Brevet FR2693867A1 — publié le 19940121

"DISPOSITIF DE CORRECTION DE L'EFFET DE SACCADE D'IMAGES DITES COMPATIBLES" La présente invention concerne un dispositif de correction de l'effet de saccade des images dites compatibles restituées après transmission et/ou stockage de signaux à haute définition selon le standard HDMAC. En matière de distribution de programmes de télévision à haute définition, l'approche des laboratoires industriels européens repose sur le principe de la compatibilité par rapport au standard de diffusion par satellite D2-MAC/paquet. Sur le plan technique, cela signifie que les récepteurs D2-MAC/paquet de première génération pourront, au moment de l'introduction de la télévision à haute définition en Europe, quand même interpréter une partie des signaux à haute définition, dits signaux HDMAC, comme répondant à ladite norme D2-MAC/paquet. Sur le plan commercial, il existera donc, dès le début de la diffusion de programmes de télévision à haute définition, un public important, permettant à la vente de récepteurs d'évoluer progressivement vers la haute définition sans bouleversement du marché. Ainsi, les émissions de télévision à haute définition pourront être reçues par deux types de récepteurs différents, d'une part le récepteur classique permettant au téléspectateur de voir une image normale, dite compatible, de qualité comparable à celle des images selon les normes existantes telles que PAL, SECAM, etc..., et d'autre part un récepteur de type nouveau, incluant un décodeur HDMAC et permettant au spectateur d'apprécier toute la qualité d'une image à haute définition au format 16/9. Un tel récepteur sera cependant nécessairement coûteux en raison de la complexité, dans le décodeur, des circuits électroniques conduisant à la reconstruction de l'image à haute définition HDMAC et de la nécessité de disposer d'un écran à haute définition au format 16/9.Le coût de cette solution risque donc de détourner une partie notable du public de la télévision à haute définition, et l'intérêt est apparu de proposer un décodeur intermédiaire offrant une qualité d'image restituée qui, sans atteindre celle d'une image à haute définition, serait meilleure que celle de l'image compatible. Un écran moins coûteux qu'un écran à haute définition sera alors suffisant pour la visualisation de ce type d'image, et l'architecture de ce décodeur intermédiaire doit être largement simplifiée par rapport à celle du décodeur HDMAC pour ne pas ajouter un surcoût important. On rappellera, préalablement, les caractéristiques essentielles du standard européen HDMAC de télévision à haute définition. Les signaux à haute définition, dits signaux HDTV (1250 lignes, 50 Hz, et à trames entrelacées, ce qui est conventionnellement noté 2 : 1), sont codés d'une part sous la forme d'un signal vidéo et d'autre part sous la forme d'un signal additionnel dit de contrôle ou d'assistance numérique (appelé signal DATV, de l'anglais "Digitally Assisted TV") et transmis pendant l'intervalle de retour trame. Le signal vidéo, qui contient les signaux de luminance et de chrominance après réduction de leur largeur de bande, est transmis selon les spécifications MAC/paquet, ce qui permet aux récepteurs de définition normale de visualiser un signal de type MAC avec seulement de légères dégradations par rapport à une transmission MAC conventionnelle.Le signal additionnel d'assistance numérique (DATV) est spécifiquement conçu pour les récepteurs HDMAC et contient toutes les informations requises pour la reconstruction du signal HDTV à partir du signal vidéo émis, à largeur de bande réduite. Ce signal d'assistance numérique, pour lequel, dans le canal dit DATV, le débit numérique maximum alloué est d'environ t Mbit/s, permet d'asservir le récepteur HDMAC au codeur, de sorte qu'un traitement vidéo fiable et adaptatif au mouvement puisse être effectué dans le décodeur. Par rapport aux images de télévision répondant aux normes actuelles, les images HDTV présentent une résolution double dans chacune des directions horizontale et verticale. Un facteur de compression de quatre doit donc être appliqué afin d'adapter le signal HDTV aux canaux de la norme MAC qui ne peuvent transmettre que des images de définition normale. Ceci est obtenu par un souséchantillonnage spatio-temporel s'adaptant au contenu de l'image. Les images HDTV sont tout d'abord, à cet effet, segmentées régulièrement, ici en 6480 blocs composés de 16 lignes par 16 points d'images (pixels). Le système distingue alors trois types de blocs en fonction de la vitesse de déplacement du contenu de ces blocs, et leur applique ensuite un traitement approprié, dans trois branches de traitement correspondant respectivement à la transmission d'une image complète en 80, 40, ou 20 millisecondes. Ces trois modes de codage de la luminance sont caractérisés par trois résolutions spatiales distinctes et par des procédés de sous-échantillonnage correspondants, décrits