Brevet FR2696069A1 — publié le 19940325

"Procédé et dispositif pour l'estimation du mouvement dans une image" La présente invention concerne un procédé pour l'estimation du mouvement dans une image, au moyen d'un estimateur de mouvement à l'entrée duquel est délivré un signal qui fournit une information sur les pixels de l'image, la dite image étant par ailleurs décrite à l'aide de données numériques comportant un signal de luminance et un signal de chrominance. Elle concerne aussi un dispositif muni d'un estimateur de mouvement à l'entrée duquel est délivré un signal qui fournit une information sur les pixels d'une image, pour l'estimation du mouvement dans cette image qui est représentée à l'aide de données numériques comportant un signal de luminance et un signal de chrominance. Un tel procédé et un tel dispositif s'appliquent pour la réduction du débit numérique en télévision numérique ou en télévision avec des données numériques associées ("DATV"). Il est connu d'obtenir une information de mouvement pour des éléments d'une image de télévision en utilisant un estimateur de mouvement basé sur le signal de luminance, qui fournit un vecteur- mouvement pour la luminance Toutefois lorsque la luminance est constante alors que le niveau du signal de chrominance varie (par exemple: mouvement de caméra sur des drapeaux flottant dans un ciel uniforme, avec la luminance des drapeaux et celle du ciel égales ou voisines, panneaux publicitaires, etc) l'estimateur de mouvement est mis en défaut, ce qui fait apparaître un phénomène gênant dans l'image reproduite Une solution évidente serait d'utiliser un second estimateur de mouvement, basé sur le signal de chrominance, fournissant un vecteur- mouvement de la chrominance, et de transmettre la valeur du vecteur- mouvement de la chrominance, ou bien de pondérer le vecteur luminance par le vecteur chrominance. Ces options présentent l'inconvénient d'être lourdes à mettre en oeuvre au niveau matériel, et en outre elles impliquent une modification du standard de transmission des données. L'invention fournit une solution qui ne présente aucun de ces inconvénients. Ainsi le procédé selon l'invention est remarquable en ce que pour délivrer le signal à l'entrée de l'estimateur de mouvement, on engendre un signal composite obtenu non seulement à partir du signal de luminance mais aussi à partir du signal de chrominance. Pour engendrer ce signal composite, le signal de chrominance est filtré dans un filtre bi-dimensionnel passe-haut fournissant la valeur absolue de la dérivée du signal, c'est-à-dire le contour des éléments colorés de l'image. L'utilisation d'un filtre bi-dimensionnel permet de détecter des contours dans toutes les directions dans une image. On utilise avantageusement un filtre bi-dimensionnel dit "de Sobel". Ce type de filtre est un des plus simples permettant de réaliser la fonction recherchée. Avantageusement le signal de chrominance est en outre filtré dans un filtre d'interpolation horizontal et dans un filtre d'interpolation vertical. Ainsi la cadence d'échantillonnage des échantillons de couleur fournis en sortie de ces filtres est la même que celle des échantillons de luminance, ce qui permet d'additionner au signal de luminance, avec une pondération, le résultat en sortie du (des) filtre(s) bi- dimensionnel(s), le signal résultant étant enfin délivré à l'estimateur de mouvement. Lorsque le signal de chrominance comporte plusieurs composantes, un filtre bi-dimensionnel est utilisé pour chacune des composantes du signal de chrominance, et les signaux de sortie de ces filtres bi- dimensionnels sont ajoutés l'un à l'autre. Un dispositif selon l'invention comporte des moyens pour extraire du signal de chrominance des éléments représentant les contours des parties colorées de l'image, et des moyens pour ajouter ces éléments au signal de luminance qui est délivré à l'estimateur de mouvement. Avantageusement les dits moyens pour extraire des éléments comprennent au moins un filtre bi-dimensionnel passe-haut qui fournit la valeur absolue de la dérivée du signal de chrominance. Le filtre bi-dimensionnel est de préférence un filtre dit "de Sobel". Le dispositif comporte de préférence pour le signal de chrominance au moins un filtre d'interpolation horizontal et un filtre