Brevet FR2871609A1 — publié le 20051216

La présente invention est relative à un dispositif et un procédé de traitement d'images, et plus particulièrement à un tel dispositif et procédé permettant un rendu graphique amélioré. Les véhicules automobiles actuels comportent fréquemment des dispositifs d'affichage, du type écran couleur à cristaux liquides (LCD), qui sont partagés entre de nombreuses sources d'information. Par exemple, un même écran peut être utilisé pour afficher des informations en provenance d'un système de navigation, représenter l'interface visuelle d'un autoradio, ou encore permettre de regarder la télévision ou des images d'une caméra embarquée. Les images en provenance de ces différentes sources sont codées suivant des standards très divers, depuis la vidéo composite jusqu'à l'image graphique d'ordinateur. II est également fréquent de mixer les images en provenance des différentes sources sur un même affichage, que ce soit par incrustation d'une image dans une autre, ou superposition d'images, comme par exemple lorsqu'on superpose un graphique issu d'un ordinateur sur une image vidéo. Afin d'uniformiser les différents codages d'image pour effectuer ces opérations de mixage, il est classique que les circuits spécialisés dans ces opérations de mixage travaillent dans un espace couleur codé selon le standard YUV 4.2.2. standard usuel des images vidéo, qui ne comporte que deux informations (luminance Y et chrominance U ou V) par point d'image ou pixel, plus économique que le standard RGB (Red, Green, Blue pour Rouge, Vert, Bleu) qui comporte 3 informations par pixel. Pour ce faire, ces circuits comportent en général plusieurs types d'entrée propres à transformer les différents signaux à mixer de leur standard de couleur d'origine, tel que RGB, Vidéo (NTSC, PAL, etc.), YUV 4.4.4. et autres, en un codage uniforme selon le standard YUV 4.2.2. On a représenté en figure 1 un schéma simplifié d'un dispositif de traitement d'image basé sur un tel circuit, par exemple le circuit Trimedia commercialisé par la société Philips. Une source vidéo 10 est connectée sur une interface d'entrée vidéo composite 21 d'un circuit spécialisé 20. Une source graphique 30 fournissant un signal analogique codé en RGB est connectée sur une seconde interface d'entrée 22 du circuit 20. A la sortie des interfaces 21 et 22, les signaux en provenance des deux sources sont numérisés et codés au standard YUV 4.2.2. et transmis au circuit de traitement 25 qui réalise le mixage proprement dit. Le signal d'image résultant du mixage, au format YUV 4.2.2. est fourni par le circuit spécialisé 20 à un convertisseur YUV/RGB 40 adapté à transformer ce signal en un signal RGB analogique utilisable pour afficher l'image résultante sur un écran 50. Les opérations des sous circuits du circuit spécialisé 20 sont cadencées par une horloge interne 23, elle-même pilotée par une horloge centrale 60, dite horloge à pixels, qui cadence les opérations des différents circuits à la fréquence d'affichage des pixels sur l'écran 50. On notera que pour la simplicité de la description, on parlera d'un signal analogique codé en RGB pour désigner un groupe de trois signaux analogiques représentant chacun les valeurs respectives d'intensité (chrominance) de chacune des couleurs rouge, vert et bleu. De même, l'homme du métier comprendra que, sans autre précision, les signaux d'image traités tant dans le circuit spécialisé 20 que dans le convertisseur 40 sont sous forme de valeurs numériques représentant les différentes composantes desdits signaux en fonction du codage employé (3 valeurs de chrominance pour un codage RGB, une valeur de luminance et deux valeurs de chrominance pour un codage YUV). On remarque avec un dispositif tel que celui de la figure 1 qu'un graphique RGB comportant des lignes parfaitement nettes en entrée du circuit 20 présente lors de l'affichage sur l'écran 50 des lignes floues et comportant un dégradé de couleurs variées. Ceci s'explique par la succession des codages RGB -YUV 4.2.2. -* RGB, comme on va le voir en relation avec la figure 2. On a représenté en (a) sur cette figure une fraction de signal fourni par la source 30, composée de 4 pixels successifs dont un seul (pixel 2) est illuminé. A l'entrée dans le circuit d'interface 22, ce signal est échantillonné pour en extraire les valeurs des composantes Rouge, Vert et Bleu, représentées en (b), qui le constituent. Ces