Brevet FR2756445A1 — publié le 19980529

CODEUR ET DECODEUR POUR L'ENREGISTREMENT ET LA LECTURE DE TRAINS DE DONNEES BINAIRES A L'AIDE D'UN MAGNETOSCOPE NUMERIQUE L'invention concerne l'enregistrement de trains de données binaires et, plus particulièrement, l'enregistrement de trains de données binaires à l'aide de magnétoscopes numériques. L'invention s'applique plus particulièrement au domaine professionnel o les données numériques considérées sont des données vidéo et/ou audio. L'enregistrement de trains de données binaires peut s'effectuer soit à l'aide d'enregistreurs numériques, soit à l'aide de magnétoscopes numériques. Les enregistreurs numériques sont d'un coût très élevé. Les magnétoscopes numériques sont utilisés afin de réduire les coûts. L'utilisation de magnétoscopes numériques présente cependant des inconvénients. En effet, si N est le nombre de bits sur lequel sont codées les données vidéo et/ou audio, il est connu que, dans les magnétoscopes numériques, les combinaisons extrêmes, dont la représentation décimale est N-i 0 et 2', sont réservées aux mots de synchronisation. Comme cela est connu de l'homme de l'art, cette affectation des combinaisons extrêmes 0 et 2N'- aux mots de synchronisation est due au format 4: 2 2 de la vidéo. Dans la suite de la description, les combinaisons extrêmes seront aussi appelées combinaisons interdites. Selon l'art antérieur, de façon à supprimer les combinaisons interdites 0 et 2N' en entrée des magnétoscopes numériques, il est connu d'utiliser des codeurs numériques. Les codeurs numériques de l'art connu conduisent à réduire le débit de l'information de façon relativement importante. A titre d'exemple, les codeurs utilisant le codage 8/9 ont pour conséquence une réduction de débit de l'ordre de 10%. Une telle réduction de débit réduit très sensiblement le nombre de données pouvant être enregistrées par le magnétoscope. L'invention ne présente pas cet inconvénient. La présente invention concerne un codeur numérique permettant de transformer une succession de blocs vidéo et/ou audio constitués de combinaisons binaires de N bits en une successsion de blocs de données binaires constitués de combinaisons de N bits, chaque bloc de données binaires correspondant à un bloc vidéo et/ou audio. Le codeur comprend des moyens pour coder chaque combinaison binaire extrême 0 ou 2N-' de chaque bloc vidéo et/ou audio sous forme d'une combinaison binaire codée constituée d'une information de nature (In) donnant la nature, 0 ou 2 N-, de la combinaison binaire extrême et d'une information de position (Ip) donnant la position qu'occupe la combinaison binaire extrême dans le bloc vidéo. Comme cela apparaîtra ultérieurement, les moyens pour coder chaque combinaison binaire extrême 0 ou 2N-' de chaque bloc vidéo et/ou audio comprennent un détecteur permettant de détecter la présence d'une combinaison binaire extrême dans un bloc vidéo et/ou audio et de générer l'information (In) donnant la nature de la combinaison binaire extrême détectée et un circuit de comptage permettant de générer l'information de position (ip) de cette combinaison binaire extrême. Le codeur selon l'invention comprend également des moyens permettant d'ordonner les combinaisons binaires qu'il génère. La présente invention concerne également un décodeur numérique permettant de reconstituer une succession de blocs vidéo et/ou audio constitués de combinaisons binaires de N bits à partir d'une succession de blocs de données binaires constitués de combinaisons binaires de N bits. Le décodeur comprend des moyens permettant d'extraire, pour chaque bloc de données binaires qu'il reçoit, des combinaisons binaires codées correspondant à des combinaisons binaires extrêmes 0 ou 2 N-1 d'un bloc vidée et/ou audio, lesdites combinaisons binaires codées étant constituées d'une information de nature (In) donnant la nature, 0 ou 2 N-, que doit prendre une combinaison binaire d'un bloc vidéo et/ou audio et d'une information de position (ip) donnant la position que doit occuper ladite combinaison binaire dans ledit bloc vidéo et/ou audio. L'invention concerne encore un système d'enregistrement/lecture constitué de l'ensemble formé par un codeur