d'interpolation vertical, et un circuit additionneur pour ajouter avec une pondération le signal issu du filtre bi-dimensionnel au signal de luminance, le signal résultant étant enfin délivré à l'estimateur de mouvement. Lorsque le signal de chrominance comporte plusieurs composantes, le dispositif comporte avantageusement un filtre bi-dimensionnel pour chacune des composantes du signal de chrominance, et un circuit additionneur pour ajouter les signaux de sortie des filtres bi- dimensionnels l'un à l'autre. Ces aspects de l'invention ainsi que d'autres aspects plus détaillés apparaîtront plus clairement grâce à la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif. La figure 1 est un schéma bloc d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 illustre la disposition des échantillons traités dans un filtre de Sobel utilisé dans le dispositif. Les figures 3 à 6 illustrent l'échantillonnage des signaux en différents points du dispositif. La descrition du fonctionnement du dispositif selon l'invention constitue une descrition du procédé selon l'invention, lequel ne sera donc pas décrit de façon distincte. Le dispositif dont le schéma est représenté sur la figure 1 est muni d'une borne d'entrée 1 pour un signal de chrominance numérique multiplexé de type 1250/2:1, avec 1440 pixels par ligne de l'image et dont la fréquence des échantillons est de 54 M Hz Dans ce signal on trouve tour à tour un échantillon de couleur bleue appelé "Cb" et un échantillon de couleur rouge appelé "Cr". Le dispositif est également muni d'une borne d'entrée 2 pour un signal de luminance numérique de type 1250/1:1, avec 1440 pixels par ligne de l'image et dont la fréquence d'échantillons est de 108 M Hz. La borne d'entrée 1 est reliée à l'entrée d'un circuit de séparation 4, qui a pour fonction de séparer les échantillons Cb de couleur bleue des échantillons Cr de couleur rouge Ce circuit 4 a par conséquent deux sorties: une pour les échantillons Cb et une pour les échantillons Cr Chacun de ces signaux comprend maintenant 720 pixels par ligne, échantillonnés à 27 M Hz Le signal Cb est amené à l'entrée d'un filtre 5 qui est un filtre interpolateur horizontal et qui double le nombre d'échantillons par ligne et la fréquence d'échantillonnage, suivi d'un filtre médian 7 qui est un filtre interpolateur vertical et qui double à nouveau la fréquence d'échantillonnage Enfin le signal est amené à un filtre bi-dimensionnel passe-haut de taille 3 X 3 du type dit "de Sobel", et sur lequel on reviendra plus loin. Le signal Cr sortant du séparateur 4 subit les mêmes opérations en passant dans les filtres 6, 8, 10 respectivement identiques aux filtres , 7, 9. Les amplitudes des signaux de sortie des filtres de Sobel 9 et 10 sont additionnées dans un additionneur d'amplitudes 11, puis l'amplitude du signal résultant est divisée par deux dans un diviseur d'amplitude 12. L'amplitude du signal de luminance provenant de la borne d'entrée 2 est multipliée par trois dans un multiplieur d'amplitude 13 et additionnée dans un additionneur d'amplitudes 14 à l'amplitude du signal sortant du diviseur d'amplitude 12 Il faut remarquer que ceci est possible parce que les deux signaux dont les amplitudes doivent être additionnées ont la même fréquence d'échantillonage de 108 M Hz et le même nombre d'échantillons par ligne Le signal résultant sortant de l'additionneur d'amplitude 14 est enfin amené à un diviseur d'amplitude 15 qui divise l'amplitude par quatre, et fournit enfin un signal sur une borne de sortie 3, pour être fourni à un estimateur de mouvement non représenté et qui est un de ceux de l'art antérieur. Avec des signaux d'amplitude unité sur les deux entrées 1 et 2, l'amplitude du signal de couleur se trouve doublée à cause de l'addition dans l'additionneur 11, puis elle est ramenée à l'unité dans le diviseur d'amplitude 12 Celle du signal de luminance étant multipliée par trois dans le multiplieur 13, les signaux de luminance et de chrominance sont ajoutés l'un à l'autre avec une pondération de respectivement trois pour un, donnant un signal d'amplitude quatre, laquelle est ramenée à l'unité dans le diviseur 15. C'est pour amener le signal au niveau requis par un estimateur de l'art antérieur qu'est prévu le diviseur d'amplitude par quatre Il est clair que si l'on