valeurs sont ensuite transformées en composantes YUV 4.4.4. par des relations bien connues de l'homme du métier. Le signal est ensuite transformé en YUV 4.2.2. en éliminant alternativement pour chaque pixel une composante U et une composante V. Le signal YUV 4.2.2. résultant est représenté en (c). C'est ce signal qui sera traité dans le circuit de traitement 25, et sera restitué à la sortie de celui-ci. Pour simplifier la présente description, il sera supposé que la transformation effectuée consiste simplement à retransmettre le signal entrant inchangé. C'est donc ce signal qui est transmis au convertisseur 40 pour être retransformé en composantes RGB. Pour cela, le signal est codé en YUV 4.4.4. à partir du signal YUV 4.2.2. en utilisant pour la valeur de chrominance manquante de chaque pixel celle obtenue pour le pixel précédent. On peut ainsi constater sur la figure que la valeur U du pixel 2 correspond à celle du pixel 1 et que la valeur V du pixel 3 est égale à celle du pixel 2. Ainsi, lors de la transformation du signal YUV 4.4.4. en signal RGB, les composantes RGB des pixels 2 et 3 ne correspondent plus aux composantes initiales, et le signal de sortie représenté en (e) montre que les pixels 2 et 3 sont maintenant illuminés, avec des valeurs d'intensité et de couleur distinctes de celles du signal original. La présente invention a donc pour but de pallier cette dégradation des images graphiques RGB lors du passage dans un circuit de mixage travaillant en format YUV 4.2.2. tout en conservant ce circuit spécialisé pour effectuer ces opérations. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, au moyen d'un procédé de traitement d'images, selon lequel on échantillonne une pluralité d'images source dont au moins une est une image codée selon le standard RGB, on procède au mixage des différentes images dans un espace couleur au standard YUV 4.2.2. et on transforme l'image résultante au standard RGB en vue de son affichage sur un écran. Selon l'invention, les opérations d'échantillonnage et de mixage sont réalisées à une fréquence double de la fréquence employée pour l'affichage sur l'écran. L'invention propose également un dispositif de traitement d'image pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant un convertisseur YUV I RGB connecté entre un écran et un circuit spécialisé comportant une pluralité d'interfaces d'entrée adaptées à transformer un signal d'image entrant en une représentation numérique dudit signal dans un espace couleur YUV 4.2. 2., l'une au moins desdites interfaces étant particulièrement destinée à recevoir un signal codé au standard RGB, un circuit de traitement d'image et une horloge interne et une horloge centrale, ledit dispositif étant remarquable en ce qu'il comporte un doubleur de fréquence entre l'horloge centrale et l'horloge interne du circuit spécialisé. Selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé, la transformation de l'image résultante d'un format numérique au standard YUV 4.2.2 vers un signal de format analogique au standard RGB s'effectue également à une fréquence double de la fréquence employée pour l'affichage sur l'écran et le signal fourni à l'écran est la moyenne dudit signal analogique RGB pendant une durée correspondant à chaque pixel à la fréquence d'affichage. Dans le dispositif adapté à ce premier mode de mise en oeuvre du procédé, le convertisseur YUV 1 RGB est également cadencé par la sortie du doubleur de fréquence. Selon un second mode de mise en oeuvre du procédé, pour chaque pixel de l'image résultante, on obtient deux couples (Y,U) et (Y,V) de valeurs des composantes dans l'espace couleur YUV 4.2.2, on mémorise ces valeurs dans des registres Y, U, V, respectifs pour chaque composante, et on transforme le contenu des registres en un signal analogique au standard RGB à la fréquence d'affichage sur l'écran. Le dispositif adapté à ce second mode de mise en oeuvre est remarquable en ce que le convertisseur YUV I RGB comprend une mémoire tampon comportant trois registres Y, U et V adaptés à mémoriser les valeurs des composantes d'image fournies par le circuit spécialisé, un circuit de conversion et un convertisseur numérique / analogique, le convertisseur YUV/RGB étant directement cadencé par l'horloge centrale. D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du dispositif suivant l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente un schéma simplifié