ci-dessous après avoir rappelé la composition d'une image HDTV d'origine : a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7--- b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7... cl c2 c3 c4 c5 c6 c7 d1 d2 d3 dq d5 d6 d7 e1 e2 fl f2 etc........... Chaque échantillon de l'image, avec la notation ci-dessus, est indiqué par une lettre qui désigne la ligne sur laquelle il se trouve, et cette lettre est elle-même affectée d'un indice correspondant à la colonne dans laquelle cet échantillon (ou point d'image) se trouve. Le premier mode, dit mode statique (80 ms), utilise, pour obtenir le facteur de compression de quatre, une structure de souséchantillonnage en quinconce à la fois dans 1' image et dans chacune des quatre trames transmises toutes les 20 ms. Ce type de souséchantillonnage conduit d' abord (première compression d'un facteur de 2) à l'élimination des échantillons pairs a2, a4, a6, a8, ..., c2, C4, c6, c8, ..., e2, e4, e6, e8, ..., etc..., des lignes impaires et à l'élimination des échantillons impairs bl, b3, b5, b7 ..., dl, d3, d5, d7, ..., fl, f3, f5, f7, ..., etc..., des lignes paires.La figure 1A montre, d'une manière générale, dans un bloc d'image HDTV de 16 x 16 pixels, la position des échantillons à transmettre : ces positions sont représentées par des cercles, les points indiquant les échantillons manquants du bloc d'image à haute définition représenté. Pour illustrer la deuxième compression d'un facteur de 2, la figure 1B montre de façon spécifique, pour ce même bloc, les échantillons respectivement transmis par chacune des quatre trames (les chiffres 1 à 4 se réfèrent au rang de ces trames). Ce premier mode, qui donne la résolution spatiale la plus élevée et auquel correspond une fréquence de transmission de 12,5 hertz, est sélectionné lorsque le mouvement des objets dans le bloc considéré se produit à une vitesse qui, dans l'exemple ici décrit, ne dépasse pas celle correspondant à une largeur d'image parcourue en une minute (mouvement inférieur à 0,5 pixel en 20 ms). Le troisième mode, dit mode dynamique (20 ms), correspond, dans ce même exemple, aux situations où le mouvement des objets devient au contraire très rapide et se produit à des vitesses supérieures à une largeur d'image parcourue en cinq secondes (mouvement supérieur à 6 pixels en 20 ms). Le sous-échantillonnage d'un facteur 2 est à la fois horizontal et vertical, et la résolution est donc divisée par deux dans ces deux directions, mais le rendu des mouvements reste excellent grâce à la cadence des trames de 50 hertz. La figure 2A montre, comme ci-dessus dans un bloc d'image HDTV de 16 x 16 pixels, la position des échantillons à transmettre (à 50 Hz) selon qu'ils appartiennent, pour quatre trames successives effectivement transmises, aux trames de rang 1 et 3 (échantillons représentés par des croix) ou aux trames de rang 2 et 4 (échantillons représentés par des cercles). Les points indiquent comme précédemment les échantillons manquants du bloc d'image à haute définition représenté. Les figures 2B et 2C montrent de façon spécifique, pour ce même bloc d'image, les échantillons transmis respectivement par les trames de rangs 1 et 2 (figure 2B) et par les trames de rangs 3 et 4 (figure 2C), le repérage des échantillons étant effectué à l'aide de l'indice de trame 1, 2, 3 ou 4 correspondant. Le deuxième mode, dit mode de poursuite (40 ms), utilise, lui, comme le premier mode, également une structure de souséchantillonnage en quinconce, mais seulement dans les trames impaires qui sont transmises toutes les 40 ms, ce qui maintient une résolution horizontale maximale et divise par deux la résolution verticale maximale précédente (le nombre de lignes étant divisé par deux). Les autres trames, non transmises, (ici les trames paires) sont ultérieurement reconstituées au niveau du décodeur par recombinaison des deux trames impaires successivement transmises qui entourent chacune de ces trames paires, à l'aide d'une interpolation compensée en mouvement utilisant les vecteurs de mouvement transmis par le canal DATV.Ce deuxième mode est sélectionné lorsque le mouvement dans le bloc se produit, dans l'exemple décrit, à des vitesses intermédiaires, comprises ici entre une largeur d'image parcourue en une minute et une largeur d'image parcourue en cinq secondes (mouvement compris entre 0,5 et 6 pixels en 20 ms). Comme précédemment, la figure 3A montre la position des échantillons du bloc HDTV qui vont être transmis, et les figures 3B et 3C montrent de façon spécifique, pour ce même bloc, et pour quatre trames successives effectivement transmises, respectivement les échantillons transmis par les trames de rangs 1 et 2 de ces quatre trames et ceux transmis par les deux autres trames de rangs 3 et 4. Le standard HMAC est donc caractérisé par ces trois modes mis en oeuvre dans trois branches de transmission prévues en parallèle, le choix entre les trois modes étant effectué à partir d'une détection