construisait un estimateur fonctionnant avec un signal quatre fois plus grand que celui nécessaire aux estimateurs de l'art antérieur, on pourrait supprimer le diviseur 15 De même les valeurs des divisions ou des multiplications d'amplitude sont mentionnées à titre indicatif et peuvent être modifiées à la demande, selon l'importance relative que l'on veut donner aux composantes de luminance et de chrominance. Les filtres de Sobel 9 et 10 sont des filtres dont la sortie est définie par la formule suivante: amplitude pour le pixel i,j = F = J (X 2 + y 2) o X et Y ont respectivement pour valeur: X = (A 2 + 2 *A 3 + Al) (AO + 2 *A 7 + A 6) Y = (AO + 2 *A 1 + A 2) (A 6 + 2 *A 5 + A 4) les échantillons Ai, A 2, A 3, etc étant huit échantillons du signal La notation de la figure 2 représente la disposition dans l'image des pixels dont les échantillons sont utilisés L'amplitude F de l'échantillon représentant le pixel placé en position F sur la figure est donc engendrée à partir des pixels placés d'une part dans la ligne précédente (échantillons AO, Ai, A 2), d'autre part ceux qui encadrent la position F dans la même ligne (échantillons A 7, A 3), et enfin ceux placés dans la ligne suivante (échantillons A 6, A 5, Ai). Il est facile de se rendre compte en faisant une application numérique qu'avec un signal présentant une transition montante dans n'importe quelle direction (horizontale, verticale, ou en diagonale) le filtre délivre une impulsion positive, et que si le signal présente une transition descendante, le filtre délivre encore la même impulsion En sortie de ce filtre on obtient donc la valeur absolue des contours, c'est-à-dire la valeur absolue de la dérivée de l'amplitude, pour les parties colorées de l'image (pour les parties colorées en bleu: à la sortie du filtre 9 et pour les parties colorées en rouge: à la sortie du filtre 10). Les figures 3 à 6 représentent des mires d'échantillonnage, autrement dit représentent comment sont placés dans l'image les pixels correspondants aux échantillons traités dans les circuits décrits ci- dessus. La figure 3 illustre le signal à l'entrée du séparateur 4 Les figurines carrées représentent des échantillons de couleur bleue et les figurines triangulaires représentent des échantillons de couleur rouge. Les figurines en trait plein représentent des échantillons des trames impaires et les figurines en trait interrompu représentent des échantillons des trames paires La récurrence de ces échantillons est de 54 M Hz et il y a deux fois 576 lignes Les échantillons représentent tour à tour la couleur bleue et la couleur rouge et l'image est décrite avec entrelacement. La figure 4 illustre le signal à l'entrée du filtre horizontal 5. Les figurines sont toutes carrées et représentent uniquement des échantillons de couleur bleue Il s'agit tout simplement des échantillons de la figure 3 desquels on a enlevé les échantillons rouges: des petits cercles pleins indiquent en outre les positions o les échantillons sont manquants Puisque la moitié des échantillons a été enlevée, la récurrence d'échantillonnage est divisée par deux et est maintenant de 27 M Hz Il y a toujours deux fois 576 lignes. La figure 5 illustre le signal à la sortie du filtre horizontal 5. Les figurines en trait plus gras représentent des échantillons interpolés créés par le filtre, sur la base des deux échantillons encadrant l'échantillon créé Comme précédemment, les figurines en trait plein représentent des échantillons des trames impaires et les figurines en trait interrompu représentent des échantillons des trames paires La récurrence de ces échantillons est à nouveau de 54 M Hz et il y a toujours deux fois 576 lignes. La figure 6 illustre le signal à la sortie du filtre médian interpolateur vertical 7 La symbolique des figurines est toujours la même, mais les échantillons en trait gras représentent maintenant les échantillons interpolés créés par le filtre 7 Entre deux échantillons d'une trame est intercalé un échantillon provenant de la combinaison de trois échantillons comme indiqué par les flèches: l'un deux provient de la ligne précédente de la même trame, un autre provient de la ligne suivante de la même trame, et le troisième provient de la position suivante de la même ligne de la trame suivante L'indication " 20 m S" entre