d'un dispositif de traitement d'image selon la technique antérieure, décrit dans le préambule de la description, la figure 2 représente les signaux d'image aux différentes étapes du procédé de la technique antérieure mis en oeuvre par le dispositif de la figure 1, la figure 3 représente un schéma simplifié d'un dispositif de traitement d'image selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 représente les signaux d'image aux différentes étapes du procédé selon l'invention mis en oeuvre par le dispositif de la figure 3, la figure 5 représente un schéma simplifié d'un dispositif de traitement d'image 15 selon un second mode de réalisation de l'invention, et la figure 6 représente les signaux d'image aux différentes étapes du procédé selon l'invention mis en oeuvre par le dispositif de la figure 5. On se réfère maintenant aux figures 3 et 4 des dessins pour décrire de manière détaillée un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 3 représente un dispositif de traitement d'image analogue à celui de la figure 1, dans lequel les composants identiques portent la même référence que dans la figure 1. On peut ainsi remarquer que la différence principale réside dans la présence d'un doubleur de fréquence 61 relié d'une part à l'horloge centrale 60 et d'autre part au convertisseur YUV/RGB 40 et au circuit d'horloge interne 23 du circuit spécialisé 20. Ce doubleur de fréquence a pour effet de cadencer le circuit spécialisé 20 et le convertisseur 40 à une fréquence double de celle utilisée pour l'affichage des pixels sur l'écran 50, comme le montre la liaison directe entre l'horloge centrale 60 et l'écran 50. Il est bien entendu qu'une disposition selon laquelle un diviseur de fréquence serait intercalé entre l'écran 50 et l'horloge centrale 60 fonctionnant à une fréquence double serait un équivalent immédiat pour l'homme du métier. Lorsque le circuit spécialisé 20 fonctionne ainsi à une fréquence double de celle à laquelle il fonctionnait dans le dispositif de la figure 1, l'échantillonnage et la conversion dans l'espace couleur YUV 4.2.2. effectué par les interfaces d'entrée 21 et 22 sur les signaux provenant des sources 10 et 30 s'opère également à une fréquence doublée. Ainsi, comme on l'observe sur la figure 4, le signal fourni par la source graphique 30, dont on a représenté une fraction de 4 pixels en (a) est échantillonné deux fois par pixel, c'est à dire que pour chaque demi pixel la, 1b, 2a, 2b, etc. on obtient un triplet de composantes RGB. Ce triplet est ensuite transformé en composantes de luminance Y et de chrominance U et V [(b) figure 4] dans un espace couleur YUV4.4.4. puis une des composante de chrominance est alternativement éliminée, pour chaque demi pixel pour passer en YUV 4.2.2. [(c) figure 4]. On remarque alors que pour chaque pixel du signal d'entrée, on obtient grâce à l'échantillonnage et à la conversion à fréquence double, deux valeurs de la luminance Y et une valeur pour chacune des composantes de chrominance U et V. De cette façon, l'information contenue dans le signal d'entrée n'est pas dégradée par la conversion dans l'espace couleur YUV 4. 2.2. A l'issue du mixage opéré dans le circuit de traitement 25, le signal représenté en (c) à la figure 4 est transmis au convertisseur YUV/RGB 40. Ce convertisseur, classique, est identique à celui de la technique antérieure représenté à la figure 1, mais du fait de son cadencement à une fréquence double, il réalise les transformations du signal codé en YUV 4.2.2. en YUV4.4.4. puis en RGB par demi pixel, comme montré en (d) sur la figure 4. Cette transformation s'effectue comme vu précédemment en relation avec la figure 2, en utilisant pour la valeur de chrominance manquante de chaque demi pixel celle obtenue pour le demi pixel précédent. On peut ainsi constater que la valeur des composantes RGB de chaque second demi pixel 1 b, 2b, 3b, etc. est exactement identique à celles du pixel du signal d'entrée (dans la mesure où le signal d'entrée des autres sources est nul, comme considéré dans cet exemple). Le convertisseur 40 fournit en sortie un signal analogique codé en RGB tel que représenté en trait plein en (e) sur la figure 4. Ce signal est alors présenté à l'entrée de l'écran 50 qui est lui cadencé directement par l'horloge centrale 60, ce qui signifie que chaque pixel de l'écran sera illuminé à proportion de la valeur du signal correspondant à la succession des