selon l'invention, un magnétoscope numérique, et un décodeur selon l'invention. Un avantage du codeur selon l'invention consiste à réduire le débit des données constituant le train de données binaires qu'il génère dans des proportions beaucoup moins importantes que selon l'art antérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait avec référence aux figures ci-annexées parmi lesquelles: - la figure 1 représente le schéma de principe d'un enregistrement, à l'aide d'un magnétoscope numérique, de blocs de données binaires issues d'un signal vidéo numérique; - la figure 2 représente le schéma d'un codeur selon l'invention; - la figure 3 représente le schéma d'un décodeur selon l'invention; - la figure 4 représente un exemple d'application d'enregistrement, à l'aide d'un magnétoscope numérique, de données binaires issues de signaux vidéo numériques. Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments. La figure 1 représente le schéma de principe d'un enregistrement, à l'aide d'un magnétoscope numérique, de blocs de données binaires issues d'un signal vidéo numérique. Le système représenté en figure 1 est composé d'un codeur 1, d'un magnétoscope numérique 2 et d'un décodeur 3. Le codeur 1 transforme le signal vidéo numérique d'entrée VE en train de données binaires FBE. Comme cela a été mentionné précédemment, le codeur exclut les valeurs extrêmes des combinaisons binaires, soit les combinaisons 0 et 2N-'1, N étant le nombre de bits sur lequel sont codées les données vidéo numériques. Le train de données binaires FBE est alors enregistré par le magnétoscope numérique 2, les valeurs extrêmes des combinaisons binaires étant affectées aux signaux de synchronisation du magnétoscope. Lors de la lecture des informations enregistrées dans le magnétoscope 2, le train de données binaires FBS issues du magnétoscope 2 est envoyé dans un décodeur 3 qui restitue une information vidéo numérique VS. Comme cela apparaîtra ultérieurement, le signal d'entrée du codeur 1 ainsi que le signal de sortie du décodeur 3 comprennent, outre les signaux respectifs VE et VS, un signal de synchronisation S. Ce signal de synchronisation S n'a pas été représenté sur la figure I car cette dernière ne représente qu'un schéma de principe. Pour des raisons de simplification de l'exposé, la suite de la description sera faite dans le cas o N = 8. L'invention concerne cependant aussi les cas o N est un entier quelconque différent de 8. La figure 2 représente le schéma d'un codeur selon l'invention. Les signaux appliqués en entrée du codeur 1 sont constitués du signal vidéo et/ou audio numérique VE et du signal de synchronisation S. Comme cela a été mentionné ci-dessus, la description du codeur est faite selon l'exemple de réalisation o N = 8. Le signal vidéo et/ou audio VE est constitué de données numériques codées sur 8 bits, ou octets, arrivant par blocs à chaque coup d'horloge. Le signal S est le signal de synchronisation permettant de repérer le début de chaque bloc. Le principe du codage selon l'invention consiste à coder chaque octet extrême de chaque bloc vidéo et/ou audio sous forme d'un octet constitué d'une information donnant la nature, 0 ou 255, de l'octet extrême et d'une information donnant la position qu'occupe cet octet extrême dans le bloc vidéo et/ou audio. Selon l'invention, la nature de chaque octet interdit est donnée par l'un des 8 bits de l'octet et la position par les 7 bits restants. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, le bit donnant la nature d'un octet interdit est le bit de poids fort, communément noté MSB. Cependant, le bit donnant la nature de l'octet interdit peut tout aussi bien être le bit de poids faible, communément noté LSB, ou tout autre bit compris entre le bit de poids fort et le bit de poids faible. De façon préférentielle, parmi les deux valeurs que peut prendre le bit donnant la nature d'un octet interdit, la valeur 0 signifie que l'octet interdit a pour valeur 0, en représentation décimale, et la valeur 1 que l'octet interdit a pour valeur 255, en représentation décimale. Cependant,l'invention concerne également le cas inverse o la valeur 0 signifie que l'octet interdit a pour valeur 255 et o la valeur 1 signifie que l'octet interdit a pour valeur 0. La position de chaque octet interdit est donnée par 7 bits. Cette position peut donc être évaluée grâce à 126 valeurs différentes allant de 1 à 126. La valeur 126 située en début de bloc signifie alors que le bloc ne contient aucun octet interdit. L'information de position du premier octet interdit donne la position réelle qu'occupe cet octet dans le bloc vidéo et/ou audio. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'information de position de chaque octet interdit suivant le premier octet interdit donne la position relative qu'occupe cet octet interdit par rapport à la position de l'octet interdit qui le précède. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, I'information de position de chaque octet interdit suivant le premier octet interdit donne la position absolue qu'occupe cet octet dans le bloc. Selon l'invention, I'octet placé en tête du bloc de données binaires issu du codeur est l'octet codé représentant le premier octet binaire interdit. Les octets codés représentant les octets binaires interdits qui suivent le premier octet binaire interdit peuvent être positionnés de différentes manières au sein du bloc de données binaires issu du codeur. De façon générale, un bloc vidéo et/ou audio est constitué d'une succession d'octets au sein de laquelle figurent des octets interdits de rangs successifs croissants x, y,..... j,....., z, le rang 1 étant le rang du premier octet du bloc. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, le bloc de données binaires issu du codeur selon l'invention et associé à un bloc vidéo et/ou audio tel que celui mentionné ci dessus, est constitué d'une succession d'octets au sein de laquelle les octets codés correspondant aux différents octets interdits ont pour rangs successifs les rangs 1, y - ( y - x -1), ,j-(j-y-1),...., Z-(z-j-1). Selon l'invention, un octet de pointage permet de signaler que le bloc de données vidéo ne contient plus d'octet interdit. Avantageusement, cet octet de pointage est obtenu de la même manière que les octets codés représentant les octets interdits. Ainsi, I'octet de pointage est - il constitué d'une information de nature et d'une information de position. A titre d'exemple, l'information de nature de l'octet de pointage peut être le bit de poids fort du dernier octet interdit du bloc. En ce qui concerne l'information de position, elle est constituée d'une combinaison binaire indiquant le débordement du bloc. L'information de position de l'octet de pointage peut ainsi indiquer la position du premier octet interdit du bloc qui suit le bloc auquel l'octet de pointage appartient. A titre d'exemple, selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, un bloc de données vidéo contenant les 6 octets successifs suivants, en représentation décimale: 15, 0, 12, 255, 0, 14 permet de créer le bloc de 7 octets successifs suivants: 2, 15, 130, 12, 1, 2, 14, o le 2 qui précède le14 représente l'octet de pointage. La figure 2 représente un codeur permettant de mettre en oeuvre le codage selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. Comme cela a été mentionné précédemment, les signaux appliqués en entrée du codeur 1 sont constitués du signal vidéo et/ou audio numérique VE et du signal de synchronisation S permettant de repérer le début de chaque bloc du signal VE. Les différents octets calculés pour remplacer les octets interdits sont constitués d'une information de nature In et d'une information de position Ip. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, I'information In est constituée du bit de poids fort MSB de l'octet interdit et l'information Ip est constituée des 7 bits de poids faible de l'octet interdit. Le bloc circuit 12, constitué d'un détecteur 4, d'un circuit logique OU et d'un compteur 6, permet de convertir le signal vidéo numérique VE en informations In et Ip. Le détecteur 4 permet de fournir 2 informations: une information Ipo de présence d'octet interdit et l' information de nature In de l'octet interdit. L'information Ipo est appliquée ainsi que le signal de synchronisation S au circuit logique OU. Le signal Sr issu du circuit logique OU constitue le signal