deux échantillons successifs d'une ligne rappelle que ces échantillons proviennet de deux trames successives La récurrence de ces échantillons a encore doublé et est maintenant de 108 M Hz La description par lignes entrelacées est remplacée par une description d'image simple à 1250 lignes, comme la description de la luminance. Les différents circuits dont les fonctions ont été définies ci- dessus (circuit de séparation 4, filtres interpolateurs horizontaux 5 et 6, filtres médians interpolateurs verticaux 7 et 8, filtres bi- dimensionnels passe-haut de taille 3 X 3 du type dit "de Sobel" 9 et 10) sont tous d'un type connu en soi et que l'homme du métier sait réaliser. Il est clair que la description ci-dessus, appliquée ici à un système de télévision particulier, peut facilement s'appliquer à d'autres systèmes dont les caractéristiques, notamment celles concernant le mode de balayage ou le nombre de pixels par ligne, ou le nombre de composantes décrivant la couleur, seraient différentes. REVENDICATIONS 1 Procédé pour l'estimation du mouvement dans une image, au moyen d'un estimateur de mouvement à l'entrée duquel est délivré un signal qui fournit une information sur les pixels de l'image, la dite image étant par ailleurs décrite à l'aide de données numériques comportant un signal de luminance et un signal de chrominance, caractérisé en ce que pour délivrer le signal à l'entrée de l'estimateur de mouvement, on engendre un signal composite obtenu non seulement à partir du signal de luminance mais aussi à partir du signal de chrominance. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de chrominance est filtré dans un filtre bi-dimensionnel passe-haut fournissant la valeur absolue de la dérivée du signal, c'est-à-dire le contour des éléments colorés de l'image. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un filtre bi-dimensionnel dit "de Sobel" est utilisé. 4 Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le signal de chrominance est en outre filtré dans un filtre d'interpolation horizontal et dans un filtre d'interpolation vertical, en ce que le résultat en sortie du (des) filtre(s) bi-dimensionnel(s) est additionné, avec une pondération, au signal de luminance, le signal résultant étant enfin délivré à l'estimateur de mouvement. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le signal de chrominance comporte plusieurs composantes, caractérisé en ce qu'un filtre bi-dimensionnel est utilisé pour chacune des composantes du signal de chrominance, et en ce que les signaux de sortie de ces filtres bi-dimensionnels sont ajoutés l'un à l'autre. 6 Dispositif muni d'un estimateur de mouvement à l'entrée duquel est délivré un signal qui fournit une information sur les pixels d'une image, pour l'estimation du mouvement dans cette image qui est représentée à l'aide de données numériques comportant un signal de luminance et un signal de chrominance, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour extraire du signal de chrominance des éléments représentant les contours des parties colorées de l'image, et des moyens pour ajouter ces éléments au signal de luminance qui est délivré à l'estimateur de mouvement. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les dits moyens pour extraire des éléments comprennent au moins un filtre bi- dimensionnel passe-haut qui fournit la valeur absolue de la dérivée du signal de chrominance. 8 Dispositif selon la revendication 7, carctérisé en ce que le filtre bi-dimensionnel est un filtre dit "de Sobel". 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendication 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte pour le signal de chrominance au moins un filtre d'interpolation horizontal et un filtre d'interpolation vertical, et un circuit additionneur pour ajouter avec une pondération le signal issu du filtre bi-dimensionnel au signal de luminance, le signal résultant étant enfin délivré à l'estimateur de mouvement. 10 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel le signal de chrominance comporte plusieurs composantes, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre bi-dimensionnel pour chacune des composantes du signal de chrominance, et un circuit additionneur pour ajouter les signaux de sortie des filtres bi-dimensionnels l'un à l'autre.