valeurs des deux demi pixels qui le constituent. Compte tenu des phénomènes connus de rémanence de la technologie des afficheurs à cristaux liquides, chaque pixel de l'écran se comportera comme s'il recevait un signal de commande équivalent à la moyenne du signal des deux demi pixels qui le constituent, ainsi que représenté en trait pointillé en (e) sur la figure 4. On obtient ainsi un affichage de bien meilleure qualité lors de superposition d'images graphiques sur des images vidéo, pour lesquelles l'effet de flou et de dégradé de couleur est fortement réduit, tout en conservant le circuit spécialisé 20 et le convertisseur YUV/RGB 40 de la technique antérieure, qui présentent l'avantage d'être disponibles et économiques. On se réfère maintenant aux figures 5 et 6 pour décrire un second mode de mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif de traitement d'image représenté à la figure 5 présente deux différences majeures par rapport à celui représenté en figure 3 en relation avec le premier mode de mise en oeuvre de l'invention. On notera que le circuit spécialisé 20 est cadencé à une fréquence double de celle de l'horloge centrale 60, son horloge interne 23 étant reliée à la sortie du doubleur de fréquence 61 lui même relié à l'horloge centrale 60. Par contre, le convertisseur YUV/RGB 40 est maintenant cadencé par l'horloge centrale 60 à laquelle il est directement relié. On a également représenté de manière plus détaillée la structure du convertisseur 40 afin de mettre en lumière une caractéristique importante de ce convertisseur lui permettant d'être adapté à ce second mode de mise en oeuvre. Le convertisseur YUV/RGB comporte maintenant en entrée une mémoire tampon 41 constituée de trois registres Y, U et V adaptés à mémoriser les valeurs respectives des composantes de luminance et de chrominance de chaque pixel de l'image fournies par le circuit spécialisé 20. Le fonctionnement détaillé de cette mémoire tampon 41 sera explicité plus loin en relation avec la figure 6. La mémoire tampon 41 est reliée, registre par registre, à un circuit de conversion 42 qui réalise la conversion (de manière numérique) entre les espaces couleur YUV et RGB. A la sortie du circuit de conversion 42, les trois valeurs de chrominance rouge, vert et bleu sont fournies à un convertisseur numérique I analogique 43 qui fournit ainsi un signal analogique codé en RGB à l'écran 50. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de la figure 5 en relation avec la figure 6. Comme vu précédemment, le circuit spécialisé 20 est cadencé à une fréquence double de celle de l'horloge centrale 60. Son fonctionnement est donc identique à celui décrit en relation avec le premier mode de mise en oeuvre, c'est à dire que le signal RGB analogique fourni par la source graphique 30 (représenté en (a) figure 6) est échantillonné à fréquence double donnant ainsi deux triplets RGB de composantes de chrominance par pixel (demi pixels la, 1 b, 2a, 2b...), qui sont ensuite transformés en triplets YUV [(b) figure 6]. Le signal est ensuite codé dans l'espace couleur YUV 4.2.2. par élimination d'une des composantes de chrominance U ou V alternativement par demi pixel pour obtenir le signal représenté en (c) sur la figure 6, puis traité par le circuit de traitement 25 qui le restitue sous la même forme. On suppose comme précédemment que pour la simplicité de la description, les autres signaux d'image fournis au circuit de traitement 25 pour mixage sont nuls. On notera que, de manière analogue avec la figure 4, chaque pixel N est constitué de deux demi pixels Na et Nb comportant respectivement une valeur de 35 luminance Y et de chrominance U pour les demi pixels de rang a ou une valeur de luminance Y et de chrominance V pour les demi pixels de rang b. Comme représenté en (d) sur la figure 6, à chaque cycle de l'horloge interne 23, le circuit de traitement 25 transmet au convertisseur YUV/RGB 40 les deux valeurs des composantes YU ou W du demi pixel traité. Ces valeurs sont stockées dans les registres correspondants de la mémoire tampon 41 du convertisseur 40. Par exemple, à l'issue du traitement du demi pixel 2a, les valeurs respectives de la luminance Y et de la chrominance U correspondantes sont transmises et mémorisées respectivement dans les registres Y et U de la mémoire tampon 41. Le registre V contient encore la valeur de chrominance V du demi pixel précédent 1 b. Lors du cycle