de mouvement a priori, qui détermine si ke mouvement est plus rapide que 6 pixels/20 ms, et d'une estimation de mouvement, qui calcule celui-ci lorsqu'il est inférieur à cette limite, les informations de choix de mode et de valeur du mouvement étant transmises par le canal DATV. Pour les zones d'image correspondant au mode 40 ms, la transmission intervient avec une réduction de bande passante d'un facteur de 4, en raison du sous-échantillonnage temporel (transmission des seules trames impaires) et du sous-échantillonnage spatial (sous-échantillonnage en quinconce dans ces trames impaires transmises).Mais la compression de bande passante ainsi effectuée engendre, à la réception des images compatibles, l'apparition de défauts sur les images restituées, et notamment d'un effet de saccade dû audit sous-échantillonnage temporel lors du codage. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de correction permettant d'éliminer ce défaut. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de correction tel que défini dans le préambule de la présente description et caractérisé en ce qu il comprend (A) un premier et un second commutateur à deux positions recevant, le premier sur son entrée commune, les signaux d'entrée dudit dispositif et délivrant, le second sur sa sortie commune, ses signaux de sortie et prévus pour basculer régulièrement, à la fréquence de trame desdites images mais en opposition de phase l'un avec l'autre (B) entre les bornes respectives non communes desdits commutateurs, une première et une seconde voie recevant respectivement les trames compatibles impaires et paires, ladite première voie étant destinée à la transmission directe vers l'entrée correspondante du second commutateur, retardée d'une durée appropriée, desdites trames compatibles impaires successives, et ladite seconde voie étant destinée à la transmission, vers l'autre entrée du second commutateur, d'une combinaison linéaire de la trame paire courante et de la trame impaire suivante avec compensation de mouvement entre ces deux trames paire et impaire. La structure ainsi proposée conduit effectivement, à des images de meilleure qualité que les images compatibles traditionnelles, car les zones traitées selon le mode 40 ms sont nettement moins perturbées par l'effet de saccade et paraissent alors beaucoup plus naturelles. Dans un exemple particulier de réalisation, le dispositif de correction est caractérisé en ce que (a) la première voie comprend une première mémoire de trame (b) la seconde voie comprend - une première branche comprenant elle-même en série une seconde mémoire de trame et un circuit de combinaison - une seconde branche comprenant un circuit de compensation de mouvement entre la trame paire courante et la trame impaire suivante prélevée dans la première voie, la sortie dudit circuit étant reçue comme celle de ladite seconde mémoire de trame par ledit circuit de combinaison les deux retards dans lesdites mémoires de trame étant égaux à une période de trame, augmentée respectivement, dans chaque voie, de retards complémentaires liés aux temps de traitement dans ces voies et prévus pour permettre, en sortie du second commutateur, la restitution régulière de trames impaires retardées et de trames paires traitées à la même fréquence de trame, et ladite combinaison étant pondérée et moyennée, pour permettre de maintenir à la valeur souhaitée le gain en luminance entre l'entrée et la sortie dudit circuit de combinaison. Un limiteur est éventuellement prévu pour garantir en sortie de la seconde voie le maintien du gain en luminance à la valeur souhaitée, en général à l'unité. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le dispositif de correction est, plus particulièrement, caractérisé en ce que ledit circuit de compensation de mouvement inclut une opération de filtrage horizontal, ledit filtre horizontal étant à un nombre de coefficients pair ou impair selon que la composante horizontale du vecteur de mouvement entre les trames paire et impaire concernées est, en points d'image, impaire ou paire. Les particularités de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus détaillée dans la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - les figures 1A, lB, 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C rappellent la position des échantillons à transmettre dans un bloc d'image à haute définition et la position des échantillons effectivement transmis, respectivement pour les trois modes de transmission du standard HDMAC - la figure 4 montre un exemple de réalisation du dispositif de correction selon l'invention. On précisera tout d'abord que le dispositif représenté sur cette figure 4 reçoit des signaux dits compatibles, c' est-à-dire obtenus à partir de signaux qui, avant leur transmission et/ou leur stockage, ont été codés selon le standard HDMAC tel qu'il est actuellement défini. Cela signifie que lesdits signaux reçus ont subi un traitement de type