état dans lequel on saute15 S images et on transmet une image, le nombre d'images qui sont transmises en une seconde est 30/( 1 +S), et un nombre de micro-blocs égal à 396 fois cette valeur est codé en une seconde Si on suppose que le nombre de bits au moment du codage d'un micro-bloc est égal à M, le nombre de bits qui20 sont codés et émis en une seconde est x 396 M bits. ( 1 + S) bis( 1 D'autre part, la valeur de fixation de vitesse de trans- mission P conduit à une vitesse de transmission de 64 P x 103 bits par seconde, ce qui fait que lorsque cette valeur est supérieure à la valeur de la formule ( 1), la transmis- sion est possible sans augmentation de la quantité d'infor- mation accumulée dans le tampon B En d'autres termes, lorsque la valeur du nombre de bits de codage M correspon- dant à 1 macro-bloc est inférieure à une valeur qui est30 donnée par la formule: ( 64 x P) 396 5 P ( 1 +S), ( 2) la valeur de la quantité d'information accumulée dans le 8 tampon, B, n'augmente pas Si la valeur de la formule ( 2) est prise pour le nombre de bits utilisables correspondant à 1 macro-bloc, dans le calculateur de MS 610 de la figure 2, la valeur de la formule ( 2) lorsque le nombre d'images sautées S a été fixé à la valeur de fixation du nombre minimal d'images sautées 5 min' est calculée à titre de nombre de bits utilisables de base, MS MS= 5 P ( 1 + Smin) En outre, dans le calculateur de MT 620, la valeur de la formule ( 2) lorsque le nombre d'images sautées S a été fixé à la valeur présente du nombre total d'images sautées ST, est calculée sous la forme du nombre de bits utilisables présent MT: MT = 5 P ( 1 + ST) ( 4) Ensuite, lorsque le circuit de soustraction 630 détermine la quantité MD = MT MS (qui est supérieure à 0), cette quantité indique le nombre de bits en excédent par rapport au nombre de bits utilisables de base, corres- pondant à 1 macro-bloc D'autre part, le signal de synchro-20 nisation de bloc de codage (MBS) 10 est compté dans le compteur de MBS 640, et le nombre de macro-blocs MN est déterminé, et une valeur de correction pour la quantité d'information accumulée dans le tampon, RB, est calculée à partir de ceci, du nombre de bits en excédent MD mentionné25 ci-dessus, et de la quantité d'information accumulée dans le tampon, B, ce calcul s'effectuant dans le calculateur 650 conformément à la formule suivante: RB = B MN x MD ( 5) Cette valeur de correction d'accumulation dans le tampon donne une référence pour la quantité d'information de tampon que l'on peut réellement utiliser, au moyen de la 9 technique de saut d'images d'écran Lorsqu'on utilise cette valeur pour déterminer un index de correction de quantité d'information dans le tampon RB-IDX' qui est rapporté à la valeur limite de la quantité d'information dans le tampon, 5 BL' dans le calculateur de RB-IDX 660, conformément à la formule 256 RB R B-IDX B ( 6) plus cette valeur est faible, plus grand est le nombre de bits avec lequel on peut effectuer le codage fin et émettre10 l'information La constante 256 de la formule ( 6) indique la quantité de données standard de chaque image. Ensuite, le calculateur de QS 670 calcule la quantité Qso en utilisant le Tableau 1, en annexe, dans lequel la taille de pas QS correspond à des valeurs de15 RB-IDX' la quantité obtenue est synchronisée avec le signal d'actualisation de QS' 67, et elle est placée dans le registre de QS 680, et la quantité QS = QSO est émise Dans le Tableau 1, plus la valeur de l'index de correction de quantité d'information accumulée dans le tampon RB-IDX est20 faible, plus la taille de pas QS qu'on obtient est faible, et lorsque le nombre d'images sautées ST devient grand et l'excédent MD du nombre de bits utilisables devient grand (lorsque RB-IDX devient faible), il devient possible d'effectuer une quantification plus fine Par conséquent, comme le montre la quantité d'information accumulée dans le tampon, B, sur la figure 4, dans le dispositif classique la quantité d'information accumulée dans le