de reset du compteur 6. Ainsi le compteur 6 est - il remis à zéro lors de l'arrivée du signal de synchronisation indiquant un début de bloc ou la présence d'une valeur interdite dans le bloc. Les informations In et Ip issues du bloc circuit 12 sont stockées dans la mémoire 8 au fur et à mesure de leur obtention. Selon l'exemple mentionné précédemment o le signal VE est composé d'un bloc contenant les 6 octets successifs 15, 0, 12, 255, 0 et 14 en représentation décimale, la mémoire 8 stocke les octets successifs 2, , 1 et 2. Outre leur application au bloc circuit 12, les signaux VE et S sont appliqués respectivement aux circuits de retard 7 et 9. Les circuits de retard 7 et 9 introduisent un retard égal à au moins la durée d'un bloc. Le signal VE retardé, noté VER sur la figure 2, est appliqué à un circuit de détection 10 du même type que le circuit de détection 4. Un multiplexeur 11 reçoit pour signaux d'entrée le signal VER issu du circuit de retard 7 et les nouveaux octets NO issus de la mémoire 8. Le signal SD issu du détecteur 10 agit comme signal de commande appliqué au multiplexeur 11 qui reçoit, par ailleurs, le signal de synchronisation retardé SR. Les signaux SD et SR agissent alors de façon que le signal VER et les nouveaux octets NO puissent constituer comme signal de sortie FBE un train de données binaires débarrassé des octets interdits. Selon l'exemple mentionné précédemment o le signal VE est composé d'un bloc contenant les 6 octets successifs 15, 0, 12, 255, 0 et 14 le signal FBE est composé des octets successifs 2, 15, 130, 12, 1, 2, 14. Le signal de synchronisation retardé SR constitue, avec le signal FBE, les signaux de sortie du codeur 1 selon l'invention. Selon l'invention, le coût du codage en termes d'information est de un octet par bloc, quelle que soit la taille du bloc. Il est donc avantageux de faire des blocs de la taille la plus grande possible. Dans l'exemple de réalisation choisi o N = 8, un bloc d'octets de données vidéo peut ainsi contenir jusqu'à 125 octets. Selon l'invention, le coût maximal du codage en termes d'information est égal à 1/2N-3. Le chiffre 3 de l'expression précédente représente les deux valeurs interdites et l'information qui signifie que le bloc ne contient pas de valeur interdite. Il s'ensuit que pour N = 8, le coût maximal est égal à environ 3%. La figure 3 représente le schéma d'un décodeur selon l'invention. Le principe du décodeur selon l'invention est de reconstituer une succession de blocs video et/ou audio constitués de combinaisons binaires de N bits à partir de blocs de données binaires constitués de combinaisons binaires telles que celles issues du codeur selon l'invention. A cette fin, le décodeur 3 comprend des moyens 13 permettant d'extraire, parmi le flux de combinaisons binaires qu'il reçoit, les combinaisons codées constituées de l'information de nature In et de l'information de position Ip qui correspondent aux combinaisons extrêmes 0 ou 2 N-1 d'un bloc vidéo et/ou audio. Le décodeur comprend également un circuit décompteur 14, des circuits de retard 15 et 19 et un circuit de restitution de données vidéo et/ou audio 16. Le circuit d'extraction 13 reçoit sur son entrée le signal FBS issu du magnétoscope numérique et correspondant à l'information FBE enregistrée. Les données In et Ip associées au premier octet interdit du bloc sont générées, à partir du signal FBS, sous l'action du signal de synchronisation SR. Les données In et Ip associées aux octets interdits qui succèdent au premier octet interdit sont générées, à partir du signal FBS, sous l'action du signal de fin de décomptage CE. Le signal CE est issu du circuit décompteur 14 qui a pour signal d'entrée la donnée Ip issue du circuit 13. Le circuit décompteur 14 a pour fonction de détecter, au sein de chaque bloc de données binaires, la position relative d'un octet interdit par rapport à l'octet interdit qui le précède. Le circuit de restitution 16 a pour signaux d'entrée le train de données binaires FBS retardé par le circuit 19, le signal de fin de décomptage CE et la donnée In retardée par le circuit 15. Le retard apporté à la donnée In par le circuit 15 sert à compenser le retard apporté à la donnée