MCCI (en anglais : "Motion-Compensated Compatibility Improvement"). En effet, pour réduire les saccades à 25 Hz constatées sur les images compatibles et liées directement au traitement des blocs dans la branche de transmission 40 ms du codeur HDMAC, le signal d'origine est, selon ce type de traitement, atténué une trame sur deux, puis on lui ajoute un signal provenant de la trame précédente compensée dans le sens du mouvement.Ensuite, dans le décodeur HDMAC, la transformation inverse est effectuée, puis le signal est amplifié, le gain de l'ensemble codeur/décodeur avec traitement de type MCCI étant unitaire. Plus précisément, si l'on raisonne au niveau des échantillons ou points d'image, le processus de codage est le suivant. Les échantillons du signal HDMAC transmis sur des trames paires (notées par exemple T2, T4, T6, etc) sont obtenus par combinaison d'un point A d'une trame paire (T2 par exemple) et d'un point B de la trame précédente, et en tenant compte de l'information de mouvement (qui est transmise par le canal DATV) entre ces deux trames précédente et paire respectivement. Cette combinaison inclut en outre une pondération qui, justement, dépend essentiellement de l'amplitude de ladite information de mouvement. La formule ci-dessous C = a.A + (l-a).B, où C est le nouvel échantillon résultant du traitement MCCI, illustre l'ensemble de cette combinaison. Par exemple, dans le cas d'un mouvement très lent, a est égal à 1 et donc C à A, et, si le mouvement augmente, le coefficient a décroît, et la contribution de B (et donc de l'information caractérisant le mouvement entre B et A) s'accroît, puis devient progressivement prépondérante. Ce sont donc des signaux compatibles correspondant à des signaux codés et ainsi traités qui sont reçus par le dispositif de correction de la figure 4. Ce dispositif, que l'on va maintenant décrire, comprend tout d'abord un premier commutateur 10 à deux positions, basculant régulièrement à la fréquence des trames compatibles (ici 50 hertz) pour fournir les trames compatibles impaires Tt, T3, T5, etc..., à une première voie 1 et les trames compatibles paires T2, T4, T6, etc..., à une deuxième voie 2. La voie 1 comprend une mémoire de trame 11 stockant successivement les trames impaires, dont l'entrée est reliée à la borne appropriée de sortie du commutateur 10 et dont la sortie est reliée à l'une des deux bornes d'entrée d'un deuxième commutateur 30. Ce deuxième commutateur 30 est aussi à deux positions, et, comme le commutateur 10, bascule régulièrement entre sa première et sa deuxième entrée correspondant aux sorties des voies 1 et 2 respectivement, à la fréquence des trames mais en opposition de phase avec le commutateur 10. La voie 2 comprend une première branche comprenant elle-même, en série, une mémoire de trame 21 stockant successivement (pour les retarder d'une période de trame, ici 20 ms) les trames paires, dont l'entrée est reliée à l'autre borne de sortie du commutateur 10, puis un circuit de combinaison 22, et éventuellement un limiteur 23. La sortie de ce limiteur est reliée à l'autre borne d'entrée du commutateur 30, dont la sortie commune constitue celle du dispositif de correction. La sortie de la mémoire de trame 21 est reliée à une première entrée du circuit de combinaison 22.Comme précédemment, la combinaison est pondérée, la sortie du circuit 22 étant par exemple ici donnée par l'expression Ts = (2Tp + Ti)/3, où Tp, Ti, Ts désignent respectivement la trame paire courante, la trame impaire suivante, et la trame combinée résultante, après une division de la somme pondérée par la somme des coefficients de pondération affectant Tp et Ti. Le limiteur 23 est destiné, lorsqu'il est prévu, à garantir réellement un contrôle rigoureux d'un gain invariant malgré le traitement dans le circuit 22, ici d'un gain égal à l'unité. L'autre entrée de ce circuit 22 reçoit la sortie d'une deuxième branche de la voie 2. Cette deuxième branche comprend ellemême un circuit 24 de compensation de mouvement, et éventuellement de filtrage, à partir de la trame impaire qui suit la trame paire en cours de traitement. L'entrée de ce circuit 24 (et donc de ladite deuxième branche) prélève à la sortie du commutateur 10, la trame impaire disponible qui est la trame impaire postérieure à celle précédemment stockée en mémoire 11. Le fonctionnement du dispositif ainsi décrit est le suivant. Chacune des trame compatibles impaires reçues par le dispositif traverse celui-ci en suivant la voie 1, sans autre traitement qu'un retard d'une période de trame (20 ms), dans la mémoire 11. Chacune des trames compatibles paires, elle, est combinée avec la trame compatible impaire qui la suit, en tenant compte du vecteur de mouvement entre ces deux trames et en opérant ici un filtrage horizontal de cette trame impaire postérieure. Plus précisément, et là encore en raisonnant au niveau des échantillons ou points d'image, le processus de traitement est le suivant : un point de la trame paire concernée (par exemple T2) est combiné avec le point correspondant de la trame impaire postérieure correspondante (T3 dans ce cas), mais après filtrage horizontal de ce point et en effectuant entre T3 et T2 la compensation de mouvement correspondant au vecteur de mouvement décodé relatif à ces deux trames T3 et T2 (qui est le même qu'entre les trames T2 et T1). Le traitement ainsi proposé a donc pour caractéristique principale de calculer une nouvelle trame paire à partir de l'ancienne et de la trame impaire suivante, dans le cas présent interpolée et compensée en mouvement de façon unidirectionnelle grâce au vecteur de mouvement correspondant. L'interpolation est effectuée par l'intermédiaire d'un filtre horizontal à nombre de coefficients pair (et de préférence 2) si, en points d'image la composante horizontale dudit vecteur de mouvement est impaire, ou par l'intermédiaire d'un filtre horizontal à nombre de coefficients impair (3, 5, 7, etc..., ou 1 de préférence, c'est-à-dire n'utilisant alors que le point lui-même sur lequel le vecteur de mouvement pointe) si la composante horizontale de ce vecteur est paire. Comme la trame compatible paire courante a déjà subi, du fait du traitement de type MCCI réalisé au codage, une compensation de mouvement partielle à partir de la trame précédente, en lui ajoutant maintenant de l'information en provenance de la trame suivante, elle contient désormais des informations qui proviennent des deux trames impaires qui l'entourent, selon un traitement que l'on peut qualifier d'interpolation compensée en mouvement de façon pseudo-symétrique (ce terme de pseudo-symétrie sert à exprimer le fait que les deux volets de la compensation, par rapport à la trame précédente puis par rapport à la trame suivante, sont ici effectués à des moments différents). Ce traitement réduit très fortement les effets de saccade dans une séquence d'images et restitue réellement au mouvement des objets dans cette séquence un aspect plus naturel et plus réaliste. REVENDICATIONS 1. Dispositif de correction de l'effet de saccade des images dites compatibles restituées après transmission et/ou stockage de signaux de télévision à haute définition, notamment selon le standard HDMAC, caractérisé en ce qu'il comprend (A) un premier et un second commutateur à deux positions recevant, le premier sur son entrée commune, les signaux d'entrée dudit dispositif et délivrant, le second sur sa sortie commune, ses signaux de sortie et prévus pour basculer régulièrement, à la fréquence de trame desdites images mais en opposition de phase l'un avec l'autre (B) entre les bornes respectives non communes desdits commutateurs, une première et une seconde voie recevant respectivement les trames compatibles impaires et paires, ladite première voie étant destinée à la transmission directe vers l'entrée correspondante du second commutateur, retardée d'une durée appropriée, desdites trames compatibles impaires successives, et ladite seconde voie étant destinée à la transmission, vers l'autre entrée du second commutateur, d'une combinaison linéaire de la trame paire courante et de la trame impaire suivante avec compensation de mouvement entre ces deux trames paire et impaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que (a) la première voie comprend une première mémoire de trame (b) la seconde voie comprend - une première branche comprenant elle-même en série une seconde mémoire de trame et un circuit de combinaison - une seconde branche comprenant un circuit de compensation de mouvement entre la trame paire courante et la trame impaire suivante prélevée dans la première voie, la sortie dudit circuit étant reçue comme celle de ladite seconde mémoire de trame par ledit circuit de combinaison les deux retards dans lesdites mémoires de trame étant égaux à une période de trame, augmentée respectivement, dans chaque voie, de retards complémentaires liés aux temps de traitement dans ces voies et prévus pour permettre, en sortie du second commutateur, la restitution régulière de trames impaires retardées et de trames paires traitées à la même fréquence de trame, et ladite combinaison étant pondérée et moyennée, pour permettre de maintenir à la valeur souhaitée le gain en luminance entre l'entrée et la sortie dudit circuit de combinaison. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, entre la sortie du circuit de combinaison et l'entrée non commune correspondante du second commutateur, un limiteur prévu pour garantir en sortie de la seconde voie le maintien du gain en luminance à ladite valeur souhaitée. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit circuit de compensation de mouvement inclut une opération de filtrage horizontal, ledit filtre horizontal étant à nombre de coefficients pair ou impair selon que la composante horizontale du vecteur de mouvement entre les trames paire et impaire concernées est, en points d'image, impaire ou paire.