suivant de l'horloge interne 23, les valeurs Y et V du demi pixel 2b sont transmises et stockées dans les registres correspondants de la mémoire tampon. La valeur de luminance Y du demi pixel 2b remplace alors dans le registre Y la valeur correspondante du demi pixel 2a. Comme ces valeurs sont issues d'un même pixel 2 d'origine, elles sont identiques et le contenu du registre Y est inchangé. De manière analogue, la valeur de chrominance V du demi pixel 2b vient remplacer dans le registre V celle du demi pixel 1 b. On constate donc que la mémoire tampon 41 contient à l'issue de deux cycles de l'horloge interne 23 les valeurs Y, U et V du pixel 2. Le convertisseur 40 étant cadencé directement par l'horloge centrale 60, c'est à dire une fois tous les deux cycles de l'horloge interne 23, le contenu de la mémoire tampon est alors validé et transféré au circuit de conversion 42 qui transforme les valeurs Y,U et V en valeurs de chrominance RGB qui sont à leur tour transformées en signal RGB analogique par le convertisseur numérique I analogique 43. Le signal RGB analogique, représenté en (e) sur la figure 6 est enfin transmis à l'écran 50 pour affichage. On peut ainsi constater que le signal RGB analogique fourni à l'écran est le reflet fidèle du signal d'entrée, à un décalage d'un pixel près. On obtient donc, grâce au dispositif et au procédé décrit, un affichage 25 parfaitement net d'une image graphique sur l'écran, qui ne présente plus de lignes floues ou des dégradés de couleur rencontrés avec les dispositifs de la technique antérieure, bien que le dispositif selon l'invention fasse usage du circuit spécialisé 20. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'images, selon lequel on échantillonne une pluralité d'images source dont au moins une est une image codée selon le standard RGB, on procède au mixage des différentes images dans un espace couleur au standard YUV 4.2.2. et on transforme l'image résultante au standard RGB en vue de son affichage sur un écran, caractérisé en ce que les opérations d'échantillonnage et de mixage sont réalisées à une fréquence double de la fréquence employée pour l'affichage sur l'écran. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transformation de l'image résultante d'un format numérique au standard YUV 4.2.2 vers un signal de format analogique au standard RGB s'effectue également à une fréquence double de la fréquence employée pour l'affichage sur l'écran et en ce que le signal fourni à l'écran est la moyenne dudit signal analogique RGB pendant une durée correspondant à chaque pixel à la fréquence d'affichage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque pixel de l'image résultante, on obtient deux couples (Y,U) et (Y,V) de valeurs des composantes dans l'espace couleur YUV 4.2.2, on mémorise ces valeurs dans des registres Y, U, V, respectifs pour chaque composante, et on transforme le contenu des registres en un signal analogique au standard RGB à la fréquence d'affichage sur l'écran. 4. Dispositif de traitement d'image pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant: un convertisseur YUV I RGB (40) connecté entre un écran (50) et un circuit spécialisé (20) comportant une pluralité d'interfaces d'entrée (21,22) adaptées à transformer un signal d'image entrant en une représentation numérique dudit signal dans un espace couleur YUV 4.2.2., l'une au moins (22) desdites interfaces étant particulièrement destinée à recevoir un signal codé au standard RGB, un circuit de traitement d'image (25) et une horloge interne (23) et une horloge centrale (60), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un doubleur de fréquence (61) entre l'horloge centrale (60) et l'horloge interne (23) du circuit spécialisé (20). 5. Dispositif selon la revendication 4, pour la mise en oeuvre du procédé selon la 30 revendication 2, caractérisé en ce que le convertisseur YUV I RGB (40) est également cadencé par la sortie du doubleur de fréquence (61) . 6. Dispositif selon la revendication 4, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le convertisseur YUV / RGB (40) comprend une mémoire tampon (41) comportant trois registres Y, U et V adaptés à mémoriser les valeurs des composantes d'image fournies par le circuit spécialisé (20), un circuit de conversion (42) et un convertisseur numérique I analogique (43), ledit convertisseur YUVIRGB (40) étant directement cadencé par l'horloge centrale (60).