Ip par le circuit 14 et le retard apporté à l'information FBS par le circuit 19 sert à compenser le retard apporté aux données Ip et In par les circuits respectifs 13,14 et 13,15. Le signal de sortie du circuit 16 est constitué d'un signal vidéo VS représentant le signal d'entrée VE qui a été enregistré par le magnétoscope. Le circuit 16 comprend des circuits logiques fonctionnant de façon telle que: si CE = 1 et In retardé = 1, alors VS = 255 en représentation décimale, si CE = 1 et In retardé = 0, alors VS = 0 en représentation décimale, si CE = 0, alors VS = FBS retardé. Un avantage de l'invention est de réaliser un décodeur dont le fonctionnement est simple comparativement aux décodeurs de l'art antérieur. Il s'ensuit que le décodeur de l'invention est avantageusement peu onéreux. Dans un système dont le schéma de principe est donné en figure 1, le nombre de décodeurs est généralement plus important, voire beaucoup plus important, que le nombre de codeurs. A titre d'exemple, dans le cadre de la diffusion de programmes par satellite, il suffit d'un seul codeur à l'émission alors que des milliers de décodeurs, voire des centaines de milliers de décodeurs, sont nécessaires à la réception. L'invention permet ainsi avantageusement une réduction des coûts de tels systèmes. La figure 4 représente un exemple d'application d'enregistrement, à l'aide d'un magnétoscope numérique, de données binaires issues de signaux vidéo numériques. Selon cet exemple d'application, le signal vidéo VE qui entre dans le codeur 1 selon l'invention est issu du multiplexage de deux signaux vidéo VE1 et VE2. Le multiplexage des signaux VE1 et VE2 est effectué par le multiplexeur 17. Réciproquement, le signal vidéo de sortie VS issu du décodeur 3 est démultiplexé par le démultiplexeur 18 de façon à générer les signaux vidéo de sortie VS1 et VS2 correspondant aux signaux vidéo respectifs d'entrée VE1 et VE2. Du fait de l'accroissement de la quantité d'informations pouvant être enregistrées sous forme de trains de données binaires, il est donc possible de réaliser l'enregistrement de plusieurs sources vidéo multiplexées à l'aide d'un seul magnétoscope. Une application particulière du schéma décrit en figure 4 concerne le domaine de la télévision haute définition. Selon l'art connu, le signal de télévision haute définition peut alors être découpé en deux signaux vidéo VE1 et VE2.. Chaque signal nécessite alors un magnétoscope numérique qui lui est propre ainsi, par exemple, qu'un mélangeur et un générateur d'effets spéciaux dans la mesure o cela est nécessaire. Cela revient donc à doubler l'ensemble des différents appareils tels que magnétoscopes, mélangeurs, générateurs d'effets spéciaux, etc... qui composent un studio de télévision haute définition. Selon l'invention, il n'est avantageusement plus nécessaire de doubler le nombre de ces appareils: un seul magnétoscope, un seul mélangeur, un seul générateur d'effets spéciaux, etc... suffisent pour traiter les deux signaux vidéo VE1 et VE2. REVENDICATIONS 1. Codeur numérique (1) permettant de transformer une succession de blocs vidéo et/ou audio constitués de combinaisons binaires de N bits en une succession de blocs de données binaires constitués de combinaisons binaires de N bits, chaque bloc de données binaires correspondant à un bloc vidéo et/ou audio, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (12) pour coder chaque combinaison binaire extrême 0 ou 2N-1 de chaque bloc vidéo et/ou audio sous forme d'une combinaison binaire codée constituée d'une information de nature (In) donnant la nature O ou 2N-1 de la combinaison binaire extrême et d'une information de position (Ip) donnant la position qu'occupe la combinaison binaire extrême dans le bloc vidéo. 2. Codeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (12) pour coder chaque combinaison binaire extrême O ou 2N-1 de chaque bloc vidéo et/ou audio comprennent un détecteur (4) permettant de détecter la présence d'une combinaison binaire extrême dans un bloc vidéo et/ou audio et de générer l'information (In) donnant la nature de la combinaison binaire détectée et un circuit de comptage (6) permettant de générer l'information de position (Ip). 3. Codeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (7, 8, 9, 10, 11) permettant d'ordonner les combinaisons binaires codées au sein de chaque bloc de données binaires issu du codeur. 4. Codeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (7, 8, 9, 10, 11) permettant d'ordonner les combinaisons binaires codées comprennent un circuit de mémoire (8) permettant de stocker les combinaisons binaires codées et un circuit de multiplexage (11) permettant d'ordonner l'ensemble des combinaisons binaires constituant le bloc de données binaires issues du codeur. 5. Codeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens permettant d'ordonner les combinaisons binaires codées comprennent des moyens (7, 10, 19) permettant que la première combinaison binaire codée qui correspond à la première combinaison binaire extrême d'un bloc vidéo et/ou audio soit placée en tête du bloc de données binaires issues du codeur. 6. Codeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens permettant d'ordonner les combinaisons binaires codées comprennent des moyens pour que, si un bloc vidéo et/ou audio est constitué d'une succession de combinaisons binaires au sein de laquelle figurent des combinaisons extrêmes de rangs successifs x, y,......j...... z, le rang 1 étant le rang de la première combinaison binaire du bloc vidéo et/ou audio, le bloc de données binaires associé au bloc vidéo et/ou audio soit constitué d'une succession de combinaisons binaires au sein de laquelle les combinaisons binaires codées correspondant aux combinaisons extrêmes ont pour rangs successifs les rangs 1,y - ( y - x - 1),,j -(j-y-1),......, z-(z-j- I). 7. Codeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour créer une combinaison binaire de pointage permettant de signaler que le bloc de données vidéo ne contient plus de combinaison binaire extrême, la combinaison binaire de pointage contenant une information de position (Ip) indiquant le débordement du bloc de données issues du codeur. 8. Codeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'information de nature (In) est constituée de l'un quelconque des N bits de la combinaison binaire extrême et en ce que l'information de position (lp) est constituée des N- 1 bits restants de ladite combinaison binaire. 9. Codeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le bit de l'information de nature (In) est le bit de poids fort (MSB) de la combinaison binaire extrême. 10. Décodeur numérique (3) permettant de reconstituer une succession de blocs vidéo et/ou audio constitués de combinaisons binaires de N bits à partir d'une succession de blocs de données binaires constitués de combinaisons binaires de N bits, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (13) permettant d'extraire, pour chaque bloc de données binaires (FBS) qu'il reçoit, des combinaisons binaires codées correspondant à des combinaisons binaires extrêmes 0 ou 2N-1 d'un bloc vidéo et/ou audio, lesdites combinaisons binaires codées étant constituées d'une information de nature (In) donnant la nature 0 ou 2 N- i que doit prendre une combinaison binaire d'un bloc vidéo et/ou audio et d'une information de position (Ip) donnant la position que doit occuper ladite combinaison binaire dans ledit bloc vidéo et/ou audio. 11. Décodeur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de décomptage (14) permettant de détecter, au sein d'un même bloc de données binaires (FBS), la position relative que doit prendre, dans le bloc vidéo et/ou audio, une combinaison extrême par rapport à la combinaison extrême qui la précède dans le bloc. 12. Décodeur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de restitution (16) de bloc vidéo et/ou audio à partir des données contenues dans un bloc de données binaires (FBS), sous l'action d'un signal (CE) de décomptage issu du circuit de décomptage (14) et de l'information de nature (In). 13 Système d'enregisrement/lecture de données vidéo et/ou audio comprenant un codeur, un magnétoscope numérique et un décodeur, caractérisé en ce que le codeur est un codeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et en ce que le décodeur est un décodeur selon l'une quelconque des revendications 10 à 12.