tampon conserve une valeur pratiquement constante avant l'opération de saut d'images; cependant, dans le mode de réalisation préféré30 présent, la commande est accomplie conformément à une capa- cité excédentaire du tampon, au moyen de l'opération de saut d'image, de la manière décrite ci-dessus, ce qui fait qu'il est possible de réaliser une transmission dans la- quelle la qualité des images est bonne. La figure 3 montre une modification de l'exemple de structure de la figure 2; le procédé d'émission vers l'extérieur de l'information de sortie QSO du calculateur- de QS 670 est différent, tandis que le reste est identique. 5 Dans le mode de réalisation préféré présent, une valeur de fixation de taille de pas de définition QEN est appliquée sous la forme d'un signal fixé de façon externe, et une détermination d'actualisation est effectuée conformément à la formule suivante dans le dispositif d'évaluation10 d'actualisation de QST 690, en utilisant à titre de seuil cette valeur de fixation: La valeur absolue de QS QSO est supérieure ou égale à QEN' Autrement dit, Q n'est actualisé que dans des- cas dans lesquels la différence entre la taille de pas nouvellement calculée QSO et la valeur présente QSO est élevée et dépasse la valeur fixée QEN Conformément à cette structure, on obtient des avantages qui consistent en ce que de faibles corrections de valeur de la taille de pas20 QSO ne sont pas effectuées, et on n'a besoin que d'une faible quantité de données d'actualisation. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. ANNEXE TABLEAU 1 Taille de pas QS RB-IDX QS RB-IDX QS 0 32 2 186 191 34 33 -52 4 192 197 36 53 68 6 198 203 38 69 82 8 204 208 40 83 94 10 209 213 42 -106 12 214 218 44 107 116 14 219 -" 223 46 117 126 16 224 227 48 127 -135 18 228 ' 232 50 136 145 20 233 236 52 146 151 22 237 240 54 152 159 24 241 244 56 166 26 245 248 58 167 173 28 249 252 60 174 179 30 253 255 62 185 32 REVENDICATIONS 1 Dispositif de codage de signal d'image compor- tant des moyens de commande ( 300, 310) destinés à détecter un degré de redondance d'un signal d'image appliqué en 5 entrée, et à effectuer une commande de saut d'images basée sur une détermination d'un nombre d'images sautées, et sur un nombre d'images sautées qui a été déterminé, des moyens de traitement de codage ( 140, 150, 160) destinés à traiter un signal d'image par blocs en lesquels un écran est divi-10 sé, ce signal d'image étant indiqué par une information émise par les moyens de commande, à quantifier ce signal et à coder et à émettre ce signal par l'intermédiaire d'un tampon d'émission ( 170), et des moyens de commande de taille de pas ( 600) qui sont destinés à commander la taille15 de pas de la quantification; caractérisé en ce que les moyens de commande de taille de pas ( 600) comprennent des moyens de calcul de valeur de correction pour la quantité d'information contenue dans le tampon, qui calculent une'- valeur de correction pour la quantité d'information conte-20 nue dans le tampon, indiquant un excédent de capacité dans le tampon d'émission ( 170), sur la base du nombre d'images sautées et d'une vitesse de transmission qui a été fournie précédemment, et des moyens de calcul de taille de pas ( 670) qui fournissent une taille de pas de quantification qui est plus faible lorsque la valeur de correction pour la quantité d'information dans le tampon indique un plus grand excédent de capacité du tampon d'émission ( 170). 2 Dispositif de codage de signal d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande de taille de pas ( 600) comprennent en outre des moyens de décision conçus pour faire en sorte que lors- qu'une taille de pas de quantification est fournie par les moyens de calcul de taille de pas ( 670), la quantification conformément à la taille de pas fournie ne soit effectuée35 que lorsque la différence entre cette taille de pas fournie et une taille de pas qui a été utilisée immédiatement précédemment dépasse une valeur limite qui est fournie de façon externe.